Verfahren zum Schliessen einer Wasserturbine mit regulierbaren Leit- und Laufschaufeln im Falle plötzlicher Entlastung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schliessen einer Wasserturbine mit regulier baren Leit- und Laufschaufeln im Falle plötz- lieber Entlastung.
Für solche Betriebsfälle ist schon vorge- seblagen worden, die Leitschaufeln vorerst mit, kurzer Schliesszeit bis auf etwa. 1/3 der gröliten Öffnung des Leitapparates zu sehlie- ssen, das heisst bis zii einer Stellung, bei wel cher bei praktiseh luiveränderter Drehzahl die heistun g Null der Turbine erreicht ist.
Im weiteren werden sodann die Laufsellaul'eln und glciehzeitig in Abhängigkeit von der je- weiligen. Stellung der Laufschaufeln die 1,eit- scli < iiil'eln weiter gesehlossen, derart,
dass die Tiil#bilieiileistiinrr trotz der naehfolf-enden Öffnungsverminderung der Laufsehaufeln nielit mehr wesentlich von der Nullast ab- weiclit.
Bei diesem Verfahren wird eine geringe 1)relizaliländerung der Turbine bei voller Ent- lastung erreicht, wobei aber trotzdem die hui-cliflussnienge der Turbine nicht sofort auf ihren. stationären Leerla.ufbetrag sinkt, Bei plötzlichen Entlastungen von Wasserkr:
z.ft- iwisebinen in Flusskraftwerken können aber trotzdem noch im Oberwasser Schwall- und im Unteiwasser Sunkbildungen auftreten, welche eine ernsthafte Gefahr für die Schiff- l'ahrt bedeuten können. Man hat, schon auf verschiedene Arten versucht, dieser Gefahr zu begegnen. Das einfachste Mittel wäre das Heben der Wehrschützen, wodurch die durch den Leitapparat abgesperrten: Wassermassen abgeleitet werden.
Nun ist aber die FIubgeschwindigkeit sol cher Schützen im Verhältnis zur Schliess geschwindigkeit ,eines Turbinenleita,pparates so klein, dass sich Sehwall- und Sunkbildun- gen damit praktisch nicht vermeiden lassen.
In den letzten Jahren ist man vielerorts dazu übergegangen, Wasserwiderstände zu verwenden, welche die Leistung des Crenera- tors aufzunehmen haben, wenn dieser vom Netz abgeschaltet wird. Die Eintauchtiefe der Elektroden dieser Apparate muss aber dauernd der jeweiligen Belastung des Gene- rators und auch der veränderlichen elektri schen Leitfähigkeit des Wassers a.ngepasst werden. Sonst treten beim Umschalten gleich wohl Belastungsänderungen des Generators und .damit Änderungen der Turbinenwasser menge mit den entsprechenden unerwünsch ten Folgen auf.
Die Erfindung bezweckt nun, in einfacher Weise unzulässige Schwankungen in der Durchflussmenge der Turbine und damit die Gefahr von Schwall- und Sunkbildungen zu vermeiden.
Beim erfindungsgemässen Ver fahren zum Schliessen einer Wasserturbine mit regulierbaren Leit- und Laufsehaufeln iin Falle plötzlicher Entlastung werden nun ebenfalls die Leitschaufeln in .einer ersten Schliesszeit bei praktisch unveränderter Stel lung der Laufschaufeln -um einen bestimmten Bruchteil des gesamten Regulierweges ge schlossen und sodann die Laufschaufeln und in bestimmter Zuordnung zu der jeweiligen Stellung der Laufschaufeln auch die Leit- schaufeln weiter geschlossen.
Die besagten Nachteile werden aber erfindungsgemäss da durch vermieden, dass die Leitschaufeln in der ersten Schliesszeit nur bis zu einer Stel lung geschlossen werden, bei welcher die Tur bine bei einer um weniger als ,die Hälfte von der Ausgangsmenge abweichenden Durchfluss- menge und entsprechend erhöhter Drehzahl die Leistung Null erreicht, und dass der je weiligen Stellung der nachfolgend schliessen den Laufschaufeln eine Stellung der Leit- schaufeln zugeordnet wird, bei welcher wäh rend eines Vielfachen der ersten Schliess zeit, unter Aufrechterhaltung erhöhter Dreh zahl die Änderung der Durchflussmenge pro Zeiteinheit eine solche ist,
dass nie eine<B>Ab-</B> nahme der Durchflussmenge pro Zeiteinheit eintritt, die grösser ist als die mittlere Ab nahme in der der ersten Schliesszeit nachfol genden Schliesszeit bis zum Erreichen der stationären Leerlaufdurchflussmenge.
