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Die
Erfindung betrifft eine hydroelektrische Anlage zum Gewinnen von
Energie aus einem fallenden Wasserfluss mittels einer Turbine mit
einem im wesentlichen rohrförmigen
Turbinengehäuse,
das in den Wasserfluss eingesetzt ist, einem Schaufelrad, das drehbar
in diesem Gehäuse
montiert ist und einer Turbinenwelle, die sich in Längsrichtung
des Gehäuses
erstreckt und auf der eine Anzahl von vor ragenden, sich drehenden
Blättern
angeordnet sind, die das Gehäuse
in einen Einlassabschnitt bzw. Auslassabschnitt aufteilt. Eine derartige
hydroelektrische Anlage ist beispielsweise aus der EP-A-0 499 806 bekannt.
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Heute
wird Energie mit natürlichen
Strömungen,
etwa Flüssen,
Sturzbächen
und Bächen
mittels hydroelektrischer Anlagen, die in der Strömung installiert
sind, in Elektrizität
gewandelt. Zu diesem Zweck werden normalerweise Turbinen zum Antreiben
von Generatoren verwendet, die den elektrischen Strom erzeugen.
Die Turbinen sind typischerweise an dem Boden einer fallenden Strömung angeordnet,
wo der Energiegehalt der Strömung
am größten ist.
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Manche
Strömungen
bilden natürliche
Wasserfälle. Üblicherweise
wird das Wasser in einem Strom in einem künstlichen See oder einem Stau
eingefasst. Dadurch wird ein regelmäßiger Wasserfluss mit einem
genau definierten Fall erreicht, der es einer hydroelektrischen
Anlage erlaubt, über
eine längere Periode
stabil zu laufen, auch wenn der verfügbare Wasserstrom währenddessen
in Abhängigkeit
von dem Wetter und dem Niederschlag schwankt.
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Bei
kleineren Strömungen
ist die Möglichkeit, größere Mengen
von Wasser zum Ausgleichen eines unregelmäßigen Wasserflusses zu sammeln,
oft recht begrenzt. Ein erhebliches Problem tritt dabei insofern
auf als eine Turbine in einem solchen Strom mit erheblich variierenden
Wassermengen betrieben wird.
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In
manchen Fällen
wird von einfachen Turbinen Verwendung gemacht, die nicht in Abhängigkeit von
dem verfügbaren
Wasserstrom reguliert werden können.
Diese Turbinen werden daher mit einer durchschnittlich tiefen hydraulischen
Effizienz arbeiten.
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Eine
bessere hydraulische Effizienz kann erreicht werden, indem die Turbinen
bei voller Leistung für
geeignete Zeitdauern arbeiten, d. h., durch wiederholtes Stoppen
und Starten der Turbinen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil,
dass es für
die Umgebung nachteilig ist und eine sehr schwankende Erzeugung
zeigt.
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Um
die obigen Nachteile zu vermeiden, wurden justierbare Turbinen entwickelt.
Diese Turbinen regeln die Wassermenge in dem gesamten Strömungsbereich,
das Ergebnis ist, dass sie sehr kompliziert und teuer werden.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine hydroelektrische Anlage der
in dem Eingangsparagraph genannten Art zu schaffen, die einen einfachen
Aufbau hat und die einfach und effektiv geregelt werden kann in
Abhängigkeit
von dem verfügbaren
Wasserstrom mit einer durchschnittlich hohen hydraulischen Effizienz.
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Nach
der Erfindung wird dies erreicht durch Anordnen einer Anzahl von
Trennwänden
in dem Einlassabschnitt des Turbinengehäuses, die den Abschnitt in
einer Anzahl von Einlassabschnitten aufteilen, Aufteilen des fallenden
Wasserflusses in eine Anzahl von Teilströmungen, die in den jeweiligen Druckleitungen
fließen,
wobei die Druckleitungen mit ihren jeweiligen Einlassabschnitten
verbunden sind und Mittel vorgesehen sind zum Absperren des Teilstroms
in wenigstens einer Druckleitung.
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Die
Turbine kann vorzugsweise angeordnet sein um optimal zu arbeiten,
wenn es mit der maximalen Wassermenge der jeweiligen Strömung oder einem
vorgegebenen Bruchteil dieser Strömung, beispielsweise ¾ versorgt
wird, über
alle Druckleitungen während
der vollständige
Strömungsbereich
der Turbine betrieben wird.
