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Flusskraftwerk
Unter Flusskraftwerken wurden bisher allgemein Wasserkraftanlagen verstanden, bei welchen die Nutzfallhöhe durch Aufstau mit Hilfe eines Wehres ohne Umleitung erzeugt wird. We-
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eines Kanales, Stollens oder einer Rohrleitung, ferner der Au-stau durch ein Wehr, wobei die Wasserspiegelhebung nicht durch eine Talsperre mit einer festen Staumauer, wie zur Speicherung erforderlich, erfolgte, wozu auch Fallschachtwerke gerechnet werden. In, der Regel handelt es sich um Laufwerk, allenfalls mit Kleinspeicherbzw. Schnellbetrieb.
Als weitaus verbreitetste Hauptausbauform kam das einteilige Staukraftwerk senkrecht zur Stromrichtung vor, bei welchem alle Turbinenaggregate in einem einzigen Bauwerk nebeneinander angeordnet sind, das unmitteLbar an die ebenfalls eine Einheit bildende Wehranlage quer zur Stromrichtung anschliesst. Bei schiffbaren Gewässern wurden eine oder mehrere Schleusen in der Strömungsrichtung vorgesehen, die eine Einheit bilden und gewöhnlich unmittelbar neben der Wehranlage angeordnet sind.
Dann wurden noch zwei-oder mehrteilige Staukraftwerike ausgeführt, die mehrteiligen als sogenannte Pfeilerkraftwerke mit einem oder zwei Turbinena. ggregaten je Werkspfeiler, speziell dort, wo bei relativ niederem Aufstau, die natürliche Enge des Wasserlaufquerschnittes eine Konzentration der vorbesprochenen Baueinheiten erfordert.
Alle diese Bauformen sperren den Wasserlauf zufolge des Aufstaues mit den eingangs erwähnten drei Bautengruppen : Wehranlage, Krafthaus und bei schiffbaren Gewässern auch die Schleusenanlage, gänzlich ab, vermindern dadurch die natürliche Strömungsgeschwindigkeit sehr stark, so dass stets wechselnde Anlandungen durch die Ablagerung von Geschiebe, Sinkstoffen, Treibzeug und die Eisbildung besonders stark begünstigt werden.
Wohl können durch die Bautengruppen der Wehranlagen und Schleusen mit ihren grossen Durchflussquerschnitten beim öffnen bedeutende Mengen von Geschiebe usw. durchgeschwemmt werden, doch werden die Grundschütze der Wehranlagen wegen des Wasserverlustes nur sehr selten gezogen, die Schleusentore nur bei Durchschleusung von Fahrzeugen geöffnet, wobei die Geschiebe und andern Mengen, die im Verhältnis zu den Anlandungen im Rückstaubereich abgeschwemmt werden, relativ sehr gering sind.
Geschiebe, Eis usw., kann. durch die Krafthauseinbauten überhaupt nicht durchgeschwemmt werden, so dass sich im Oberwasser vor diesen starke Anlandungen bilden, welche sich im Rückstaugebiet bis zur Stauwurzel aufbauen und die Sohle des Rückstaugebietes ständig erhöhen, so dass nach längeren Zeiträumen der Rückstauraum sich ganz empfindlich verringert und das notwendige Betriebswasser nicht mehr fassen kann, falls nicht ständige und kostspielige Baggerungen mit teuren Materialverfrachtungen vorgenommen werden.
Das aus den Turbinen ins Unterwasser auslaufende Triebwasser hat für seine freie Restenergie keine nützliche Verwendung bei den zum Flusslauf quergestellten Krafthäusern. Das verarbeitete Triebwasser aus den Turbinen sollte wie der natürliche Flusslauf, ohne künstliche Einbauten, völlig selbsttätig und ständig Geschiebe usw. flussabwärts weiterbefördern, aber durch die Turbinen darf und) kann kein Geschiebe usw. durchströmen, sonst leiden die Turbinen. Sinkstoffe gehen wohl durch die Turbinen, behindern aber erfahrungsgemäss dauernd den Betrieb durch starke Verschlammung. Eis muss im Unterwasser erst aufgebrochen werden, bis das Triebwasser das Eis fortschwemmen kann, abgesehen von der Schwierigkeit und Gefahr solcher Arbeit.
Mangels an Geschiebe im Unterwasser, das sich dafür im Oberwasser vor dem Krafthaus in gefährlich grossen Mengen anhäuft, verursacht die Restenergie des verarbeiteten Triebwassers ge- fährliche Auskolkungen und wenn diese nicht immer wieder mit Schotter ausgefüllt werden, schliesslich Unterwaschungen der Krafthausfun- dament.
Bei Hochwasser, namentlich in grossen Flüssen und Strömen, z. B. in der Donau, bildet die Querstellung der Krafthäuser zur Strömungsrichtung trotz geöffneter Wehre und Schleusen schwere Gefahrenquellen durch unnötig breiten, nicht
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Rückstau und Wirbel, die nicht beherrscht werden können. Bei Hochwasser sollten alle Einbauten auf die geringste Breite in Strömungsrichtung reduziert werden um möglichst geringe Widerstandsflächen der wilden Strömung entgegen zu setzen. Das Zusammentreffen von Hochwasser mit Eisbildung bei den bisher üblichen Querstellungen der Krafthäuser im Wasserlauf bringt nicht nur für die Stromerzeugung und die allfällige Schiffahrt, sondern am meisten für die Ufergemeinden im Rückstaugebiet besondere Gefahren infolge stetiger Sohlenhebung des Wasserlaufes durch Anlandung.
