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Mit einer Drehzahl arbeitende reversierbare
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mehrstufige Wasserkraftmaschine Die ERfindung betrifft eine mit einer
Drehzahl arbeitende reversierbare und mehrstufige Wasserkraftmaschine mit einer
flöchstdruckstufe und mindestens einer weiteren Stufe niedrigen Druckes, bei der
die einzelnen Stufen über einen Rücklauf in Reihe hintereinandergeschaltet sind,
wobei rings um den Läufer der Höchstdruckstufe bewegliche Führungsschaufeln zum
regulierenden Einstellen der Öffnung und rings um den Läuferumfang der weiteren
Druckstufen feststehende Führungsschaufeln mit einer bestimmten Öffnung angeordnet
und die den Stufen zugeordneten Läufer mit einer Welle gekoppelt sind, und wobei
schließlich die Wasserkraftmaschine entweder als Wasserturbine oder als Pumpe mit
einer vorgegebenen Drehzahl in Abhängigkeit von der Umschaltung der Drehrichtung
betreibbar ist. Die Erfindung betrifft insbesondere eine solche Wasserkraftmaschine,
die in der Lage ist, mit einer festgelegten und vorgegebenen Drehzahl mit einer
hohen Leistung oder einem hohen Wirkungsgrad zu arbeiten.
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Seit kurzem sind hydroelektrische Kraftwerke an Stellen und Plätzen
errichtet worden, wo der Wasserdruck sehr groß ist.
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txan hat hierfür eine Mehrstufen-Wasserkraftmaschine entwikkelt, weil
bei Einstufen-Wasserkraftmaschinen die Konstruktionsgrenzen erreicht worden sind.
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Bekanntlich ist, je nach dem ob die Wasserkraftmaschine als Turbine
oder als Pumpe arbeitet, der maximale Hydraulikwirkungsgrad bzw. die maximale Hydraulikleistung
sehr unterschiedlich.
Darüber hinaus ist dann, wenn die Wasserkraftmaschine
in den beiden Betriebsarten mit de gleichen Drehzahl arbeiten soll, erforderlich,
daß der maximale hydraulische Wirkungsgrad für beide Betriebsarten gleich groß sein
soll.
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Bei einer mehrstufigen Hydraulikpumpe/Hydraulikturbine, insbesondere
bei einer Pumpe/Turbine mit mehr als drei Stufen, ist es wegen Konstruktionsbeschränkungen
und Betriebsbeschränkungen schwierig, rings um den Umfang eines jeden Läufers die
für das Regulieren der Schaufelöffnungen bestimmten Schaufeln anzubringen und zu
montieren.
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Nun ist bereits vorgeschlagen worden, die beweglichen Führungsschaufeln
nur rings um den Umfang der Hochdruckstufe anzubringen und~feste~~Führungsschaufeln
rings um den Läufer der übrigen Stufen, um dadurch den Bau und die Kosntruktion
von mehrstufigen Pumpen/Turbinen zu vereinfachen. Weil aber die Strömungsbedingungen
in den übrigen Stufen nicht im Ansprechen auf die Strömungsmenge des der Wasserkraftmaschine
zugeführten Wassers gesteuert und geregelt werden können, ist der hydraulische Wirkungsgrad
bzw. die hydraulische Leistung solcher Pumpen/ Turbinen, die nur in der Höchstdruckstufe
mit beweglichen SChaufeln ausgerüstet sind, relativ gering, wenn man sie mit Pumpen/Turbinen
vergleicht, welche in allen Stufen bewegliche Führungsschaufeln aufweisen.
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Die Erfindung stellt sich somit die Aufgabe, eine neuartige und verbesserte
reversierbare mehrstufige Pumpe/Turbine zu schaffen, die in jeder ihrer Stufen einen
hohen hydraulischen Wirkungsgrad oder eine hohe hydraulische Gesamtleistung aufzuweisen
hat.