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In
dem Fall einer in Bezug darauf eingeschränkten Wasserströmung kann
eine oder können mehrere
Druckleitungen geschlossen werden. Der entsprechende Teil des Schaufelrades
wird dadurch aus dem aktiven Betrieb entfernt, während der verbleibende Teil
mit genau so viel Wasser versorgt wird, dass die Turbine eine hohe
hydraulische Effektivität beibehalten
kann.
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Es
wird dadurch der erhebliche Vorteil erreicht, dass die Turbine schnell
und einfach reguliert werden kann in Abhängigkeit von variierenden Wasserflüssen, ohne
dass gleichzeitig die durchschnittliche hydraulische Effizienz der
Turbine reduziert wird.
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Weiter
findet die Regulation statt mittels einer robusten zuverlässigen Struktur,
wobei die Strömung
durch eine oder mehrere Druckleitungen gestoppt werden muss.
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Normalerweise
wird der Einlass der Druckleitungen in eine obere, eingefasste Stauung
eingetaucht. Wenn der Einlass einer der Leitungen höher ist
als der Einlass der anderen Leitungen, wird eine besonders einfache
Regulierung sofort erreicht, als die erste Leitung ganz einfach
aufhören
wird zu arbeiten, wenn der Wasserpegel in dem Stau unterhalb des
Einlasses kommt, während
der zweite Einlass weiterhin Wasser zu seinem Teil des Schaufelrads fördert.
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Eine
Druckleitung kann über
seine gesamte Länge
von dem Einlass zu der Turbine haben, bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
kann die Leitung jedoch über
eine Fläche
des Staubereichs entlang eines Abschnitts geführt sein, so dass ein oberer Teil
der Leitung einen Syphon bildet.
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Wenn
der Wasserpegel jetzt soweit in dem Staubereich abgesenkt wird,
dass der Einlass der Leitung in freier Luft ist, wird die Leitung
schnell von Wasser geleert werden. Mittels einer Vakuumpumpe, die
mit dem oberen Bereich des Syphons verbunden ist, kann die Leitung
jedoch schnell mit Wasser gefüllt werden,
wenn der Wasserpegel wieder ansteigt, so dass die Leitung wieder
an dem Betrieb der Turbine teilnehmen kann.
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Bei
einer Variante dieses Ausführungsbeispiels
ist der obere Bereich des Syphons zu dem Zeitpunkt mit einer Wasserleitung
verbunden, deren Einlass höher
als der Einlass der Druckleitung ist. Ein Sperrventil kann weiter
in der Leitung angeordnet sein.
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Wenn
das Ventil offen ist, wird die Druckleitung von Wasser geleert werden
und dadurch aus dem Betrieb genommen werden, wenn der Wasserpegel
in dem Staubereich unterhalb des Einlasses der Leitung fällt. Wenn
das Ventil geschlossen ist, wird die Druckleitung lediglich dann
außer
Betrieb genommen werden, wenn der Wasserspiegel unterhalb des Einlasses
der Druckleitung liegt. Es wird dadurch eine selektive Regulation
mittels ein und derselben Druckleitung erreicht.
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Eine
Turbine mit guter hydraulischer Effizienz wird normalerweise mit
Statorschaufeln versehen, die direkt stromaufwärts der rotierenden Schaufeln
vorgesehen ist. Nach der Erfindung kann jede Trennwand vorteilhaft
direkt oberhalb einer derartigen Statorschaufel angeordnet sein,
die so in vorteilhafter Weise zum Definieren eines Einlassabschnitts beiträgt, der
sich in einem Bereich direkt stromaufwärts der rotierenden Schaufeln
erstreckt.
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Es
wird so verhindert, dass die gesonderten Wasserflüsse durch
die Einlassabschnitte sich gegenseitig stören und es dadurch unmöglich machen, die
Turbine mit der gewünschten
Genauigkeit zu regulieren.
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Wenn
ein oder mehrere Druckleitungen geschlossen oder leer sind und wieder
in Betrieb genommen werden sollen, können die Statorschaufeln und
die rotierenden Schaufeln der Turbine Flüssigkeitsstößen unterworfen sein, die in
einem solchen Fall die Turbine beschädigen können.
