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Wasserkraftnutzung von Niederdruekgefälen, auch bei Hochwasser.
Das natürliche Gefälle von Flussläufen, besonders auch von träge fliessenden Strömen und Flüssen, lässt sich erfindungsgemäss dann zu einem beträchtlichen Teil ausnutzen, wenn längs dieser Flussläufe zum Schutz gegen Hochwasserschäden Dämme errichtet werden. Entworfen werden allerdings derartige Hochwassersehutzanlagen zur Zeit stets so, dass für normale Verhältnisse, d. h. wenn kein Hochwasser vorliegt, das Hochwasserbett trocken ist. Das Wasser bleibt also in den normalen Zeiten in dem vorhandenen natürlichen Flussbett, das den von der Natur gegebenen Gefällebetrag durch die von der Wassergeschwindigkeit bestimmten Reibungswiderstände für das Abströmen des Wassers vollständig aufbrauch.
Da die normale Wassermenge nur ein Bruchteil der Hochwassermenge ist, beträgt auch der Querschnitt eines solchen natürlichen Flusslaufes nur einen Bruchteil des Querschnittes des Hochwasserbettes, das seitlich durch die den normalen Wasserspiegel wesentlich überragenden Hochwasserdämme bestimmt ist und eine vielfach grössere Sohlenbreite hat, als die Sohle des natürlichen Flussbettes. Der Querschnitt des Hochwasserbettes ist beispielsweise bei der Donau an den meisten Stellen etwa das Zehnfache des
Querschnittes des natürlichen Flusslaufes.
Werden erfindungsgemäss in das durch die Hochwasserschutzdämme gebildete Hochwasserbett quer zur Fliessrichtung mehrere Wehre in der Gefällerichtung hintereinander eingebaut, derart, dass das Flusswasser ständig, also nicht nur bei Hochwasser, ungefähr auf die Höhe des Hochwasserspiegels gestaut wird, so steht auch dieser normalen Wassermenge der grosse Querschnitt des Hochwasserbettes zur Verfügung. Die normale Wassermenge braucht also durch diesen Querschnitt bedeutend langsamer zu fliessen.
In dem obengenannten Beispiel der Donau wird durch den Stau des normalen Wassers in dem zehnfach so grossen Hochwasserbette die Wassergeschwindigkeit auf den zehnten Teil verringert, wodurch die Strömungsverlusthöhe, die bekanntlich dem Quadrat der Wassergeschwindigkeit proportional ist, auf den hundertsten Teil der jetzt notwendigen und im natürlichen Flussbett verzehrten Gefällehöhe sinkt. Es können demnach im Beispiel der Donau-und in gleicher Weise bei allen Flussläufen- durch die Erfindung 99% der jetzt zum Fortschaffen des normalen Wassers notwendigen Gefällehöhe nutzbringend verwertet werden.
Bisher konnte man ein kleines Flussgefälle nur durch genügend breite und lange Seitenkanäle auswerten, die aber nicht entfernt so kleine Durchschnittsgeschwindigkeit, also nicht entfernt so kleinen Gefälleverlust aufweisen, wie das als Hochwasserschutz dienende Hochwasserbett.
Würde man zwischen den Seitendämmen eines Hochwasserbettes normale Wehre einbauen, so müssten diese beweglich sein, d. h. sie müssten den Querschnitt für das Hochwasser freigeben, sobald Hochwasser ankommt. Damit würde aber in diesem Fall die Nutzfallhöhe für eine Wasserkraftanlage auf Null verringert, so dass wie das jetzt die Regel ist, die Turbinenanlagen in Flussläufen stillgesetzt oder in ihrer Leistung ganz wesentlich beeinträchtigt werden.
Setzt man nun jedoch gemäss der Erfindung Saugheber ein, die das Hochwasser über die Krone des Dammes hinwegheben, so kann man diese Saugheber, deren Leistungsfähigkeit lediglich durch den Austrittsquerschnitt bestimmt ist, stets so gross halten, dass das Hochwasser ohne Rückstau abgeführt wird. Der Fluss behält seine Tiefe in der oberen Haltung. Durch den Stau ist es dem Wasser unmöglich, potentielle Energie in kinetische umzuwandeln, so dass die Verlusthöhe für die Fortbewegung des Wassers in der oberen Haltung sehr gering bleibt. Die Staukurve steigt infolgedessen in der Haltung zwischen dem am Hochwasser liegenden und dem nächst höheren Stauwehr nur unwesentlich an, so dass das Unterwasser vor diesem zweiten Wehr durch den Saugheber des ersten auf seiner niedrigen Höhe und auch bei Hochwasser fast unverändert gehalten wird.