Die (bisher in der österreichischen Donau verwendeten Kraftwerkeinbauten zeigen alle diese Nachteile. Das Hochwasser im Juli 1954 zeigte dies am deutlichsten.
Es sind weiters elektrische Wasserkraftwerke bekannt geworden, bei welchen sich etwa in der Mitte eines Stromlaufes ein in Stromrichtung stehendes inselförmiges Turbinenkrafthaus befindet.
So werden z. B. in der deutschen Patentschrift Nr. 93334 oder in der franz. Patentschrift Nr.
52. 369 elektrische Wasserkraftwerke dieser Art beschrieben. Genau in der Mitte des zu verwertenden Stromlaufes s0111 das Pfeilerkraftwerk angeordnet sein. Ein Wehr ist zwischen dem Oberhaupt und einem Ufer angeordnet, während das andere Wehr zwischen dem Unterhaupt und dem andern Ufer angeordnet ist.
Durch die Zerteilung, also Verjüngung des Flussquerschnittes sind beide Wehren Hauptwehren, wie sie auch in der Pa- tentschrift als gebrochenes Wehr"bezeichnet wer- den. Weiters befindet sich das Pfeilerkraftwerk nicht ausserhalb des Stromlaufes in einer Bucht, sondern in der Mitte des Stromlaufes. Weiters schliessen die Achsen der Zufluss-und Abflusska- näle der Turbinen mit der Stromrichtung keine spitzen Winkel ein, sondern rechte Winkel, wodurch keine Kraftkomponente zur selbsttätigen Verfrachtung von Geschiebe in Strömungsrichtung auftritt.
Die Nachteile der Ausführungsformen von Kraftwerken nach den genannten Patentschriften bestehen in der strömungstechnisch ungenügenden Durcharbeitung der Anlagen. So verengt sich der volle Gewässerquerschnitt, insbesondere bei schmalen Wasserläufen nach dem Auftreffen am stromaufwärtigen Wehr auf die halbe Gewässerbreite.
Der Rückstau der Wassermenge des halben Gewässerquerschnittes, vom genannten Wehr her- rührend,'bewirkt zwar den rascheren Durchfluss im Oberwasserkanal, dessen Länge von der Turbinenanzahl abhängt. Der rasche Durchfluss wird aber jählings am stromabwärtigen Ende des Oberwasserkanales in Strömungsrichtung total abgebremst und rückgestaut. Dieses Spiel wiederholt sich unendlich fort. Dieses ewig fluktuierende Stauwasser muss dann seine Strömungsrichtung im Grundriss um 900 ändern. Es ergeben sich äusserst schwierige Strömungsverhältnisse an der Einlaufseite des Krafthauses und sehr schlechte Anströ- mungsverhältnisse in den Einlaufkanälen in dem verhältnismässig kurzen Oberwasserkanal, woselbst keine Möglichkeit besteht, eine einseitig gerichtete gleichmässige Strömung des Betriebswassers, wie dies z.
B. für den Betrieb von Kaplanturbinen erwünscht ist, zu erzielen. Noch schwieriger sind die Verhältnisse im Unterwasser, woselbst zwar keine Rückstauungen durch Wehranlagen auftreten, aber der halbe Durchflussquerschnitt am stromabwärtigen Wehr Stauungen hervorruft. Der dreimalige Richtungswechsel der Strömung im Zickzack und im zweimaligen Rückstau im Oberwasser erzeugen unliebsame Stösse und Hohlräume, sowie Wirbel und beeinträchtigen das richtige Arbeiten der Turbinen. Durch die Erfindung werden alle diese Nachteile weitestgehend beseitigt.
Im Buch "Stauanlagen und Wasserkraftwerke", III. Teil, Wasserkraftwerke von Dr. Ing. Heinrich Press, Verlag von Wilhelm Ernst und Sohn, Berlin 1954, Seite 70, werden in Abbildung 60 Grundrissanordnungen für Niederdruckkraftwer-
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Diese Maschinenhäuser sind jedoch nicht inselförmig ausgebildet, sondern stehen mit den jeweiligen Ufern in Verbindung. Weiters fehlt in einem Falle ein bewegliches Nebenwehr zwischen Unterhaupt des Maschinenhauses und dem zugehörigen Ufer, im andern Falle ein bewegliches Hauptwehr zwischen den Oberhäuptern der Maschinenhäuser und Nebenwehren von den Unterhäuptern zu den entsprechenden Ufern. In letzterem Falle erfolgt auch nicht die Speisung aus einer Bucht, sondern in eine Bucht.
Die Achsen der Zufluss- und Abflusskanäle der Turbinen schliessen mit der Stromrichtung keine spitzen Winkel sondern rechte Winkel ein.
Auch bei diesen Anordnungen ergeben sich die Nachteile, dass die Fremdstoffe und Hochwässer
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genügend abgeleitetnem Falle bildet die Bucht eine Sackgasse, während im andern Falle Ansammlungen in den nachfolgenden Buchten unvermeidlich sind.