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Die Erfindung löst die ihr gestellte Aufgabe dadurch, daß bei einer
mit einer Drehzahl arbeitenden reversierbaren mehrstufigen Wasserkraftmaschine der
eingangs genannten Gattung der Läufer der weiteren Stufe einen nurchmesser aufweist,
der im Bereich von 0,86 bis 0,96 des(Läuferdurchmessers der Höchstdruckstufe
liegt.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen,.daß außer der Höchstdruckstufe
mehr als zwei weitere Stufen vorgesehen werden und daß in Radialrichtung eines jeden
Läufers der weiteren Stufen die Größe des Läufers so ausgelegt ist, daß sie von
der Höchstdruckstufe bis zur Stufe des geringsten Druckes immer kleiner wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Figur 1 einen Querschnitt
durch eine zweistufige Wasserkraftmaschine als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 ein Kennliniendiagramm mit Darstellung des Hydraulikverhaltens, das zwischen
der Betriebsart einer reversierbaren Wasserkraftmaschine als Pumpenturbine und als
Wasserturbine gegeben ist, Figur 3 ein Kennliniendiagramm betreffend die Zuordnung
der hydraulischen Bedingungen in jeder Stufe einer konventionellen mehrstufigen
Wasserkraftmaschine, Figur 4 ein Kennliniendiagramm mit Darstellung der Zuordnung
der hydraulischen Bedingungen in jeder Stufe der mehrstufigen Wasserkraftmaschine,
wenn diese Maschine erfindungsgemäß als Turbine betrieben wird und Figur 5 ein Kennliniendiagramm
mit Darstellung der Hydraulikbedingungen in jeder Stufe des mehrstufigen Wasserkraftaggregates,
wenn dieses gemäß der Erfindung als Pumpe betrieben wird.
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Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, handelt es sich bei dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel um eine zweistufige Pumpe/Turbine
der Francis-Type.
Zu dieser Wasserkraftmaschine yehören ein Läufer 2 einer Hochdruckstufe und ein
Läufer 3 einer Niederdruckstufe, die beide im Axialabstand hintereinander auf einer
Hauptwelle 1 angeordnet sind.
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Der zur ochdruckstufe gehörende Läufer 2 ist zwischen einer oberen
Abdeckung 4 und einer unteren Abdeckung 5 angeordnet, wohingegen der zur Niederdruckstufe
gehörende Läufer 3 sich zwischen einer oberen Abdeckung 6 und einer unteren Abdeckung
7 befindet. Es ist eine Läuferkammer 8 für die ochdruckstufe und eine Läuferkammer
9 für die Niederdruckstufe vorhanden.
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Die beiden Kammern 8 und 9 stehen über einen Rücklaufkanal 10 miteinander
in Verbindung. An der Peripherie der Läuferkammer 8 der Hochdruckstufe ist eine
Wirbelkammer 12 mit einem Wirbelkammergehäuse 11 derart angebracht, daß die Läuferkammer
8 und die Wirbelkammer 12 in Verbindung stehen. An den Eingang der Wirbelkammer
12 ist eine Rohrleitung 14 über ein Ventil 13 angeschlossen.
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Auf dem Umfang des zur IIochdruckstufe gehörenden Läufers 2 sind die
beweglichen Leitschaufeln 15 angeordnet, wobei die Öffnung einer jeden Schaufel
von einem (nicht dargestellten) Regelkreis gesteuert und geregelt werden kann, wodurch
die Maschine unter normalen Betriebsbedingungen betrieben werden kann. Auf den Umfang
des ztir Niederdruckstufe gehörenden Läufers 3 sind die fest angeordneten Leitschaufeln
16 montiert, wobei eine jede Schaufel eine vorgegebene Öffnung hat.
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Wenngleich die Erfindung am Beispiel einer zweistufigen Wasserkraftmaschine
erläutert und beschrieben wird, so sollte doch klar sein, daß bei einer mehrstufigen
Wasserkraftmaschine mit mehr als drei Stufen die beweylicllen Leitschaufeln auf
dem Umfang der höchsten Druckstufe angeordnet und montiert sind und die festen Leitschaufeln
auf dem Umfang einer jeden der übrigen Stufen.
