DE3409340A1

DE3409340A1 - Verfahren zum steuern des betriebes einer mehrstufigen hydraulischen maschine

Info

Publication number: DE3409340A1
Application number: DE19843409340
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-03-15
Filing date: 1984-03-14
Publication date: 1984-09-27
Also published as: FR2542817B1; US4640664A; FR2542817A1

Description

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Verfahren zum Steuern des Betriebes einer mehrstufigen hydraulischen Maschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Betriebes einer mehrstufigen hydraulischen Maschine, insbesondere ein Verfahren zum Steuern und Einstellen einer Last oder einer Wasser-Durchflußmenge bei einer stetigen Betriebsbedingung einer mehrstufigen hydraulischen Maschine, allgemein einer Pumpenturbine, in welcher alle Druckstufen durch Umkehrleitungen verbunden sind und in welcher die Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck mit verstellbaren Leitschaufeln versehen sind.

In einer bekannten mehrstufigen hydraulischen Maschine, in welcher alle Druckstufen mit Laufrädern versehen sind und die jeweiligen Druckstufen durch Umkehrleitungen miteinander verbunden sind, erfolgt der Betrieb oder die Laufsteuerung der mehrstufigen hydraulischen Maschine durch Steuerung der Strömungsbedingung des Wassers, welches die jeweiligen Druckstufen in Übereinstimmung mit der Einstellung der Öffnungsgrade der Leitschaufeln durchsetzt, die auf den Umfangen der Laufräder der entsprechenden. Druckstufen vorgesehen sind. Jedoch ist es bei den mehrstufigen hydraulischen Maschinen der oben beschriebenen Art wegen konstruktioneller Beschränkungen extrem schwierig, Leitschaufeln auf den äußeren Umfangen der Laufschaufeln der entsprechenden Druckstufen vorzusehen und die öffnung oder Schliessung der Leitschaufeln durch eine Leitschaufel-Steuereinheit zu steuern, die mit den Leitschaufeln verbunden ist, wodurch für den praktischen Gebrauch der mehrstufigen hydraulischen Maschine ein Problem auftritt.

Unter Berücksichtigung des obigen Problems werden nach einem anderen Steuerverfahren, bei welchem nur stationäre Leitschaufeln mit konstantem Öffnungsgrad vorgesehen sind, die üblicherweise auf dem Außenumfang eines Läufers jeder Druckstufe angeordnet sind, die Einstellung der Wasser-Durchflußmenge und des Maschinen-Steuervorganges durch eine Auf- Zu-Steuerung des Einlaßventils durchgeführt, das am Einlaßteil der mehrstufigen hydraulischen Maschine vorgesehen ist. Jedoch kann bei diesem Verfahren die Wasser-Durchflußbedingung am Umfang des Läufers jeder Druckstufe in Abhängigkeit von der Durchflußmenge des durchströmenden Wassers nicht geeignet eingestellt werden, so daß in einem Bereich mit niedriger Durchflußmenge oder hoher Durchflußmenge, d.h. in Bereichen, die von den Konstruktionspunkten entfernt liegen, sich die hydraulische Leistung verringert, wodurch die hydraulische Maschine mit einer erniedrigten Gesamt-Hydraulikleistung betrieben wird.

Um Nachteile oder Probleme der oben beschriebenen Art auszuschalten, ist auch ein Steuerverfahren vorgeschlagen worden, bei welchem für eine der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck verstellbare Leitschaufeln vorgesehen sind, wobei die Wasser-Durchflußmenge durch Regulierung des Öffnungsgrades der verstellbaren Leitschaufeln eingestellt werden kann. Jedoch verbleiben bei diesem Steuerverfahren Probleme, wie Vibrationen, Geräusche und Kavitation, die beim Betrieb im Bereich mit niedriger Durchflußmenge auftreten.

Es ist ferner eine mehrstufige hydraulische Maschine vorgeschlagen worden, die mit verstellbaren Leitschaufeln versehen ist, deren Öffnungsgrade in den Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck gesteuert werden können, um eine stabile und vernünftig hohe hydraulische Leistung zu erhalten. Die mehrstufige hydraulische Maschine, bei welcher die Druckstufen mit höchstem Druck und mit niedrigstem Druck mit verstellbaren Leitschaufeln versehen sind, deren Öffnungsgrade gesteuert werden können, besitzt einen verhältnismäßig komplizierten Wasser-

Strömungsdurchgang im Vergleich mit einer einstufigen hydraulischen Maschine, und es ist auch erforderlich, die Öffnungsgrade der verstellbaren Leitschaufeln sehr genau zu steuern, und zwar aufgrund der zwei verstellbaren Leitschaufelanordnungen in zwei Druckstufen, die gleichzeitig bei einer Lasteinstellung und Steuerung unter einer normalen Betriebsbedingung der mehrstufigen hydraulischen Maschine eingestellt werden müssen. In einem Falle, in welchem die Einstellung der Öffnungsgrade der verstellbaren Leitschaufeln nicht genau ausgeführt werden kann, werden das Druckhohenverhältnis oder die Verteilung der Laufräder der jeweiligen Stufen ungleichförmig, was eine Erniedrigung der hydraulischen Leistung der mehrstufigen hydraulischen Maschine hervorrufen kann und Kavitation, Schwingungen und Geräusche an der niedrigsten Druckstufe und auch ein Ansteigen des Wasserdruckes erzeugen kann.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer zweistufigen Frances-Pumpenturbine, die gemäß der Erfindung gesteuert werden kann;

Fig. 2

und 3 Blockschaltbilder zur Darstellung der Last-Steuersysteme bei einem normalen Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Pumpenturbine,

Fig. 4 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einer Last und einem Öffnungsgrad der Leitschaufeln der Pumpenturbine nach.Fig. 1 zeigt,

.Fig. 5 eine graphische Darstellung, welche eine relative Beziehung zwischen den Öffnungsgraden der verstellbaren Leitschaufeln der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck der Pumpenturbine nach Fig. 1 zeigt,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Durchflußmengen-Steuersystems unter einer normalen Bedingung der Pumpenturbine nach Fig. 1,

Fig. 7 eine graphische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen der Wasser-Durchflußmenge und dem Öffnungsgrad der Leitschaufeln der Pumpenturbine nach Fig. 1 zeigt,

Fig. 8 ein Blockschaltbild, welches ein Last-Steuersystem der Pumpenturbine nach Fig. 1 zeigt,

Fig. 9

und 10 graphische Darstellungen, welche die relativen Beziehungen zwischen der Last und der relativen Lastdifferenz und zwischen der Last und dem relativen Lastverhältnis zeigen,

Fig.11 ein Blockschaltbild, welches ein Leitschaufel-Steuersystem der Pumpenturbine nach Fig. 1 zeigt,

Fig. 12

und 13 graphische Darstellungen, welche die Beziehungen zwischen der angestrebten Last und der relativen Differenz des Öffnungsgrades der Leitschaufel und zwischen der angestrebten Last und dem relativen Verhältnis des Öffnungsgrades der Leitschaufeln zeigen,

Fig. 14 ein Blockschaltbild eines Durchflußmengen-Steuersystems der pumpenturbine nach Fig. 1,

Fig.15

und 16 graphische Darstellungen, welche die Beziehungen zwischen der angestrebten Durchflußmenge und der relativen Differenz der Durchflußmenge und zwischen einer angestrebten Durchflußmenge und dem relativen Verhältnis der Durchflußmenge zeigen,

Fig.17 ein Blockschaltbild eines Leitschaufel-Steuersystems der Pumpenturbine nach Fig. 1 und

Fig. 18

und 19 graphische Darstellungen, welche die Beziehungen zwischen der angestrebten Durchflußmenge und der relativen Differenz des Öffnungsgrades der Leitschaufeln bzw. zwischen der angestrebten Durchflußmenge und deren relativem Verhältnis zeigen.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Steuerung des Betriebes einer mehrstufigen hydraulischen Maschine , mit welchem eine Lastregulierung bei einer normalen Betriebsbedingung durch Steuerung der Öffnungsgrade der verstellbaren Leitschaufeln der Stufen mit höchstem und mit niedrig-

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stem Druck erfolgen kann.