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Durch
die Erfindung wird dieses Problem gelöst durch Montieren des Stators
und der rotierenden Schaufeln der Turbine in einem Turbinengehäuse derart,
dass dieses gegen die Wirkung beispielsweise einer Feder axial verlagerbar
ist, so dass die Blätter
dazu in der Lage sind, einen Flüssigkeitsstoß aufzufangen
und dadurch den Flüssigkeitsstoß zu dämpfen, der
sonst zu einer Beschädigung
der Turbine führen
könnte.
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Wenn
die axiale Verlagerung der Statorschaufeln und der rotierenden Schaufeln
ausreichend ist, um sie aus dem Auslassabschnitt des Turbinengehäuses zu
nehmen, wird ein freier Spalt zwischen den Schaufeln und dem Turbinengehäuse zum
Abbauen des Flüssigkeitsstoßes in vorteilhafter Weise
gebildet.
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Seegras
und Abfälle,
die durch die Wasserströmung
mit aufgenommen worden sind, sammeln sich besonders bei kleinen
Turbinen leicht an, die dadurch nicht oder nur weiterhin mit einem
erheblich reduzierten Wirkungsgrad arbeiten können.
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Wenn
die Turbine mit Statorschaufeln und rotierenden Schaufeln versehen
ist, die, wie erwähnt, axial
aus dem Turbinengehäuse
verlagert sind, wirkt die Turbine selbstreinigend, Seegras und Abfallstücke werden
durch den Spalt, der durch die Schaufeln in ihrer Extremposition
gebildet werden, ausgespült.
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Dieser
Reinigungsprozess findet statt bei einem Flüssigkeitsstoß oder wenn
die Turbine so sehr blockiert worden ist, dass die Last der Wassersäule, die
auf den Statorschaufeln und den rotierenden Schaufeln ruht, nicht
länger
absorbieren kann.
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Wenn
die Ränder
an den Statorschaufeln und/oder den rotierenden Schaufeln, die in
Richtung der Strömung
weisen, sich schräg
neigt weg von der Richtung der Strömung erstrecken, gleiten Seegras und
Abfallstücke,
die durch den Strom aufgenommen worden sind, leicht an den Blättern ab,
wenn sie aus dem Gehäuse
hinausgedrückt
werden.
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Zum
Schutz vor beispielsweise Zweigen und Steinen, die in den Wasserstrom
gelangt sind, die zwischen die Statorschaufeln und die rotierenden Schaufeln
gelangen, können
die rotierenden Schaufeln weiter in einer axial verlagerbaren Weise
in Bezug auf die Statorschaufeln montiert sein.
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Eine
Turbine in der Art, wie sie in der vorliegenden Anmeldung offenbart
worden ist, kann nicht arbeiten, wenn sie mehr oder weniger in Wasser
eingetaucht ist. Das Turbinengehäuse
ist daher mit einem Saugrohr versehen, das sich in den unteren Lauf
des Stroms erstreckt. Es wird dadurch ein Luftspalt hergestellt,
der einen Unterdruck hat, der mittels eines Unterdruckventils aufrecht
erhalten wird.
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Nach
der Erfindung wird dieser Unterdruck vorteilhaft verwendet zum Steuern
des hydraulischen Kraftwerks mittels einer oder jeder Druckleitung,
die mit einem Luftrohr versehen ist, die das Luftrohr mit einem
oberen Bereich der Druckleitung verbindet. Ein erstes Sperrventil in
jedem Luftrohr, ein zweites Sperrventil, das in einen Zwei eingesetzt
ist, der ausgebildet ist an jedem Luftrohr zwischen dem oberen Bereich
und dem ersten Sperrventil und mit der Umgebungsluft kommuniziert
und ein drittes Sperrventil, das in der Druckleitung eingesetzt
ist zwischen dem oberen Bereich und dem Turbinengehäuse vorzugsweise
ein dünnwandiger
Schlauch ist.
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Die
Erfindung wird in ihren Einzelheiten im Folgenden erläutert, wobei
lediglich ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben wird. Dabei zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer hydroelektrischen Anlage nach der
Erfindung,
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2 eine
perspektivische Seitenansicht in größerem Maßstab einer Turbine, die Teil
einer hydroelektrischen Anlage von 1 ist, in
der Betriebsposition,
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3 zeigt
die Turbine von 2 in der Leerlaufposition,
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4 ist
eine gebrochene Seitenansicht einer Einzelheit der hydroelektrischen
Anlage von 1, und
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5 ist
eine schematische Ansicht eines Systems zum Steuern der hydroelektrischen
Anlage nach der Erfindung.