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Wenn die zuvor beschriebene zweistufige Wasserkraftmaschine als eine
Trubine arbeitet und wenn das Ventil 13 yeöffnet ist, dann
fließt
das Wasser von der Rohrleitung 14 aus in die Wirbelkammer 12 des Wirbelkammergehäuses
11 und von dort in das Strömungsrohr 17, das über die beweglichen Leitschaufeln
15 und den Läufer 2 der Hochdruckstufe sowie über den Rücklaufkanal 10 und die festen
Schaufeln 16 sowie über den Läufer 3 der Niederdruckstufe mit einem Ablaufkanal
verbunden ist.
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Das hat wiederum zur Folge, daß die Wasserkraftmaschine angetrieben
wird und dabei mit einem (nicht dargestellten) und mit der Hauptwelle 1 gekoppelten
Generator/Motor Strom erzeugt oder Strom verbraucht.
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Wird demgegenüber die Wasserkraftmaschine mit der gleichen Drehzahl,
die auch für die Turbine Anwendung findet, als Pumpe betrieben, dann ist die Drehrichtung
der rotierenden Welle umgekehrt. Nach dem Schließen des Ventiles 13 und nach dem
Schließen der beweglichen Leitschaufeln 15 wird der Wasserspiegel in der Turbine
abgesenkt, indem das Wasser aus der Turbine herausbefördert wird, und zwar unter
Verwendung einer (nicht dargestellten) nahe dem Strömungsrohr 17 angeordneten Druckvorrichtung.
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Sodann wird die Maschine vom Generator/Motor (nicht dargestellt) bis
zur Erreichung der Maschinen-Nenndrehzahl hochgefahren, woraufhin das Ventil 1 3
und die beweglichen Führungsschaufeln 1 5 geöffnet werden, was wiederum zur Folye
hat, daß in diesem Falle das Wasser vom Läufer als dem Strömungsrohr 17 in die Rohrleitung
14 gepumpt wird und dabei den Weg, den es bei der Turbinenoperation genommen hat,
in umgekehrter Richtung zurücklegt.
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Nun ist der hydraulische Gesamtwirkungsgrad oder die hydraulische
Gesamtleistung einer reversierbaren mehrstufigen Wasserkraftmaschine, bei der jeweils
zwei Stufen über den Rücklaufkanal hintereinandergeschaltet verbunden sind, durch
die Addition des hydraulischen Verhaltens in jeder Stufe gegeben.
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Soll nun das Problem des Hydraulikverhaltens von mit einer Drehzahl
arbeitenden reversierbaren mehrstufigen Wasserkraftmaschinen erforscht und untersucht
werden, dann ist es zunächst einmal notwendig, daß das Problem des Hydraulikverhaltens
von einstufigen reversierbaren Wasserkraftmaschinen verstanden worden ist.
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Bei mit einer Drehzahl arbeitenden reversierbaren und einstufigen
Wasserkraftmaschinen gelten im allgemeinen die nachstehend angeführten Annahmen:
N (U/min) = Drehzahl der Turbine Ht (m) = Wasserdruckhöhe der Turbine nt = Wirkungsgrad
der Turbine H = pumpengesamtdruck p n = Wirkungsgrad der Pumpe.
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P Die Wirkungsgrad-Kennlinien für jeden Öffnungszustand der beweglichen
Führungsschaufeln zur Einheitsdrehzahl
und
die sich sowohl auf den Turbinenbetrieb als auch auf den Pumpenbetrieb beziehen,
sind in Fig. 2 dargestellt. Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Einheitsdrehzahlen
an den Punkten der größten hydraulischen Leistung oder des größten hydraulischen
Wirkungsgrades der Turbine und der Pumpe nicht übereinstimmen. Die Drehzahl
ist immer größer als die Drehzahl
Dies ist genau das Problem des Hydraulikverhaltens, welches bei Wasserkraftmaschinen
der reversierbaren Ausführung unvermeidlich ist. Wenn auch Anstrengungen unternommen
worden sind, die Differenz zu verringern, so hat diese Differenz doch im allgemeinen
die nachstehend angeführte Größe:
Weil lt. Darstellung in Fig. 1 und nach Gleichung (1) beim Turbinenbetrieb
ein ganz anderer maximaler Wirkungsgrad gegeben ist als beim Pumpenbetrieb, ist
der hydraulische Wirkungsgrad oder die hydraulische Leistung be-sonders niedrig,
wenn die Maschine mit dem für die Wasserturbine bestimmten maximalen Wirkungsgrad
und der diesem-Wirkungsgrad entsprechenden Drehzahl als Pumpe betrieben und gefahren
wird.
