DE968315C - Pumpanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpanlage mit einer aus einem unteren Gewässer auf ein oberes Niveau fördernden Zentrifugalpumpe (Hauptpumpe), der eine im Untergewässer arbeitende, von einer aus der Hauptpumpe gespeisten Turbine angetriebene Zubringerpumpe vorgeschaltet ist. Die Anlage kommt besonders in Verbindung mit Speicherkraftwerken in Betracht, bei denen Wasser aus dem sogenannten Untergewässer oder Unterwasser mittels elektrischer, besonders während der Nacht zur Verfügung stehender Überschußenergie in ein oberes Sammelbecken gefördert wird. Das Untergewässer kann z. B. ein See, ein Fluß, ein künstliches Ausgleichsbecken oder ein für die Anlage besonders gebauter Kanal sein.

I. Bekannte Anlagen

a) Bei einer ersten bekannten Anlage der erwähnten Art ist lediglich eine Zentrifugalpumpe eingebaut, also auf eine Zubringerpumpe verzichtet; dabei ist die Zentrifugalpumpe unterhalb des Spiegels des unteren Gewässers angeordnet.

b) Bei einer zweiten bekannten Bauart sind eine Zentrifugalpumpe als Hauptpumpe und eine davorgeschaltete Zubringerpumpe benutzt; die Hauptpumpe liegt dort oberhalb des Spiegels des unteren Gewässers.

c) Bei einer dritten bekannten Anlage schließlich sind eine schnell laufende Hauptpumpe, nämlich eine Zentrifugalpumpe, und eine davorgeschaltete, auf gleicher Höhe liegende, langsam laufende, zum

Ansaugen geeignete Zubringerpumpe oberhalb des Unterwassers, aus dem die Zubringerpumpe ansaugt, angeordnet; die Zubringerpumpe ist dort über ein auf gleicher Höhe wie Haupt- und Zubringerpumpe liegendes Flüssigkeitsgetriebe, dessen treibende Hälfte von der Hauptpumpe mechanisch in Drehung versetzt und das von der Zubringerpumpe mit Kupplungsflüssigkeit gespeist wird, angetrieben.

II. Erfindungsgemäße Anlage

Die Erfindung besteht demgegenüber darin, daß auch die Hauptpumpe unterhalb des Spiegels des unteren Gewässers angeordnet ist. Die Bedienung der Anlage, vor allem das Anfahren, wird dann besonders einfach. Man braucht nur den Antriebsmotor für die Hauptpumpe einzuschalten; die Zubringerpumpe kommt selbsttätig in Betrieb. Der Zubringerdruck wird in dem Maße stetig größer, wie es der zunehmenden Drehzahl der Hauptpumpe entspricht und wie es zum Verhindern von Kavitation in ihr erforderlich ist. Die richtigen Druckverhältnisse stellen sich also selbsttätig ein.

as Im Gegensatz zu den unter I, a) erwähnten bekannten Anlagen mit lediglich einer unterhalb des Unterwassers liegenden Zentrifugalpumpe läßt sich bei der erfindungsgemäßen Anlage wegen des mit wachsender Drehzahl selbsttätig steigenden Zulaufdruckes der Hauptpumpe, ohne daß Kavitationen entstehen, hohe Drehzahl erreichen, selbst wenn die Hauptpumpe nur wenig unterhalb des Unterwasserspiegels angeordnet wird.

Die Verwendung einer Zubringerpumpe in Verbindung mit einer unterhalt) des Untergewässers liegenden Zentrifugalpumpe (Hauptpumpe) bringt ferner eine Einsparung beim Bau der Fundamente mit sich. Die Hauptpumpe braucht dann nämlich nicht besonders weit unterhalt) des Spiegels des Unterwassers zu liegen.