Das zweite Wehr wird also bei Hochwasser ein nahezu unverändertes Gefälle behalten und die Turbinen dieses Dammes können auch bei Hochwasser unver-
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(dritten) Staues damit zugleich wieder gesenkt wird.
Ist das erste Wehr am Meeresufer errichtet, beim Einlauf des Flusses in das Meer, so bleibt für dieses Wehr die Stauhöhe immer erhalten, so dass in diesem Falle auch schon bei dem ersten Wehr keine Beeinträchtigung der Turbinennutzfallhöhe vorliegt. Da infolge des grossen Nutzgefälles bei diesem untersten Wehr das Wasser der Haltung bequem abgesaugt wird, bleibt auch das Unterwasser des zweiten und aller folgenden Wehre bei Hochwasser infolge der Saugheberleistungsfähigkeit nahezu unverändert.
Fig. 1 zeigt rein schematisch den erfindungsgemässen Einbau zweier Saugheberwehre 14, 15 in das Hochwasserbett eines Flusses, wobei das Wehr 14 am Meer, das zweite Wehr 15 etwa an der Stelle des Ausströmungsbeginns, also dort, wo sich das Mündnngsgefälle bereits bemerkbar macht, angelegt ist. Es gelingt mm, die Stauhöhe an den beiden Wehren selbst bei Hochwasser zu halten. Da das Unterwasser des ersten Wehres das Meer mit seinem konstant bleibenden Spiegel bildet, ist an dem Wehr 14 immer eine sehr grosse Stauhöhe vorhanden, die dazu benutzt wird, das Wasser mittels der Saugheber aus der hinter dem Wehr liegenden Haltung 16 abzusaugen.
Es gelingt bei der zur Verfügung stehenden grossen Gefällehöhe leicht, den Saugheber-Austrittsquerschnitt so zu dimensionieren, dass die grössten
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Saugheber 14 abgeführt werden, als in die Haltung 16 einfliesst. Es ist somit auch. ein Absenken des Spiegels der ersten Haltung mittels der Saugheber möglich.
Weil die Fülltiefe des Wassers in der Haltung 16 sehr gross und der hydraulische Radius somit ebenfalls entsprechend gross ist, ist die Geschwindigkeit selbst bei Hochwasser infolge des grossen Querschnittes verhältnismässig klein und es sind daher die Fliesswiderstände innerhalb der Haltung ganz ausser-
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kann das erste Wehr, das in der Mündung beim grossen Fluss errichtet wird, unter Umständen in seiner Nutzfallhöhe beeinträchtigt werden, falls Hochwasser im Haupt-und Nebenflusse zugleich auftritt.
Da jedoch eine Fallhöhe von etwa 25. üm vollständig hinreichend ist, um die Saugheber zu betätigen, die das Hochwasser über die Dammkrone heben, so wird für das nächst höher gelegene Wehr der Unterwasserspiegel durch den Saugheber so reguliert, als wenn kein Hochwasser vorhanden wäre, und das gleiche gilt für die ganze Reihe der höheren im Flusslauf angelegten Sau'gheberwehre. Es ist auch hier wieder nicht nötig, mit einem solchen Ausbau bis zur Mündung in den Hauptfluss zu gehen, sondern der Ausbau aufeinanderfolgender Staustufen kann irgendwo unterbrochen werden, wenn man nur dabei auf die Turbinennutzung des untersten Stauwehres unter Umständen verzichtet.
Denn die sich dort
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fuhrlicher beschrieben werden wird, selbst bei diesem untersten Stauwehr eine noch verhältnismässig günstige Turbinennutzung sicherzustellen.
Der erfindungsgemässe Ausbau von Flüssen, die nicht ins Meer münden, sei wiederum an dem
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Nebenflüsse nicht gleichzeitig in die Donau gelangen würde, so dass man den Donauwasserspiegel auf nahezu unveränderter Höhenlage halten kann, ähnlich wie dies bei dem Meeresspiegel der Fall ist.
