DE544971C

DE544971C - Method for braking a storage power plant consisting of a water power machine, an electric machine and a centrifugal pump

Info

Publication number: DE544971C
Application number: DEA57572D
Authority: DE
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BROWN AG
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BROWN AG
Priority date: 1929-04-23
Filing date: 1929-04-23
Publication date: 1932-02-24

Description

Verfahren zum Bremsen von aus Wasserkraftmaschine, elektrischer 1Vlaschine und Schleuderpumpe bestehendem Speicherkraftwerk Die umlaufenden Massen von Wasserkraftgeneratoren und den zugehörigen Turbinen. sind bei den neuen Konstruktionen derartig groß, daß Bremsen vorgesehen werden müssen, um die Auslaufzeit dieser Sätze auf ein erträgliches Maß herabzudrücken. Eine möglichst rasche Bremsung ist insbesondere dann notwendig, wenn an dem Generator infolge eines elektrischen Schadens ein Wicklungsbrand entstanden ist. Ein derartiger Wicklungsbrand ist 1o lange außerordentlich schwer zu löschen, als die Maschine noch annähernd mit ihrer vollen Drehzahl läuft, da der durch den Rotor erzeugte Ventilationsluftstrom den Brand anfacht und weiterverbreitet. Da dieser Luftstrom aber ziemlich rasch verschwindet, sobald die Drehzahl der Maschine abnimmt, ist es besonders wichtig, im Anfang der Bremsperiode eine möglichst starke Verminderung der Drehzahl, also ein möglichst großes Bremsmoment zu erreichen.Method for braking from a water power machine, an electric machine and centrifugal pump of an existing storage power plant The rotating masses of hydropower generators and the associated turbines. are so large in the new designs that Brakes must be provided in order to reduce the run-out time of these rates to a manageable level Measure down. Braking as quickly as possible is particularly necessary when if a winding fire has occurred on the generator as a result of electrical damage is. Such a winding fire is extremely difficult to extinguish for a long time, when the machine is still running at almost full speed, because the The rotor generated ventilation airflow ignites and spreads the fire. There but this air flow disappears pretty quickly as soon as the speed of the machine increases decreases, it is particularly important to use as much as possible at the beginning of the braking period Reduction of the speed, i.e. to achieve the greatest possible braking torque.

Die bisher für diesen Zweck verwendeten mechanischen und elektrischen (Wirbelstrom-) Bremsen sind sehr umfangreich und teuer, da in ihnen eine beträchtliche Energiemenge in Wärme umgewandelt werden muß, ohne daß sich dabei die einzelnen Teile der Bremse über ein gewisses Maß erhitzen dürfen.The mechanical and electrical ones previously used for this purpose (Eddy current) brakes are very extensive and expensive, as there is a considerable amount in them Amount of energy must be converted into heat without affecting the individual Parts of the brake are allowed to heat up to a certain extent.

Um ein schnelles Stillstehen einer Wasserturbine zu ermöglichen, ist auch schon vorgeschlagen worden, einen Nebenauslaß vorzusehen, der beim Abschalten der Turbine geöffnet wird, worauf das abfließende Wasser einem Bremsrade zugeführt wird.To enable a water turbine to come to a standstill quickly, is It has also been proposed to provide a secondary outlet when switching off the turbine is opened, whereupon the draining water is fed to a brake wheel will.

Die Erfindung erspart bei Speicherkraftwerken eine besondere Bremsanlage dadurch, daß zum Zwecke des Bremsens die elektrische Maschine elektrisch abgeschaltet und die Wasserzuflußleitung von der Wasserkraftmaschine ab- und der Druckleitung der Schleuderpumpe zugeschaltet wird, so daß also die Speicherpumpe zum Bremsen benutzt wird. Man gewinnt hierbei weiterhin den Vorteil, daß die Bremsung mit einem ganz außerordentlich großen Bremsmoment durchgeführt werden kann, da die Speicherpumpe im allgemeinen so bemessen ist, daß sie das volle Drehmoment des Maschinensatzes aufzunehmen und zu verarbeiten vermag; mit den gebräuchlichen Bremsen ist es niemals möglich, derartig große Bremsmomente, besonders im ersten Teil der Bremszeit, zu erreichen. Die Erreichung von möglichst hohen Bremsmomenten ist aber gerade bei Speicherpumpensätzen besonders wünschenswert, da bei diesen aus drei Maschinen bestehenden Sätzen die Schwungmassen ganz besonders groß sind.The invention saves a special braking system in storage power plants in that the electrical machine is switched off electrically for the purpose of braking and the water supply line from the hydraulic machine and the pressure line the centrifugal pump is switched on, so that the storage pump for braking is used. You win this still the advantage that the braking with a very extraordinarily large braking torque can be carried out because the storage pump is generally dimensioned so that it has the full torque of the machine set able to absorb and process; it is never with the usual brakes possible to achieve such large braking torques, especially in the first part of the braking time reach. The achievement of the highest possible braking torques is just at Storage pump sets are particularly desirable because they consist of three machines Sets the flywheel masses are particularly large.

