-
Unterwasserkraftwerk mit beweglichem Wehraufsatz Es sind Unterwasserkraftwerke
- auch überflutbare Wehrkörperkraftwerke genannt - mit beweglichen und sich über
die ganze Staubreite erstreckenden Wehraufsätzen bekannt.
-
Die zwischen den Ufern liegende Wehranlage ist unter Vermeidung von
den Wasserspiegel überragenden Wehraufbauten derart überflutbar eingerichtet, daß
sie bei Hochwasserentlastung oder zur Tarnung gegen Fliegersicht sowie aus anderen
Gründen ohne Störung des Betriebes überströmt werden kann.
-
Die Bedienungsmittel der Betriebseinrichtungen des Unterwasserkraftwerkes
sind in das Innere des Wehrkörpers verlegt, d. h., die Turbi,neneinla ufkammern,
die Saugrohre und die Wasserkraftmaschinen können überflutet, also unter Wasser
sein.
-
Die Grundablässe werden zweckmäßigerweise einzelnen Turbinen oder
Turbinengruppen zugeordnet und von dem Wehrkörper mitgebildet.
-
Diese Anordnung der Grundablässe bzw. Leerschüsse wurde gewählt, um
eine einwandfreie und gleichmäßige Duschspülung der Flußsohle vor und hinter dem
Wehrkörper zu ermöglichen.
-
Die Gestaltung von Unterwasserkraftwerken bzw. deren Verwendbarkeit
und Anwendungsbereich
ist abhängig von dem Verhältnis, in dem die
mögliche Höchstwassermenge zur Ausbauwassermenge steht.
-
Man hat bei der Anwendung der herkömmlichen Bauweisen in Fällen, bei
denen dieses Verhältnis ziemlich hoch. war, das Kraftwerk seitlich in einer Bucht
untergebracht, um den gesamten Flußquerschnitt für den Abfluß des. Höchwassers frei
halten zu können.
-
Bei der bisher bekannten Bauart von Unterwasserkraftwerken mit in
dem Wehrkörper untergebrachten, neben den Turbinen angeordneten Leerschüssen bzw.
Grundablässen kann man je nach den örtlichen Verhältnissen die Grundablässe und
die Wehraufsätze so vergrößern bzw. so bemessen, daß die den Flußverhältnis.sen
entsprechenden Wassermengen verarbeitet werden können. Wird das Verhältnis der möglichen
Höchstwassermenge zur Ausbauwassermenge jedoch zu hoch, so kann der Fall eintreten,
daß bei der Gestaltung des Unterwasserkraftwerkes konstruktive Schwierigkeiten auftreten,
die aus wirtschaftlichen Gründen die Anwendung dieser Bauweise in Frage stellen.
-
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, auch Wasserkräfte
mittels der Unterwasserkraftwerksbauweise erschließen zu können, bei denen das Verhältnis
der möglichen Höchstwassermenge zur Ausbauwassermenge ungünstig ist.
-
Das Wesen der Erfindung ist, d'ie Grundablässe und Leerschüsse in
dem beweglichen Wehraufsatz des Kraftwerkes unterzubringen. Damit kann der überflutbare
Teil des Kraftwerkes .so groß bemessen werden, daß der gesamte natürliche Flußquerschnitt
für die Abführung der anfallenden Wassermenge frei wird, ohne daß für die Leerschüsse
besondere Bauten im Wehrkörper nötig sind.
-
Es ist vorgesehen, mit der Kraftwerksdecke eine Wehrsohle zu bilden,
die ganz bzw. teilweise oder annähernd mit der Flußsohle übereinstimmt und auf die
die nach einer oder beiden Seiten umlegbaren Wehraufsätze angeordnet sind. In dem
unteren Teil der Wehraufsätze sind dem Erfindungsgedanken entsprechend regulierbare
Öffnungen vorgesehen.
-
Die Anordnung der Leerschüsse über den Turbinen im Wehraufsatz hat
den Vorteil, daß das Leerschußwasser in weit größerem Maße als bisher zur Leistungssteigerung
herangezogen werden kann. Wird nämlich die Leerschußklappe bei Hochwasser geöffnet,
so schiebt der frei gewordene Schußstrahl das über dem Wehrkörper befindliche Unterwasser
nach vorn, wodurch das durch den Rückstau im Unterwasser verminderte Gefälle zum
großen Teil zurückgewonnen werden kann.
-
Das Leerschußwasaer dient ferner zum Spülen des Wehrrückens bzw.zur
Geschiebeabführung und zum Ablassen von Grundeis, d. h., es hat ebenso die Funktionen
des Grundablaßwassers.