Auch diese Nachteile werden durch die erfindungsgemässe Ausführungsform vermieden.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Flusskraftwerk, insbesondere für Wasserläufe mit grosser Fremdstofführung und/oder zeitweiser mittlerer bzw. grosser Hochwasserführung, mit mindestens einem inselförmigen Turbinenhaus mit stromabwärts hintereinander unterbrechungslos oder in Gruppen angeordneten Turbinen mit einem beweglichen Hauptwehr zwischen dem Oberhaupt des Turbinenhauses und dem weiter entfernt gelegenen Ufer bzw. zwischen den Oberhäuptern der Turbinenhäuser sowie einem beweglichen Nebenwehr zwischen Unterhaupt des Turbinenhauses und dem näher gelegenen Ufer.
Ein solches Flusskraftwerk ist gemäss der Erfindung dadurch ausgezeichnet, dass das inselförmige Turbinenhaus nahe einem Ufer des Was-
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serlaufes innerhalb einer im wesentlichen Oberwasser führenden, vorzugsweise ausserhalb des natürlichen Stromlaufes vorgesehenen Bucht in gerader oder gekrümmter, vorzugsweise zum näheren Ufer gekrümmter Linie angeordnet ist und die Anspeisung der gegebenenfalls im Oberhaupt des Turbinenhauses befindlichen Turbinen, z.
B. der ersten zwei Turbinen durch stirnseitiges Wasser und die Anspeisung der stromabwärtsfolgenden oder auch aller, einschliesslich der ersten Turbi-
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der Zufluss- und Abflusskanäle der Turbinen und des Nebenwehres mit Ausnahme der gegebenenfalls vorhandenen stirnseitig gespeisten Einlaufkanäle mindestens die Achsen der Ausflusskanäle der Turbinen spitze Winkel mit der Stromrichtung einschliessen, wobei der eine Schenkel dieser spitzen Winkel die Stromrichtung des Flusses und der zweite Schenkel dieser spitzen Winkel die genannten Achsen in Wasserbewegungsrichtung sind.
Das erfindungsgemässe Flusskraftwerk kann ein Oberwasser-, Unterwasser-oder kombiniertes Ober-und Unterwasser-Mittel-oder Nieder- druck-Elektrizitätswerk sein. Unter"Fremdstoff- führung" ist die Führung von Geschiebe, Schwebstoffen, Eis, Schwemmgut od. dgl. zu verstehen.
Die Achsen, welche spitze Winkel mit der Stromrichtung einschliessen, sind also immer die Achsen der Auslaufikanäle der Turbinen. Es können jedoch auch erfindungsgemäss alle oder einige Achsen der Turbineneinlaufkanäle oder Neben- wehreinlauf- und -auslaufkanäle spitze Winkel mit der Stromrichtung einschliessen.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, dass der Durchflussquerschnitt in der Bucht beim Oberhaupt des TU1'lbinenhauses, ebenso gross ist wie der Durchflussquerschnitt am Unterhaupt bei stillgesetzten Turbinen und vollständig geöffnetem Nebenwehr und die verlorenen Querschnitte der Einbauten im Hauptstrom einschliesslich des Turbinenhauses ersetzt, so dass die Bucht ausserdem mindestens das 1000/tige Betriebswasser aller vorgesehenen Tur- binen bei voller Betriebsgleichzeitigkeit fasst.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung nach den beiden vorhergehenden Absätzen ist dadurch ausgezeichnet, dass die Achsen der Zuflusskanäle der Turbinen mit der Strömungrichtung einen Winkel zwischen 00 und 600 ein- schliessen und die Achsen gruppenweise oder alle parallel angeordnet sind und die Achsen der Abflusskanäle aus den Turbinen entweder gruppenweise oder alle parallel sind und mit der Strömungsrichtung einen spitzen Winkel zwischen 750 und'450 bilden.
Bezüglich der Anspeisung der gegebenenfalls im Oberhaupt des Turbinenhauses gelegenen Turbinen ist weiters vorgesehen, dass der Zuflusskanal der ersten Turbinen von den geteilten Zuflusska- nälen der nachfolgenden Turbinen ummantelt ist.
Schliesslich ist nach einer Variante der Erfin- dung vorgesehen, dass Schleusenanlagen im natürlichen Bett des Wasserlaufes, im erweiterten Bett des Wasserlaufes oder in einem Kanal bzw.
Nebenarm untergebracht sind.
Durch die erfindungsgemässe Formgebung des Krafthauses sowie der Winkel der Zufluss- und Auslaufkanäle zur Stromrichtung wird die Ver- frachtung von Geschiebe u. dgl. durch zeitweiliges öffnen der Grundschütze des Hauptwehres durch kurze Zeit genügend bevorratet, so. dass dann im Unterwasser die Restenergie des ausströmenden Triebwassers der Turbinenbatterie mit seiner in Strömungsrichtung gerichteten Komponente den Abtransport des Geschiebes dauernd bewirken kann.
Durch zusätzliche bekannte Enrichtungen mit Saug-und Druckwasserköpfen samt permanent eingebauten Rohrleitungssystemen und selbsttätigen, bzw. elektrisch und mechanisch gesteuerten Abschluss- und Anschlussorganen unter den Wehranlagen, an den Ufern, an den Leitmauern usw., kann die Wirkung des selbsttätigen, dauernden Geschiebetransportes so weit erhöht werden, dass das zeitweilige Ziehen der Grundschütze, verbunden mit grösseren Wasserverlusten, völlig überflüssig wird. Bei der bekannten Anordnung von senkrecht zur Strömungseinrichtung liegenden Turbinenauslaufkanälen ergibt sich keine in Flussrichtung gerichtete Kraftkomponente, so dass diese Wirkung nicht eintritt. Es entstehen im Gegenteil nachteilige Auskolkungen.