Der Flussausbau gemäss der Erfindung ist nicht etwa mit Talsperren vergleichbar, die man bei Einbau in Flussläufen unter anderem als Mittel benutzt, um eine praktisch brauchbare Nutzfallhöhe zu gewinnen. Talsperren sind aber, äusserst kostspielig und halten, da sie in erster Linie dazu dienen sollen, die gesamte unstetig anfallende Wassermenge eines Flusses aufzunehmen, eine grosse Menge Wasser zurück ; während des Auffüllens fällt ihre Wassemutzung aus. Die hohen Kosten der Sperre selbst werden durch die Entwertung des dauernd überfluteten Geländes sehr erhöht, eines Geländes, das ohne Talsperre vom Hochwasser nicht entfernt berührt wird.
Im Gegensatz dazu will die Hintereinanderschaltung von niedrigen Stauwerken gemäss der Erfindung gerade das Hochwasser nicht speichern, sondern es dauernd und ungehindert abfliessen lassen, wobei der Fluss gezügelt bleibt, so dass keinerlei potentielle Energie in kinetische umgewandelt und vergeudet wird, also das Gefälle in den Stufen in voller Grösse erhalten bleibt.
Ein Flusslauf kann nicht gleichzeitig vollständig als Staffelfluss ausgebaut werden. Gleichgültig, ob es sich um die unterste Stufe während des Ausbaues oder um den untersten Saugheberdamm einem nicht ausgebauten Fluss oder Flussteil gegenüber handelt, wird die jeweils unterste Stufe unter dem Hoch-
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gestaut wird. Diese Verminderung der Gefällshöhe wurde den Turbineubctrieb der letzten Stufen beein- trächtigen.
Um dies zu vermeiden, wird der Saugheber 19 (Fig. 2) über den Staudamm 20 hinweg zur Ableitung des Hochwassers derart geführt, dass seine Miindung 21 möglichst tief unter dem Unterwasserspiegel U. W. liegt, dessen Höhenunterschied gegenüber dem Oberwasser 0. W., durch das Gefälle h gegeben ist.
Solange der Saugheber M nicht im Betrieb ist, d. h. solange sieh kein Hochwasser einstellt, bleibt dieses Gefälle bis an den Damm 20 heran bestehen. Kommt der Saugheber beim oder vor dem Einsetzen von Hochwasser in Betrieb, so stellt sieh an seiner Mündung 21 eine Austrittsgeschwindigkeit
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Von dieser Geschwindigkeit it, des austretenden Wassers wird ein Teil des über ihm liegenden ruhenden Wassers-zuerst etwa jenes an der Stelle 82-mitgerissen, so dass die auf dem Austritt 21 lastende Wassersäule 2-3 abnimmt. Dadurch wird das Gefälle, unter dem der Saugheber 19 arbeitet, grösser, wodurch wieder seine Austrittsgeschwindigkeit M entsprechend steigt.
Infolgedessen wird mehr Wasser aus der Gegend 22 weggeführt und die Wassersäule über dem Austritt 21 sinkt weiter. Die Austrittsgeschwindigkeit steigt somit weiter, bis schliesslich überhaupt kein ruhendes Wasser mehr bei 22 bzw. über dem Austritt 21 vorhanden ist. Gegebenenfalls wird sich infolge des Rückströmens des Wassers auf der Oberfläche der Wasserstrahlmenge eine Art Wasserwalze 24 bilden, die aber infolge der grossen Geschwindigkeit des aus dem Heber 19 austretenden Wassers in der Strömungsriehtung stark verschoben ist, so dass der Austritt 21 selbst vollkommen frei ist.
Es muss sich somit die gesamte statische Höhe 23 vom Oberwasser bis zum Austritt 21 des Saughebers in kinetische Energie umsetzen. Erst dann kann Beharrungszustand eintreten. Diese kinetische Energie muss sich im weiteren Strömungsverlauf des Wassers abzüglich der in Wärme übergeführten Reibungsverluste wieder in potentielle Energie umsetzen, da im weiteren Strömungsverlauf der ursprünglich vorhandene Unterwasserspiegel U. W. ungeändert erhalten geblieben ist, Fig. 3 veranschaulicht die Art des Überganges der Wasserströmung während des Beharrungszustandes des Saugheberbetriebes.