-
Für große Stauhöhen ist vorgesehen, den oberen Teil des beweglichen
Wehraufsatzes einziehbar zu gestalten. Mit dem Einziehen des oberen Teiles des beweglichen
Wehraufsatzes wird es ermöglicht, ohne Umlegen .des gesamten Aufsatzes Eis, Geschwemmsel
u. dgl. abzuführen. Vor allem wird dadurch der Druck auf die Windwerke des Wehres
und die Beanspruchung des Klappenmaterials vermindert.
-
Es ist demnach nicht notwendig, für den Bau der Leerschüsse bzw. Grundablässe
Schächte in den Flußgrund zu sprengen oder besonders betonierte Leerschußöffnungen
zu errichten. Dadurch werden, wie schon erwähnt, erhebliche Baumaterialien erspart.
-
Bei der in dem Erfindungsgedanken verankerten Gestaltung von Kraftwerken
ist jedoch zu berücksichtigen, daß ebenso wie bei allen anderen Wasserkraftanlagen
die Turbinen-Ein- bzw. -Ausläufe von Geschiebe- und Schwebestoffen freigehalten
werden müssen.
-
Liegt die Wehraufsatzsohle auf gleicher Höhe oder unwesentlich über
der Flußsohle, so werden die Geschiebe- und Schwebestoffe bei der Öffnung der in
den Wehraufsätzen dem Erfindungsgedanken entsprechend untergebrachten Leerschüsse
von dem dadurch entstehenden S,chußstrahl mitgerissen. Um den verbleibenden Rest
daran zu hindern, in die Turbinen-Ein- bzw. -Ausläufe einzudringen, sind vor den
Turbinen-Einläufen Fangrinnen und neben den Triebwasserführungsrohren klein dimensionierte
Spülkanäle oder -rohre mit eingebauten Reguliereinrichtungen angebracht. Werden
die Verschlüsse in den Spülkanälen geöffnet, so wird das in den Fangrinnen vor den
Turbinen-Einläufen abgelagerte Geschiebe mitgerissen und durch die Spülkanäle in
das Unterwasser geschwemmt.
-
Die Spülkanäle können auch ,gleichzeitig so angeordnet sein, daß sie
bei Hochwasser zur Leistungssteigerung herangezogen werden. Die mit entsprechender
Geschwindigkeit ausströmenden, verhältnismäßig kleinen Wassermengen vergrößern einerseits
die Sogwirkung der Saugschläuche und drücken in Verbindung mit dem Leerschußwasser
bei Hochwasser das unter größerem Gegendruck stehende Unterwasser weg.
-
Die Allgemeinanordnung des erfindungsgemäßen Kraftwerkes erfolgt in
der Form, @daß das gesamte Bauwerk sich über die ganze Flußbreite erstreckt. Es
werden im Gegensatz zu den Stufen an bereits ausgeführten Bauwerken die Leerschüsse
bz«-. Grundablässe in den Stauklappen über der Turbinenraumdecke, d. h. über der
als Wehrsohle ausgebildeten Kraftwerksdecke, angeordnet.
-
Mit Rücksicht auf die .beste hydraulische Durchströmbarkeit des Werkes
und unter Beachtung, daß die Turbinen-Zu- und -Abläufe möglichst an der tiefsten
Stelle der Felskote liegen sollen, wurden die Turbinen in die Mitte des Stauwerkes
gelegt. Die Lage der Turbinen ist vom Erfindungsgedanken unabhängig und kann, den
Erfordernissen entsprechend, verschieden sein. Die Maschinen können ebensogut nach
rechts oder links verlegt oder auch weiter äuseinandergezogen und über die ganze
Flußbreite verteilt sein.
-
Das Werk um.faßt zwei grundsätzliche Teile: i. das Wehr mit den nach
einer oder beiden Seiten
umklappbaren Stauklappen, in denen die
Leerschußöffnungen bzw. Grundablässe eingebaut sind und deren oberer Teil bei großen
Fallhöhen einziehbar ist; 2. den Turbinenteil mit den seitlich neben den Wasserführungsrohren
angeordneten Spülkanälen.
-
Mit dieser Gestaltung des Werkes sind die abzuführenden Wassermengen
- unter Berücksichtigung der ungünstigen Verhältnisse der höchsten Hochwassermenge
zur Ausbauwassermenge - mit dem größten Nutzeffekt zu verarbeiten.