Soll dagegen bei den bekannten Anlagen nach I, a) ohne Zubringerpumpe ausreichender Zulaufdruck erzielt werden, so muß eine verhältnismäßig tiefe Baugrube für die einzige Zentrifugalpumpe ausgehoben werden, damit der nötige statische Druck erreicht wird. Aber selbst bei Verwendung einer schnell laufenden Zentrifugalpumpe als einziger, verhältnismäßig tief unterhalb des Unterwassers liegender Pumpe kann Kavitation nicht in jedem Fall vermieden werden; unter Umständen tritt sie bei raschem Anfahren oder bei sehr hohen Betriebsdrehzahlen trotzdem ein, weil die Pumpe nicht so tief gelegt werden kann, daß der statische Druck für derartige Fälle mit Sicherheit ausreicht. Benutzt man andererseits eine langsam laufende Pumpe als einzige, unterhalb des Unterwassers liegende Pumpe, um auf eine Zubringerpumpe verzichten zu können, oder eine langsam laufende Pumpe als oberhalb des Unterwassers liegende Hauptpumpe in Verbindung mit einer Zubringerpumpe, um auf Tieflegung der Hauptpumpe verzichten zu können, so hat man verhältnismäßig hohe Kosten für die langsam laufende Pumpe und ihren Antriebsmotor in Kauf zu nehmen, weil bekanntlich langsam laufende Pumpen bei gleicher Leistung wesentlich größeren Durchmesser haben und die zugehörigen Antriebsmotoren entsprechend stark ausgebildet sein müssen.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage wird nur die erste, durch die Zubringerpumpe gegebene Möglichkeit, Kavitationserscheinungen in der Hauptpumpe, insbesondere einer schnell laufenden Zentrifugalpumpe, zu vermeiden, ausgenutzt, während die zweite, durch die an sich gegebene Möglichkeit, die Hauptpumpe oberhalb des Unterwasserspiegels anzuordnen, nicht verwendet wird. Im Gegensatz zu den unter I, b) und I, c) erwähnten bekannten Anlagen bleiben dann die Hauptpumpe und die von der Zubringerpumpe zu ihr führende Zubringerleitung, wenn die Anlage außer Betrieb ist, mit Wasser angefüllt, so daß jederzeit ohne besondere Maßnahmen angefahren werden kann und nicht erst die Luft aus Zubringerleitung und Hauptpumpe ausgetrieben und Zubringerleitung und Hauptpumpe wie bei den Anlagen nach I b) oder Zubringerpumpe, Zubringerleitung, Hauptpumpe und zwischen Haupt- und Zubringerpumpe liegendes Flüssigkeitsgetriebe wie bei den Anlagen nach I, c) mit Wasser angefüllt zu werden brauchen. Folglich können beim Anfahren keine Wasserschläge mehr entstehen, wie sie bei den Anlagen nach I, b) und I, c) mitunter vorkommen, wenn die Luft aus Zubringerleitung und Hauptpumpe bzw. aus Zubringerpumpe, Zubringerleitung, Hauptpumpe und Flüssigkeitsgetriebe nicht vollständig ausgetrieben ist.

Fällt die Zubringerpumpe aus irgendeinem Grund einmal aus, so läuft die Hauptpumpe nicht wie bei den Anlagen gemäß I, b) und I, c) leer. Es ist dann allerdings — sofern die Anlage nicht stillgesetzt werden kann — so lange mit genügend niedriger, keine Kavitationsgefahr mit sich bringender Drehzahl zu fahren, bis die Störung behoben ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Hauptpumpe zweiflutig ausgebildet, und das Treibwasser für die Turbine ist aus zwei entsprechenden, beiderseits einer gemeinsamen Mittelstufe liegenden Umlenkkanälen entnommen.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem in der Druckleitung angeordneten Absperrorgan liegt das Absperrorgan unterhalt) des Gewässerspiegels. Es wird dann verhindert, daß sich in dem zwischen Hauptpumpe und Absperrorgan liegenden Abschnitt der Druckleitung Luft befindet, die beim Anfahren durch Wirbelungen in die Pumpe gelangen könnte.

Ein Ausführungs"beispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt.

Aus einem unteren Gewässer 1 fördert die Pumpanlage durch die Förderleitung 2 (Druckleitung) Wasser auf ein oberes Niveau. Als Hauptpumpe dient eine schnell laufende, zweiflutige Zentrifugalpumpe 3, der das Wasser durch die Zubringerleitung 4, 5 mittels einer als langsam laufende Schraubenpumpe ausgebildeten Zubringer-

pumpe 6 zugeführt wird. Die Hauptgruppe 3 wird durch den Elektromotor 7 und die Zubringerpumpe 6 durch eine Freistrahlturbine 8 angetrieben. Die Hauptpumpe 3 ist unterhalb des Spiegels des unteren Gewässers 1 angeordnet, so daß die Zubringerleitung 4, 5 und die Hauptpumpe 3 ständig mit Wasser angefüllt sind. Die Turbine 8 ist über Leitungen 13, 14 von der Hauptpumpe 3 gespeist. Diese Speiseleitungen sind bei 11, 12 an zwei entsprechenden Umlenkkanälen der Hauptpumpe angeschlossen, die beiderseits vor einer gemeinsamen Mittelstufe liegen. Die vollständig unterhalb des Spiegels des Gewässers 1 liegende Zubringerpumpe 6 hat einen als Schraubenrad mit axialem Durchfluß ausgebildeten Läufer 9. In der Druckleitung 2 ist ein Absperrorgan 10 eingebaut, das ebenfalls tiefer als der Spiegel des unteren Gewässers ι liegt.