Von der Mündungsstelle 21 des Saughebers 19 ab, also im Strömungsgebiet 25, verringert sich die Wassergeschwindigkeit allmählich. Folglich steigt der Wasserspiegel 26 in diesem Strömungsgebiet allmählich an und es stellt sich eine allmählich wachsende Tiefe des Wassers ein, bis der Spiegel bei 27 wieder auf einer Höhe angelangt ist, die der des Oberwasserspiegels 0. W. entspricht und nur durch die Verlusthöhe 28 kleiner ist als die Oberwasserspiegelhöhe. Diese Stelle der Strömung liegt demnach höher als der ursprüngliche Unterwasserspiegel U. W. ; denn die Reibungsverlusthöhe 28 kann nur sehr klein sein.
Hinter dieser Stelle 27 fällt dann unter Beschleunigung des Wassers auf die im übrigen Unterwasser herrschende Geschwindigkeit der Wasserspiegel allmählich wieder.
Erfindungsgemäss wird nun dieses Verhalten der Saugheberströmung dadurch ausgenutzt, dass die ganz oder im wesentlichen über die Flussbreite sich erstreckende Saughebermündung an einer tiefgelegenen Stelle, z. B. auf der Flusssohle angeordnet ist und in ihrem Einflussbereich in an sich bekannter Weise das Abwasser der Turbinenanlage ausgegossen wird. Zu diesem Zweck kann der die ganze Strömungsbreite des Gerinnes einnehmende Heberquerschnitt bzw. die in entsprechender Breite ausgebildete Mündungsstelle des Saughebers durch die Mündungen der Turbinensaugrohre unterbrochen werden.
Fig. 4 zeigt teils im Querschnitt, teils schaubildlich eine derartige mit einem Saugheberdamm verbundene Turbinenanlage. Über den Staudamm 20 hinweg zieht sieh das Saugheberrohr 19, u. zw. entweder über die ganze Staudammbreite, oder es ist zum mindesten die Mündungsstelle 21 des Saughebers über diese Breite verteilt.
Es empfiehlt sich, zum Abschluss des Turbinenkammereintritts und-austritts auch je einen Saugheber (36 bzw. 31) anzuordnen und die Turbinenkammern als zweckmässig freistehende Ringschächte 29 in der oberen Haltung derart vor den Saugheberdamm zu setzen, dass die Saugrohre 30 der Turbinenanlage bei 31 durch den Staudamm 20 hindurchgeführt sind, derart, dass das Turbinenwasser im Bereich der Austrittsstelle 21 des Saughebers 19 ausgiesst. Dies kann, wie Fig. 4 zeigt, beispielsweise derart erfolgen, dass die Mündungen 32 der Turbinenanlage und die in einzelne Mündungen 21 unterteilten Austrittsstellen des Saughebers miteinander über die ganze Strömungsbreite hinweg abwechseln.
An den Mündungsstellen 32 der Turbinensaugrohre herrscht eine sehr kleine Wassergeschwindigkeit.
Zunächst - bei Inbetriebsetzung des Saughebers 19 - stehen die Mündungen unter dem gesamten Wasserdruck der darüber lastenden Wassertiefe des Unterwassers. Mit der Absenkung dieser Wasserteile durch Inbetriebsetzung des Saughebers fällt das seitwärts aus den Turbinenrohrmündungen noch höher stehende Wasser in die Absenkungstäler hinein und wird fortgeführt, bis auch überall über den Turbinenaustrittsstellen 32 der abgesenkte Spiegel sich durchgesetzt hat.
Da nun-bei der Verbindung des Turbinenbetriebs mit dem Saugheberbetrieb-im Gegensatz zu der vorher geschilderten Saugheberanlage ohne Turbinen, das Austrittswasser aus dem Saugheber 19
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Förderung des Turbinenwassers aus der Absenkung auf die endgültige Unterwasserspiegelhöhe entspricht.
Es kann sich empfehlen, nach Art der Fig. 5 die Mündungsstelle 21 des Saughebers über die Turbinenmündungsstelle 32 zu legen, jedoch unter den Niederwasserspiegel. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Flusssohle mehr geschont wird, weil die Turbinenaustrittsgeschwindigkeit klein ist, jedenfalls kleiner, als die des Saughebers 19.
Benutzt man auf diese Weise den Saugheber bzw. die kinetische Energie am Austritt 21 zur Hebung von Turbinenwasser, also zur Absenkung des Unterwassers der Turbine, so dient der Saugheber gleichzeitig als Energievernichter. Wenn die kinetische Energie des Saugheberwassers zur Wasserhebung verbraucht wird, kann sie im Flussbett keinen Schaden mehr anrichten.