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Im
Folgenden wird angenommen, dass die hydroelektrische Anlage nach
der vorliegenden Erfindung dazu dient, die Wasserkraft in einem
kleinen Strom mittels einer einzigen Turbine, die einen Generator
zur Erzeugung von Elektrizität
antreibt, zu nutzen.
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In 1 ist
eine hydroelektrische Anlage, die allgemein durch das Bezugszeichen 1 angegeben ist,
in einem Wasserstrom angeordnet, der gebrochen dargestellt ist und
allgemein durch das Bezugszeichen 2 bezeichnet wird.
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Der
Wasserstrom hat einen oberen und einen unteren Lauf 3; 4,
die gegeneinander vertikal versetzt angeordnet sind und so einen
Fall bilden, der von der hydroelektrischen Anlage nutzbar ist. Der obere
Lauf ist mittels eines Damms 6 in einem Stau gehalten.
Von dem Damm 5 wird das Wasser in dem oberen Lauf unter
normalen Umständen
in den unteren Lauf in einem schließenden Wasserfall herabfallen,
in dem gezeigten Fall in einer ersten Druckleitung 7 und
in einer zweiten Druckleitung 8, die mit der Turbine 9,
die den elektrischen Generator 11 über einen Riemenantrieb 10 verbunden
ist.
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Die 2 und 3 zeigen
in Einzelheiten, dass die Turbine im Wesentlichen aus einem rohrförmigen Turbinengehäuse 12,
das in einer Punkt-Strich-Linie dargestellt ist, besteht, in dem
das Schaufelrad 13 drehbar montiert ist und eine Turbinenwelle 14 hat,
die sich in Längsrichtung
des Gehäuses
erstreckt.
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In 2 ist
das Schaufelrad in einer Betriebsposition und in 3 in
einer Leerlaufposition. Das bedeutet, dass diese Positionen im Folgenden
in ihren Einzelheiten erläutert
werden.
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Der
Riemenantrieb 10 weist eine Riemenscheibe 15 auf,
die an der Turbinenwelle 14 moniert ist, und einen Riemen 16 zum Übertragen
der Antriebskraft auf einen elektrischen Generator, der in den 2 und 3 nicht
gezeigt ist.
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Der
dargestellte Riemenantrieb 10 ist nur beispielhaft, die Übertragung
zwischen der Turbine und dem Generator kann in vielen bewährten Weisen innerhalb
des Schutzbereichs der Erfindung erfolgen.
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Eine
Anzahl von vorragenden rotierenden Blättern ist an dem Schaufelrad 13 angeordnet. Oberhalb
dieser Blätter
ist eine Mehrzahl von Statorblättern 18 angeordnet,
um während
des Betriebs den Wasserfluss durch das Turbinengehäuse in Richtung
auf die rotierenden Blätter
zu führen,
um diese zu einer Drehung zu veranlassen.
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Das
Turbinengehäuse
ist in einen Einlassabschnitt 19 und einen Auslassabschnitt 20 aufgeteilt. Die
Grenze zwischen diesen beiden Abschnitten wird durch das Schaufelrad 13 in
der in 2 gezeigten Betriebsposition dieses Rades gebildet.
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Zwei
Trennwände 21a,
b trennen den Einlassabschnitt 19 in einen ersten und in
einen zweiten Einlassabschnitt 22; 23, die mit
ihren Druckleitungen 7; 8 verbunden sind, die
lediglich gebrochen in einer Punkt-Strich-Linie dargestellt sind.
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Die
beiden Trennwände 21a,
b sind, wie gezeigt, über
den Statorblättern
angeordnet. Die beiden Einlassabschnitte werden sich auf diese Weise
in vorteilhafter Weise vollständig
zu den Rotorblättern 17 erstecken,
wodurch diese mit dem Wasserstrom durch das Turbinengehäuse in zwei
vollständig
getrennten Flüssen
versorgt werden.
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In
dem gezeigten Fall erstreckt sich der Einlassabschnitt 22 über 240°, während der
der zweite Einlassanschnitt 23 sich über 120° erstreckt. In dem Fall des
vollen Wasserflusses wird der Wasserfluss durch den ersten Einlassabschnitt 22 daher
doppelt so groß sein
wie der Wasserfluss durch den zweiten Einlassabschnitt 23.
