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Nische zur Aufnahme der Laufrollen bzw. Gleitkufen von beweglichen Wasserverschlüssen
Es ist bekannt, dass an und in den Nischen von beweglichen Wasserverschlüssen, insbesondere von sol- chen Verschlüssen, die zum Absperren von Druckrohrleitungen dienen, durch Wirbelbildung Erschütterun- gen des Bauwerkes und durch sogenannte Kavitation unter Umständen grosse Schäden hervorgerufen wer- den. Diese bestehen z. B. darin, dass aus dem Beton des Bauwerkes grosse Teile herausgerissen werden, so i dass unier Umstanden der Bestand der Anlage gefährdet wird.
Man hat versucht, diesem Übelstande dadurch abzuhelfen, dass man den Beton im gefährdeten Be- reich mit einer Stahlpanzerung versehen hat. Doch auch die Stahlpanzerung wird durch die Kavitation angefressen und in verhältnismässig kurzer Zeit zerstört. Um die Kavitation in den Nischen der beweg- lichen Verschlusskörper zu vermeiden, ist deshalb schon vorgeschlagen worden, an den beweglichen Ver- schlusskörpern ebenflächige Tafeln oder Kästen zu befestigen, die so lang sind, dass die Nischen beim Öffnen des Verschlusses in jeder Stellung desselben abgedeckt sind, so dass das strömende Wasser glatt an den Nischen vorbeischiesst, ohne in diesen Wirbel oder Unterdruckzonen, die Ursache von Schwingungen bzw. Kavitation sind, bilden zu können.
Diese Verlängerungen an den Seiten des beweglichen Wasserver- schlusses, auch"Nachläufer"genannt, haben den Nachteil, dass zur Unterbringung dieser"Nachläufer" in der Schiessstellung des Wasserverschlusses in Verlängerung der Nischen Schächte abgeteuft werden müs- sen, die, je nach Grösse des Wasserverschlusses, unter Umständen sehr tief sein müssen und deren Her- stellung sehr teuer ist. Ausserdem müssen diese"Nachläufer", wenn sie bei geöffnetem Wasserverschluss die Nischen abdecken, geführt bzw. gehalten werden, damit sie nicht durch das vorbeiströmende Wasser in Schwingungen versetzt werden.
BeiVersuchenfürTiefschützehatsichnunherausgestellt, dass bei offener Nische, wenn der Wasserver- schluss geöffnet ist, derWirbelkern in der Nische derenRandströmung und auch dieRandströmung unter dem
Wasserverschluss derart beeinflusst, dass in diesen Bereichen die zweidimensionale Strömung in eine dreidimen- sionale Strömung umgewandelt wird. Hiedurch stellt sich an den betreffenden Stellen eine Unstetigkeit im
Abfluss ein, die eine Geschwindigkeitserhöhung des Wassers und damit eine sprunghafte, unstetige Druckermä- ssigung bis unter den Verdampfungsdruck zur Folge hat, so dass sich die Kavitation frei ausbilden kann.
Es ist bereits für eineseitendichtung für Verschlusskörper von Wasserstauanlagen ein diese Seitendich- tung unterstützende und schützendes Blech bekanntgeworden, das an der entsprechenden Nischenkante senkrecht zum Verschlusskörper befestigt ist und gegenüber der parallel zum Verschlusskörper verlaufen- den Nischenwand vorspringt. Dieses Blech verringert zwar die Breite der offenen Seite der Nische um ein geringes Mass, jedoch ist es nicht in der Lage, das Auftreten einer dreidimensionalen Strömung und da- mit Kavitation in der Nische zu verhindern.
Um bei offenen Nischen die Unstetigkeit im Abfluss und ein Absinken des Druckes in der Nische unter den Verdampfungsdruck zu verhindern, gleichzeitig aber auch die Nachteile der bekannten "Nachläufer" zu vermeiden, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, die Breite der offenen (zum vorbeiströmenden Was- ser weisenden) Seite der Nische, die die Laufrollen bzw. Gleitkufen eines beweglichen Wasserverschlusses aufnimmt, durch parallel zur Strömung verlaufende Vorsprünge an den oberwasserseitigen und unterwasserseitigenKanten zu verringern und die Nische mit einer Zuflussleitung zu versehen, durch die Wasser, insbesondere aus Gebieten höheren Druckes, in die Nische nachfliessen kann.
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Durch die erfindungsgemässen Vorsprünge wird die Sprungweite des vorbeiströmenden Wassers und damit die Wahrscheinlichkeit von Wirbelbildungen in der Nische vermindert. Die durch diese Massnahme nicht restlos zu vermeidende Bildung von Unterdruck im Wasser, das sich in der Nische befindet, wird durch die Zuführung von Wasser durch eine besondere Zuflussleitung zur Nische verhindert, so dass Kavij station nicht entstehen kann.
In manchen Fällen wird es von Vorteil sein, die die Nischenbreite einschränkenden Vorsprünge aus abnehmbaren Ansatzstücken herzustellen, beispielsweise aus ausgesteiften Blechplatten, die an die übrige Nischenverkleidung geschraubt werden können.
Um das Wasser durch die Zuflussleitung mit einem möglichst grossen Druck der Nische zuführen zu können, wird vorgeschlagen, die Einlauföffnung der Zuflussleitung mit einem gegen die Strömung des Wassers gerichteten Einlaufstutzen zu versehen. Dabei ist es ohne Belang, ob die Einlauföffnung oberwasserseitig oder unterwasserseitig des beweglichen Verschlusskörpers angeordnet ist ; lediglich muss bei der erstgenannten Anordnung die Zuflussleitung in dem Falle, in dem die Dichtung des beweglichen Wasserverschlusses an dessen Oberwasserseite fest ist, mit einer Absperrvorrichtung ausgerüstet werden.