Das Verfahren nach der Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher veranschaulicht. In Abb. r ist ein aus Turbine, elektrischer Maschine und Schleuderpumpe bestehendes Speicherkraftwerk beispielsweise dargestellt, während in Abb.2 die sich während -des Bremsvorganges abspielenden Vorgänge an Hand von Kurven dargestellt sind.The method according to the invention is illustrated in more detail with reference to the drawing. In Fig. R there is a turbine, an electric machine and a centrifugal pump Storage power plant shown, for example, while in Fig.2 the Processes taking place during the braking process are shown on the basis of curves are.

G ist der Generator, T die Turbine, P die Zentrifugalpumpe; A und B sind die zum Abschalten der Turbine und zum Einschalten der Zentrifugalpumpe erforderlichen Umschaltventile.G is the generator, T the turbine, P the centrifugal pump; A and B are the switching valves required to switch off the turbine and switch on the centrifugal pump.

In Abb. 2 ist die Druckhöhe H einer Zentrifugalpumpe in Abhängigkeit von der geförderten Wassermenge Q aufgetragen. Die Höhe h bedeutet den statischen Druck des Wassers im Druckrohr, welcher sich aus der Höhenlage des Oberwasserbeckens der Anlage über dem Unterwasserbecken errechnet. Im ersten Augenblick nach dem Öffnen des Pumpenschiebers B, in welchem die Wassermassen noch eine erhebliche, nach abwärts gerichtete Geschwindigkeit besitzen, kommt zu der statischen Druckhöhe h noch eine dynamische Druckhöhe ha dazu. Da die Pumpe aber im Anfang des Bremsvorganges noch annähernd die normale Drehzahl besitzt, vermag sie den Wassermassen einen Gegendruck von der Höhe Ho entgegenzusetzen.In Fig. 2, the pressure head H of a centrifugal pump is dependent plotted on the amount of water Q delivered. The height h means the static Pressure of the water in the pressure pipe, which results from the altitude of the upper water basin of the system above the underwater basin. In the first moment after opening of the pump slide B, in which the water masses are still considerable, downwards have directed speed, there is another static pressure head h dynamic pressure height ha in addition. Since the pump is still at the beginning of the braking process has approximately the normal speed, it is capable of counter-pressure to the water masses to oppose it from the height Ho.

Während dieser Zeit ergibt sich infolge bestimmter Trägheitswirkungen anfangs eine verkehrte Fließrichtung in der Pumpe. Daß während dieser Zeit die Drellzala des Maschinensatzes bereits etwas absinkt, ist für die Erfindung nicht von Belang.During this time there are certain inertia effects as a result initially a wrong direction of flow in the pump. That during this time the drellzala of the machine set already drops somewhat is not relevant to the invention.