-
Der Gesamtdurchfluß, die Sch.webestofführung, die vielleicht auftretende
Schlammablagerung, die Anströmung und Abführung des Triebwassers bei in Betrieb
befindlichen Leerschüssen und Spülkanälen finden hierbei die jeweils günstigsten
hydraulischen Bedingungen für den Gesamtbetrieb.
-
Auch während der Bauzeit bietet die Gesamtanordnung der Kraftanlage
unter dem Wehr mit den darin befindlichen Leerschüssen besondere Vorteile. Diese
Vorteile ergeben sich dadurch, daß nach der Fertigstellung der Kraftwerksdecke oder
eines Teiles derselben der ganze Flußquerschnitt schon frei wird, so daß man noch
lange vor der Inbetriebnahme des Werkes und der Montage der Stauklappen innerhalb
kürzester Frist eventuell auftretendes Hochwasser für die Baustelle gefahrlos abführen
kann.
-
Der Erfindungsgedanke sieht die Anordnung der Grundablässe und Leerschüsse
in den Wehraufsätzen aller Unterwasserkraftwerke vor. In der Zeichnung sind einige
Beispiele für dessen Anwendung gegeben und schematisch dargestellt. Es zeigt Fig.
i ein Unterwasserkraftwerk mit beweglichem Wehraufsatz und darin untergebrachten
Grundablässen für den Betrieb in einer bestimmten Fließrichtung im Längsschnitt
nach der Linie I-1 der Fig. 3, Fig. 2 einen Schnitt durch einen Spülkanal neben
den Triebwasserführungsrohren nach der Linie II-II der Fig. 3, Fig. 3 eine Draufsicht
dazu, Fig.4 -ein anderes Ausführungsbeispiel für den Betrieb in zwei entgegengesetzten
Fließrichtungen, Fig. 5 eine Ansicht vom Oberwasser aus, Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel
für die Gestaltung des einziehbaren oberen Wehraufsatzteiles, nach der die Wehrklappe
nach einer bestimmten Seite umlegbar ist, und Fi.g.7 ein Ausführungsbeispiel für
die Gestaltung des einziehbaren oberen Wehraufsatzteiles mit nach beiden Seiten
umlegbarer Wehrklappe.
-
Die Deckenoberkante i des Kraftwerkkörpers 2 bildet entsprechend der
Baulänge durchgehend die Wehrsohle. Nach der Oberwasser- und der Unterwasserseite
fällt die Wehrsohle leicht ab.
-
Auf die Wehrsohle i ist ein beweglicher Wehraufsatz, z. B. aus Stauklappen
3, aufgebaut. Die Kippachse 4. der Stauklappen 3 ist genau in die Mitte des Werkes
bzw. auf die höchste Stelle der Wehrsohle gelegt, kann aber ebenso nach der Ober-bzw.
Unterwasserseite hin verschoben sein. Über die gesamte Baulänge quer zur Fließrichtung
kann somit, durch die Überfallklappen regelbar, ein Wasserband abströmen, dessen
Höhe und Breite dem normalen, natürlichen Flußquerschnitt entspricht. Damit ist
man imstande, das höchste Hochwasser abzuführen, ohne daß die Schluckfähigkeit der
Turbinen und der Spülkanäle berücksichtigt zu werden braucht.
-
Die Deckenoberseite bzw. die Wehrsohle ist z. B. bei einer mittleren
Unterwasserhaltung noch begehbar. Es ist vorgesehen, auf dieser Ebene die Rechenreini.gungsmaschine
laufen zu lassen. Mit der Rechenreinigungsmaschine können außerdem die Notverschlüsse
für die Turbinen- und Spülkanal-Ein und -Ausläufe eingesetzt oder entfernt werden.
Es ist ferner vorgesehen, mit dieser Rechenreinigungs- und zugleich Hu:bmaschineklebekasten.artige
Abdichtungsvorsätze vor einzelne Wehrklappen und Leerschußöffnungen zu setzen, um
auch diese von allen Seiten her überwachen oder reparieren zu können, ohne die Gesamtüberfaltbreite
des Wehres besonders in Anspruch nehmen zu müssen.
-
Der Wehraufsatz besteht aus entsprechend langen und hohen Stauklappen
3, die paarweise, einzeln oder gemeinsam bedienbar sind.
-
Das Umlegen geschieht mittels Zahnstangen 5, die über Windwerke im
Wehrkörper angetrieben bzw. abgebremst werden und in der Zeichnung nur angedeutet
sind.