In der Zeichnung ist. das .erfindunns- gemässe Verfahren durch einige Schaubilder beispielsweise erläutert, und auch ein Beispiel der Einrichtung zur Durchführung des er findungsgemässen Verfahrens dargestellt. Es zeigen Fig. 1 den zeitlichen Verlauf der Wasser menge und der Drehzahl der Turbine bei einer plötzlichen Entlastung, Fig. 2 ein Schaubild für den Zusammen hang zwischen Leistungsabgabe und Leit- schaufelöffnung für verschiedene Stellungen der Laufschaufeln bei einer bestimmten Dreh zahl,
Fig. 3 den Zusammenhang zwischen Leit und Laufschaufelstelhmg für die Leistung Null bei zwei verschiedenen Drehzahlen und Fig. 4 eine Ausführungsform einer Regel vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens.
In Fig. 1 ist als Abszisse die Zeit t und als Ordinate die Wassermenge Q und die Drehzahl n aufgetragen. Qo bedeutet die Vollast-Wassermenge und QL die stationäre Leerlauf-Wassermenge. Im Falle einer plötz lichen Entlastung der Turbine werden in der ersten Schliesszeit t1 die Leitschaufeln nur bis zu einer Stellung geschlossen, bei welcher die Durchflussmenge der Turbine auf einen Wert Q1 fällt, welcher von Qo nur so weit verschieden ist,
dass unzulässige Störungen im Zu- und Ablauf zu .der Turbine vermieden werden. Die Abweichung beträgt weniger als die Hälfte der Ausgangsmenge Qo, nämlich im vorliegenden Beispiel nur etwa einen Fünftel dieser Ausgangsmenge. Die Kurven a, b, c betreffen die Wassermenge, die Kurven U', b', c' die Drehzahl während des Schliess vorganges in der Zeit t1 bis t.. Da, das Schliessen der Leitschaufeln nicht so weit geht, bis die Leistung Null bei normaler Be triebszahl erreicht.
ist, so v eranlasst es nach dem ersten raschen Anstieg der Drehzahl n-e- mäss Kurve A keine Rückkehr zu der beim Beginn des Schliessvorganges vorhandenen Drehzahl no. Zur Zeit. t1 ist die Leistung Null der Turbine bei einer gegenüber no erhöhten Drehzahl 7i1 erreicht.
Die Laufschaufeln werden nun von t1 weg langsam geschlossen bis zu einer Zeit t., die praktisch einige -Minuten beträgt, bis die sta tionäre Leerla.ufstellung erreicht ist.
In die ser Zeit. ist es möglich, die Zu- und .Abfluss- verhä.ltnisse etwa durch Betätigung von Schützen den veränderten Betriebsbedin"-un- gen anzupassen. Der Schliel.worganm der Leit- schaufeln wird nun in Zuordnung zur Stel lung der Laufschaufeln derart gewählt, da.ss sieh ein bestimmter, zeitlicher Verlauf der Wassermenge,
beispielsweise nach den Kur ven a, b oder c ergibt, wobei zur Zeit t" die stationäre Leerlaufstellung der Leit- und Laufschaufeln bei normaler Drehzahl erreicht und die stationäre Leerla.ufdurchflussmenge QL vorhanden ist.
In der Zwischenzeit, in wel- eher immer noch eine gegenüber der statio nären Leerlau,fmenäe QL erhöhte @@'asser- menge durch die Turbine durchzusetzen hat, wird diese jedoch noch bei einer die statio näre Leerlaufdrehzahl nL übersteigenden Drehzahl, z. B. entsprechend den Kurven R', b', c', weiterlaufen.
Alle drei die Wassermengen anzeigenden Kurven a., <I>b,</I> c weisen die Eigenschaft. auf, dass während eines Vielfachen der ersten Schliesszeit t1, nämlich während einer Zeit At, die Änderung der Durchflussmenge pro Zeiteinheit eine solche ist, dass nie eine Ab nahme der Durcliflussmenge pro Zeiteinheit eintritt, die grösser ist als die mittlere Ab nahme (Q1-QL)/(t2-tl) in der der ersten Schliesszeit nachfolgenden Schliesszeit.
t2 - t1 bis zum Erreichen der stationären Leerlauf- durehflussmenge QL. Gemäss der Kurve a steigt sogar zuerst die Durchflussmenge vom Werte Q1 an, um erst nachher wieder ab zufallen.
Erst zu einer Zeit t*, das heisst nach einer Zeit 4t <I>=</I> C <I>-</I> t1, welche ein Viel- faelies der Zeit. t1 ist, erreicht.
die Abnahme der DurehfluPamenge pro Zeiteinheit den Wert (Q1-QL)/(t2-tl). Die Durchfluss- nienge verbleibt überdies während der Zeit Jt mindestens angenähert gleieh der am Ende der eisten Sehliesszeit erreichten Menge Q1. Gemäss der Kurve b steigt die Abnahme der Durehflussmenge pro Zeiteinheit. von Null an allmählich an, um erst. etwa. nach der zugehö rigen Zeit 4t, welche ein Vielfaches der Zeit.
t1 beträgt, den Wert der mittleren Abnahme pro Zeiteinheit, nämlich (Q1-QL)/(t2-tl) zu erreichen. Bei der linearen Abnahme der Durehflussmenge gemäss der Kurve c ist .die Abnahme pro Zeiteinheit während der ganzen Zeit.<I>to -</I> ti., die ebenfalls ein Vielfaches der Zeit t1 beträgt, gleich der mittleren Abnahme (Q1 --QL)/(t2-tl).