Die Erfindung wird nun an der Hand der Zeichnungen näher erklärt. Die Fig. 1-3 zeigen erfindungsgemässe Beispiele von Anordnungen der Flusskraftwerke im Gelände, während die Fig. 4 und 5 nähere Details des Turbinenkrafthauses darstellen.
Gleiche Gegenstände sind in den einzelnen Figuren mit gleichen Ziffern'bezeichnet. Falls ein Gegenstand doppelt, wie z. B. bei geteilten Einbauten, vorkommen, sind beide Teile mit gleichen Ziffern bezeichnet.
Mit 1 ist das Turbinenkrafthaus mit Montagekran samt eventueller Schiebebühne und Strassen- brücke bezeichnet, mit der Ziffer 2 das bewegli-
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Oberschützen,ke ist mit der Ziffer 3 bezeichnet, 4 ist der Geschiebeabweiser, 5 die Strassenbrücke, 6 ist die ursprüngliche, natürliche Uferlinie, 7 ist die Leitmauer, 8 bezeichnet eine ein-oder mehrfache Kammerschleuse mit Strassen- und eventueller Montagekranbrücke, 9 ist ein Schleusenkanal, 10 die Stromrichtung, 11 die natürliche oder künstlich angelegte, oder erweiterte natürliche Bucht, 12 der natürliche Wasserlauf, 13 die Hauptbauwerksachse.
Pig. l stellt einen nicht schiffbaren Wasserlauf dar, mit einem geradlinigen Verlauf und Möglichkeit der Anlegung einer Bucht auf der rechten Uferseite. Bei schiffbaren Flüssen sind entspre-
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chende Schleusenanlagen vorgesehen. Das Krafthaus 1 wird tangential an das natürliche Uferangeschlossen und im Grundriss erfindungsgemäss zwecks besserer Anströmung von. der Bucht aus, vorzugsweise uferwärts gekrümmt. Die Ausströmung aus den Turbinen des Krafthauses 1 erfolgt stets stromwärts unter einem zur Strömungsrichtung spitzen Winkel stromabwärts. Die Einströmung in die Turbinen erfolgt aus der Bucht in seitlicher Anströmung unter einem zur Stromrichtung spitzen Winkel.
Das zur Absperrung der Bucht zwecks Aufstaues erforderliche bewegliche Nebenwehr 3 mit Grund- und Oberschützen und die schwere Montagekranbrücke samt eventueller Schiebebühne und darauf fahrbarem schweren Montagekran für die Maschinenmontage mit Auslegern für die Herstellung bzw. für den Abbau der Dammbalkenverschlüsse kann am Unterhaupt des Krafthauses, je nach der Terraingestaltung, entweder in Fortsetzung der bogenförmigen Krümmung ans Ufer geführt oder auch geradlinig, wenn das Krafthaus nahezu gerade ausgeführt ist, oder parallel zur Hauptbauwerksachse 13 angeordnet werden.
Die Bucht muss das gesamte Triebwasesr für die Turbinen aufnehmen und auch bei Nichtbetrieb der Turbinen durch das Nebenwehr 3 abführen können.
'über das Krafthaus 1 wird noch ausführlicher
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gesprochen.
Das bewegliche Hauptwehr 2 mit Grund- und Oberschützen wird als leichte Montagekran- und gewöhnlich zugleich als Strassenbrücke ausgebildet. Mit dem Kran samt Auslegern sind nur die Montage der Schützen, ihre Betätigung und die der Dammbalkenverschlüsse bzw. deren Abbau in den einzelnen Wehrfeldern, sowie die Montage oder Reparatur der eventuell eingebauten Saug-
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führen.
Unter dem Hauptwehr 2 können in jedem Feld, vom Ufer zum Krafthaus 1 nach einem bestimmten Plan in bestimmten Abständen eine Reihe parallel zum Stromstrich entsprechend lange Stahlrohre mit Flanschen an beiden Enden und entsprechend grosser Lichtweite zur ständigen, selbsttätigen Durchschleusung von Geschiebe und Sinkstoffen eingebaut werden. An die Flanschen im Ober- und Unterwasserbereich werden von
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hetätigbare AbsehlussorganeMetallschläuchen und Kupplungen zum Anschluss von Saug- und Druckwasserförderern, z. B.
Saugbagger mit Saugkopf nach Frühling-Schichau, Elbing oder nach österreichischem Patent Nr. 148881
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Die Strassen- und zugleich Hauptwehl1brücke setzt sich zumeist im gleichen Niveau geradlinig auf dem Oberhaupt des Kraftwerkes fort und wird über der Bucht als Strassen brücke 5, zugleich als leichte Montagekranbrücke eventuell mit Grobrechenanlage, mit grösseren Spannweiten bis ans Land geführt.