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Ebenfalls sehr gering ist der Wirkungsgrad, wenn die Maschine mit
dem für die Pumpe bestimmten maximalen Wirkungsgrad und der diesem Wirkungsgrad
entsprechenden Drehzahl als Wasserturbine betrieben und gefahren wird.
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Aus diesem Grund werden die Betriebsbedingungen für die Pumpe so festgelegt,
daß bei einer für den Pumpenbetrieb entsprechenden regulären Wasserhöhe die Pumpe
mit dem maximalen hydraulischen Wirkungsgrad arbeitet.
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Weil nun nach Fig. 2 und nach Gleichung (1) die Turbine auf ein bestimmtes
Hydraulikverhalten beschränkt ist, muß in diesem Falle das reguläre oder normale
Betriebsverhalten der Maschine so gewählt werden, daß es der hohen Einheitsdrehzahl
entspricht, nicht aber dem Punkt des-maximalen Wirkungsgrades.
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Anders ausgedrückt: Das Betriebsverhalten muß derart ausgelegt und
gewählt werden; daß es in einem Bereich liegt, in dem der hydraulische Wirkungsgrad
kleiner ist als der maximale Wirkungsgrad und indem es der Niederdruckseite des
Wassers zugeordnet ist.
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Das aber bedeutet, daß dann, wenn das Hydraulikverhalten der Pumne/Turbine
untersucht und erforscht werden soll, der Drehzahl
eine wichtige Bedeutung zukommt.
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Angenommen, N (U/min) sei bei dem maximalen Wirkungsgrad die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Läufers, D (M) sei der Außendurchmesser der Läuferschaufel, u (m/s) sei die
Umfangsgeschwindigkeit
der Läuferschaufel, sei der Koeffizient
der Umdrehungsgeschwindigkeit der Läuferschaufel, H (m) sei die Gesamtförderhöhe
der Pumpe und g (m/s ) sei die Erdbeschleunigung.
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Es ergeben sich dann die nachstehend angeführten Gleichungen (2) und
(s) für das Hydraulikverhalten:
Wenn nun die Turbine von der Konstruktion derart ausgelegt ist, daß der Koeffizient
der Umfangsgeschwindigkeit der Läuferschaufel - dieser steht für die Umfangsgeschwindigkeit
der Läuferschaufel j-e Einheit Wasserdruck (Pumpengesamtdruck) -beim Betrieb als
Wasserturbine im wesentlichen gleich jenem ist, der beim Betrieb als Pumpe gegeben
ist, dann ergibt sich lt. Darstellung der aus Gleichung (3) abgeleiteten Gleichung
(4) ein Zusammenhang, der darin besteht, daß die Einheitsdrehzahl
dann dem Außendurchmesser umgekehrt proportional ist, wenn der Läuferschaufel-Außendurchmesser
D konstant ist.
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D D = konstant ......
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Bei einer Maschine, bei der der Läufer durch einen kleinen Außendurchmesser
der Läuferschaufel D gebildet ist, liegt das Verhältnis von Einheitsdrehzahl eines
jeden maximalen hydraulischen Wirkungsgrades von Pumpe und Wasserturbine im Bereich
der Gleichung (1).
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Das aber bedeutet wiederum, daß die Einheitsdrehzahl beim Pumpenbetrieb
und bei Wasserturbinenbetrieb relativ viel größer sein kann.
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Auf der Grundlage des zuvor gegebenen Resultates, das aus dem Grundproblem
des Hydraulikverhaltens einer reversierbaren einstufigen Pumpenturbine erarbeitet
worden ist, soll nachstehend nun das Problem des- Hydraulikverhaltens der in Fig.