Durch die Erfindung wird auch ein Verfahren zur Steuerung des Betriebes einer mehrstufigen hydraulischen Maschine erreicht, bei welcher eine Regelung der Wasser-Durchströmmenge bei einer normalen Betriebbedingung durch Steuerung der Öffnungsgrade der verstellbaren Leitschaufeln der Druckstufen mit höchstem und niedrigstem Druck erfolgt.

Ferner wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Öffnungsgrade der verstellbaren Leitschaufeln der Druckstufen mit höchstem und niedrigstem Druck erreicht, um dadurch die Erzeugung von Kavitation, Vibrationen und Geräuschen zu vermeiden und einen abnormalen Druckanstieg in der Stufe mit niedrigstem Druck zu verhindern.

Dies wird gemäß der Erfindung einerseits erreicht durch ein Verfahren zum Steuern des Betriebes einer mehrstufigen hydraulischen Maschine, bei welcher die jeweiligen Druckstufen durch Laufräder und Umkehrleitungen in Reihe geschaltet sind, wobei die Druckstüfen mit höchstem und niedrigstem Druck mit verstellbaren Leitschaufeln versehen sind, deren Öffnungsgrade veränderbar sind. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß für eine angestrebte Lasteinstellung oder Strömungsmengeneinstellung bei einer normalen Betriebsbedingung der hydraulischen Maschine der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln einer der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck auf einen Öffnungsgrad der Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Last oder der angestrebten Strömungsmenge gesteuert wird, welcher einer relativen Beziehung zwischen dem Öffnungsgrad der Leitschaufeln und einer vorgeschriebenen Last oder Strömungsmenge genügt, und daß der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln der anderen Stufe der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck auf einen Öffnungsgrad gesteuert wird, welcher einer relativen Beziehung zwischen den Öffnungsgraden der verstellbaren Leitschaufeln der Druckstufen mit höchstem und niedrigstem Druck

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- 11 genügt.

In einer anderen Hinsicht ist gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Steuern des Betriebes einer mehrstufigen hydraulischen Maschine vorgesehen, bei welcher die jeweiligen Druckstufen durch Laufräder und Umkehrleitungen in Reihe geschaltet sind, wobei die Druckstufen mit höchstem und niedrigstem Druck mit verstellbaren Leitschaufeln versehen sind, deren Öffnungsgrade veränderbar sind. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß für eine angestrebte Lastregelung oder Durchflußmengenregelung bei einer normalen Betriebsbedingung der mehrstufigen hydraulischen Maschine der Öffnungsgrad der Leitschaufeln einer der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck auf einen Öffnungsgrad der Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Last oder der angestrengten Durchflußmenge gesteuert wird, welcher einer relativen Beziehung zwischen dem Öffnungsgrad der Leitschaufeln und einer vorgeschrxebenen Last oder Durchflußmenge genügt, um so einen Betrieb mit hoher Leistung bei einer vorgegebenen Druckhöhe zu erreichen, und daß der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln der anderen Stufe der Druckstufe mit höchstem und niedrigstem Druck auf einen Öffnungsgrad gesteuert wird, welcher einer relativen Differenz oder einem relativen Verhältnis zwischen einer tatsächlichen Last (oder einer tatsächlichen Durchflußmenge), die auf die verstellbaren Leitschaufeln der anderen Druckstufe einwirkt, und der angestrebten Last (oder der angestrebten Durchflußmenge) innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, der vorher festgesetzt worden ist.

In einer weiteren Hinsicht ist nach der Erfindung ein Verfahren zum Steuern des Betriebes einer mehrstufigen hydraulischen Maschine der oben beschriebenen Art vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß für eine Lastregelung oder Durchflußmengenregelung bei einer normalen Betriebsbedingung der mehrstufigen hydraulischen Maschine der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln einer der Stufen mit

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höchstem und niedrigstem Druck der mehrstufigen hydraulischen Maschine auf einen öffnurigsgrad der Leitschaufeln entsprechend einer angestrebten Last (oder einer angestrebten Durchflußmenge) gesteuert wird, welcher einer relativen Beziehung zwischen dem Öffnungsgrad der Leitschaufeln und einer vorgeschriebenen Last. (oder einer vorgeschriebenen Durchflußmenge) genügt, um so einen Betrieb mit hoher Leistung bei einer vorgegebenen Druckhöhe zu erreichen, und daß der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln der anderen Stufe der Druckstufen mit höchstem und niedrigstem Druck auf einen Öffnungsgrad gesteuert wird, ^welcher einer relativen Differenz oder einem relativen Verhältnis zwischen einem tatsächlichen Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln der anderen Druckstufe und einem Öffnungsgrad der Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Last (oder der angestrebten Durchflußmenge) innerhalb eines vorbeschriebenen Bereiches liegt, der vorher festgesetzt worden ist.

Gemäß der Erfindung wird, wie oben beschrieben, im Falle der Steuerung oder Regelung einer Last oder einer Wasser-Durchströmmenge bei. einer normalen Betriebsbedingung einer mehrstufigen hydraulischen Maschine möglich, den Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln einer Druckstufe zu steuern, während der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln der anderen Druckstufe so gesteuert wird, daß die Kombination der Öffnungsgrade der verstellbaren Leitschaufeln von zwei Druckstufen immer so gewählt werden kann, daß die höchste hydraulische Betriebsleistung erreicht werden kann und die hydraulische Maschine immer mit einer hohen hydraulischen Leistung betrieben werden kann, und zwar bei einer stetigen Betriebsbedingung der hydraulischen Maschine.

Obwohl nachteilige Erscheinungen, wie Kavitationen und Wirbel allgemein an einem Läuferteil der niedrigsten Druckstufe auftreten, können diese nachteiligen Erscheinungen vermieden werden, da die Druckhöhenverteilung der jeweiligen Druckstufen

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immer gesteuert werden können, und zwar durch Steuerung oder Regelung der Öffnungsgrade der verstellbaren Leitschaufeln der Druckstufen mit höchstem und niedrigstem Druck, und zwar nach dem Verfahren gemäß der Erfindung.

Somit kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die mehrstufige hydraulische Maschine immer mit hoher und mit hoher hydraulischer Leistung zuverlässig betrieben werden, wobei ein abnormaler Druckanstieg und Kavitation sowie Vibrationen und Geräusche, die an der niedrigsten Druckstufe erzeugt werden, vermieden werden können.

