CH685354A5 - Water-driven power generation plant - Google Patents

Abstract

The generation plant has a water=wheel (6), positioned across the bed (2) of a stream or river, beneath a waterfall, so that it is rotated by the passage of the water across the top of the water-wheel. The water-wheel may be provided by a number of individual water-wheels mounted on a common shaft (7), to extend across the full width of the river or stream bed, the front edge (3) of the waterfall projecting over a part of the water-wheel which is located in a recess beneath the front edge.

Description

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CH 685 354 A5 CH 685 354 A5

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Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserkraftanlage mit mindestens einem quer zum Bett eines Baches oder Flusses angeordneten Wasserrad, das vom Wasser überströmt wird. Eine derartige Anlage ist aus der D-A 3 639 989 bekannt. Dabei ist das Wasserrad in einer Querrinne im Flussbett und wesentlich unterhalb des Wasserspiegels angeordnet. Diese Ausführung hat jedoch den Nachteil, dass die Strömungsenergie des Wassers nur zu einem geringen Teil genutzt werden kann, dass viel Energie durch Wirbelbildung in der nichtdurchström-ten Querrinne verloren geht und dass eine erhebliche Gefahr der Versandung oder Verschlammung dieser Querrinne besteht. The present invention relates to a hydropower plant with at least one water wheel arranged transversely to the bed of a stream or river and over which the water flows. Such a system is known from D-A 3 639 989. The water wheel is arranged in a transverse channel in the river bed and substantially below the water level. However, this design has the disadvantage that the flow energy of the water can only be used to a small extent, that a lot of energy is lost due to the formation of eddies in the cross-channel not flowed through, and that there is a considerable risk of this cross-channel being silted up or silted up.

Ziel vorliegender Erfindung ist es, diese Nachteile zu beheben ohne untragbar in den natürlichen Lauf des Baches oder Flusses einzugreifen. Zugleich sollen auch die Nachteile herkömmlicher kleinerer oder mittlerer Wasserkraftanlagen, wie insbesondere Versandung der Turbineneinläufe und Behinderung durch Blätter im Herbst vermieden werden. Die Realisierung und der wirtschaftliche Betrieb solcher herkömmlicher kleinerer Wasserkraftanlagen ist kaum mehr möglich. The aim of the present invention is to remedy these disadvantages without interfering with the natural course of the stream or river in an unsustainable manner. At the same time, the disadvantages of conventional small or medium-sized hydropower plants, such as sanding of the turbine inlets and obstruction by leaves in autumn, are to be avoided. The realization and the economical operation of such conventional smaller hydropower plants is hardly possible anymore.

Die erfindungsgemässe Lösung besteht nun darin, dass das Wasserrad unterhalb eines Überfalls angeordnet ist und vom fallenden Wasser überströmt ist. Diese Anlage eignet sich insbesondere für Gebirgsbäche- und flüsse, bei welchen ohnehin häufig Verbauungen mit Überfällen erforderlich sind. Dabei kann die Wasserkraftanlage gemäss der Erfindung bei bestehenden Überfällen realisiert werden, doch kann sie vorzugsweise bei der Erneuerung oder Neuerstellung entsprechender Verbauungen ausgeführt werden. Die Anwendung der erfindungsgemässen Wasserkraftanlage ist jedoch nicht auf typische Gebirgsbäche oder -flüsse beschränkt, sondern kann mit Vorteil auch bei Bächen und Flüssen im Mittelland erstellt werden. The solution according to the invention now consists in the water wheel being arranged below a hold-up and overflowing with the falling water. This system is particularly suitable for mountain streams and rivers, where structures with raids are often required anyway. The hydropower plant according to the invention can be implemented in existing raids, but it can preferably be carried out when renewing or creating new structures. However, the application of the hydropower plant according to the invention is not limited to typical mountain streams or rivers, but can also be advantageously created for streams and rivers in the central plateau.

Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer zweistufigen Wasserkraftanlage näher erläutert. The invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment of a two-stage hydropower plant shown in the drawing.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt, und Fig. 1 shows a schematic cross section, and