Wenn die Wassermassen durch die Auswirkungen des Pumpendruckes zum Stillstand gekommen sind, so daß nur noch die statische Druckhöhe vorhanden ist, beginnt die Förderung der Pumpe und damit der der Erfindung entsprechende Bremsvorgang. Es wird hierbei ein stabiler Zustand erreicht, der durch den Punkt r, den Schnittpunkt zwischen der Pumpencharakteristik bei der Drehzahl n,_ und der statischen Druckhöhe h bestimmt ist. Hierbei fördert die Pumpe die Wassermenge Q1 nach oben. Sie speichert also potentielle Energie in dem Oberwasserbecken auf, wobei sie eine entsprechende Menge kinetischer Energie aus den umlaufenden Massen von Turbine und Generator entnimmt und deren Geschwindigkeit verringert. Durch Verringerung der Drehzahl sinkt die Pumpencharakteristik so, daß der Schnittpunkt 2 entsteht, bei welchem sich die Fördermenge auf den Wert Q2 verringert hat. Sobald nun die Drehzahl derart gesunken ist, daß der Scheitel der Pumpencharakteristik die Linie der statischen Druckhöhe gerade berührt, tritt ein plötzliches Abreißen der Förderung auf, die Fördermenge geht, wenigstens so schnell dies die bewegte Wassermasse erlaubt, bis auf den Wert o zurück. Die Bremswirkung besteht aber nach wie vor weiter, da die Pumpe sich nunmehr im gleichen Zustand befindet, als ob sie gegen einen geschlossenen Schieber arbeiten würde. Hierbei verbraucht sie bekanntlich noch etwa 30 % ihrer normalen Leistung. Die Drehzahl sinkt also weiter ab, und das Wasser in der Rohrleitung beginnt wieder abwärts zu fließen, wobei in der Pumpe eine ziemlich heftige Wirbelbildung auftritt. Die Pumpe behält aber ihre bremsende Wirkung trotzdem bei, und zwar bis zum vollständigen Stillstand des Maschinensatzes, j.a sie würde, wenn der Pumpenschieber lange genug offen bleibt, den Maschinensatz zum Rückwärtsdrehen bringen. Bei rechtzeitigem Schließen des Pumpenschiebers ist es also möglich, den Satz zum Stillstand zu bringen. Sollte dies als zu schwierig erscheinen, so kann noch eine mechanische Bremse vorgesehen werden, deren Ausmaße aber gegenüber der jetzt üblichen Vorrichtung ganz bedeutend verringert sind.When the water masses have come to a standstill as a result of the effects of the pump pressure, so that only the static pressure level is present, the pump begins to deliver and thus the braking process corresponding to the invention. A stable state is achieved, which is determined by the point r, the intersection between the pump characteristics at the speed n, _ and the static pressure head h. The pump conveys the amount of water Q1 upwards. So it stores potential energy in the headwater basin, taking a corresponding amount of kinetic energy from the rotating masses of the turbine and generator and reducing their speed. By reducing the speed, the pump characteristics are reduced in such a way that the intersection point 2 arises, at which the delivery rate has decreased to the value Q2. As soon as the speed has dropped to such an extent that the apex of the pump characteristic just touches the line of the static pressure head, there is a sudden break in the delivery, the delivery rate decreases, at least as fast as the moving water allows, down to the value o. The braking effect still exists, however, because the pump is now in the same state as if it were working against a closed slide. As is well known, it still consumes around 30 % of its normal output. The speed continues to decrease and the water in the pipeline begins to flow downwards again, with a rather violent vortex formation in the pump. However, the pump still retains its braking effect until the machine set comes to a complete standstill; in fact, if the pump slide remains open long enough, it would cause the machine set to rotate backwards. If the pump slide is closed in good time, it is therefore possible to bring the record to a standstill. Should this appear to be too difficult, a mechanical brake can also be provided, the dimensions of which, however, are significantly reduced compared to the device that is now customary.

Die Bremsung erfolgt also nach der Erfindung dadurch, daß die in den Schwungmassen des Maschinensatzes aufgespeicherte kinetische Energie zur Förderung von Wasser in ein höher gelegenes Becken verwendet wird. Durch diese Erzeugung von potentieller Energie ist das Verfahren unterschieden von allen anderen Bremsverfahren, welche mittels Reibung, Wasserwirbel oder elektrischer Wirbelströme die Energie der Schwungmassen in Wärme umwandeln. Einzig beim Umschalten der elektrischen Maschine eines solchen Speicherkraftwerkes auf Generatorbetrieb hat man diesen Nachteil durch Entleeren des Gehäuses der Schleuderpumpe zu vermeiden gesucht.The braking takes place according to the invention in that the in the Kinetic energy stored in the machine set's flywheel masses for conveyance of water is used in a higher-lying basin. Through this generation of potential energy, the process is different from all other braking processes, which use friction, water eddy currents or electrical eddy currents to generate energy convert the flywheels into heat. Only when switching over the electrical machine Such a storage power plant on generator operation has this disadvantage Attempted to avoid emptying the housing of the centrifugal pump.

Die Schließung der Turbine und Öffnung der Pumpe erfolgt zweckmäßig durch die für den Generatorschutz dienenden Apparate.It is expedient to close the turbine and open the pump by the apparatus used to protect the generator.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Procedure for braking from a hydroelectric engine, electric machine and centrifugal pump existing storage power plant, thereby characterized in that the electrical machine is switched off electrically and the water supply line from the water power machine off and connected to the pressure line of the centrifugal pump will.

2. Device according to claim z, characterized in that the closure of the turbine and opening of the pump through the apparatus used to protect the generator is triggered.