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Die
Welle 14 des Schaufelrads 13 ist in einer drehbaren
und axialen verlagerbaren Weise in einem Lager 24 eingesetzt,
das in dem Turbinengehäuse 12 in
einer hier nicht in seinen Einzelheiten beschriebenen Weise fixiert
ist.
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Die
Welle 14 erstreckt sich weiter drehbar aber nicht axial
verlagerbar durch eine Nabe 25, die nicht drehbar in dem
Turbinengehäuse
montiert ist und die Statorblätter 18 stützt.
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Eine
Zugfeder 26 dient zum Halten des Schaufelrades 13 und
der Statorblätter 18 in
der normalen, in 2 dargestellten Betriebsposition.
Im Fall einer Überbelastung
können
die Statorblätter und
das Schaufelrad in die in 3 gezeigte
Leerlaufposition gegen die Wirkung der Feder 26 gedrückt werden.
In dieser Position werden die oberen Ränder 27 die Statorblätter, die
nach unten schräg geneigt
verlaufen, unterhalb der unteren Begrenzung des Turbinengehäuses 12 sein.
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Die
hydraulische Effizienz einer Turbine wird mit dem Wasserstrom variieren
oder, mit anderen Worten, mit der spezifischen Rate des Wasserstroms durch
die Turbine. Die Turbine kann zweckdienlicher Weise derart ausgebildet
sein, dass die optimale hydraulische Effizienz beispielsweise bei ¾ des maximalen
Wasserstroms erreicht wird. Die Effizienz wird bei größeren Strömungen des
Wassers nur wenig zunehmen, dagegen bei geringeren Wasserströmen. erheblich
zunehmen.
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Der
Wasserstrom insbesondere in kleinen Strömen wird jedoch erheblich von
den unterschiedlichen Niederschlägen
abhängen.
Der Wasserstrom einer Turbine, die in einem solchen Strom angeordnet
ist, kann daher so unregelmäßig sein,
dass es sich nicht lohnt, eine hydroelektrische Anlage diesbezüglich zu
konstruieren.
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Das
Problem wird in einer einfachen und wirtschaftlichen Weise durch
Verwendung einer hydraulischen Anlage nach der Erfindung gelöst.
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In
einem Intervall um den normalen Wasserstrom, der beispielsweise
auf ¾ der
maximalen Strömung
festgelegt werden kann, wird der Wasserstrom durch die Druckleitungen 7; 8 zu
dem Schaufelrad 13 geführt.
Die hydraulische Effizienz ist optimal oder fast optimal.
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Wenn
der Wasserstrom auf etwa 2/3 des normalen Stroms abfällt, wird
die zweite Druckleitung 8 geschlossen, wodurch der Wasserstrom
von dem Teil des Schaufelrads abgeschnitten wird, der unterhalb des
zweiten Einlassabschnitts 23 ist. Da dieser Einlassabschnitt
sich über
120° erstreckt,
bedeckt er 1/3 des gesamten Turbinenströmungsbereichs. 1/3 des Schaufelrads
wird daher nicht länger
an dem Betrieb der Turbine teilnehmen.
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Der
Wasserstrom, der auf 2/3 des normalen Stroms reduziert ist, wird
lediglich durch die erste Druckleitung 7 und über den
ersten Einlassabschnitt 22 herab zu den darunter liegenden
2/3 des Schaufelrads strömen,
das dadurch mit derselben spezifischen Rate wie das gesamte Schaufelrad
bei normalem Wasserstrom umströmt
wird. Dies bedeutet, dass die Turbine auch in dem Fall, bei dem
nur eine Wassermenge strömt,
die 2/3 des normalen Flusses beträgt, mit der gewünschten
optimalen hydraulischen Effizienz arbeitet Wenn der Wasserfluss
auf 1/3 des normalen Flusses abfällt,
wird die erste Druckleitung 8 sofort geschlossen, wodurch
der Wasserstrom aus dem Teil des Schaufelrades abgesperrt wird,
der unter dem ersten Einlassabschnitt 22 liegt. Der Wasserstrom,
der auf 1/3 des norma len Stroms reduziert ist, wird jetzt nur in
der zweiten Druckleitung 8 verlaufen und über den
zweiten Einlassabschnitt 23 herab auf die darunter liegenden
1/3 des Schaufelrads, das dadurch mit derselben spezifischen Rate wie
das gesamte Schaufelrad gegenüber
dem normalen Wasserstrom umströmt
wird. Dies bedeutet, dass die Turbine auch in dem Fall des Fließens von nur
1/3 mit der gewünschten
optimalen hydraulischen Effizienz arbeiten wird.