Der oberwasserseitige Buchteingang wird vom Ufer bis zum Krafthaus zweckmässigerweise mit einem Geschiebeabweiser 4 mit eventuellem Grobrechen ausgeführt, damit in die Bucht möglichst
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Die Bucht (Stollen, Rohrleitung) ist nicht nur für den Zufluss der erforderlichen Wassermengen für die vorgesehene Turbinengesamtleistung des Krafthauses, sondern auch für allfällige Reserveturbinen, die auch zur Ausnützung mittlerer Hochwässer dienen (bisher nur selten durchgeführt), und für den staulosen Abfluss dieser Gesamtwassermengen der Bucht bei der Massnahme zu bemessen, dass sämtliche Turbinen, auch die Reserveturbinen aus irgend einem Grunde stillstehen müssen.
Das Krafthaus 1 mit eventueller Schiebebühne und auf diesem fahrbaren, schweren Maschinenmontagekran mit beiderseiten Auslegern für den Ein- und Ausbau der Dammbalkenverschlüsse für die Triebwasser-Zu-und Ableitungen der Turbinen, sowie mit den notwendigen Grob-und Feinrechen, einschliesslich der Rechenreinigungsmaschinen, werden heutzutage bei Oberwasserausführung nicht mehr mit vollem Hochbau, sondern als Freiluftausführung in halbhoher, niedriger, extrem niedriger oder in gemischter Bauweise ausgeführt. Die Maschinenwellen der Turbinen werden vorwiegend senkrecht angeordnet und hiebei Kaplan- turbinen den Francisturbinen vorgezogen. Doch sind bei Franciszwillingsturbinen auch horizontale Turbinenwellenanordnungen möglich.
Die Kaplanturbine ist aber vorherrschend wegen ihres weitgehenden Regulierbereiches.
Das Krafthaus J ? bzw. die Krafthäuser können weiters erfindungsgemäss parallel zum Stromstrich des Wasserlaufes mit grossem Erfolg auch in be- kannter Weise, z. B. nach Arno Fischer, als Unterwasserkraftwerk mit Rohrturbinengeneratorsätzen und schräger Maschinenwelle einwandfrei
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kraftwerke mit und ohne Pfeiler unter Verwendung von Kaplanturbinen.
Schliesslich ist auch in engen Tälern mit steilen Felswändenufern (Granit usw. ) die Herstellung eines Kraftwerkes (eventuell eines zweiten ähnlichen grossen am gegenüberliegenden Ufer) als Kavernenkraftwerk im Fels in vorbesprochenen Ausführungen nach dem erfindungsgemässen Prinzip der Längsstellung der Kraftwerke zum Flusslauf und seitlicher spitzwinkeliger Triebwasserzuführung in Freispiegel- oder Druckstollen, oder Rohrleitungen, oder offenen Gerinnen, je nach örtlicher Situation, aber grundsätzlichem Trieb-
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Insich'bei grossen Leistungen eines Wasserlaufes statt eines Kraftwerkes zwei Kraftwerke an beiden
Ufern mit halber Gesamtleistung vorzusehen, um die Triebwasserzufuhr, z. B. im Fels, zu verklei- nern und damit die Baukosten reduzieren zu können. Dabei kann z.
B. der Krümmungsradius des Kraftwerksgrundrisses auch unendlich, also die Anordnung geradlinig, bei geradlinigem Uferver- lauf sein.
Es wird bei sonst sehr langen Krafthäusern die
Aufteilung in zwei, mehr oder weniger symmetrischen Krafthäusern an beiden Ufern empfohlen, wobei sich die Baulänge der einzelnen Krafthäu- ser und allfälliger Leitmauern wesentlich verkürzt.
Fig. 2 zeigt im Grundriss eine solche Wasserkraftanlage in schiffbarem Wasserlauf mit gro- sser Leistung, daher mit zwei Krafthäusern 1.
Eines davon liegt am natürlichen Ufer in der erforderlichen Bucht 11. Unmittelbar neben der Bucht 11 ist ein künstlicher Schleusemkanal. 9 mit einer Schleusenanlage 8 angeordnet. Die Strassen- brücke 5 führt vom Ufer über das Schleusenoberhaupt, weiters über die Bucht 11, über das Oberhaupt des linken Krafthauses 1, über das bewegliche Hauptwehr, das die Oberhäupter der beiden Krafthäuser 1 verbindet :
das am rechten Ufer angeordnete Kraft. haus 1 liegt nicht wie das linke Krafthaus am natürlichen Ufer, sondern musste zwecks notwendigen Durchflussquerschnittes zwischen beiden Krafthäusern im Unterwasser landeinwärts vom natürlichen Ufer verschoben werden. Die Strassen-und zugleich Montagekranbrücke verbindet das Oberhaupt des Krafthauses 1 am rechten Ufer über die Bucht 11 mit dem Lande. Beide Buchten werden zwischen den Unterhäuptern der Krafthäuser 1 und den dazugehörigen Ufern wieder mit je einem beweglichen Nebenstauwehr abgeschlossen.
Fig. 3 stellt eine Variante der Wasserkraftanlage nach Fig. 2 dar, mit Anordnung der Doppelkammerschleuse 8 in Strommitte 12, jedoch so, dass das Unterhaupt der Schleusen das bewegliche Hauptwehr 2 in zwei gleiche oder ungleiche Teile unterteilt und im Unterwasser die als Schutzmauern und Reflexionsmauern, dienenden Leitmauern 7 die Schiffahrt vor den Strömungen aus den Turbinenausläufen der beiden Krafthäuser 1 schirmen. Die Krafthäuser 1 sind landeinwärts stark gekrümmt, um im Unterwasser gegenüber den Leitmauern der Schleusenanlage genügend grosse Durchflussquerschnitte für das ausströmende abgearbeitete Triebwasser der Turbinen zu gewährleisten. Dementsprechend müssen auch die zugehörigen Buchten 11 geformt werden.