1 dargestellten und bisher bekannten Turbinenkonstruktion behandelt und diskutiert
werden.
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So ist die Wasserturbinenmaschine der bisher bekannten Ausführung
in der Hochdruckstufe mit beweglichen Leitschaufeln versehen und in der Niederdruckstufe
mit feststehenden Leitschaufeln, und dies derart, daß sich hydraulisch betrachtet
ähnliche Punkte ergeben. Darüber hinaus hat die Leitschaufel eines jeden Läufers
den gleichen Außendurchmesser ( d.h. nach Fig. 1 ist D1 = D2).
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Fig. 3 zeigt nun die Zuordnung, die im Hydraulikverhalten einer jeden
Druckstufe dann gegeben ist, wenn, wie im zuvor angeführten Fall, die Wasserkraftmaschine
als Wasserturbine betrieben wird.
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Nach Fig. 3 steht H1 für den Wasserdruck oder für den reinen Turbinendruck
in der Hochdruckstufe, wohingegen mit H2 ein Wasserdruck oder ein Turbinendruck
für die Niederdruckstufe gekennzeichnet ist, während Q wiederum die Durchflußmenge
bezeichnet. Bei H10, H20 und QO handelt es sich um H1, H2 und Q entsprechende Werte,
die bei einem Turbinenbetrieb unter nOrmalen Bedingungen (Punkt 0 wie dargestellt)
erreicht werden.
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Mit dem Buchstaben aO ist der Öffnungszustand der Leitschaufeln unter
normalen Turbinen-Betriebsbedingungen gekennzeichnet.
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Die dem Buchstaben a nachgestellten Indexzahlen bezeichnen den jeweils
zutreffenden Öffnungszustand, wobei positive Indexzahlen, bspw. a11 a2 . . .., jeweils
einen öffnungszustand bezeichnen, und zwar einen öffnungszustand der Hochdruckstufe,
der gegenüber dem normalen öffnungszustand aO größer ist, wohingegen bei einem gegenüber
dem normalen öffnungszustand aO kleineren öffnungszustand dem Buchstaben a jeweils
negative
Zahlen nachgestellt sind, bspw. a 1 a 2 . ..., und zwar
für die Hochdruckstufe.
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BeiA n handelt es sich um die relative Abweichung vom maximalen Turbinenwirkungsgrad.
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Fig. 3 zeigt insbesondere die gegebene Zuordnung oder den gegebenen
Zusammenhang zwischen der Durchflußmenge und dem Wasserdruck für jede Stufe, wobei
die Durchflußmenge Q/QO auf der Abszissenachse aufgetragen ist und der Wasserdruck
H1/H1O sowie H2/H20 in der höheren Druckstufe und in den niedrigeren Druckstufen
auf der Ordinatenachse. Deswegen ist auch der gesamte Wasserdruck einer zweistufigen
Pumpe/Turbine als die Summe der Wasserdrücke einer jeden Stufe angegeben.
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Bei vollständig geöffnetem Einlaßventil 13 und dann, wenn für jede
Stufe die normalen Turbinenbetriebsbedingungen gegeben sind (Punkt O in Fig. 3),
ist der Wasserdruck in jeder Stufe gleich dem halben Gesamtwasserdruck Hot der auf
die zweistufige Pumpenturbine einwirkt, wie dies auch aus der nachstehend angeführten
Gleichung (5) hervorgeht: H1 2 0 H1 = H2 H1 = H10 = H0/2 H2 = H20 = H/2 ......(5)
An dieser Stelle muß darauf hingewiesen werden, daß bei einigen im Zusammenhang
mit der reversierbaren, mit einer Drehzahl arbeitenden Pumpe/Turbine erwähnten Problemen
der normale Arbeitspunkt (der Punkt O Betriebswasserdruck H10 und H20) ziemlich
mehr zur Niederdruckseite hin angestellt werden muß (in der die Umlaufdrehzahl hoch
ist), als dies im Hinblick auf den maximalen Wirkungsgrad für Wasserbetrieb (##
= 0) der Fall ist, daß weiterhin der hydraulische Wirkungsgrad derart ausgelegt
sein
muß, daß er im unteren Wirkungsgradbereich oder Leistungsbereich liegt.