Jeder Drehzahl der Turbine entsprieht ein bestimmtes Diagramm für die Zuordnung der Leistungsabgabe in Funktion der Stellung der Leitsehaufeln bei verschiedenen Lauf schaufelstellungen. Ein solches Diagramm ist in Fig. 2 für eine bestimmte Drehzahl dar gestellt. Die Leistung N ist als Ordinate über der Leitschaufelöffnung a-0 als Abszisse aufgetragen mit der La.ufsehaufelstellung cp als Parameter.
Mit cp-1 bis 9-17 sind also Kurven mit konstanter Laufsehaufelstellung bezeich net. Aus dem Diagramm können auch die ein ander zugeordneten Leit- und Laiüsehaufel- stellungen für die Leistung Null abgelesen werden.
In Fig. 3 ist. mit der Kurve d ein solcher Zusammenhang zwischen Laufschaufelstel- lung cp und Leitsehaufelstellung ao bei der Nenndrehzahl und mit der Kurve e für eine erhöhte Drehzahl dargestellt.
Bei vorgegebenem, zeitlichem Verlauf der Laufschaufelstellung und der Wassermenge ergibt sich ein ganz bestimmter Verlauf der Leitschaufelstellung, und mit Hilfe der Fig. 3 kann dann auch bei Vorliegen der entspre chenden Kurven für weitere Drehzahlen der Drehzahlverlauf bestimmt werden.
Mit den Kurven a', b' c' der Fig. 1 ist der ungefähre Verlauf der Drehzahl n entsprechend dem Verlauf der Kurven a, b, c für die Durch flussmenge dargestellt. Die Drehzahl über steigt. bei diesen Beispielen während längerer Zeit die stationäre Leerlaufdrehzahl 7zL tun mehr als 25"/ & .
Bei der in Fig. 4 gezeigten Regeleinzieh- tung. ist mit 1 ein Fliehkra.ftpendel bezeich net, welches den Schliessvorgang bei einer in folge einer Entlastung der Turbine auftreten den Drehzahlsteigerung einleitet. Die Pendel bewegung wird hierbei über einen Steuer hebel 2 auf einen Steuerschieber 3 übertragen, welcher den Zufluss von Druckmittel zu einem Servomotor 4 steuert. Dieser Servomotor 4 dient zur Betätigung der Verstellvorrichtung der Leitschaufeln, welche nicht dargestellt sind.
Ein weiterer Servomotor 5 dient zur Betätigung der ebenfalls nicht dargestellten Laufschaufeln. Der Druckmittelzufluss zu diesem Servomotor wird von einem Steuer schieber 6 gesteuert, welcher an einem die Kolbenstangen der Servomotoren 4 und 5 ver bindenden Hebel 7 angelenkt ist. Der Servo motor 5 verstellt bei seiner Bewegung über eine Kurvenscheibe 8 eine Kulisse 9, welche den Hub des Pendels in nachfolgend noch zu erläuternder Weise begrenzt.
In die Druckflüssigkeitszuführmgsleitung des Steuerschiebers 6 ist eine Blende 10 ein- geschaltet, welche nur einen allmählichen Durchfluss von Druckflüssigkeit zum Servo motor 5 gestattet, und daher das Schliessen der Laufschaufeln verlangsamt.
Die Kurv enseheibe 8 ist so gestaltet, dass die Kulisse 9 bei geöffneter Stellung der Laufschaufeln durch Begrenzung des Pendel hubes eine Schliessbewegung der Leitseha.u- feln nur bis zu einer Stellung gestattet, bei welcher die Turbine bei um weniger als die Hälfte von der Ausgangsmenge Qo abweichen der Durehflussmenge und entsprechend er höhter Drehzahl die Leistung Null erreicht. Die Schliessbewegung .des Leitapparates kann beispielsweise auf etwa einen Drittel des ge samten Regulierreges begrenzt werden.
Die Blende 10 drosselt die Driiekflüssig- keitszufuhr zum Servomotor 5 so stark, da (i die Schliessbewegung der La.ufsehaufeln sieh über ein Vielfaches der ersten Schliesszeit, zweckmässig über mehrere Minuten, erst.reekt, und der im Verlauf der Schliessbewegung die Kulisse 9 versstellende Teil der Kurvenscheibe ist so gestaltet, dass die weitere,
durch den Servomotor 3- bewirkte Schliessbewegung der Leitschaufeln auch noch während eines Viel fachen 4t der ersten Schliesszeit t1 in der ein gangs erwähnten Art erfolgt. Erst gegen das Ende der Schliesszeit wird die Kulisse 9 so weit angehoben, dass das Pendel ungehindert auf den Steuerschieber 3 des Servomotors 4 einwirken kann. Die Form der Kurvenscheibe 8 lässt sich auf (Trend des gewünschten Ver laufes der Durehflussmenge mit Hilfe der Kurven .der Fig. 3 bestimmen.