Eine Ausführung des Betriebs-Steuerverfahrens einer mehrstufigen hydraulischen Maschine gemäß der Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben, in denen eine zweistufige Frances-Pumpenturbie dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt ein Laufrad 2 in der Hochdruckstufe und ein Laufrad 3 in der Niederdruckstufe, die beide an axial mit Abstand gelegenen Punkten an einer Turbinenwelle 1 montiert sind. Das Laufrad 2 ist mit oberen und unteren Abdeckungen 4 und 5 abgedeckt, um dadurch eine Laufradkammer 8 der Hochdruckstufe abzugrenzen, und es ist das Laufrad 3 mit oberen und unteren Abdeckungen 6 und 7 abgedeckt, um dadurch eine Laufradkammer 9 der Niederdruckstufe abzugrenzen. Die Laufradkammern 8 und 9 sind durch eine Umkehrleitung 10 miteinander verbunden, in der eine Umkehrschaufel 11 angeordnet ist, und in der auch verstellbare Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe mit einem veränederbaren Öffnungsgrad angeordnet sind.

Außerhalb der Laufradkammer 8 ist ein Spiralgehäuse 13 angeordnet, das mit einer Spiralkammer 14 des Gehäuses 13 verbunden ist. Der Einlaßteil der Spiralkammer 14 ist über ein nicht gezeigtes Einlaßventil mit einem Druckrohr verbunden,

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das mit einem oberen Stauwerk in Verbindung steht. An der Aussenseite des Laufrades 2 sind verstellbare Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe angeordnet, die einen veränderbaren Öffnungsgrad haben. Die Laufradkammer 9 ist mit einem Saugrohr 16 verbunden, das wiederum mit einem überlauf in Verbindung steht, der mit einem unteren Stauwerk verbunden ist.

In Verbindung mit den Fig. 2 bis 5 wird ein Betriebssteuerverfahren der in Fig. 1 gezeigten zweistufigen Pumpenturbine beschrieben, und zwar für eine Lasteinstellung oder Lastregelung bei einem normalen Betrieb.

Es wird zunächst die Wasserspiegeldifferenz, das ist die Druckhöhe, Hst zwischen einem Wasserspiegel des oberen Stauwerkes und einem Wasserspiegel des unteren Stauwerkes durch einen Wasserhöhen-Detektor 17 gemessen, und es wird ein die Druckhöhe Hst betreffendes Signal in eine Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingegeben, in die über eine Daten-Eingabevorrichtung 19 eine Beziehung zwischen einer Last P und einem Öffnungsgrad A der Leitschaufeln vorher eingespeichert worden sind. Die Beziehung dazwischen wird erhalten durch einen Modelltest über die hydraulische Leistung mit einem Parameter der Druckhöhe Hst, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, und wenn eine angestrebte . Last Po eingestellt wird, wird der Öffnungsgrad Ao der Leitschau'feln für die Verwirklichung der angestrebten Last Po bestimmt. Die angestrebte Last Po wird eingestellt durch Übertragung eines Eingangssignals zur Betriebs-Steuervorrichtung 18 von einer Eingabevorrichtung 20 für die angestrebte Last. Ein den Öffnungsgrad Ao der Leitschaufeln darstellendes Ausgangssignal wird durch die Betriebs-Steuervorrichtung 18 erhalten und zu einer Steuervorrichtung 21 für die Hochdruckstufen-Leitschaufeln übertragen, um dadurch den Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufel 15 der Hochdruckstufe auf einen Wert Ao einzustellen.

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Wie oben beschrieben, haben durch Steuerung des Öffnungsgrades der verstellbaren Leitschaufeln der Hochdruckstufe auf einen Wert Ao entsprechend der angestrebten Last Po die Leitschaufeln der Laufräder 2 und 3 der Stufen mit hohem und niedrigem Druck relativ unterschiedliche Öffnungsgrade, wodurch das Druckverteilungsverhältnis und die tatsächliche Durchflußmenge sich verändern.

Die Steuerung des Öffnungsgrades der verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dadurch ausgeführt, daß die Tatsache in Betracht gezogen wird, daß die Pumpenturbine mit hoher hydraulischer Leistung betrieben werden kann, wenn die Öffnungsgrade der verstellbaren Leitschaufeln 15 und 12 der Hochdruckstufe und der Niederdruckstufe einer gewissen konstanten Relativbeziehung genügen.

Mit anderen Worten, die Beziehung zwischen dem Öffnungsgrad A der verstellbaren Leitschaufeln 15 und dem Öffnungsgrad a der verstellbaren Leitschaufeln 12 kann durch einen Modelltest der hydraulischen Leistung mit einem Parameter der Druckhöhe Hst erhalten werden, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Beispielsweise wird darauf hingewiesen, daß in einem Falle, in dem eine Druckhöhe beispielsweise HSt₁ ist, die Pumpenturbine mit einer stabilsten hydraulischen Leistung betrieben wird, wenn die verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe einen Öffnungsgrad von Ao und die verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe einen Öffnungsgrad a_Q einnehmen.

Die Beziehung zwischen den Öffnungsgraden A und a der verstellbaren Leitschaufeln 15 und 12 ist vorher herhalten und wird in die Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingespeichert, und zwar durch eine Eingabevorrichtung 23 für die Öffnungsgrade der Leitschaufeln, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die Druckhöhe Hst zwischen den Wasserspiegeln des oberen Stauwerkes und des

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unteren Stauwerkes wird durch den Wasserhöhen-Detektor 17 gemessen, und es wird ein die Druckhöhe Hst darstellendes Signal in die Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingegeben.Somit kann der Öffnungsgrad a~ der verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe entsprechend dem Öffnungsgrad Ao der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe zu einer Zeit einer Druckhöhe HSt₁ in Übereinstimmung mit der Beziehung bezüglich der Öffnungsgrade der verstellbaren Leitschaufeln, die vorher in die Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingespeichert worden sind, bestimmt werden. Ein den Öffnungsgrad a_Q darstellendes Ausgangssignal wird an eine Steuervorrichtung 22 für die Leitschaufeln einer Niederdruckstufe gegeben, um dadurch einen Öffnungsgrad der Niederdruckstufe so einzustellen, daß er einen Wert a_ hat.

Gemäß dieser Ausführung der Erfindung kann eine mehrstufige Pumpenturbine mit stabiler hydraulischer Leistung unter einer angestrebten Last betrieben werden, durch Steuerung des Öffnungsgrades der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe in Abhängigkeit von Steuerinstruktionen bezüglich des Öffnungsgrades Ao entsprechend der erstrebten Last Po und durch Steuerung des Öffnungsgrades der verstellbaren Leitschaufeln der Niederdruckstufe derart, daß dieser einen Öffnungsgrad a_Q einnimmt, welcher der relativen Beziehung des Öffnungsgrades Ao der verstellbaren Leitschaufeln der Hochdruckstufe genügt.

Obwohl in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Steuerinstruktionen bezüglich des Öffnungsgrades der Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Last an die verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe gegeben werden, können die Steuerinstruktionen auch an die verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe gegeben werden. Mit anderen Worten, es werden die angestrebte Last Po und die Druckhöhe Hst. darstellende Signale, die beispielsweise durch den Wasserhöhen-Detektor 17 gemessen worden sind, in die Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingegeben, und es wird der Öffnungsgrad Ao

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der Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Last Po mit einem Parameter einer Druckhöhe vorherbestimmt. Ein Steuersignal in Abhängigkeit von dem Öffnungsgrad Ao wird zu einer Leitschaufel-Steuervorrichtung 21 von der Betriebs-Steuervorrichtung 18 übertragen, um dadurch den Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe zu steuern.