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Aus diesem Grunde kann dann, wenn der öffnungsgrad der Niederdruckstufe
konstant ist, wenn der Öffnungsgrad der Hochdruckstufe in der mit Fig. 3 dargestellten
Weise allmählich geschlossen wird, in Übereinstimmung mit dem gegebenen Zusammenhang
im Hinblick auf den nach Gleichung (6) gegebenen Wasserdruck für die Betriebsbedingungen
der Hochdruckstufe eine Ortslinie 0 bis B gezogen werden, in der der hydraulische
Wirkungsgrad relativ hoch wird.
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Andererseits wiederum kann der Betriebszustand für die Niederdruckstufe
mit der festen Öffnung eine Ortes linie 0 bis Ao entlang der Linie aO ziehen, in
der der hydraulische Wirkungsgrad umgekehrt allmählich abbaut und schwächer wird.
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H1 2 0 H1 > H2 (6) Damit wird gegenüber der normalen Betriebsbedingungen
(Punkt O) der hydraulische Wirkungsgrad im Bereich der kleinen Durchflußmenge oder
Strömungsmenge verbessert. Es ist jedoch unmöglich, den Gesamthydraulikwirkungsgrad
für jede Stufe zu verbessern, weil im umgekehrten Fall dann der hydraulische Wirkungsgrad
für die Hochdruckstufe sich abschwächt und kleiner wird.
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Zufolge dieser Erfindung ist der Läufer derart ausgeführt, daß er
normalerweise im Bereich des Niederdruckes arbeitet (in dem die Einheitsdrehzahl
hoch ist), und nicht auf dem Punkt des für den Wasserbetrieb maximalen Wirkungsgrades
in der Hochdruckstufe in der der Turbinenbetrieb mit einem hohen Wirkungsgrad stattfinden
kann, und zwar durch steuerndes und regulierendes Einstellen der beweglichen Führungsschaufeln
im Bereich der geringen Strömungsmenge oder Durchflußmenge.
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Damit ist es möglich, den gesamten hydraulischen Wirkungsgrad für
jede Stufe zu verbessern.
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Anhand von Fig. 1 ist das Ausführungsbeispiel der Erfindung bspw.
am Ausführungsbeispiel einer mit einer Drehzahl arbeit tenden reversierbaren zweistufigen
Pumpenturbine beschrieben und erläutert worden.
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So wird das Einstufen-Hydraulikverhalten des Läufers 3 der Niederdruckstufe
völlig zur höheren Einheitsdrehzahl hin verschoben und zwar im Vergleich mit demEinstufen-Hydraulikverhalten
des zur Hochdruckstufe nach Fig. 1 gehörenden Läufers 3 und nur um die Größe, welche
der Einheitsdrehzahl (siehe Gleichung 1) eines jeden maximalen hydraulischen Wirkungsgrades
der Pumpe und der Wasserturbine in dem Einstufen-Hydraulikverhalten des Läufers
2 der Hochdruckstufe entspricht, der mit beweglichen Leitschaufeln 15 versehen ist.
(Es wird auf Gleichung 4 hingewiesen).
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In diesem Fall erhält man die relative Zuordnung zwischen dem Schaufel-Außendurchmesser
D1 des zur Hochdruckstufe gehörenden Läufers 2 und dem Schaufelaußendurchmesser
D2 des zur Niederdruckstufe gehörenden Läufers 3 aus den Gleichungen (1) und (4),
wie dies mit der nachstehend angeführten Gleichung (7) dargestellt ist.
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Mit den Indexzahlen 1 und 2 sind in der nachstehend angeführten Gleichung
jeweils die Hochdruckstufe und die Niederdruckstufe gekennzeichnet.
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= 0,86 bis ungefähr 0,96 (7) Fig. 4 und 5 zeigen die Zuordnungen,
welche im Hydraulikverhalten für jede Stufe beim Turbinenbetrieb und beim Pumpenturbinenbetrieb
gegeben sind.