Durch die vorher erwähnte Verbindung von Einlauf-und Auslaufsaugheber mit jedem Turbinensatz können die einzelnen Sätze derart gesondert am Staudamm oder in dessen Nähe, u. zw. freistehend vom Damm angeordnet werden, dass-ohne Schaden für die Wartung, das Überwachen und Ausbessern jeder Turbine und der von ihr angetriebenen Maschine-ein besonderes, die zahlreichen Maschinensätze umfassendes Maschinenhaus unnötig wird.
Demgemäss ist jede Turbine 33 in einem kurz vor dem Damm gesondert stehenden zylindrischen Schacht 29 angeordnet (Fig. 4). Das Wasser wird durch einen Ringraum 34 zugeführt, der zwischen dem etwa bis zum Oberwasserspiegel verlängerten Schacht 29 und einem inneren Zylindermantel.'35 liegt. Dieser Mantel bildet oben den Einlaufsaugheber 36. Die ringförmige Saugöffnung 37 dieses Hebers liegt etwas unterhalb des Oberwasserspiegels, der durch die Krone 38 des Staudammes 20 gehalten wird.
Zweckmässig werden in dem Ringraum 34 die Leitschaufeln 39 angeordnet, u. zw. vorteilhaft derart, dass sie über dem höchsten Unterwasserspiegel liegen, damit das Siekerwasser aus den Stopfbuchsen stets ablaufen kann.
Innerhalb oder oberhalb des Innenzylinders 35, u. zw. im letzteren Falle zweckmässig in dem die Verlängerung des Turbinenschachtes bildenden turmartigen Gebäude 45, wird die Maschine untergebracht, welche mit der Turbine gekuppelt ist. Der Kran oder die Kranbahn 40 (Fig. 6) zur Aufstellung der Maschine stützt sich auf lotrechte Träger 41, die beispielsweise in der Wandung des Aussenzylinders 29 (s. Fig. 4) oder auch in dem Ringraum zwischen den beiden Zylindern 29 und 35 liegen und zugleich zur Versteifung der Zylinderwandungen und gegebenenfalls zur Führung des in dem Ringraum 84 fliessenden Wassers dienen. Die Eiseneinlagen 42 der Zylinder 29 und 35 verhindern das Ausknicken der Träger 41.
Diese Träger 41 können soweit abwärts geführt sein, dass der Belastungsdruck vom Boden der Gründung aufgenommen wird. Zu diesem Zweck können die lotrechten Träger am Boden bei 43 entweder etwa in die Waagrechte umgebogen und z. B. paarweise miteinander vernietet werden, oder sie werden mit einem Rahmengerüst 44 verbunden, das den Boden des Wehres versteift (s. Fig. 4 und 6). Dieser gesamte Trägerbau wird zweckmässig in Beton eingebettet, also zugleich mit dem Gesamtwehrkörper 20 aus Eisenbeton hergestellt.
Die Türme 45 und damit die Maschinenschächte werden stromaufwärts so weit vor den Damm 20 und die Einsaugöffnung des Hochwassersaughebers 19 vorgeschoben, dass die Eintrittsquerschnitte von Turbine und Heber sich gegenseitig nicht beeinträchtigen. Um möglichst viele Turbinen über die Saugheberbreite anordnen zu können, wird es sich empfehlen, die Maschinenanlagen oder Türme 45 in zwei oder mehreren Querreihen über den Flusslauf anzuordnen, wobei die Türme zweckmässig versetzt zueinanderliegen. Hiedureh lässt sich auch das Flussbett stärker verengen, also die Breite des Saugheberdammes 20 noch weiter vermindern.
Zweckmässig wird jede Einzelanlage mit dem zugehörigen Teil des Dammes 20 als ein in sich geschlossener schwimmfähiger Eisenbetonkörper ausgebildet, der auf einem vorteilhaft zugleich als Schaltung dienenden Schwimmdock wie ein Schiff vollständig fertiggestellt und zweckmässig durch Absenken des Schwimmdocks von Stapel gelassen wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Wasserkraftnutzung von Niederdruckgefällen, auch bei Hochwasser, gekennzeichnet durch mehrere hintereinanderliegende Saugheberwehre, die den Fluss auch bei gewöhnlichem Wasserstande bis zur Hochwasserhöhe anstauen und das Hochwasser ohne Rückstau abführen.
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Use of hydropower in low pressure basins, even during floods.