Im übrigen sind die gleichen Einrichtungen, wie in Fig. 7 vorgesehen. Diese Anordnung ist neben der Anordnung nach Fig. l eine bevorzugte Bauweise der Erfindung.
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zweiteiligen Krafthausanordnung in noch mehr Krafthäusern bzw. iKrafthausgruppen und die
Verbindung der Teillkrafthäuser durch ein-oder mehrfeldige Nebenwehre samt schweren Montage- kranbrücken hingewiesen, jedoch muss die Kraft- hausanordnung im Grundriss nach der erfindungs- gemässen Idee erhalten bleiben.
In den Fig. 1-3 sind für die Anwendung der erfindungsgemässen Krafthausanordnung verschie- dene günstige Varianten mit einem Krafthaus, bei grösseren. Leistungen mit zwei Krafthäusern im
Grundriss dargestellt. Die angegebenen drei Va- rianten erheben noch nicht den Anspruch auf er- schöpfende Vollständigkeit, da nur Varianten mit offenen, nicht'überdeckten Buchten behandelt und andere Zuleitungen am Triebwasser mit Stol- len, Schächten oder Rohrleitungen, sowie Kraft- hausanordnungen unter Wasser, oder als Flut- kraftwerke nicht weiter ausgeführt werden.
Auf den Grundriss des Krafthauses zurückkommend, stellt sich dieser als ein Teil eines zirka 50 bis 60 m breiten schief gestellten Rechteckes oder
Ringabschnittes (Begrenzung durch Kreis oder sonstige Kurzformen, z. B. zweier S-Kurven) bei Anwendung von Kaplanturbinen mit z. B. 350 m3/sek Schluckfähigkeit und etwa 10 bis 12 m
Gefälle dar.
Die Rechteck- oder Ringlänge richtet sich nach der Turbinenzahl,. plus Oberhauptlänge zur Aufnahme der Hauptwehranlage und der Strassenbzw. Montagekranbrücke und dem zusätzlichen Unterhaupt (das stromabwärtige Ende des Krafthauses), an welch letzterem sich das Nebenwehr mit der Fahrbahn für eine etwaige Schiebebühne bzw. für einen schweren Montagekran oder nur für letzteren anschliesst.
Das Nebenwehr kann je nach Geländegestaltung in der gleichen Kurve wie das Krafthaus zum Ufer geführt werden oder aber parallel zur Hauptbauwerksachse oder in einer sonstigen Kurve.
Das Oberhaupt des Krafthauses steht bei Anordnung des Hauptwehres bei unmittelbarem An- ; schluss an das Oberhaupt meistens senkrecht zur Haupl1hauwerksachse. Das Oberhaupt enthält den Oberwasser-Einlaufkanal mit der Einlauföffnung in der Stirnseite, wie bei einem Pfeilerkraftwerkshaus mit dem Einlaufwinkel 00 gegen die Strom-1 richtung für die erste oder auch für die beiden ersten Turbinen (Kaplanturbinen sind bei allen Beispielen angenommen). Im letzteren Falle wird der Einströmkanal nach einer erfindungsgemässen Variante für die erste Turbine von je einem J halben Oberwassereinlasskanal für die zweite Turbine ummantelt, bei'kleineren Turbinen kann eine Ummantelung durch die Einströmkanäle ei- ner.. dritten Turbine, erfolgen.
Die TUl1binenmittel sind entweder auf einer Ge-l
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wie üblich geradlinig, sondern nach zweckmässigen Leitkurven gekrümmt anzuordnen.
In den Fig. 4 und 5 werden die näheren Details des erfindungsgemässen einteiligen Krafthauses in zwei Varianten dargestellt. Diese Grundrisse geben nur einen kleinen Teil der mannigfaltigen Varianten wieder, die auf Grund der verschiedenen zu berücksichtigenden Faktoren, wie Geländegestaltung, Bau- und Betriebskosten, Schiffahrt, Bewässerung für die Land- und Forstwirtschaft, Industrie usw. möglich sind.
Fig. 4 ist der Grundriss eines erfindungsgemä- ssen, einteiligen, in Stromrichtung 10 liegenden Krafthauses 1 mit sechs Kaplanturbinen für 11 bis 12 m Gefälle und je 350 m3Jsek Schluokfähigkeit. Am Oberhaupt sind linksseitig im Strom 12 das bewegliche Hauptwehr 2 und rechtsseitig die Strassen-bzw. leichte Montagekranbrücke 5 über die Bucht 11 unmittelbar angeschlossen, wobei das Oberhaupt bis zum Abstand l von der Hauptbau- werksachse, senkrecht zu dieser steht. Die Dicke des Krafthauses von den Turbinenmitteln zur Bucht hin ist mit 7 und zum Strom hin mit Y bezeichnet. Im Abstand 1 wird eine Parallele zur Hauptbauwerksachse gezogen und ein kreisbogenförmiger Mittelteil mit 300 Zentriwinkel und dem Radius R an das Oberhaupt stromabwärts angeschlossen.