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So ist bspw. der Außendruchmesser D2 derart ausgelegt, daß eine Reduzierung
nach Gleichung (7) c. im Hinblick auf den SChaufelaußendurchmesser D2 gegeben ist.
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Beim Wasserturbinenbetrieb, bei dem mit dem höheren Wirkungsgrad zu
arbeiten ist, ist es möglich, die Wasserkraftmaschine mit einem gegenüber den bisher
bekannten Maschinen (nach Fig. 3) höheren Wirkungsgrad zu betreiben, und zwar von
der normalen Betriebsbedingung aus (Punkt 0) bis zur kleinen Durchflußmenge in der
Niederdruckstufe. Und diese Möglichkeit ist dadurch gegeben, daß der Läufer für
jede Stufe in der zuvor beschriebenen Art konstruiert wird, daß weiterhin der Öffnungsgrad
der beweglichen Leitschaufeln gesteuert und geregelt wird, und zwar durch Verschiebung
über die Ortes linie des Wasserturbinenbetriebsverhaltens für jede Stufe, wie dies
in Fig. 4 dargestellt ist.
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Infolgedessen ist auch eine Verbesserung des gesamten Hydraulikverhaltens
für jede Stufe möglich.
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Andererseits wiederum kann, wie dies mit Fig. 5 dargestellt ist, auch
während des Pumpenbetriebes die Wasserkraftmaschine gegenüber den früheren und bisher
bekannten Maschinen mit einem besseren Wirkungsgrad betrieben und gefahren werden.
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Wenn die Wasserkraftmaschine zwei oder drei Druckstufen hat, dann
ist ein jeder Schaufelaußendurchmesser einer jeden Stufe auf einen Größenbereich
begrenzt, der zwischen 0,86 bis 0,96 des Schaufelaußendurchmessers der Hochdruckstufe
liegt.
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So nehmen bspw. bei einer Wasserkraftmaschine mit drei Druckstufen
die Außendurchmesser der Schaufeln, die der mittleren Druckstufe und der niedrigen
Druckstufe zugeordnet sind, Werte an, die jeweils im Größenbereich von 0,96 und
0,86 des der Hochdruckstufe zugeordneten Schaufelaußendurchmessers liegen.
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Wenn man nun einen jeden Lauf er in der vorerwähnten Größenordnung
konstruiert und baut, d. h. in der Größenordnung
von 1:0,96:0,86,
dann kann die Wasserkraftmaschine leicht gebaut und auch überholt werden.
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Nun kann, wie bereits zuvor beschrieben, eine mehrstufige Wasserkraftmaschine
gebaut werden und zwar eine Wasserkraftmaschine, bei der alle Stufen - von der Stufe
höchsten Druckes bis zur Stufe geringsten Druckes - mit einer Rücklaufleitung verbunden
sind, bei der die beweglichen Leitschaufeln nur rings um einen Läufer der höchsten
Druckstufe angeordnet sind bei der feste Leitschaufeln rings um einen jeden Läufer
einer jeden Niederdruckstufe angeordnet sind, wobei zwischen dem Schaufelblattaußendurchmesser
des zur Hochdruckstufe gehörenden Läufers und den Schaufelblattaußendurchmessern
der übrigen (Nieder)-Druckstufen ein ganz bestimmtes Verhältnis derart gegeben ist,
das unter normalen Betriebsbedingungen der Öffnungszustand der beweglichen Leitschaufeln
derart gesteuert und geregelt werden kann, daß er in übereinstimmung mit der Durchflußmenge
kleiner oder größer ist als der öffnungszustand der festen Leitschaufeln, was wiederum
auch zur Folge hat, daß das Hydraulikverhalten bei Normalbetrieb verbessert wird.
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Es ist selbstverständlich, daß an der Erfindung viele Änderungen und
Modifikationen vorgenommen werden können und daß innerhalb des durch die Patentansprüche
vorgegebenen Rahmens die Erfindung auch in anderer Weise als beschrieben praktiziert
und realisiert werden kann.