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Verfahren zur Abschaltung von Propellerturbinen'mit verstellbaren
Leit- und Laufschaufeln bei plötzlicher voller Entlastung derselben Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Abschaltung .von Propellerturbinen mit verstellbaren
Leit- und Laufschaufeln, welches bei der Vollastabschaltung kleinstmögliche Drehzahländerung
ergibt und Drucksteigerungen im Druckrohr sowie das Abreißen der Wassersäule im
Saugrohr und ein Hochsteigen des Turbinenläufers verhindert.
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Bei plötzlicher voller Entlastung werden bei Wasserturbinen die Leitschaufeln
innerhalb einer bestimmten Zeit vollständig geschlossen. Um den Drehzahlanstieg
möglichst niedrig zu halten, muß die Schließzeit entsprechend klein gewählt werden,
was jedoch eine starke Drucksteigerung in der Zuführungsleitung zur Folge hat. Die
Drucksteigerung wirkt aber ihrerseits einer schnellen Herabsetzung der Turbinenleistung
entgegen, da sie wie ein erhöhtes Gefälle wirkt. Bei Turbinen mit senkrechter Achse
kommt noch hinzu, daß, falls bei vollständigem Abschluß des Leitkranzes ein Rückschlag
des Wassers im Saugrohr entsteht, dieser so stark sein kann, daß der umlaufende
Teil der Turbine angehoben wird.
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Diese Erscheinung tritt -bei Propellerturbinen mit verstellbaren Leit-
und Laufschaufeln bei Entlastung ganz besonders störend auf. Bei der Berechnung
der Drehzahlsteigerung müssen daher in vielen Fällen nicht nur die umlaufenden Massen
der Maschine und die Schließzeit des Leitrades, sondern auch der Rückschlag im Saugrohr
und das Hochsteigen des Turbinenläufers berücksichtigt werden.
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Es ist bekannt, bei Propellerturbinen mit verstellbaren Leit- und
Laufschaufeln im Falle plötzlicher Entlastung die Gesetzmäßigkeit zwischen der Bewegung
der Leit- und Laufschaufeln aufzuheben und damit eine Drehzahlsteigerung zu vermeiden
oder mindestens in tragbaren Grenzen zu halten. Dabei wird das zur Verstellung des
Laufrades dienende Getriebe zunächst bzw. endgültig in entgegengesetztem Sinn bewegt
zu dem Zweck, eine schnelle Verminderung der Wassermenge bzw. überhaupt eine Verminderung
der Wassermenge zu vermeiden. Neben dem Nachteil schwieriger baulicher Ausbildung
solcher Regeleinrichtungen wird dabei nach Erreichung der Solleistung die Einregulierung
der Turbine auf geringsten. Wasserverbrauch unter teils beträchtlichen Abweichungen
von der Solleistungslinie allein dem Ge- -schwindigkeitsregler überlassen. Bei den
bekannten. Einrichtungen schließt das Leitrad bis zur Erreichung der Kurve geringsten
Wasserverbrauchs unabhängig von der. Stellung des Laufrades, wobei das Laufrad durch
Drosselung nur mit zeitlicher Verzögerung folgt. Es fehlt bei all diesen Einrichtungen
das Rückführgestänge zwischen Leit- und Laufrad, - wodurch in nachteiliger Weise
mehrmalige Geschwindigkeitsänderungen hervorgerufen
werden, die
den Drehzahlregler erst allmählich zur richtigen Einstellung des Leitrades zwingen.
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Die vorliegende Erfindung zeigt nun ein Verfahren zur Abschaltung
von Propeller: turbinen mit verstellbaren Leit- und Lauf." schaufeln bei plötzlicher
voller Entlastung"; derselben, bei dein unter Berücksichtigung der Turbinenleistungskennlinien
die Leitschaufeln mit kurzer Schließzeit geschlossen werden, bis die Leistungsabgabe
der Turbine Null -worden ist. Dies entspricht einem Schließen des Leitapparates
bis auf etwa ein Drittel seiner größten üffnUng. Es «-erden sodann die Laufschaufeln
und gleichzeitig in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung der Laufschaufeln die
Leitschaufeln weiter geschlossen, derart, daß die Turbinenleistung trotz der nachfolgenden
Üiinungsminderting der Ltltifscliaufeln nicht mehr wesentlich von der -Nullast abweicht.
Zur Erreichung dieses Zieles wird zwischen der Bewegungsvorrichtung für die Laufradschaufeln
und derjenigen für das Leitrad ein Verbindungsgestänge mit Anschlag vorgesehen,
das die Leitschaufeln beim Schließen nach Erreichen der Nullast in Abhängigkeit
von der Stellung der Laufschaufeln bringt.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine Regelvorrichtung
zur Ausübung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt, gleichzeitig sind Diagramme
«-ledergegeben, die das Verfahren verdeutlichen sollen. Es zeigt die Abb. i die
Leistungskennlinien einer Propellerturbine mit verstellbaren Leit- und Laufschaufeln,
die Abb.,2 eine schematische Darstellung verschiedener Leisttingsdi@a-ramme, die
Abb.3 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels für die Regelvorrichtung.