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Es
ergibt sich, dass die Turbine so einfach reguliert werden kann,
dass sie bei drei unterschiedlichen Pegeln des Wasserstroms, nämlich in
diesem Fall 1/3, 2/3 und dem nominalen Wasserstrom mit der gewünschten
optimalen hydraulischen Effizienz arbeitet Wenn eine Druckleitung
in Betrieb genommen wird, nachdem sie geschlossen worden ist, kann
der Fluss durch die Leitung, der die Eigenschaft eines Fluidstoßes zeigt,
der unter bestimmten Bedingungen das Gehäuse der Turbine sowie der Statorblätter und
rotierenden Blätter
beschädigen
könnte.
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Wie
oben erwähnt,
ist die Welle 14 des Schaufelrads 13 daher in
einer axial verlagerbaren Weise in dem Lager 14 befestigt,
so dass die Nabe 25 mit den ortsfesten Blättern 18 und
dem Schaufelrad 13 mit den drehenden Blättern 17 einem solchen Flüssigkeitsstoß nachgeben
kann und daher dieses abfedern kann gegenüber einem möglicherweise schädlichen
Effekt auf die Turbine.
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In
der in 2 gezeigten Betriebsposition sind die ortsfesten
Blätter
und die drehenden Blätter 18: 17 in
der Betriebsposition von der Zugfeder 28 gehalten, die
vorzugsweise so zu dimensionieren ist, dass sie dazu in der Lage
ist, die maximal auftretende axiale Last auf die Schaufeln 18; 17 aufzufangen. Wenn
die Blätter 18; 17 dagegen
durch Flüssigkeitsstöße betroffen
werden, die in ihrem Volumen die maximale Last übersteigen, werden sie nach
unten in die Freilaufposition, die in 3 gezeigt
ist, gegen die Wirkung der Zugfeder 26 gedrückt, wodurch
ein Spalt zwischen der unteren Begrenzung 28 des Turbinengehäuses und
den Blättern 18; 17 gebildet
wird. Dieser Spalt ist ausreichend groß und dazu in der Lage, die
Last des Flüssigkeitsstoßes aufzunehmen und
dadurch einen möglicherweise
schädlichen
Einfluss auf die Turbine zu vermeiden.
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Währenddessen
werden Seegrans und/oder Abfall, das von dem Wasserstrom aufgenommen
ist und dazu neigt, insbesondere bei kleinen Turbinen diese zu blockieren,
werden gleichzeitig ausgeworfen und ausgespült von dem Turbinengehäuse. Die Turbine
ist somit selbstreinigend.
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Derselbe
Vorgang findet statt, wenn die Turbine blockiert ist, so dass die
darüber
stehende Wassersäule
die Statorblätter 18 und
die Rotorblätter 17 mit
einer Kraft belastet, die größer ist
als die Federkraft der Zugfeder 26.
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Die
oberen Ränder 27 der
Statorblätter 28 sind,
wie in den 2 und 3 gezeigt,
mit einer Neigung ausgebildet, die sich schräg nach unten erstreckt, wodurch
es leichter wird, Seegras und Abfall an den Blättern abgleiten zu lassen.
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Die
oberen Ränder
der rotierenden Blätter können in
derselben Weise geneigt sein, um, in entsprechender Weise, mögliches
Seegras und Abfall auszuwerfen.
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Die
rotierenden Blätter
können
weiter in einer axial verlagerbaren Weise in Beziehung zu den Statorblättern (nicht
gezeigt) verlagerbar sein, um so zu verhindern, dass Steine und
Zweige zwischen die beiden Sätze
von Blättern 18; 17 eingeklemmt
werden und damit die Turbine außer
Betrieb setzen.
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Innerhalb
des Schutzbereiches der Erfindung kann eine Druckleitung in verschiedener
bekannter Weise geschlossen werden, beispielsweise durch ein Ventil,
das in die Druckleitung eingesetzt ist.
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4 zeigt
weitere zweckmäßige Verfahren zum
Abschalten des Wasserflusses durch die Druckleitung, die beispielsweise
die zweite Druckleitung sein kann.
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In
diesem Fall bildet der obere Teil der Druckleitung eine Syphon 29,
der das Wasser über
die Wasserfläche 30 des
Staus 5 entlang eines Abschnitts führt. Der Einlass 31 der
Druckleitung ist um einen Abstand unterhalb dieser Fläche angeordnet.