-
Am unteren Ende einer jeden Stauklappe sind beispielsweise zwei Grundablaß-
bzw. Leerschußöffnungen von entsprechender lichter Höhe und lichter Weite vorgesehen.
Die Leerschußöffnungen6 werden mit Reguliereinrichtungen, z. B. Kulissenschiebern,
reguliert, so daß das Leerschußwasser zur Leistungssteigerung oder zur Spülung des
Wehrrückens bzw. zur Geschiebeabführung verwendet werden kann oder zum Ablassen
von Grundeis dient.
-
Das obere Ende besteht aus einem einziehbaren Schütz 7, das in der
Fig. 6 gesondert dargestellt ist. Es kann somit über die gesamte Wehrbreite ein
beliebig tiefes Wasserband: abgelassen werden, so daß kleines Hochwasser, Eis und
Geschwemmsel abgeführt werden können, ohne daß die Stauklappen umgelegt zu werden
brauchen.
-
Durch die Unterteilung der Wehranlage in Hauptklappen 3, oberes Einzie'hschütz
7 und Leerschußöffnungen am unteren Ende 6 kann ein großer Teil des Hochwasser abgeführt
und können die meisten Arbeitsvorgänge für den Gesamtbetrieb getätigt werden, ohne
daß die Klappen umgelegt zu werden brauchen. Außerdem wird dadurch der Druck bzw.
Zug auf die Windwerke und Zahnstangen des Wehres während des Umlegevorganges entsprechend
vermindert.
-
Die Bauachse des Kraftwerks geht quer zur Fließrichtung durch die
, Mitte der Turbinen. Die nichtdargestellten Turbinen sind so angeordnet, daß jeweils
zwei eine Gruppe bilden.
-
Durch diese Aufteilung wird auch erleichtert, die Generatorenabwärme
ohne große Verluste an die
Stauklappen zum Schutz gegen Grundvereisung
heranzuführen: Das Bauwerk wird bis zu den Maschinen mit einem Transport- und Verbindungsweg
durchsetzt, der sich an den Turbinenstellen zu einem Maschinenraum von entsprechender
Höhe und Breite erweitert.
-
Auf ,die ganze Länge des Ganges kann ein Geleise zum Transport der
einzelnen Montageteile, d. h. für den Ein- und Ausbau der Maschinenaggregate mit
allen dazugehörigen Nebenmaschinen, vorgesehen sein. Von oben kann der Gang oder
der Maschinenraum durch Oberlichte, die in bestimmten Abständen angebracht und wasserdicht
verschlossen sind, unter Umständen Tageslicht erhalten.
-
In dem Maschinenraum 8 sind seitlich nach Bedarf Nischen eingebaut,
'in denen sich die Überwachungs- und Regeleinrichtungen für die Turbinen sowie die
Antriebe der Windwerke für die Wehrklappen usw. befinden.
-
Seitlich des Maschinenraumes, z. B. oben in der Decke, sind Kabelgänge
9 für die Stromabführungen vorgesehen.
-
Von Wichtigkeit ist die Ausbildung und der Einbau von Schutzvorrichtungen,
die die Turbinen und deren Saugschläuche selbst bei größter Geschiebe-und Schwebestofführung
von Geröll und Schwebestoffen frei hallten. Zu diesem Zweck sind neben den Wasserführungsrohren
Spülkanäle sowie Rinnen als Geschiebefänge und vorgebaute Ablenkwände vor den Rechen
und Rinnen und Ablenkwände auf dem Wehrrücken vorgesehen.
-
Neben den Triebwasserführungsrohren sind parallel zu deren Achse die
sogenannten Spülkanäle io angebracht, deren Ein- bzw. Ausläufe, mit Grobrechen i
i - versehen, neben den Turbinen und den Turbinenrechen bzw. Turbinenausläufen gelegen
sind und die an der Decke durch den Hauptbedienungsraum 12 geführt sind.
-
In der Mitte sind die Spülkanäle io mit Segmentschützen 13 zu regulieren,
die vom Hauptbedienungsraum aus betätigt werden können.
-
Die Einlaufsohle der Spülkanäle liegt etwas tiefer als die der Saugschläuche,
wie insbesondere Fig. 5 zeigt. Dadurch können die vor den Turbineneinläufen eingebauten
Geschiebefänge 14 und hinter den vorgebauten Ablenkwänden 15 abgelagerten Geschiebe-
und Schwebestoffe abgesaugt werden, so daß die Turbinen stets. von diesen Stoffen
frei gehalten werden.