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Die Leistungsabnalinie einer Propellerturbine finit verstellbaren
Leit- und Laufschaufeln verläuft bei allmählichem gleicliz#-itigeni Abschließen
von Leit- und Laufrad dein Diagramui der Abb. i entsprechend nach Kurve .1 herunter
bis auf :V = o. Hierbei treten., wenn nur geringe Drelizalilsteig,- rängen zugelassetl
werden, in der Regel die genannten -Nachteile auf. Wird das Leitrad dagegen ini
Augenblick der Entlastung ohneVeränderung der Stellung des Laufrades innerhalb einer
kleinen Schließzeit nur bis etwa auf 113 der gröl;)tett Öffnung geschlossen> so
riinitnt die Leistun- nach Kurte ß ebenfalls bis auf o ab. Wenn nun zur Herabsetzung
der Leerlaufwassermenge das Laufrad, dein Leitkranz nachfolgend. zu schließen heginnt,
würde die hurbine sich wieder beschleunigen und Leistung aufzunehmen bestrebt sein.
Um dies zu verhindern. ist gemäß der Erfindung Vorkehrung getroffen, den Leitkranz
weiter so zu schließen, daß trotz der Öffnungsverminderung des Laufrades die Leistung
der Turbine bei o verharrt. Die Schließbewegung ,des Leitkranzes geschieht so zunächst
in Abhängigkeit vom Geschwindigkeitsregler schnell .rtit kurzer Schließzeit, bis
die Leistung o geworden ist, dann langsam in Abhängigkeit 'von der Schließbewegung
des Laufrades.
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In Abb. 2 ist eine vergleichsweise Darstellung der Leistungsdiagramme
von Propellerturbinen mit verstellbaren Leit- und Laufschaufeln gezeichnet, und
zwar zeigen die gestrichelten und strichpunktierten Linien den Verlauf der Entlastungsvorgänge
bei bekannten Regeleinrichtungen, während die voll ausgezogene Linie den Verlauf
nach dem Verfahren gemäß der Erfindung darstellt. Während bei der gestrichelten
und strichpunktierten Kurve die Einreglung der Turbine auf geringsten Wasserverbrauch
bei Entlastung unter teils beträchtlichen Abweichungen von der Solleistungslinie
PP' bzw. RR' dem Geschwindigkeitsregler überlassen bleibt, werden derartige Abweichungen
nach der Erfindung vermieden. Die jeweilige Stellung des Leit-, rades für den Belastungsweg
Qn' wird z. B. durch mechanische Rückführung in Abhängigkeit von der Stellung des
Laufrades gebracht, so daß entsprechend der Leerlauflinie QQ' keine ins Gewicht
fallende Abweichung von der bereits in Q annähernd erreichten Solleistung (Leerlauf)
eintritt.
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In Abb. 3 ist die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
einer Regelvorrichtung mit den Merkmalen gemäß der Erfindung gezeichnet. Der Leitkranz
der Propellerturbine wird dabei in an sich bekannter Weise durch einen Regler B
unter Verwendung eines Kraftverstärkers gesteuert, der durch das Steuerventil d'
und den Hilfsmotor D schematisch dargestellt ist. In ebenfalls bekannter Weise geht
die Reglung der Laufradschaufeln unter Vermittlung eines durch das Steuerventil
e° und den Hilfsinotor E schematisch dargestellten Kraftverstärkers vor sich. Der
Kolben des Hilfsinotors D ist über das Gestänge d=, e1 mit dem Kolben
des Hilfsmotors E verbunden. Zur Verlangsamung der Bewegung des Kolbens des Hilfsmotors
F_ sind Drosselstellen e', cl, eingeschaltet.
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An dem Gestänge e°-, das mit dein Kolben des Hilfsmotors E in Verbindung
steht, ist ein Gestänge G mit Anschlag g1 angelenkt, welches im letzten Drittel
der Leitschaufelverstellung einen Anschlag für das Gestänge dl der Leitradverstellung
bildet und damit eine Abhängigkeit der Leitschaufeln von der Stellung der Laufschaufeln
während ihrer Schließbewegung herstellt. Der Weg des Leitrades ist mit
1 bezeichnet, der des
Laufrades mit e3. Der Anschlag g1 kann
einen Weg ausführen, der der Größe g2 entspricht, während der Muffenhub des Reglers
B gleich k ist.
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Das Hebelverhältnis
kann für den Weg des Anschlages g-' so gewählt werden, daß das Leitrad auch von
Belastungswerten aus, welche kleiner sind als Vollast, am vollständigen Schließen
verhindert wird. Die Tätigkeit des Reglers B wird im Normalbetrieb durch den Anschlag
g1 nicht gestört, da derselbe nur während des Schließens und dabei nur dann zur
Wirkung kommt, wenn bei Entlastung der Turbine die durch den Regler B eingestellte
Leistungsverminderung bereits eingetreten ist.