Bezüglich der Steuerung der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe wird ein Wasserhöhen-Meßsignal von der Wasserhöhen-Meßvorrichtung 17 in die Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingegeben, und es wird der Öffnungsgrad a_Q der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe entsprechend dem Öffnungsgrad Ao der verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe unter der Betriebsbedingung mit der Druckhöhe Hst. gesteuert. Der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln der Hochdruckstufe wird dann auf "a_n" mit Hilfe der Leitschaufel-Steuervorrichtung 22 eingestellt.

Es ist selbstverständlich, daß das oben beschriebene Steuerverfahren in Bezug auf die Last an ein Steuerverfahren in Bezug auf eine Wasser-Durchflußmenge angepaßt werden kann. Das Steuerverfahren bezüglich der Wasser-Durchflußmenge wird im folgenden in Verbindung mit den Fig. 6 und 7 beschrieben.

Wie in Fig. 6 gezeigt, wird eine Druckhöhe Hst zwischen der oberen Stauanlage und der unteren Stauanlage durch die Wasserhöhen- Meßvorrichtung 17 gemessen, und es wird ein die Druckhöhe Hst darstellendes Signal in die Betreibs-Steuervorrichtung 18 eingegeben. In die Betriebs-Steuervorrichtung 18 sind vorher durch eine Daten-Eingabevorrichtung 29 Daten eingespeichert worden, welche die Beziehung zwischen einer Durchflußmenge Q und dem Öffnungsgrad A der Leitschaufeln beschreiben. Die entsprechende Beziehung kann erhalten werden durch einen Modelltest der hydraulischen Leistung mit einem Parameter der Druckhöhe Hst, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, und wenn eine angestrebte Durchflußmenge Qo eingestellt ist, wird der öffnungs-

grad Ao der Leitschaufeln für die Verwirklichung der angestrebten Durchflußmenge Qo angegeben. Die angestrebte Durchflußmenge Qo wird eingestellt durch übertragung eines Signals von einer Eingabevorrichtung 30 für die angestrebte Druchflußmenge an die Betriebs-Steuervorrichtung 18. Ein von der Betriebs-Steuervorrichtung 18 erhaltenes Ausgangssignal, welches den Öffnungsgrad Ao darstellt, wird an die Leitschaufel-Steuervor-. richtung 21 der Hochdruckstufe gegeben, um dadurch den Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe auf den Wert "Ao" einzustellen. Die Öffnungsgrade der Leitschaufeln der Laufräder 2 und 3 der Hochdruckstufe und der Niederdruckstufe unterscheiden sich relativ durch Steuerung der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe auf einen Wert Ao entsprechend der Durchflußmenge Qo, und entsprechend verändert sich das Druckhöhen-Verteilungsverhältnis und die tatsächliche Durchflußmenge.

Ein Verfahren zur Steuerung des Öffnungsgrades der verstellbaren. Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe in Bezug auf die Wasser.-Durchflußmenge ist im wesentlichen identisch zu dem Verfahren, das bezüglich der Laststeuerung erwähnt ist, und es kann dieses Verfahren durchgeführt werden, indem die verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe so gesteuert werden, daß die Öffnungsgrade der verstellbaren Leitschaufeln 15 und 12 der vorbestimmten konstanten Beziehung genügen können. Da nämlich die relative Beziehung zwischen den Öffnungsgraden A und a der verstellbaren Leitschaufeln der Hochdruckstufe und der Niederdruckstufe durch den Modelltest der hydraulischen Leistung mit einem Parameter der Druckhöhe Hst erhalten werden kann, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, kann der Öffnungsgrad Ao der verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe entsprechend dem Öffnungsgrad Ao der verstellbaren Leitschaufeln der unter der Druckhöhe HSt₁ betriebenen verstellbaren Leitschaufeln der Hochdruckstufe durch Eingabe und Speicherung der relativen Beziehung in die Betriebs-Steuervorrichtung 18 durch die Eingabevorrichtung 23 für die relative Beziehung

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erreicht werden, indem gleichzeitig die Druckhöhe Hst zwischen den Wasserspiegeln der oberen Stauvorrichtung und der unteren Stauvorrichtung gemessen und ein die gemessene Druckhöhe Hst betreffendes Signal in die Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingegeben wird.

Die Steuerinstruktionen des Öffnungsgrades Ao der Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Durchflußmenge Qo werden an die verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe gegeben, und es werden die Steuerinstruktionen des Öffnungsgrades a_Q der Leitschaufeln, welche die relative Beziehung zu dem Grad Ao der verstellbaren Leitschaufeln 15 genügen, auf die verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe gegeben. Auf diese Weise kann die Steuerung der Öffnungsgrade der verstellbaren Leitschaufeln der Hochdruckstufe und der Niederdruckstufe gesteuert werden, und es kann die zweistufige Pumpenturbine mit einer stabilen hydraulischen Leistung betrieben werden.

Obwohl in der oben beschriebenen Ausführung die Steuerinstruktionen bezüglich des Öffnungsgrades der verstellbaren Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Durchflußmenge zuerst an die verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe gegeben werden, ist es natürlich auch möglich, daß die Steuerinstruktionen zuerst an die verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe gegeben werden können.

Eine andere (zweite) Ausführung des Betriebs-Steuerverfahrens einer mehrstufigen Pumpenturbine bezüglich einer Last wird im folgenden in Verbindung mit den Fig. 8 bis 14 beschrieben, in denen der Einfachheit halber auch auf eine zweistufige Francis-Pumpenturbine Bezug genommen wird.

Diese Ausführung richtet sich auf die Steuerung des Öffnungsgrades der verstellbaren Leitschaufeln einer der Hoch- und Niederdruckstufen, so daß der zu steuernde Öffnungsgrad

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innerhalb eines vorgeschriebenen Bereiches einer relativen Differenz oder eines relativen Verhältnisses zwischen dem angestrebten Wert einem tatsächlichen Wert liegt.

Ein Beispiel der zweiten Ausführung im Falle der Steuerung oder Einstellung der Last unter einer stetigen Betriebsbedingung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.

Die Druckhöhe Hst zwischen den Wasserspiegeln der oberen Stauvorrichtung und der unteren Stauvorrichtung wird zuerst durch die Wasserhöhen-Meßvorrichtung 17 gemessen, und es wird ein die Druckhöhe Hst darstellendes Signal in die Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingegeben und dort gespeichert. Die Daten bezüglich einer Beziehung zwischen einer Last P und dem Öffnungsgrad a der Leitschaufeln wird vorher in der Betriebs-Steuervorrichtung 18 gespeichert, und zwar durch eine Daten-Eingabevorrichtung 19. Die Beziehung dazwischen wird erhalten durch einen Modelltest einer hydraulischen Leistung mit einem Parameter der Druckhöhe Hst, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, und es wird der Öffnungsgrad Ao der Leitschaufeln für die Verwirklichung einer Last durch Einstellung der angestrebten Last Po angegeben, und zwar in Abhängigkeit von einem Eingangssignal, das von einer Eingabevorrichtung 20 für die angestrebte Last zur Betriebs-Steuervorrichtung 18 übertragen wird. Ein den Öffnungsgrad Ao der Leitschaufeln darstellendes Ausgangssignal, das von der Betriebs-Steuervorrichtung 18 erhalten worden ist, wird an eine Leitschaufel-Steuervorrichtung 21 der Hochdruckstufe gegeben, um dadurch die verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe zu steuern und so den Öffnungsgrad Ao zu erhalten.