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch die Anlage. In das Flussbett 1 ist ein zweistufiger Überfall eingebaut. Das Bauwerk besteht aus Beton, die Uferverbauung teils auch aus Natursteinen, und besonders beanspruchte Stellen können durch eine Stahlverkleidung verstärkt sein. Das gilt insbesondere für den flachen Einlauf 2, der gemäss Fig. 1 leicht geneigt sein kann, um die Strömung zu beschleunigen und auf der ganzen Breite des Flussbettes praktisch gleichmässig zu verteilen. Die beiden Überfälle weisen je einen Vorsprung 3 und eine gegenüber demselben zurückgesetzte Rückwand 4 auf. Die Sohle 5 unter dem jeweiligen Überfall ist in Strömungsrichtung geneigt, sodass Wasser und eventuelles Geschiebe auf dieser glatten Sohle möglichst gut abfliessen kann. Vor bzw. unter jedem Überfall ist ein walzenartiges, langgestrecktes, praktisch die ganze Breite des Flussbettes einnehmendes Wasserrad 6 mit seiner Welle 7 Fig. 2 shows a schematic longitudinal section through the system. A two-stage hold-up is built into the river bed 1. The structure is made of concrete, the bank structure partly made of natural stones, and particularly stressed areas can be reinforced by steel cladding. This applies in particular to the shallow inlet 2, which according to FIG. 1 can be slightly inclined in order to accelerate the flow and to distribute it practically uniformly over the entire width of the river bed. The two raids each have a projection 3 and a rear wall 4 set back relative to the same. The sole 5 under the respective raid is inclined in the direction of flow, so that water and any debris can drain off as smoothly as possible on this smooth sole. Before or under each attack is a roller-like, elongated water wheel 6 with its shaft 7, which takes up practically the entire width of the river bed

drehbar gelagert. In den seitlichen Mauerwerken 8 und 9 sind Lager 10 für die in diese Mauerwerke hineinragenden Wellenenden angedeutet. In der Mitte jedes Wasserrades ist je eine weitere Lagerstelle 11 angedeutet. Die beiden Wasserräder bestehen aus einzelnen Rädern 6a angemessener Länge, welche auf den Wellen 7 befestigt sind. Wie in Fig. 1 angedeutet, sind die Wasserräder mit relativ wenig Schaufeln 12 besetzt, zwischen welchen zusammen mit den Endflanschen der Räder innen geschlossene Zellen gebildet sind, welche das Wasser nicht in Radinnere durchtreten lassen. Wie in Fig. 1 angedeutet, strömt daher das Wasser über die Wasserräder hinweg und füllt lediglich deren Zellen, die dann sogleich wieder entleert werden. Es ist daher unmöglich, dass sich Schlamm oder Sand öfter Geschiebesteine in den Wasserrädern festsetzen könnten, da alle eventuellen Festteile zusammen mit dem Wasser stets vollständig aus dem Wasserrad austreten, bzw. ausgeschleudert werden. Gröberes Geschiebe oder Treibholz überspringen die Wasserräder bzw. kommen gar nicht erst mit denselben in Berührung. Das trifft insbesondere bei Hochwasser zu, indem das Wasser zur Hauptsache über die Wasserräder fliesst, ohne dieselben zu beinflussen. Die Anlage, insbesondere die Wasserräder, sind so bemessen, dass sie bei Normalwasserstand die verfügbare Energie optimal nutzen. Da wie erwähnt Geschiebe auf die Wasserräder auftreffen kann, müssen diese Räder besonders stabil und abriebfest, beispielsweise in Stahlguss, ausgeführt werden. rotatably mounted. In the side walls 8 and 9, bearings 10 are indicated for the shaft ends protruding into these walls. Another bearing 11 is indicated in the middle of each water wheel. The two water wheels consist of individual wheels 6 a of appropriate length, which are attached to the shafts 7. As indicated in Fig. 1, the water wheels are equipped with relatively few blades 12, between which closed cells are formed together with the end flanges of the wheels, which do not allow the water to pass inside the wheel. As indicated in Fig. 1, the water therefore flows over the waterwheels and only fills their cells, which are then immediately emptied again. It is therefore impossible for sludge or sand to get stuck in the waterwheels more often, since all possible solid parts always come out of the waterwheel together with the water or are thrown out. Coarse debris or driftwood jump over the water wheels or do not even come into contact with them. This is particularly true in the event of floods, in that the water mainly flows over the waterwheels without influencing them. The system, especially the water wheels, are dimensioned so that they use the available energy optimally when the water level is normal. As attachments can hit the waterwheels as mentioned, these wheels must be made particularly stable and wear-resistant, for example in cast steel.

In Fig. 2 ist angedeutet, dass die beiden Wellen 7 der Wasserräder über ihre .Lager 10 hinaus in Getriebe 13 verlängert sind. Über diese Getriebe sowie ein weiteres Getriebe 14 sind die beiden Wasserräder unter sich und mit einem Generator 15 gekuppelt. In Fig. 2 it is indicated that the two shafts 7 of the water wheels are extended beyond their bearings 10 in gear 13. The two waterwheels are coupled to one another and to a generator 15 via this transmission and a further transmission 14.