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Wenn
der Wasserpegel in dem Stau bei einem reduzierten Wasserfluss in
dem Strom 2 so weit fällt,
dass der Einlass der Druckleitung oberhalb der Oberfläche 30 ist,
wird die Druckleitung automatisch vom Wasser entleert werden. Diese
Situation entspricht beispielsweise der Situation, die oben erwähnt worden
ist, in der der Wasserstrom etwa 2/3 des normalen Flusses beträgt. Der
reduzierte Wasserfluss wird daher nur in der ersten Druckleitung 7 fließen (in 4 nicht
gezeigt), die, um dies zu erreichen, einen Einlass haben muss, der
unter dem der zweiten Druckleitung 8 liegt.
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Die
leere Druckleitung wird wieder in Betrieb genommen durch Aufziehen
des Wassers in die Leitung mittels einer Vakuumpumpe 32.
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In 4 ist
der Syphon weiter mit einer Wasserleitung 33 mit einem
Einlass 34, der unterhalb der Wasserfläche 30 liegt, verbunden,
jedoch höher
als ein Einlass 31 der Druckleitung. In die Leitung ist
ein Ventil 35 eingesetzt zum Öffnen und Schließen der Leitung.
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Wenn
das Ventil geschlossen ist, wird die Druckleitung entleert, wenn
der Wasserpegel in dem Damm so sehr fällt, dass der Einlass der Druckleitung oberhalb
der Fläche 30 ist.
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Wenn
das Ventil offen ist, wird die Druckleitung jedoch schon entleert,
wenn der Einlass 34 der Wasserleitung oberhalb dieser Fläche ist.
Durch Öffnen
bzw. Schließen
des Ventils 32 ist es unmöglich, den Betrieb der Turbine
in Abhängigkeit
von dem Wasserpegel in dem Damm einfach mittels nur einer Druckleitung
zu differenzieren.
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4 zeigt
weiter ein einfaches Ventil zum Schließen und Öffnen der Druckleitung 8.
Das Ventil ist als ein flexibler Schlauch ausgebildet, der mittels einer
von außen
aufgebrachten Kraftanwendung, die durch Pfeile angegeben wird, komprimiert
werden kann. In der Fig. wird der Schlauch nicht zusammengedrückt, die
Druckleitung ist daher offen.
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5 ist
eine schematische Ansicht des Systems zum Steuern der hydraulischen
Anlage, wie sie in den 1-4 gezeigt
ist. Entsprechende Teile sind durch dieselben Bezugszeichen angegeben.
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Das
Turbinengehäuse 12 erstreckt
sich, wie gezeigt, in dem unteren Lauf 4 des Stromes mit
einer Saugpumpe 37 herab. Die Turbine 9 ist hier
lediglich schematisch gezeigt. Ein bekanntes Unterdruckventil 38,
das üblicherweise
als Schnüffelventil
bezeichnet wird, stellt einen gewünschten höheren Wasserpegel in dem Saugrohr 37 als
in dem unteren Lauf 4 sicher. Wenn der Wasserpegel fällt, wird
das Ventil automatisch geschlossen und wenn es ansteigt, wird mehr Luft
eingelassen.
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Es
wird so ein Luftspalt 51 gebildet, der sicherstellt, dass
die Turbine nicht arbeiten wird mehr oder weniger eingetaucht ins
Wasser, wodurch es nicht funktionieren könnte oder nicht mit einer vernünftigen
Effizienz arbeiten könnte.
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Der
höhere
Wasserpegel in dem Saugrohr verursacht einen Unterdruck, der in
dem Spalt 51 gebildet wird.
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Der
obere Bereich 41; 42 jeder Druckleitung 7 bzw. 8 ist
mit dem Spalt 51 in dem Saugrohr 37 über die
Luftröhren 39 und 40 verbunden.
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In
jeder dieser Luftröhren
ist ein erstes Sperrventil 43; 44 eingesetzt.
Zwischen diesem Ventil und dem oberen Bereich 41; 42 der
Druckleitungen 7; 8 sind die Druckleitungen mit
einer Verzweigung 47; 48 ausgebildet, die mit
der Umgebungsluft kommunizieren. In jedem Zweig ist weiter ein zweites
Sperrventil 45; 46 eingesetzt.