Daran ist ein im Grundriss rechteckiges weiteres Mittelteil und das Unterhaupt tangierend angefügt. Der Winkel au, des die Einströmkanal- symmetrale der ersten Turbine mit der Stromrichtung einschliessen muss beträgt 00. Da nur die erste Turbine stirnseitig gespeist wird, sind die Achsen der Einlaufkanäle der zweiten bis sechsten Turbine untereinander parallel und schliessen mit der Stromrichtung einen Winkel von u'2 = 600 ein, u. zw. stromabwärts. Die Achsen der Ausströmkanäle der ersten bis sechsten Turbine sind untereinander parallel und es betragen die mit der Stromrichtung stromabwärts eingeschlossenen Winkel ss1 = ss2 = 600. Die Ein-und Ausstrom- winkel sind in diesem Falle gleich gross gewählt, was die Baukosten verbilligt.
Es kann auch auf die stirnseitige Einströmung in die erste Turbine verzichtet werden, so dass auch der Einströmwinkel der ersten Turbine a1 = Og = 60"beträgt (weitere Verbilligung). Es können jedoch die Einund Ausströmwinkel voneinander verschieden sein. Es können auch die Einströmwinkel und die Ausströmwinkel untereinander verschieden sein.
Fig. 5 stellt den Grundriss eines erfindungsgemässen, einteiligen, in Stromrichtung liegenden Krafthauses mit sechs Kaplanturbinen mit 350m3/ sek Schluckfähigkeit und zirka 11 m Gefälle dar.
An das Oberhaupt sind linksseitig im Strom 12 das bewegliche Hauptwehr 2 und rechtsseitig die Strassen- bzw. leichte Montagekranbrücke 5 über die Bucht 11 unmittelbar angeschlossen, wobei das Oberhaupt bis zum Abstande 1 von der Hauptbauwerksachse senkrecht zu dieser steht. Im Abstande 1 von der Hauptbauwerksachse wird stromabwärts eine Parallele gezogen.
Im Abstand
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halber bei der Kreiskurve bleiben will, ist der Mittelpunkt dreier wichtiger konzentrischer Kreise, u. zw. :
1. der Kreis mit dem Radius R (x bis 00) ist der geometrische Ort der Turbinenmittel aller Turbinen, die in dem Krafthaus untergebracht werden sollen,
2. der Kreisbogen mit dem Radius R (x bis oc) plus Y gibt die stromseitige Begrenzung des Krafthauses 1 und
3. der Kreisbogen mit dem Radius R t- cc) minus Z liefert die buchtseitige Begrenzung des Krafthauses 1, so dass der Mittelteil und das Unterhaupt einen Teil eines Kreisringes darstellen.
Die beiden ersten Turbinen werden stirnseitig im Oberhaupt angespeist. Daraus ergibt sich, dass der Winkel, den die Einströmkanalachsen mit der Stromrichtung einschliessen, al = ce beträgt. Der Einlaufkanal der zweiten Turbine ummantelt erfindungsgemäss den Einlaufkanal der ersten Turbine. Die Winkel, die die untereinander parallelen Achsen der Einströmkanäle für die dritte bis sechste Turbine mit der Strömungsrichtung stromwärts einschliessen betragen a.. =300. Die Winkel der Ausströmkanalachsen mit der Strömungsrichtung ss1 = ss2 = 60e. Es ist oft zweckmässig, die
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bis maximal 750 zur besseren Geschiebe- und Eisabfuhr anzuordnen.
In Fig. 5 sind zur Verkürzung der Turbinenmittelabstände die Einströmkanäle nicht tangierend und gerade, sondern gekrümmt und einer dem nächsten angeschmiegt, dargestellt.
Der Abstand 1 zwischen dem Mittel der ersten Turbine mit senkrecht angeordneter Maschinenwelle und der Hauptbauwerksachse im Grundriss ist abhängig :
1. von der Konstruktionsart und Länge des beweglichen Hauptwehres in Stromrichtung im Zusammenhang mit der meist zweigeleisigen Ein- bahnstrassen- und zugleich Montagekranbrücke und dem Oberhaupt des erfindungsgemässen Krafthauses,
2. von der Grösse, Art und Anordnung der meistens gleichartigen und gleich grossen Turbi- nen (z. B.
Schluckfähigkeit, Kaplan-, Francis-,
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usw. ) und
3. von der Anordnung des Triebwasserablaufes der ersten Turbinen mit Rücksicht auf das bewegliche Hauptwehr und der Wahl der Winkel
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Es ist zweckmässig, den Abstand l und die Grö- ssen Y und Z vorher konstruktiv im Grund-, Aufund Seitenriss und weiteren Schnitten aus massstäblichen Zeichnungen festzustellen und in den genauen Geländeplan, der auch Schichtenlinien
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enthält, einzutragen. Der Ra, dius R (x bis 00) ergibt sich aus dem Ufergelände unter Berücksichtigung aller massgebenden hydrotechnischen, geologischen, WirtschaMichkeits-und sonstigen Faktoren (Schiffahrt usw. ).
Es kann, wie schon erwähnt, an Stelle des Kreisteiles auch eine andere Kurve benützt werden.