Die Hauptpumpe 3 ist senkrecht aufgestellt, ihre Welle steht also senkrecht. Sie kann dann auf einer verhältnismäßig kleinen Fläche aufgestellt werden, so daß die Arbeiten für das Eingraben der Pumpe nicht zu umfangreich werden.

Die Wirkungsweise ist folgende: Wenn die Anlage in Betrieb genommen werden soll, ist das Absperrorgan 10 geschlossen. Der Motor 7 und damit die Hauptpumpe werden eingeschaltet. Sie erzeugt nunmehr in der Druckleitung 2 vor dem Organ 10 einen Druck, der größer ist als der normale Förderdruck. Durch die Leitungen 13, 14 erhält die Turbine 8 Druckwasser, so daß sie angetrieben und die Zubringerpumpe 6 in Drehung versetzt wird. Durch die Zubringerpumpe wird der Zubringerdruck vor der Hauptpumpe 3 um so mehr erhöht, je weiter die Drehzahl der Hauptpumpe 3 steigt, bis ein »stabiler Leerlaufbetrieb« erreicht ist, der sich bei höchster Drehzahl der Pumpe 3 einstellt. Nunmehr wird das Absperrorgan 10 geöffnet, so daß das Wasser durch die Druckleitung 2 auf ein oberes Niveau gefördert wird.

An der genannten Förderarbeit hat die Zubringerpumpe 6 nur einen geringen Teil, nämlich etwa S bis 10%, zu leisten. Die in ihr umgesetzte Leistung ist somit eine kleiner Bruchteil der von dem Elektromotor 7 erzeugten Leistung.

Die Verwendung der Zubringerpumpe 6 bringt auch eine Einsparung beim Bau der Fundamente mit sich. Die Hauptpumpe 3 braucht bei Verwendung einer Zubringerpumpe nicht besonders weit unterhalb des Spiegels des Gewässers 1 zu liegen. Wollte man dagegen ohne Zubringerpumpe ausreichenden Zulaufdruck erzeugen, so müßte eine tiefe Baugrube für die Hauptpumpe ausgehoben werden, damit man den nötigen statischen Druck erhält. Bei Verwendung einer schnell laufenden Zentrifugalpumpe als Hauptpumpe könnte aber auch dann Kavitation nicht in jedem Fall vermieden werden. Verwendet man andererseits eine langsam laufende Pumpe als Hauptpumpe, um auf eine Zubringerpumpe oder auf Tieferlegung der Hauptpumpe verzichten zu können, so hat man verhältnismäßig hohen Kosten für Pumpe und Antriebsmotor zu bezahlen, weil bekanntlich langsam laufende Pumpen bei gleicher Leistung wesentlich größeren Durchmesser haben und die zugehörigen Antriebsmotoren entsprechend stark ausgebildet sein müssen.

Die neue Pumpanlage eignet sich besonders für Speicherkraftwerke, bei denen Wasser aus einem unteren Gewässer in ein oberes Sammelbecken mittels elektrischer Überschußenergie gefördert wird, die besonders während der Nacht zur Verfügung steht. Das Gewässer 1 kann z. B. ein See, ein Fluß, ein künstliches Ausgleichsbecken oder ein hierfür besonders gebauter Kanal sein.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Pumpanlage mit einer aus einem unteren Gewässer auf ein oberes Niveau fördernden Zentrifugalpumpe (Hauptpumpe), der eine im Untergewässer arbeitende, von einer aus der Hauptpumpe gespeisten Turbine angetriebene Zubringerpumpe vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Hauptpumpe unterhalb des Spiegels des unteren Gewässers angeordnet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptpumpe zweiflutig und mehrstufig ausgebildet und das Treibwasser für die Turbine aus zwei entsprechenden, beiderseits einer gemeinsamen Mittelstufe liegenden Umlenkkanälen entnommen ist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2 mit einem in einer von der Hauptpumpe zum oberen Niveau führenden Druckleitung angeordneten Absperrorgan, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan unterhalb des Gewässerspiegels liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 675882, 350787; schweizerische Patentschrift Nr. 287 345;
französische Patentschrift Nr. 536948; i°5

Ritter, Flüssigkeitspumpen, 1938, S. 93;
Add is on, Centrifugal and other Rotodynamic Pumps, 1948, S. 345, 371, 402, 403.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 709 875/79 1.58