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In
jeder Druckleitung 7; 8 ist ein drittes Sperrventil 49; 50 zwischen
dem Turbinengehäuse 12 und den
Syphons 29a; 29b eingesetzt, dieses dritte Ventil kann
in jeder geeigneten Weise ausgebildet sein. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
besteht das dritte Sperrventil aus einem dünnwandigen Schlauch.
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Wenn
die Turbine nicht in Betrieb ist, ist keine Wassersäule in dem
Saugrohr vorhanden und es besteht daher kein Unterdruck. Bei dem
Starten kann der notwendige Luftspalt in dem Saugrohr und der Unterdruck
in dem Spalt jedoch mittels beispielsweise einer Einspritzpumpe
(nicht gezeigt) erzeugt werden, die das Saugrohr über eine
Leitung 52 evakuiert, die ein viertes Sperrventil 53 hat.
Bei normalem Betrieb ist dieses Ventil geschlossen.
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Das
System funktioniert wie folgt.
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In 5 wird
die Turbine lediglich durch Wasser aus der Druckleitung 1 betrieben.
Das dritte Ventil 49 in dieser Leitung ist offen. Das erste
und das zweite Ventil 43 und 45 sind geschlossen.
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Die
zweite Druckleitung 8 ist durch das dritte Ventil 50 in
dieser Leitung geschlossen, während
das erste und das zweite Ventil 44 und 46 geschlossen sind.
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Durch
zeitweises Öffnen
des zweiten Ventils 45 gelangt Falschluft in die Druckleitung 7,
wodurch der Syphoneffekt unterbrochen wird und die Druckleitung
entleert wird. Dadurch wird der Unterdruck in dem Luftspalt 51 über die
Turbine 50 zu dem dünnwandigen
Schlauch 49 gefördert,
der dadurch kollabieren wird und die Druckleitung schließen wird.
Diese Situation ist in 5 bezüglich der zweiten Druckleitung 8 gezeigt.
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Wenn
eine Druckleitung auf diese Weise geschlossen wird, wird der Unterdruck
in dem Luftspalt 51 des Saugrohres beibehalten, auch wenn
der Wasserpegel in dem Damm 5 unterhalb der Mündung des Syphons 49 gefallen
ist. Wenn die Mündung
alternativ unterhalb der Wasserfläche des Damms ist, ist sichergestellt,
dass der Unterdruck nicht zu dem Syphon geführt wird, der dadurch in unerwünschter Weise
seine Wirkung wieder aufnehmen würde.
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Wenn
es erwünscht
ist, die Druckleitung 8 wieder in Betrieb zu nehmen, wird
das erste Ventil 44 zeitweise geöffnet, wodurch das Syphon 29b wieder zu
arbeiten beginnen wird, so dass das Wasser zu dem kollabierten Schlauch 50 fließen wird,
der sich unter dem Einfluss des Wasserdrucks wieder gedehnt hat
und es dem Wasser wieder erlauben wird, hindurch zu fließen.
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Es
ergibt sich, dass die hydroelektrische Anlage nach der Erfindung
einfach und zuverlässig
gesteuert werden kann mittels des Vakuums des Luftspalts, was ein
Zustand der Turbine ist, die dieser das Arbeiten erlaubt.
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Die
oben beschriebene und in den Zeichnungen dargestellte hydroelektrische
Anlage beruht auf der Annahme, dass die hydroelektrische Anlage
eine kleine Anlage zur Verwendung von Energie in einem kleinen Strom,
beispielsweise einem Sturzbach oder einem Bach, ist.
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Innerhalb
des Schutzbereichs der Erfindung liegt es jedoch, dass die hydroelektrische
Anlage in einer größeren oder
großen
hydroelektrischen Anlage zur Verwendung der Energie in ei nem größeren oder
einem großen
Strom, etwa einem Fluss mit denselben Vorteilen verwendet wird.
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Statt
nur einer Turbine kann die hydroelektrische Anlage nach der Erfindung
weiter mit zwei oder mehreren Turbinen versehen sein.
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Obwohl
die obige Beschreibung einer hydroelektrischen Anlage auf der Grundlage
beruht, dass die Wasserkraft in Elektrizität umgewandelt wird, kann die
hydroelektrische Anlage auch zum Umwandeln der Wasserkraft in mechanische
Energie verwendet werden, d. h., in Sägemühlen und in Mühlen. Auch
dies liegt im Schutzbereich der Erfindung.