In Übereinstimmung mit der Steuerung der Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Last der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe unterscheidet sich der Öffnungsgrad

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der Leitschaufeln relativ, und in Folge dessen ändert sich auch ein Druckhöhen-Verteilungsverhältnis und eine tatsächliche Last.

Die Steuerung des Öffnungsgrades der verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe kann gemäß Fig. 8 ausgeführt werden, und zwar durch Messung einer tatsächlichen Last unter Verwendung einer Last-Meßvorrichtung 25 und durch Eingabe eines die gemessene tatsächliche Last wiedergebenden Signals in die Betriebs-Steuervorrichtung 18. In der Betriebs-Steuervorrichtung 18 ist zuvor ein Ergebnis gespeichert worden, das durch ein Experiment bezüglich einer Beziehung der relativen Differenz (P-Po) zwischen der tatsächlichen Last P in Bezug auf die angestrebte Last Po und die angestrebte Last Po, erhalten worden ist, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Ein zuvor erhaltenes Ergebnis durch ein Experiment bezüglich einer Beziehung des relativen Verhältnisses (P/Po) zwischen der tatsächlichen Last P in Bezug auf die angestrebte Last Po und die angestrebte Last Po ist ebenfalls in der Betriebs-Steuervorrichtung 18 gespeichert, wie es in Fig. 10 gezeigt ist. Der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe kann so gesteuert werden, daß die relative Differenz (P-Po) oder das relative Verhältnis (P/Po) der Last innerhalb eines vorgeschriebenen rechteckigen Bereiches liegt, wie es in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist, und es wird die angestrebte Last eingestellt durch übertragung eines Eingangssignals von der Eingabevorrichtung 20 für die angestrebte Last zur Betriebs-Steuervorrichtung 18. Die verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe werden dann so eingestellt, daß sie einen Öffnungsgrad a haben, und zwar durch, die Steuervorrichtung 22 für die Leitschaufeln der Niederdruckstufe, die durch den Ausgang von der Betriebs-Steuervorrichtung 18 betätigt werden.

Wenn nämlich die relative Differenz oder das relative Verhältnis oberhalb des vorgeschriebenen Bereiches liegt, der

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vorher zur Erreichung des Betriebes an jeder Druckstufe mit einer hohen hydraulischen Leistung unter einer guten Druckhöhenverteilungsbedingung festgesetzt worden ist, werden die verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe so gesteuert, daß sie geschlossen werden. Wenn andererseits die relative Differenz oder das relative Verhältnis unterhalb des vorbeschriebenen Bereiches liegt, werden die verstellbaren Leitschaufeln 12 so gesteuert, daß sie geöffnet werden.

Nach der zweiten Ausführung des Steuerverfahrens nach der Erfindung kann die zweistufige Pumpenturbine bei einer vorbestimmten angestrebten Last betireben werden, und zwar durch Steuerung des Öffnungsgrades der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe in Abhängigkeit von Steuerinstruktionen des Öffnungsgrades der Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Last, während der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln 12 der Nieder'druckstufe in Abhängigkeit von Steuerinstruktionen der relativen Differenz oder des relativen Verhältnisses zwischen der tatsächlichen Last und der angestrebten Last gesteuert wird. Obwohl bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Steuerinstruktionen des Öffnungsgrades der Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Last an die verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe gegeben werden, können die Steuerinstruktionen natürlich auch an die verstellbaren Leitschaufeln der Niederdruckstufe gegeben werden.

Eine Betriebs-Wasserhöhe, d.h. eine Druckhöhe ₁ die von der Wasserhöhen-Meßvorrichtung 17 gemessen worden ist, und ein die angestrebte Last Po darstellendes Signal von der Eingabevorrichtung 20 für die angestrebte Last werden beide in die Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingegeben, um dadurch den Öffnungsgrad a_n der Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Last Po, die als Parameter der Druckhöhe festzusetzen ist, zu bestimmen. Somit kann der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe durch Übertragung eines Signals in Abhängigkeit von dem Öffnungsgrad a_Qvon der

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Betriebs-Steuervorrichtung 18 zur Leitschaufel-Steuervorrichtung 21 gesteuert werden.

Während der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe durch Schließung der verstellbaren Leitschaufeln 15 gesteuert werden kann, wenn die relative Differenz oder das relative Verhältnis zwischen der angestrebten Last und der tatsächlichen Last über den vorgeschriebenen Bereich hinausgeht (Fig. 9 und 10), der vorher zur Erreichung des Betriebes jeder Druckstufe mit einer hohen hydraulischen Leistung bestimmt worden ist, kann der Öffnungsgrad durch öffnung der verstellbaren Leitschaufeln 15 gesteuert werden, wenn die relative Differenz oder das relative Verhältnis unterhalb des vorgeschriebenen Bereiches liegt. Diese öffnen-Schließen-Steuerung der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe kann durch Steuerinstruktionen erfolgen, die von der Betriebs-Steuervorrichtung 18 zur Leitschaufel-Steuervorrichtung 23 gegeben werden.

Es wird nunmehr eine dritte Ausführung des Leitschaufel-Steuerverfahrens nach der Erfindung in Verbindung mit den Fig. 11 bis 13 beschrieben, und es werden mit dieser Ausführung die Öffnungsgrade der verstellbaren Leitschaufeln so gesteuert, daß eine relative Differenz oder ein relatives Verhältnis zwischen einem tatsächlichen Öffnungsgrad der zu steuernden Leitschaufeln und derjenigen entsprechend der angestrebten Last sich innerhalb des vorgeschriebenen Bereiches befindet.

In einem Fall, in welchem es erwünscht ist, die Last bei einem normalen Betrieb einer mehrstufigen (in dieser Ausführung zweistufig) Pumpenturbine zu steuern oder zu regeln, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, wird zunächst eine Wasserhöhen-Differenz, d.h. eine Druckhöhe Hst, zwischen den Wasserspiegeln der oberen Stauanlage und der unteren Stauanlage gemessen, und zwar durch die Wasserhöhen-Meßvorrichtung 17, die dann ein Signal bezüglich der gemessenen Druckhöhe Hst in der Be-

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trieb-Steuervorrichtung 18 erzeugt, in. welcher die Daten bezüglich der Beziehung zwischen der Last P und dem Öffnungsgrad a der Leitschaufeln vorher eingespeichert worden sind, wie es vorher in Verbindung mit den anderen Ausführungen der Erfindung beschrieben worden ist. Eine angestrebte Last kann durch ein Eingangssignal von der Eingabevorrichtung 20 für die angestrebte Last zur Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingestellt werden. Zusätzlich wird ein Eingangssignal, das von der Betriebs-Steuervorrichtung 18 erhalten worden ist und das den Öffnungsgrad Ao der Leitschaufeln betrifft, an die Steuervorrichtung 21 für die Leitschaufel der Hochdruckstufe gegeben, um dadurch den Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe auf einen Wert Ao einzustellen.

