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Turbinenanlage. Bei Eden Maßnahmen zur Erzielung eines höheren Nutzeffektes
von Turbinenanlagen .ist es bereits -bekannt, die Turbine unter den Unterwasserspiegel
zu legen, um die Geschwindigkeitsenergie des Ausströmwassers zu verwerten. Die Ausströmgeschwindigkeit
wird dazu benutzt, Idas Wasser auf idicUnterwasserspiegelhöhe zu heben.' Derartige
Turbinenanlagen haben jedoch manchmal .den Nachteil, daß der Wassersprung durch
Stoß erzeugt wird und in das Abzugsgerinne eine regelbare Schütze eingebaut werden
muß, um eine Überflutung bei albgestellter Turbine in der Türbine zu vermeiden.
Bei anderer Ausführungsart wird die Turbine umgekehrt, nach oben ausgießend, aufgestellt
und das Wasser durch einen als Heber wirkenden Saugraum abgeführt. Die ihauptsächlichsten
Nachteile liegen hierbei in ider unbequemen Zugänglichkeit der Turbine. Um letztere
zugän@glicih zu machen, müssen die Einlaufschützen geschlossen werden, (die Helberwirkung
durch Einlässen von .Luft aufgehoben und das Wasser, von der Einlaufschütze bis
zum Heber herausgepumpt werden. Es zeigen sich also :bei tiefer liegenden Turbinen
durchweg die Nachteile; idaß' idas_ Turbinenhausinnere nicht trockengehaltenwerden
kann, da die Lager infolge der Achshespülung nicht dicht zu halten -sind und selbst
Riemen und Scheibe Wasser erhalten. -Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, .die
Turbine unter den Unterwasserspiegel. zu legen, ohne die vorerwähnten Nachteile
zu haben. Die Lage- ider Turbine zum Unterwasserspicgel ist verschieden gezeichnet
und der Unterschied: an sich in der Zeichnung belanglos, da er von der gedachten
Gefällhöhe abhängt. Die Turbine kann @so tief unter den Unterwasserspiegel gelegt
werden, als es die Ausströmenergie des. Austrittswassers ermöglicht, d. h. je größer
diese Ausströmgeschwindigkeit des Wassers ist, desto höher kann da.s Wasser auf
Unterwasserspiegelhöhe strömen und entsprechend die Turbine tiefer gelegtwerden.
Das Tieferlegen der Turbine richtet sich also, wie vorerwähnt, nach dem vorhandenen
Wasserdruck bzw. Gefällhöhe. Bei kleiner Gefällhöhe wird also idie Trbine nur um
ein igeringesMaß unterdenUnterwasserspiegel gelegt werden können, wie beispielsweise
in Abb. r uni! 5 zum Ausdruck gebracht wind. Bei höher angenommenem Gefälle, -beispielsweise
Abb. 7, .kann die Turbine schon tiefer gelegt werden, da, wie bereits_h'ervorgehoben,
durch ein höheresGefälle die Ausströmenergie
des Wassers größer
wird und die Turbine um das Maß .dieser von der Ausströmenergie erzeugten Druckhöhe
tiefer gelegt werden kann. Es soll durch die verschiedene Höhe der Tieferlegung
der Turbine zum Ausdruck gebracht werden, daß die Gefällhöhe und der von ihr abhängige
Wasserdruck verschieden ist. Die Turbine ist in einem Gehäuse untergebracht,, welches
das Wasser .dicht gegen .das Turbinenhausinnere abschließt. Das Gehäuse wird aus
diesen Gründen in gerader, gekrümmter oder gebrochener Linie schräg aufgelegt, und
kann sogar, wie später ausgeführt ist, in besonderen Fällen auch horizontal aufgelegt
werden.
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Die Erkenntnis, d'aß dem Wasser die Möglichkeit geboten sein muß,
sich selbst mit geringstem Zwang auf den besten Strömungsverlauf einzustellen, gibt
Veranlassung zum Einbau eines Kanals, der Aden Wasserstrahl allmählich möglichst
stoß- und widerstandsfrei .in einer Kurve nach oben ablenkt. Der Kurvenkanal für
das Abströmwasser ist gegen das Turbinenhaus wasserdicht abgeschlossen und mit seiner
Anfangsöffnung durch die Turbinenauflagerung und Turbine wasserdicht abgedeckt,
so daß das Turbinenhausinnere immer sauber und trocken .bleibt. Der Durchgang im
Kurvenkanal ist derartig, daß selbst in seinem besonderen und engsten Querschnitt
im Betriebszustand der Turbine von außen Luft in das Turbinengehäuse gelangen kann,
unter der gleichzeitigen Vermeildung des Wasserrücklaufes in die Turbine bis zurAchse
bei Abstellung. Diese wesentlichen Bedingungen werden dadurch erfüllt, daß in den
Kurvenkanal bei seinem Tiefpunkt von oben eine Zunge, die zwecks Regelung verstellbar
sein kann, undwelche auch durchVerlängerung der Turbinenwand nach unten gebildet
werden kann, eingebaut wird.