-
Die Spülkanäle -haben eine doppelte Aufgabe. Einerseits sollen sie,
wie schon erwähnt, die Abfuhr des aus dem Oberwasser kommenden Gerölls und .der
Schwebestoffe sichern und so die Turbineneinläufe frei halten, andererseits sollen
sie die Leistung cjer Turbinen besonders bei auftretenden großen Wassermengen dadurch
erhöhen, daß sie im Unterwasser eine Sogwirkung hervorrufen.
-
Eine gleichmäßige Aufteilung der Turbinen ermöglicht eine bessere
Verteilung der Spülkanäle und damit eine wirksamere Spülung.
-
Auf dem Wehrrücken über den Saugschlauchausläufen sind ebenfalls besondere
Rinnen und Ablenkwände 15, angebracht, so daß bei geöffneten Leerschüssen keine
Geschiebe- oder Schwebestoffe in die Turbinen eingespült werden können, sondern
diese nach beiden Seiten abgeschwemmt werden.
-
In Fig. q. ist ein Schnitt durch ein Unterwasserkraftwerk mit beweglichen
Wehraufsätzen und darin untergebrachten Grundablässen für den Betrieb in entgegengesetzten
Fließrichtungen dargestellt.
-
Zur Verwendung des Werkes z. B. unter den Bedingungen eines Gezeitenkraftwerkes
sind die Stauklappen 16 nach beiden Seiten hin umlegbar. Das Umlegen nach der einen
oder der anderen Seite geschieht mittels Zug- und Druckzahnstangen 17 und 18, die
über Windwerke im Wehrkörper angetrieben bzw. abgebremst werden.
-
Da das Kraftwerk z. B. den Bedingungen eines Gezeitenkraftwerkes unterliegt,
wurden die Turbinenachsen waagerecht verlegt. Außerdem sind sowohl nach dem Ober-
als auch nach dem Unterwasser zu ebenfalls mit waagerechter Achse liegende symmetrische
Saugschläuche i9 und 2o angeordnet, so daß die Maschinen bei wechselweisem Betrieb
jeweils gleiche Zu- und Abflußverhältnisse vorfinden.
-
Die Turbinen sind oberwasser- und unterwasserseitig durch Verschlußorgane,
z. B. Drosselklappen 21 und 22, auf einfache und schnelle Weise abschließbar. Die
Mitte der Drosselklappen liegt sinngemäß auf gleicher Höhe mit der Turbinenachse.
-
Beide Saugschläuche, die abwechselnd auch als Einläufe verwendet werden
müssen, sind mit einem im Kreisbogen gewölbten Rechenfeld 23 und 24 geschützt.
-
Die Aufteilung der Turbinen und die Zuordnung der Spülkanäle an beiden
Seiten der Triebwasserführungsrohre ist aus Fig.5 ersichtlich, die eine Ansicht
vom Oberwasser aus zeigt.
-
Die Ein- bzw. Auslaufsohle der Spülkanäle 25 und 26 liegt tiefer als
die Sohle der Triebwasserrohr-Ein- bzw. -Ausläufe 27 und 28. Entsprechend dieser
Anordnung sind auch die Fangrinnen verlegt.
-
In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel für die Gestaltung des einziehbaren
oberen Wehraufsatzteiles für eine Klappe, die nach einer bestimmten Seite umlegbar
ist, dargestellt.
-
Der obere Teil ist teleskopartig in der Stauklappe 29 geführt und
über das obere Ende derselben gestülpt, wobei das Einziehschütz 30 oberwasserseitig
an die Stauklappe gedrückt wird. Geführt und betätigt wird das Schütz mittels Kolben
31, die in Zylinder 32 in der Stauklappe eingreifen. Die Betätigung dieser Antriebsmittel
kann bewirkt werden hydraulisch mittels Druckflüssigkeiten oder mechanisch, indem
die Kolben als Zahnstangen ausgebildet sind und durch entsprechende Windwerke angetrieben
werden.
-
Das obere Ende der Schütze ist nach der Unterwasserseite hin umgebogen,
so daß dadurch die Antriebsmittel überdacht und geschützt sind.
-
In Fig.7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Gestaltunsr
des einziehbaren oberen Wehraufsatzteiles
für eine Klappe, die
nach beiden Seiten umlegbar ist, dargestellt.
-
Das Einziehschütz bildet mit seinen Stauflächen 33 und 34 einen Hut,
der teleskopartig im Sinne des Erfindungsgedankens einziehbar ist.
-
Die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale sind nur in Verbindung
mit den Merkmalen des Gegenstandes des Anspruches i geschützt.