Gemäß der Steuerung des Öffnungsgrades der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe entsprechend der angestrebten Betriebslast unterscheiden sich die Öffnungsgrade der Leitschaufeln der Laufräder 2 und 3 der Hochdruckstufe und der Niederdruckstufe relativ voneinander, so daß die tatsächliche Durchströmmenge und auch das Druckhöhen- Verteilungsverhältnis sich ändert. Während die Steuerung des Öffnungsgrades der verstellbaren Leitschaufeln 12 an der Niederdruckstufe gemäß Fig. 11 dadurch erhalten werden kann, daß zunächst ein tatsächlicher Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln 12 mit einer Vorrichtung 26 für die Feststellung des Öffnungsgrades der Leitschaufeln gemessen wird und ein den gemessenen Öffnungsgrad darstellendes Signal in die Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingegeben wird. In der Betriebs-Steuervorrichtung 18 sind vorher experimentelle Daten bezüglich einer relativen Differenz (a-a_Q) oder eines relativen Verhältnisses (a/a~) zwischen dem tatsächlichen Öffnungsgrad a und dem Öffnungsgrad a» entsprechend einer angestrebten Last für die stabile hydraulische Leistung, wie es in den Fig. 12 und 13 gezeigt ist, eingewpeichert worden. Um die stabile Operation der Pumpenturbine mit hoher hydraulischer Leistung auszuführen, sollten die Leitschaufeln 12 der

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Niederdruckstufe so gesteuert werden, daß die relative Differenz (a-a_Q) und das relative Verhältnis (a/a_Q) sich innerhalb des vorgeschriebenen Bereiches befinden, wie es in den Fig. 12 bzw. 13 gezeigt ist. Die angestrebte Last wird durch ein Eingangssignal von der Eingabevorrichtung 20 für die angestrebte Last zur Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingestellt. Das erhaltene Ergebnis wird von der Betriebs-Steuervorrichtung 18 in die Steuervorrichtung 22 für die Leitschaufeln der Niederdruckstufe eingegeben, um dadurch den Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe auf einen Wert a einzustellen.

Die verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe werden so gesteuert, daß sie geschlossen werden, wenn die relative Differenz oder das relative Verhältnis über den vorgeschriebenen Bereich an jeder Druckstufe hinausgeht, und daß sie geöffnet werden, wenn die relative Differenz oder das relative Verhältnis sich unterhalb des vorgeschriebenen Bereiches befindet.

Wie oben beschrieben, kann die Pumpenturbine unter der vorgeschriebenen angestrebten Last betrieben werden, indem Steuerinstruktionen entsprechend der angestrebten Last an die Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe gegeben werden und gleichzeitig Steuerinstruktionen bezüglich der relativen Differenz oder des relativen Verhältnisses zwischen dem tatsächlichen Öffnungsgrad dem Öffnungsgrad entsprechend der angestrebten Last an die verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe gegeben werden.

In dem Beispiel der dritten Ausführung der oben beschriebenen Erfindung wurde ein Last-Steuerverfahren entwickelt, und es kann das Verfahren angewendet werden auf ein Durchflußmengen-Steuerverfahren, das im folgenden im einzelnen in Verbindung mit den Pig. 14 bis 16 beschrieben werden soll.

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In diesem Beispiel kann der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufein 15 der Hochdruckstufe im wesentlichen auf die gleiche Weise gesteuert werden, wie es in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben worden ist, bei welchem die Wasserhöhen-Differenz, d.h. die Druckhöhe Hst, zwischen dem oberen Stauwerk und dem unteren Stauwerk zuerst gemessen und ein Signal bezüglich der gemessenen Druckhöhe Hst in die Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingegeben wird. Die Daten bezüglich einer Beziehung zwischen der Wasser-Durchströmmenge Q und dem öffnungsgra'd a der Leitschaufeln sind vorher in der Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingespeichert worden, und zwar durch eine Vorrichtung für die Eingabe von Daten bezüglich der oben beschriebenen Beziehung. Diese Beziehung kann erhalten werden durch einen Modelltest der hydraulischen Leistung mit einem Parameter der Druckhöhe Hst, wie es in Fig. 7 gezeigt ist,und es wird der Öffnungsgras Ao für die Verwirklichung der angestrebten Durchflußmenge durch vorherige Einstellung der angestrebten Durchflußmenge Q verwirklicht, die durch übertragung eines Signals von einer Eingabevorrichtung 30 für die angestrebte Durchflußmenge in die Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingestellt worden ist. Ein Eingangssignal, welches den Öffnungsgrad Ao der Leitschaufeln darstellt, und das von der Betriebs-Steuervorrichtung 18 erhalten worden ist, wird an die Steuervorrichtung 21 für die Leitschaufeln gegeben, um dadurch den Öffnungsgrad Ao der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe einzustellen.

In Abhängigkeit von der Steuerung des Öffnungsgrades der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe auf denjenigen entsprechend der angestrebten Durchflußmenge unterscheiden sich die Öffnungsgrade der verstellbaren Leitschaufeln der Laufräder 2 und 3 relativ voneinander, und es ändern sich auch die tatsächliche Durchströmmenge sowie das Druckhöhen-Verteilungsverhältnis.

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Die Steuerung des Öffnungsgrades der verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe gemäß der dritten Ausführung der Erfindung wird in folgender Weise ausgeführt. Eine tatsächliche Wasser-Durchströmmenge durch die verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe wird durch eine Meßvorrichtung 28 zur Feststellung einer Durchströmmenge gemessen, und zwar unter Verwendung von Ultraschallwellen, und es wird ein Signal bezüglich der gemessenen Durchströmmenge in die Betriebs-Steuervorrichtung 18 eilgegeben, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. In der Betriebs-Steuervorrichtung 18 sind vorher Ergebnisse gespeichert worden, die durch ein Experiment bezüglich einer Beziehung der relativen Differenz (Q-Qo) und des relativen Verhältnisses (Q/Qo) zwischen einer tatsächlichen Durchflußmenge Q in Bezug auf die angestrebte Durchflußmenge Qo und der angestrebten Duirchf lußmenge, wie es in den Fig. 15 und 16 gezeigt ist, erhalten worden sind. Somit wird der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe so gesteuert, daß die relative Differenz (Q-Qo) und das relative Verhältnis (Q/Qo) innerhalb des vorgeschriebenen rechteckförmigen Bereiches, wie er in den Fig. 15 und 16 gezeigt ist, liegt. Die angestrebte Durchflußmenge Qo wird dadurch eingestellt, daß ein Eingangssignal von der Eingabevorrichtung 30 für die angestrebte Durchflußmenge in die Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingegeben wird und das von der Steuervorrichtung 18 erhaltene Ergebnis an die Steuervorrichtung 22 für die Leitschaufeln der Niederdruckstufe gegeben wird, um so den Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe einzustellen.