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Bei abgestellter Turbine ergibt sich die Wichtigkeit der genannten
Zunge auch aus dein Folgenden Die Zunge liegt, wie bereits angegeben, mit ihrem
unteren Ende tiefer als die Turbinenachse. Bei abgestellter Turbine steigt nun das
Wasser jedenfalls zunächst bis zur Zunge, worauf diese die Trennung zwischen äußerer
Atmosphäre und dem Turbinengehäuseinnern bildet. Das weitere Nachdrängen des Wassers
verursacht im Innern des Gehäuses eine Luftverdichtung, da für luftdichten Abschluß
des Turbinengehäuses gegen Turbinenhausraum Sorge getragen ist. Die Zunge und Kanalsohle
sind so weit nach unten gerückt, daß ein Steigen des Wassers im Turbinengehäuse
nicht bis zur Achse eintreten kann. Der Überdruck im Innern des Turbinengehäuses
hält der außerhalb -der Zunge stehenden Wassersäule hei abgestellter Turbine -das
Gleichgewicht. Das Vorstehende gilt nicht allein für Turbinengehäuse .des Erfindungsgedankens,
sondern auch bei entsprechender Ausbildung des Kurvenkanals mit entsprechend darübergelagerter
Zunge für die üblichen Gehäuse mit horizontaler Auflagerung, und es bleibt also
bei den letzteren die Wirkung der Zunge ebenfalls bestehen.
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Die Wirkung,der Zunge in ihrer 'besonderen Weise steht jedoch außer
für die verschiedene Art der Turbinenauflagerung noch mit der Art der Kurvenkanäle,
mit und ohne Stauwand, in engster Beziehung.
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Vorausgehend wurde angegeben, daß die Zunge tiefer liegen muß als
dieTurbinenachse. Je nach den Wasserverhältnissen, .die sich also nach Druckhöhe
und Wassermenge richten, wird die Verlängerung des Kurvenkanals nach oben zu eine
größere oder kleinere Höhe erreichen und zugleich die Gestaltung dergrundlegenden
Kurve eine entsprechende werden. Die Höhe des Kurvenkanals ist nun bei abgestellter
Turbine für die Wirkung der Zunge selbst wieder von Bedeutung. Bei gewisser Höhe
des Kurvenkanals, also bei Kurvenkanal mit Rückstauwand, wird bei abgestellter Turbine
das Wasser im äußeren Kurvenkanal verständlicherweise tiefer sein als der Unterwasserspiegel.
Ist keine Rückstauwand vorhanden, so füllt sich bei abgestellter Turbine der äußere
Kurvenkanal bis zum Unterivasserspiegel. Man wird also in letzterem Falle die Zunge
tiefer ziehen müssen, wenn das Innere des Turbinengehäuses unter höherem. äußeren
Druck steht und keine Überflutung der Turbine bis zur Turbinenachse erfolgen darf.
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Der entsprechende Zusammenhang zwischen Höhe der Turbinenachse, Zunge
und Form des Kurvenkanals, mit oder ohne Rückstau, läßt es dann auch zu, nicht allein
für abgeschrägte Turbinenauflagerung, sondern auch für Horizontalauflagerung der
Gehäuse eine Überflutung zu vermeiden.
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Die Erfindung ist dargestellt in beiliegenden Zeichnungen. Es veranschaulicht:
Abb. r Ansicht einer Turbine mit winkelförmiger Auflagerungsfläche, Abb. Z Ansicht
einer Turbine mit kurvenförmiger Auflagerungsfläche, Abb. 3 Ansicht einer Turbine
mit gerader und winklig aufsteigender Auflagerungsfläche, Abb. 4 Ansicht einer Turbine
zeit vertikaler Au flagerungsfläche.
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Bei Abb. r, a, 3 und 4 sind Schnitte durch die angrenzende Umgebung
mit verzeichnet. Abb. 5 zeigt Turbinenansicht entsprechend A'bb. 3 mit Schnitt durch
Kurvenkanal und vorgesehene Stauwand mit Unterwasserspiegel.
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Abb. 6 gibt Schnitt a, b durch Kurvenkanal nach Abb. 5.
Abb.
7 zeigt Turbinenansicht mit horizontaler Auflagerung und Kurvenkanal mit Unterwasserspiegel
ahne Rüekstauwand.
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In -sämtlichen .Abbildungen ist der Oberwasserspiegel mit O. W. Sp.
und der Unterwasserspiegel mit U. W. Sp. bezeichnet. Die Strömungsrichtung des Wassers,
ist in Pfeilen angedeutet.