According to the invention, the natural gradient of rivers, especially also of sluggishly flowing streams and rivers, can then be used to a considerable extent if dams are built along these rivers to protect against flood damage. However, such flood protection systems are currently always designed in such a way that for normal conditions, i. H. if there is no flood, the flood bed is dry. The water remains in the existing natural river bed during normal times, which completely uses up the amount of gradient given by nature due to the frictional resistance determined by the water speed for the water to flow away.
Since the normal amount of water is only a fraction of the amount of flood, the cross-section of such a natural river course is only a fraction of the cross-section of the flood bed, which is laterally determined by the flood dams, which are significantly higher than the normal water level, and which has a bed width that is many times greater than the bottom of the river natural river bed. The cross-section of the flood bed is, for example, about ten times that of the Danube in most places
Cross-section of the natural river course.
If, according to the invention, several weirs are built into the flood bed formed by the flood protection dams transversely to the direction of flow, one behind the other in the direction of the slope, in such a way that the river water is constantly, i.e. not only at high tide, dammed approximately at the height of the flood level, this normal amount of water is also the largest Cross-section of the flood bed available. The normal amount of water therefore needs to flow much more slowly through this cross-section.
In the above-mentioned example of the Danube, the damming up of normal water in the flood bed ten times as large reduces the water velocity to the tenth part, whereby the flow loss height, which is known to be proportional to the square of the water velocity, to a hundredth of what is now necessary and naturally River bed consumed slope height drops. Accordingly, in the example of the Danube - and in the same way in all rivers - the invention can utilize 99% of the gradient now necessary to move the normal water away.
Up until now it was only possible to evaluate a small river gradient through sufficiently wide and long side channels, which, however, do not show such a small average speed, i.e. not distantly as small a gradient loss as the flood bed serving as flood protection.
If normal weirs were to be installed between the side dams of a flood bed, they would have to be movable, i.e. H. they would have to clear the cross-section for the flood as soon as the flood arrives. In this case, however, the effective head height for a hydropower plant would be reduced to zero, so that, as is now the rule, the turbine plants in rivers are shut down or their performance is significantly impaired.
If, however, according to the invention, suction lifters are used that lift the flood over the top of the dam, then these suction lifters, whose performance is only determined by the outlet cross-section, can always be kept so large that the flood is discharged without backflow. The river maintains its depth in the upper section. Because of the stagnation, it is impossible for the water to convert potential energy into kinetic energy, so that the amount of loss for the movement of the water in the upper section remains very low. As a result, the weir curve rises only insignificantly in the position between the weir at high water and the next higher weir, so that the underwater in front of this second weir is kept at its low level by the siphon of the first and almost unchanged even during high water.
The second weir will therefore keep an almost unchanged gradient during floods and the turbines of this dam can also
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(third) traffic jam so that it is lowered again at the same time.
If the first weir is built on the seashore, when the river enters the sea, the water level for this weir is always maintained, so that in this case there is no impairment of the useful turbine height even at the first weir. Since the water in the section is conveniently sucked off due to the large usable gradient at this lowest weir, the underwater of the second and all subsequent weirs also remains almost unchanged during high water due to the siphon efficiency.
Fig. 1 shows purely schematically the inventive installation of two siphon weirs 14, 15 in the flood bed of a river, with the weir 14 at the sea, the second weir 15 approximately at the point of the beginning of the outflow, i.e. where the mouth gradient is already noticeable is. It is possible to maintain the water level at the two weirs even during floods. Since the underwater of the first weir forms the sea with its constant level, there is always a very large water level at the weir 14, which is used to suck the water out of the position 16 behind the weir by means of the suction lifters.
With the large gradient available, it is easy to dimension the suction lifter outlet cross-section so that the largest
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Suction lifter 14 are removed than flows into the line 16. So it is too. lowering the level of the first posture by means of the suction cup is possible.
Because the filling depth of the water in the section 16 is very large and the hydraulic radius is therefore also correspondingly large, the speed is relatively small even in the event of high water due to the large cross-section and the flow resistances within the section are therefore completely out of place.
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the first weir, which is built in the mouth of the big river, may be impaired in its usable head if flooding occurs in the main and tributaries at the same time.
However, since a fall height of about 25 m is completely sufficient to operate the suction lifters that lift the flood over the top of the dam, the underwater level for the next higher weir is regulated by the suction lifter as if there were no floods. and the same is true of the whole series of higher suction weirs built in the river. Here, too, it is not necessary to go up to the mouth of the main river with such an expansion, but the expansion of successive barrages can be interrupted somewhere, if only one waives the use of the turbine of the lowest weir under certain circumstances.