Zusammengefasst zeigen die besprochenen erfindungsgemässen Flusskraftwertke folgende Vorteile gegenüber den bekannten Anordnungen :
1. Entfall eines festen, quer über den Flusslauf gestellten Hindernisses in Form eines geteilten oder ungeteilten iKrafthauses,
2.
Beschränkung der Hinderniseinibauten nur auf schmale Pfeiler der beweglichen Haupt-und
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Schleuseneinbau-sserha1b des natürlichen Wasserlaufes verlegt werden können, sowie auf die Schmalseite des erfindungsgemässen, in der Strömungsrichtung langgestreckten Inselkrafthauses, wobei die durch diese unbedingt notwendigen Einbauten verloren gehen. den Durchflussquerschnitte durch zusätzliche Buchten die ausserdem noch für den mindestens 100%- igen Zu-und Abfluss des erforderlichen Triebwassers für die Turbinen des zugehörigen Krafthauses zusätzlich bemessen werden müssen, zu ersetzen'sind.
3. Wesentlich nach der Erfindung ist die Anordnung und Verwendung der Turbinentriebwasserausläufe im Unterwasser unterhalb des Hauptwehres. Wenn die Restenergie auch gering ist und nicht über die ganze Walsserlaufbreite wirken kann, so summieren sich doch die parallelen Kräfte der stromabwärts gestaffelten Ausläufe zu einer konstanten Tiefenwirkung zum Weitertransport von Geschiebe usw.
Durch zusätzliches Hochdruckwasser an geeigneten Stellen im Un- terwasserbereich, insbesondere aber in der gegen- über den Turbinenausläufen zumeist angeordne- ten Leitmauern der Schleusenanlagen, oder am gegenüberliegenden Ufer und auch an geeigneten Stellen im Flusslauf selbst mittels geeigneter Rohrsysteme kann die Wirkung der Tulbinenausläufe (welche ikostenlos erfolgt) wirksam unterstützt und bedeutend verstärkt werden.
Durch zusätzlichie, bekannte Einrichtungen zur selbsttätigen För- derung von Geschiebe und Sinkstoffen mittels Druckwasser, Saug- oder Pressluft, systematisch unter dem Hauptwehr, bzw. auch unter den Ne- benwehren angeordnet, kann bei der erfindungsgemässen Anordnung der Krafthäuser, trotz der Mehrkosten solcher Anlagen durch die dafür entfallenden oder stark reduzierten Baggerungs- und Verfrachtungskosten des Geschiebes eine bessere Betriebswirtschaftlichkeit erzielt werden.
4. Bei mittlerem Hochwasser (können die Grundschützen des beweglichen Hauptwehres (eventuell auch der Nebenwehre) nach einem aus der Praxis zu ermittelnden Fahrplan abwechselnd oder in Kombination gezogen werden, um ohne jede wei-
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: aut durchzuschwemmen, anderseits könnenaus vielen guten Gründen die Regel werden. Bei grösseren, über das Mittelmass hinausgehenden
Hochwassern wäre der Vollbetrieb mindestens mit einer zuigen Tufbinenreserve zu ermöglichen ; die gleichzeitige Öffnung der gesamten Grund- schützen der Haupt- und Nebenwehre zur Durch- schwemmung von Geschiebe mangels irgend wel- cher Hindernisse über die ganze Strombreite wür- de bei der erfindungsgemässen Anordnung trotz- dem den Vollbetrieb ermöglichen.
5. Bei Eisführung bietet die erfindungsgemässe
Anordnung der Krafthäuser ganz besondere Vor- teile, dass das Krafthaus in Stromrichtung steht und nicht zusammengepacktes Eis durch die Strö- mung aus den Turbinenausläufen stromabwärts fortgeschwemmt wird.
Auch eine etwaige Ein- schliessung durch einen sich stetig vorbauenden Eisstoss legt das Kraftwerk nicht lahm, da es so- zusagen im Nebenschluss zum Wasserlauf liegt, und der Betrieb nicht gestört wird, abgesehen davon, dass die Hauptwehranlage über die ganze
Wasserlaufibreite bei Ziehung der Oberschützen die Bildung von zusammenhängendem Packeis bei einiger Aufmerksamkeit sehr wirkungsvoll ver- hindern kann, natürlich unter der Voraussetzung, dass die ober-und unterliegenden Kraftanlagen in gleicher Weise ausgeführt worden sind und es sich nicht um abnorm tiefe Temperaturen handelt.
6. Das erfindungsgemässe Krafthaus vereinigt die Vorzüge der BetriebS'konzentration bei zum Strom querges. tellten Krafthäusern mit geringem 1 Bedienungspersonal mit jenen der Pfeilerkraft- werksbauweise, jedoch ohne ihre Betriebsnachteile und ihren grossen Personalaufwand.
7. Durch die erfin'dungsgemässe Anordnung können geplante Mittel- und Niederdruck-Anlagen J bei nicht systematischen Ausbau ganzer Wasser- kraftstrassenprojekte nunmehr ohne Bedenken an beliebiger vorgeplanter Stelle nach rein wirtschaftlichen Erwägungen, aus Gründen der Verbesserung der Schiffahrt oder zur Sicherung der bereits weit gediehenen Bearbeitung eines Rahmenbauplanes, z. B. der österreichischen Donaustrecke, auch der östlichste Einzelstufenausbau in Angriff
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werden, ohnerung des Stromregimes befürchten zu müssen.
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