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In Abb. z ist a eine Turbine mit winkelförmiger Auflagerungsfläche,
wobei b und c ;die beiden Winkelflächen Ader Auflagerung darstellen. Die Fläche
b schließt sich an .die Kanalöffnung an. Der Kurvenkanal x hat als Sohle die Kurve
d, e ist als Unterwasserspiegel anzusehen. Über dem Kurventiefpunkt d ist
die Zunge f .gelagert. Die Zunge f ist als Fortsetzung der Turbinenhausmauer g ge-,d@acht.
Es kann aber auch ebensogut die Zunge von einem Teil des Turbinengehäuses oder von
einem Teildes Fundaments oder Rahmens gebildet sein. In besonderen Fällen wird man
unter Weglassung der Zunge und der Kurvenform des Kanals, den Kanal horizontal lassen.
An die Turbinenhausmauer g schließt sich horizontal das Fundament 1z der Turbine
an, welche ihrerseits Aufstellung im Turbinenhausraum i hat.
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In Abb. 2 ist wiederum ca die Turbine mit kurvenförmiger Auflagerungsfläche
k. Es sind auch hier wieder d .die Kurve des Kurvenkanals, f die Zunge, g,die
Wand, h das Fundament und i der Turbinenhausraum, n der Kurvenkanal.
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Die Bezeichnungen .bei Abib.3 sind die gleichen wie in Abb, r und
2;,die schräge Auflagerungsfläche ist mit L bezeichnet.
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Abb. q. setzt die Turbine vertikal an die Wand.
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In den Abb. r, 2, 3, q. ist der Kurvenkanal von der Turbinenauflagerungsfläche
bis zum Ende der Zunge als geschlossener Kanal zu betrachten. Das äußere Kanalstück
ist offen. Das Wasser ist in Strömungslinien gezeichnet, die in gleicher Weise wie
-die Kurvensohllinien verlaufen. Die Zungen selbst sitzen, wie bereits angegeben,
ungefähr oberhalib des Kurventiefpunktes, lassen jedoch noch freien Raum zwischen
dem unterenZungenpunkt und der oberen Strömungslinie. Es ist dies der Zustand bei
laufender Turbine, bei dem also :das Wasser von der Turbine fort nach außen strömt.
Der Kanal zieht ohne Kurve und auch horizontal ab bei geringen Gefällen, weil hierbei
nur minimales Ansteigen des Wassers eintritt. Die Zunge fällt hierbei weg.
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Abb. 5 zeigt eine Turbine a nach Abb. 3. Der Kurvenkanal n erfährt
hierbei eine Verlängerung( zu einer Stauwand o, über welche das Wasser zum Unterwasserspiegel
p gehoben wird; Zunge f ist die Verlängerung der Turbinenhauswand g des Hausinnern
i. Der Kanal n ist von der Auflagerungsfläche l bis zur Zunge f wiederum
geschlossen und von da an als offen gezeichnet. Seitlich des äußeren Kanals sind
Wände q bis über den Unterwasserspiegel hinaufgeführt.
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Albb. 6 zeigt den Schnitt durch den Kurvenkanal nach Abb. 5.
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Abb. 7 gibt eine Turbine mit horizontaler Auflagerungsfläche r wieder.
Der Kurvenkanal ist wiederum bis zur Zunge f geschlossen. Der Übergang des Kurvenkanals
zum Unterwasserspiegel p erfolgt ohne Unterbrechung, also ohne Einsetzen einer Rückstauwand.
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Bei Inbetriebsetzung der Turbine wird das (erste) Abwasser aus Odem
Turbinenlaufrad etwas Luft aus .dem Gehäuseinnern mitreißen; die außerhalb der Zunge
im aufsteigenden Abwasserkanal stehende Wassersäule wird mit Luftblasenvermischt,
dadurch -spezifisch leichter, beginnt zu steigen und, von dem nachströmenden Abwasser
der Turbine unterstützt, wird so allmählich der Betriebszustand erreicht. Der ganze
Vorgang der Inbetriebsetzung,der Turbine vollzieht sich also ähnlich wie die bekannte
Arbeitsweise der Mammutpumpe. Nun kann aber der Fall eintreten, ,daß zuviel Luft
aus Odem Gehäuse mit fortgerissen wird und sich dadurch das Gehäuse voll Wasser
saugt. Um dies zu verhindern, wird bei Inbetriebsetzung der Turbine in bekannter
Weise Luft in Idas Gehäuseinnere eingelassen oder eingedrückt, oder es kann dem
Betriebswasser .in der Zulaufrohrleitung Luft beigemischt werden, bis die Turbine
den normalen Betriebszustand erreicht hat.