Because that is there
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will be described in more detail to ensure a still relatively cheap turbine utilization even with this lowest weir.
The development according to the invention of rivers that do not flow into the sea is in turn related to that
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Tributaries would not enter the Danube at the same time, so that the Danube water level can be kept at an almost unchanged altitude, similar to the case with the sea level.
The river development according to the invention is not comparable with dams which, when installed in river courses, are used, among other things, as a means to achieve a practically usable headroom. Dams are, however, extremely expensive and hold back a large amount of water, since they are primarily intended to take up the entire inconsistent amount of water in a river; their water usage fails during replenishment. The high costs of the barrier itself are greatly increased by the devaluation of the permanently flooded area, an area that is not touched by the flood remotely without a dam.
In contrast to this, the connection of low dams in series according to the invention does not want to store the flood, but to let it flow away continuously and unhindered, the flow being restrained so that no potential energy is converted into kinetic and wasted, i.e. the gradient in the steps is preserved in full size.
A river course cannot be fully developed as a relay river at the same time. Regardless of whether it is the lowest level during the expansion or the lowest siphon dam facing an undeveloped river or part of a river, the respective lowest level is located under the high-
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is jammed. This reduction in the height of the slope would impair the turbine drive in the final stages.
In order to avoid this, the siphon 19 (Fig. 2) is guided over the dam 20 to discharge the flood in such a way that its mouth 21 is as deep as possible below the underwater level UW, the height difference of which compared to the upper water 0.W. Gradient h is given.
As long as the suction lifter M is not in operation, i. H. as long as there is no high water, this gradient remains up to the dam 20. If the siphon comes into operation during or before the onset of high water, an exit speed is set at its mouth 21
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At this speed it, of the exiting water, a part of the resting water lying above it - first about that at the point 82 - is carried away, so that the water column 2-3, which weighs down on the exit 21, decreases. As a result, the gradient under which the suction lifter 19 works becomes greater, as a result of which its exit speed M increases again accordingly.
As a result, more water is carried away from the area 22 and the water column above the outlet 21 sinks further. The exit speed thus continues to increase until finally there is no more resting water at all at 22 or above the exit 21. If necessary, a kind of water roller 24 will form on the surface of the water jet as a result of the backflow of the water, but this is strongly shifted in the flow direction due to the high speed of the water emerging from the lifter 19, so that the outlet 21 itself is completely free.
The entire static height 23 from the headwater to the outlet 21 of the siphon must therefore be converted into kinetic energy. Only then can a state of equilibrium occur. This kinetic energy must be converted back into potential energy in the further course of the water flow minus the friction losses converted into heat, since the originally existing underwater level UW has remained unchanged in the further course of the flow, Fig. 3 illustrates the type of transition of the water flow during the steady state of the Siphon operation.
From the mouth 21 of the siphon 19, that is, in the flow area 25, the water speed gradually decreases. As a result, the water level 26 rises gradually in this flow area and a gradually increasing depth of the water is established until the level at 27 is again at a height that corresponds to that of the upper water level 0. W. and only smaller due to the loss height 28 is than the headwater level. This point of the current is therefore higher than the original underwater level U. W.; because the amount of friction loss 28 can only be very small.
Behind this point 27, the water level then gradually falls again as the water accelerates to the speed prevailing in the rest of the underwater.
According to the invention, this behavior of the siphon flow is now exploited in that the siphon mouth, which extends entirely or substantially over the width of the river, is at a low point, e.g. B. is arranged on the river bed and the wastewater from the turbine system is poured out in its area of influence in a manner known per se. For this purpose, the siphon cross-section, which occupies the entire flow width of the channel, or the mouth point of the suction siphon formed with a corresponding width can be interrupted by the mouths of the turbine suction pipes.
4 shows, partly in cross-section, partly in perspective, such a turbine system connected to a siphon dam. The siphon tube 19 pulls over the dam 20, u. zw. Either over the entire width of the dam, or at least the mouth 21 of the siphon is distributed over this width.