Wie bereits eingangs erwähnt, wird erfindungsge-mäss ein möglichst schwacher, umweltverträglicher Eingriff in den Bach- oder Flusslauf angestrebt. In der Tat beeinflusst die erfindungsgemässe Anlage den Flusslauf nicht einschneidender als ein üblicher, nicht besonders hoher Überfall. Die Wasserräder können beispielsweise einen Durchmesser von ungefähr einem Meter aufweisen, in welchem Falle sie auch von Fischen übersprungen werden können. As already mentioned at the beginning, the aim of the invention is to have the least possible, environmentally compatible intervention in the stream or river course. In fact, the system according to the invention does not influence the course of the river more drastically than a conventional, not particularly high raid. The waterwheels can have a diameter of about one meter, for example, in which case they can also be jumped over by fish.

Andererseits können bei genügendem Wasserstand Sportboote die Anlage mindestens ebenso problemlos durchfahren wie einen freien Überfall entsprechender Höhe. On the other hand, if the water level is sufficient, sports boats can drive through the facility at least as easily as a free hold-up of the appropriate height.

Es sind verschiedenste Ausführungsvarianten möglich. Die Anlage kann nur einstufig ausgeführt werden oder aber es können mehr als zwei Stufen zusammen und mit einem gemeinsamen Generator gekuppelt sein. Die Wasserräder können mehr Schaufeln aufweisen als im Ausführungsbeispiel gezeigt. Während beim Ausführungsbeispiel Wasserräder mit geschlossenen Zellen gezeigt sind, könnten auch Wasserräder mit je einem Schaufelkranz und dazwischenliegenden durchgehenden Kanälen vorgesehen sein, durch welche das Wasser oben einströmt, und das Rad etwa diagonal durchfliesst und unten auströmt. Das oder die Wasserräder A wide variety of designs are possible. The system can only be carried out in one stage or more than two stages can be combined and coupled with a common generator. The water wheels can have more blades than shown in the exemplary embodiment. While waterwheels with closed cells are shown in the exemplary embodiment, waterwheels could also be provided, each with a blade ring and interposed through channels, through which the water flows in at the top, and the wheel flows approximately diagonally and flows out at the bottom. That or the water wheels

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10 10th

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könnten auch andere Maschinen antreiben, beispielsweise eine Wasserpumpe, eine Wärmepumpe oder dergleichen. could also drive other machines, such as a water pump, a heat pump, or the like.

Claims (8)

PatentansprücheClaims 1. Wasserkraftanlage mit mindestens einem quer zum Bett (2) eines Baches oder Flusses angeordneten Wasserrad (6), das vom Wasser überströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserrad (6) unterhalb eines Überfalls (3) angeordnet ist und vom fallenden Wasser überströmt wird.1. Hydroelectric power plant with at least one water wheel (6) arranged transversely to the bed (2) of a brook or river, over which the water flows, characterized in that the water wheel (6) is arranged below a hold-up (3) and overflows with the falling water becomes. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das walzenartige Wasserrad (6) aus auf einer Welle (7) befestigten Einzelrädern (6a) aufgebaut ist.2. Plant according to claim 1, characterized in that the roller-like water wheel (6) is constructed from individual wheels (6a) fastened on a shaft (7). 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überfall einen teils über das Wasserrad (6) greifenden Vorsprung (3) und eine gegenüber demselben zurückgesetzte Rückwand (4) aufweist.3. Installation according to claim 1 or 2, characterized in that the raid has a projection (3) partially over the water wheel (6) and a rear wall (4) set back relative to the same. 4. Anlage nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass sich unter dem Wasserrad (6) eine geneigte Sohle (5) befindet, von der Wasser und Geschiebe frei abfiiessen kann.4. Installation according to one of claims 1-3, characterized in that under the water wheel (6) there is an inclined sole (5) from which water and bed load can flow freely. 5. Anlage nach einem der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserrad (6) zwischen Schaufeln (12) geschlossene Zellen aufweist.5. Plant according to one of claims 1-4, characterized in that the water wheel (6) between blades (12) has closed cells. 6. Anlage nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wasserräder (6) in Kaskade angeordnet und gemeinsam mit einem angetriebenen Aggregat, zum Beispiel einem Generator (15) gekuppelt sind.6. Plant according to one of claims 1-4, characterized in that several water wheels (6) are arranged in cascade and coupled together with a driven unit, for example a generator (15). 7. Anlage nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen (7) der Wasserräder (6) in seitlichen Uferbauten (8, 9) und gegebenenfalls auch dazwischen (11) gelagert sind.7. Plant according to one of claims 1-6, characterized in that the waves (7) of the water wheels (6) in lateral bank structures (8, 9) and optionally also in between (11) are mounted. 8. Anlage nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bach- oder Flussbett (2) vor dem Überfall (3) flach betoniert oder mit Stahl ausgekleidet ist.8. Plant according to one of claims 1-7, characterized in that the stream or river bed (2) before the attack (3) is flat concrete or lined with steel. 55 1010th 1515 2020th 2525th 3030th 3535 4040 4545 5050 5555 6060 6565 33rd