Die verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe werden so gesteuert, daß sie geschlossen werden, wenn die relative Differenz oder das relative Verhältnis bezüglich der Strömungsmenge jenseits des vorgeschriebenen, vorher eingestellten Bereiches für die Druckhöhenverteilung für den Betrieb mit hoher hydraulischer Leistung liegt, und sie werden so gesteuert, daß sie geöffnet werden, wenn die relative Differenz oder das

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relative Verhältnis unterhalb des vorgeschriebenen Bereiches liegt. Wie oben beschrieben, kann die mehrstufige (in diesem Ausführungsbeispiel zweistufig) Pumpenturbine mit der vorgeschriebenen Durchflußmenge betrieben werden, indem der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe entsprechend den Steuerinstruktionen bezüglich des Öffnungsgrades entsprechend der angestrebten Durchflußmenge gesteuert wird, und wobei auch der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe in Übereinstimmung mit den Steuerinstruktionen bezüglich der relativen Differenz oder des relativen Verhältnisses in Bezug auf die tatsächliche Durchströmmenge und die angestrebte Durchströmmenge gesteuert wird.

Es wird nunmehr eine weitere, vierte Ausführung des Leitschaufel-Steuerverfahrens nach der Erfindung beschrieben, und zwar in Verbindung mit den Fig. 17 bis 19, in welchem die verstellbaren Leitschaufeln so gesteuert werden, daß eine relative Differenz oder ein relatives Verhältnis zwischen einem tatsächlichen Öffnungsgrad der zu steuernden verstellbaren Leitschaufeln und dem Öffnungsgrad dieser Leitschaufeln entsprechend einer angestrebten Durchflußmenge innerhalt eines vorgeschriebenen Bereiches liegt.

Wie in Fig. .6 gezeigt, die ein Beispiel einer Strömungsmengensteuerung oder -regelung bei einer normalen Betriebsbedingung darstellt, wird zuerst eine Wasserhöhen-Differenz, d.h. eine Druckhöhe Hst, zwischen dem oberen Stauwerk und dem unteren Stauwerk durch die Wasserhöhen-Meßvorrichtung 17 gemessen, worauf ein Signal bezüglich der gemessenen Druckhöhe Hst in die Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingegeben wird, in^die Daten bezüglich einer Beziehung zwischen der Durchflußmenge Q und dem Öffnungsgrad a der Leitschaufeln vorher eingespeichert worden sind. Die Durchflußmenge Q und der Öffnungsgrad a werden erhalten durch einen Modelltest einer hydraulischen Leistung mit einem

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Parameter der Druckhöhe Hst, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, und wenn die angestrebte Durchflußmenge Qo eingestellt worden ist, kann der Öffnungsgrad a_Q für die Verwirklichung der angestrebten Durchflußmenge bestimmt werden. Die angestrebte Durchflußmenge wird dadurch eingestellt/ daß ein Eingangssignal von einer Eingabevorrichtung 30 für die angestrebte Durchflußmenge in die Betriebs-Steuervorrichtung 30 eingegeben wird. Zusätzlich wird ein Eingangssignal, welches den Öffnungsgrad a» wiedergibt, der durch die Betriebs-Steuervorrichtung 18 erhalten worden ist, zur Steuervorrichtung 21 für die Leitschaufeln der Hochdruckstufe übertragen, um dadurch den Öffnungsgrad a_Q der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe einzustellen.

Gemäß der Steuerung des Öffnungsgrades der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe entsprechend der angestrebten Betriebs-Durchflußmenge unterscheiden sich die Öffnungsgrade der Laufräder 2 und 3 der Hochdruckstufe und der Niederdruckstufe relativ voneinander, so daß die tatsächliche Durchflußmenge und auch das Druckhöhen-Verteilungsverhältnis sich ändert.

Bei der Steuerung des Öffnungsgrades der verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe nach der vierten Ausführung der Erfindung wird der tatsächliche Öffnungsgrad a der verstellbaren Leitschaufeln 12 durch eine Meßvorrichtung 26 für den Öffnungsgrad gemessen, und es wird ein den gemessenen Öffnungsgrad a darstellendes Signal in die Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingegeben. In die Betriebs-Steuervorrichtung 18 ist vorher ein Ergebnis eines Experimentes bezüglich einer relativen Differenz (a - a ) und eines relativen Verhältnisses (a/a_Q) zwischen einem tatsächlichen Öffnungsgrad a für die Ausführung eines hydraulisch stabilen Betriebes und eines Öffnungsgrades a_Q der Letischaufeln entsprechend der angestrebten Durchflußmenge, wie es in den Fig. 18 und 19 gezeigt ist, eingespeichert worden. Um den hydraulisch stabilen Betrieb auszuführen, sollten die verstellbaren Leitschaufeln 12 der Nieder-

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druckstufe so gesteuert werden, daß die relative Differenz und das relative Verhältnis innerhalb des vorgeschriebenen rechteckigen Bereiches liegen, wie es in den Fig. 18 und 19 gezeigt ist. Eine angestrebte Durchflußmenge . wird in Abhängigkeit von einem Eingangssignal von der Eingabevorrichtung 20 für die angestrebte Durclflußmenge in die Betriebs-Steuervorrichtung 18 eingestellt. Zusätzlich wird ein durch die Betriebs-Steuervorrichtung 18 erhaltenes Ergebnis zur Steuervorrichtung 22 für die ,Leitschaufeln der Niederdruckstufe gegeben, um dadurch den Öffnungsgrad a der verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe einzustellen.

Die verstellbaren Leitschaufeln 12 werden so gesteuert, daß sie geschlossen werden, wenn die relative Differenz oder das relative Verhältnis bezüglich des Öffnungsgrades der verstellbaren Leitschaufeln jeder Druckstufe jenseits des vorgeschriebenen Bereiches für einen Betrieb mit hoher Leistung liegt, und daß sie geöffnet werden, wenn die relative Differenz oder das relative Verhältnis unterhalb des vorgeschriebenen Bereiches liegt.

So kann die mehrstufige (in der Ausführung zweistufig) Pumpenturbine mit der vorbestimmten Durchflußmenge betrieben werden, indem der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe in Übereinstimmung mit den Steuerinstruktionen bezüglich des Öffnungsgrades entsprechend der angestrebten Durchflußmenge gesteuert wird, und indem auch der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln 12 der Niederdruckstufe entsprechend Steuerinstruktionen bezüglich der relativen Differenz oder des relativen Verhältnisses zwischen dem tatsächlichen Öffnungsgrad und demjenigen entsprechend der angestrebten Durchflußmenge gesteuert wird.

Obwohl gemäß der Erfindung, wie oben beschrieben, auf eine Francis-Pumpenturbine Bezug genommen worden ist, können

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die Leitschaufel-Steuerverfahren auf andere mehrstufige Pumpenturbinen angewendet werden, die mehr als zwei Druckstufen haben, wobei die verstellbaren Leitschaufeln der höchsten und der niedrigsten Druckstufe entsprechend den vorher beschriebenen Ausführungen gesteuert werden.

Claims

34093A0 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Steuern des Betriebes einer mehrstufigen hydraulischen Maschine, bei welcher die jeweiligen Druckstufen durch Laufräder und Umkehrleitungen in Reihe geschaltet sind, wobei die Druckstufen mit höchstem und niedrigstem Druck mit verstellbaren Leitschaufeln versehen sind, deren Öffnungsgrade veränderbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß für eine angestrebte Lasteinstellung bei einer normalen Betriebsbedingung der öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln einer der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck auf einen Öffnungsgrad der Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Last gesteuert wird, welcher einer relativen Beziehung zwischen dem Öffnungsgrad der Leitschaufeln und einer vorgeschriebenen Last genügt, um so einen Betrieb mit hoher Leistung bei einer vorgeschriebenen Druckhöhe zu erreichen, und daß der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln der anderen der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck auf einen Öffnungsgrad gesteuert wird, welcher einer relativen Beziehung der Öffnungsgrade der verstellbaren Leitschaufeln der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck genügt, um einen hydraulisch stabilen Betrieb bei einer vorbestimmten Druckhöhe aufrechtzuerhalten.