It is advisable to also arrange a suction lifter (36 and 31) at the end of the turbine chamber inlet and outlet and to place the turbine chambers as expediently free-standing annular shafts 29 in front of the suction lifter dam in such a way that the suction pipes 30 of the turbine system at 31 the dam 20 are passed in such a way that the turbine water pours out in the area of the exit point 21 of the siphon 19. As FIG. 4 shows, this can be done, for example, in such a way that the mouths 32 of the turbine system and the outlet points of the siphon, which are divided into individual mouths 21, alternate with one another over the entire flow width.
A very low water velocity prevails at the mouth 32 of the turbine suction pipes.
Initially - when the suction lifter 19 is put into operation - the mouths are under the entire water pressure of the water depth of the underwater that is burdening them. With the lowering of these water parts by activating the siphon, the water standing sideways from the turbine pipe mouths falls even higher into the lowering valleys and is continued until the lowered level has prevailed everywhere above the turbine exit points 32.
Since now - with the connection of the turbine operation with the suction lifter operation - in contrast to the previously described suction lifter system without turbines, the exit water from the suction lifter 19
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Conveying the turbine water from the lowering to the final underwater level corresponds.
It may be advisable, in the manner of FIG. 5, to place the mouth 21 of the siphon above the turbine mouth 32, but below the low water level. This arrangement has the advantage that the river bed is more spared because the turbine exit speed is low, in any case less than that of the siphon 19.
If the siphon or the kinetic energy at outlet 21 is used in this way to raise turbine water, that is to say to lower the underwater surface of the turbine, the siphon also serves as an energy destroyer. If the kinetic energy of the siphon water is used to lift the water, it can no longer cause damage in the river bed.
Due to the aforementioned connection of inlet and outlet siphons with each turbine set, the individual sets can be carried out separately on the dam or in its vicinity, u. Between them, they can be arranged free-standing from the dam so that - without damage to the maintenance, monitoring and repair of each turbine and the machine it drives - a special machine house, which includes numerous machine sets, becomes unnecessary.
Accordingly, each turbine 33 is arranged in a separate cylindrical shaft 29 shortly before the dam (FIG. 4). The water is supplied through an annular space 34 which lies between the shaft 29, which is extended approximately to the upper water level, and an inner cylinder jacket 35. This jacket forms the intake siphon 36 at the top. The annular suction opening 37 of this siphon lies somewhat below the upper water level, which is held by the crown 38 of the dam 20.
The guide vanes 39 are expediently arranged in the annular space 34, u. Zw. Advantageously in such a way that they are above the highest underwater level so that the Siekerwasser can always drain from the stuffing boxes.
Inside or above the inner cylinder 35, u. In the latter case, it is useful in the tower-like building 45 which forms the extension of the turbine shaft, and the machine which is coupled to the turbine is accommodated. The crane or crane runway 40 (FIG. 6) for setting up the machine is supported on vertical supports 41, which are located, for example, in the wall of the outer cylinder 29 (see FIG. 4) or in the annular space between the two cylinders 29 and 35 and at the same time serve to stiffen the cylinder walls and, if necessary, to guide the water flowing in the annular space 84. The iron inserts 42 of the cylinders 29 and 35 prevent the beams 41 from buckling.
These carriers 41 can be guided downwards so far that the loading pressure is absorbed from the bottom of the foundation. For this purpose, the vertical support on the ground at 43 can either be bent approximately into the horizontal and z. B. be riveted to each other in pairs, or they are connected to a framework 44 which stiffens the bottom of the weir (see. Fig. 4 and 6). This entire support structure is expediently embedded in concrete, that is to say made of reinforced concrete at the same time as the entire weir body 20.
The towers 45 and thus the machine shafts are advanced upstream so far in front of the dam 20 and the suction opening of the high-water suction siphon 19 that the inlet cross-sections of the turbine and the siphon do not interfere with one another. In order to be able to arrange as many turbines as possible across the siphon width, it is advisable to arrange the machine systems or towers 45 in two or more transverse rows across the course of the river, the towers appropriately being offset from one another. In this way, the river bed can also be narrowed to a greater extent, that is to say the width of the siphon dam 20 can be further reduced.
Each individual system with the associated part of the dam 20 is expediently designed as a self-contained buoyant reinforced concrete body that is completely completed on a floating dock, which is advantageously also used as a circuit, and is expediently left stacked by lowering the floating dock.
PATENT CLAIMS:
1. Hydropower use of low pressure gradients, even during floods, characterized by several suction siphon weirs one behind the other, which damm the river up to the high water level even at normal water levels and discharge the flood without backwater.