2. Verfahren zum Steuern des Betriebes einer mehrstufigen hydraulischen Maschine, bei welcher die jeweiligen Druckstufen durch Laufräder und Umkehrleitungen in Reihe geschaltet sind, wobei die Druckstufen mit höchstem und niedrigstem Druck mit verstellbaren Leitschaufeln versehen sind, deren Öffnungsgrade veränderbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß für eine angestrebte Drjüchflußmengeneinstellung bei einer normalen Betriebsbedingung der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln einer der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck auf einen Öffnungsgrad der Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Druchflußmenge gesteuert wird, welcher einer relativen Beziehung zwischen dem Öffnungsgrad der Leitschaufeln und einer vorgeschriebenen

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Durchflußmenge genügt, um so einen Betrieb mit hoher Leistung bei einer vorgegebenen Druckhöhe zu erreichen, und daß der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln der anderen Stufe der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck auf einen Öffnungsgrad gesteuert wird, welcher einer relativen Beziehung zwischen den Öffnungsgraden der verstellbaren Leitschaufeln der Druckstufen mit höchstem und niedrigstem Druck genügt, um einen hydraulisch stabilen Betrieb bei einer vorbestimmten Druckhöhe aufrechtzuerhalten.

3. Verfahren zum Steuern des Betriebes einer mehrstufigen hydraulischen Maschine, bei welcher die jeweiligen Druckstufen durch Laufräder und Umkehrleitungen in Reihe geschaltet sind, wobei die Druckstufen mit höchstem und niedrigstem Druck mit verstellbaren Leitschaufeln versehen sind_f deren Öffnungsgrade veränderbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß für eine angestrebte Lasteinstellung bei einer normalen Betriebsbedingung der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln einer der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck auf einen Öffnungsgrad der Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Last gesteuert wird, welcher einer relativen Beziehung zwischen dem Öffnungsgrad der Leitschaufeln und einer vorgeschriebenen Last genügt, um so einen Betrieb mit hoher Leistung bei einer vorgegebenen Druckhöhe zu erreichen, und daß der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln der anderen Stufe der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck auf einen Öffnungsgrad gesteuert wird, welcher der Anforderung genügt, daß eine relative Differenz oder ein relatives Verhältnis zwischen einer auf die verstellbaren Leitschaufeln der genannten anderen Druckstufe einwirkenden tatsächlichen Last und der angestrebten Last innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, der vorher eingestellt worden ist.

4. Verfahren zum Steuern des Betriebes einer mehrstufigen

hydraulischen Maschine, bei welcher die jeweiligen Druckstufen durch Laufräder und Umkehrleitungen in Reihe geschaltet sind, wobei die Druckstufen mit höchstem und niedrigstem Druck mit verstellbaren Leitschaufeln versehen sind, deren Öffnungsgrade veränderbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Lasteinstellung bei einer normalen Betriebsbedingung der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln einer der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck auf einen Öffnungsgrad der Leitschaufeln entsprechend einer angestrebten Last gesteuert wird, welcher einer relativen Beziehung zwischen dem Öffnungsgrad der Leitschaufeln und einer vorgeschriebenen Last genügt, um so einen Betrieb mit hoher Leistung bei einer vorgegebenen Druckhöhe zu erreichen, und daß der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln der anderen Stufe der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck auf einen Öffnungsgrad gesteuert wird, welcher der Anforderung genügt, daß eine relative Differenz oder ein relatives Verhältnis zwischen einem tatsächlichen Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln der genannten anderen Druckstufe und dem Öffnungsgrad der Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Last innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, der vorher eingestellt worden ist.

5. Verfahren zum Steuern des Betriebes einer mehrstufigen hydraulischen Maschine, bei welcher die jeweiligen Druckstufen durch Laufräder und Umkehrleitungen in Reihe geschaltet sind, wobei die Druckstufen mit höchstem und niedrigstem Druck mit verstellbaren Leitschaufeln versehen sind, deren Öffnungsgrade veränderbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß für eine angestrebte Druchflußmengeneinstellung bei einer normalen Betriebsbedingung der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln einer der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck auf einen Öffnungsgrad der Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Durchflußmenge gesteuert wird, welcher einer relativen Beziehung zwischen dem Öffnungsgrad der Leitschaufeln und einer vorgeschriebenen Durchflußmenge genügt, um. so einen Betrieb mit hoher Leistung bei einer vorgegebenen Druckhöhe zu erreichen, und daß

der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln der anderen Stufe der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck auf einen Öffnungsgrad gesteuert wird/ welcher der Anforderung genügt, daß eine relative Differenz oder ein relatives Verhältnis zwischen einer auf die verstellbaren Leitschaufeln der genannten anderen Druckstufe einwirkenden tatsächlichen Durchflußmenge und der angestrebten Durchflußmenge innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, der vorher eingestellt worden ist.

6. Verfahren zum Steuern des Betriebes einer mehrstufigen hydraulischen Maschine, bei welcher die jeweiligen Druckstufen durch Laufräder und Umkehrleitungen in Reihe geschaltet sind, wobei die Druckstufen mit höchstem und niedrigstem Druck mit verstellbaren Leitschaufeln versehen sind, deren Öffnungsgrade veränderbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß für eine angestrebte Durchflußmengeneinstellung bei einer normalen Betriebsbedxngung der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln einer der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck auf einen Öffnungsgrad der Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Durchflußmenge gesteuert wird, welcher einer relativen Beziehung zwischen dem Öffnungsgrad der Leitschaufeln und einer vorgeschriebenen Durchflußmenge genügt, um so einen Betrieb mit hoher Leistung bei einer vorgegebenen Druckhöhe zu erreichen, und daß der Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln der anderen Stufe der Stufen mit höchstem und niedrigstem Druck auf einen Öffnungsgrad gesteuert wird, welcher der Anforderung genügt, daß eine relative Differenz oder ein relatives Verhältnis zwischen einem tatsächlichen Öffnungsgrad der verstellbaren Leitschaufeln der genannten anderen Druckstufe und dem Öffnungsgrad der Leitschaufeln entsprechend der angestrebten Druchflußmenge innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, der vorher eingestellt worden ist.

7. Verfahren nach Anspruch 3,4,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbaren Leitschaufeln der genannten anderen Druckstufe so gesteuert werden, daß sie geschlossen

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werden, wenn die genannte relative Differenz oder das relative Verhältnis oberhalb des vorbestimmten Bereiches liegt, und daß die verstellbaren Leitschaufeln der genannten anderen Druckstufe so gesteuert werden, daß sie geöffnet werden, wenn die genannte relative Differenz oder das relative Verhältnis unterhalb des vorbestimmten Bereiches liegt, um so die Last der mehrstufigen hydraulischen Maschine zu steuern und einzustellen.

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