Anderseits kann es von Vorteil sein, die Nische sowohl an der unterwasserseitigen als auch oberwasserseitigen Kante gegen den Verschluss abzudichten. Auch in diesem Falle ist es zweckmässig, die Zuflussleitung, die vom Oberwasser kommt, mit einer Absperrvorrichtung zu versehen ; es können dann gegebenenfalls in trockener Nische Reparaturarbeiten vorgenommen werden, nachdem das Wasser aus der Nische durch eine absperrbare Abflussleitung zum Unterwasser abgeflossen ist.
Es sind auch Fälle denkbar, in denen die zur Verhütung der Kavitation zuzuführende Wassermenge nicht konstant ist, z. B. bei schwankender Druckhöhe in einem Staubecken, oder in denen nicht ohne weiteres die entsprechende Wassermenge bestimmbar ist. In diesen Fällen ist es von Vorteil, in die Zufluss-. leitung einen Schieber, Blenden od. dgl. einzubauen, mit denen die durch die Zuflussleitung strömende Wassermenge reguliert werden kann.
Um die zur Verhütung der Kavitation in die Nische geführte Wassermenge entsprechend der Höhe des beweglichen Wasserverschlusses in der Nische zu verteilen, ist es vorteilhaft, die insbesondere entlang der Mittellinie desNischengrundes verlaufende Zuflussleitung annähernd über die ganze Höhe des Verschlusses oder darüber hinaus reichen zu lassen und mit zur Nische hin nach den hydraulischen Erfordernissen in ver- schiedenen Abständen angeordneten und/oder verschieden grossen Öffnungen zu versehen.
Da anderseits bei nur wenig angehobenem Wasserverschluss die Gefahr von Kavitation nur in einem Bereich derNische besteht, der sich mit dem Anheben des Verschlusses nach oben ausdehnt, ist es von besonderem Vorteil, sie über die Höhe des Verschlusses zu'koppeln, dass sich die Zuflussleitung in ihrem teleskopartigen Teil entsprechend den Bewegungen des in der Nische befindlichen Verschlusses längt oder verkürzt. Die Kopplung des teleskopartigenTeiles derZuflussleitung mit der Antriebseinrichtung kann z.
B. durch ein Drahtseil erfolgen, an dem der teleskopartige Teil aufgehängt ist, und das entsprechend den Bewegungen des Verschlusses den teleskopartigen Teil der Zuflussleitung derart anhebt bzw. senkt, dass das Wasser bei ganz geöffnetem Wasserverschluss'der Nische in ihrer ganzen Höhe zugeführt wird, bei teilweise geöffnetem Wasserverschluss entsprechend dessen Hubhöhe.
In den Zeichnungen sind zweiAusführungsgeIspiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 ist ein Horizontalschnitt durch eine erfindungsgemäss ausgestattete Nische nach Linie 1-1 in Fig. 4, jedoch mit dem in Schliessstellung befindlichen beweglichen Wasserverschluss. Fig. 2 ist ein Horizontalschnitt mit gleicher Schnittführung wie Fig. l, jedoch ist die Einlauföffnung der Zuflussleitung zur Nische auf der Oberwasserseite des Wasserverschlusses. Fig. 3 ist eine vergrösserte Darstellung des Punktes m in Fig. 1 ; der Wasserverschluss und die Dichtung sind nicht dargestellt. Fig. 4 zeigt die Ansicht der Nische in Richtung IV in Fig. 1, jedoch mit angehobenem Wasserverschluss. Fig. 5 ist ein Schnitt nach Linie V-V in Fig. 1, jedoch ohne Wasserverschluss.
Der bewegliche Wasserverschluss 1 in den Fig. 1, 2 und 4 dient zum Abschluss eines an sich bekannten Druckstollens 2, in dem das Wasser bei geöffnetem Wasserverschluss in Richtung 3 strömt. Die Breite der Nische 4, in der der Wasserverschluss 1 mit Rollen 5 gegen Schienen 6 abgestützt ist, ist an der dem strömenden Wasser zugekehrten Seite durch abnehmbare-parallel zur Strömung verlaufende-Vorsprünge 7 bzw. fest mit der Nischenauskleidung 8 verbundene Vorsprünge 7a verringert, so dass die Sprungweite des vorbeiströmenden Wassers auf das geringstmögliche Mass 9 eingeschränkt ist. Die abnehmbaren Vorsprünge 7 werden durch Schrauben 10 an der Nischenauskleidung 8 gehalten.
In Fig. 1 und 4 befindet sich die Einlauföffnung 11 der Zuflussleitung 12 zur Nische 4 unterwasserseitig des Wasserverschlusses 1. Das bei geöffnetem Wasserverschluss 1 durch den Druckstollen 2 strömende Wassertritt durch einen Einlaufstutzen 13 in die Zuflussleitung 12 ein und fliesst infolge Staudruckes in der
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Zuflussleitung 12 zur Nische 4 und tritt hier durch Öffnungen 14 aus ; es ergänzt ständig die Wassermenge, die durch das an der Nische 4 vorbeiströmende Wasser aus dieser mitgerissen (abgezogen) wird, so dass sich ein die Kavitation hervorrufender Unterdruck in der Nische 4 nicht bilden kann. Der Wasserverschluss 1 ist dabei zweckmässig oberwasserseitig gegenüber der Nischenkante durch eine Dichtung 15 abgedichtet.
In dem Beispiel der Fig. 2 ist eine Zuflussleitung mit dem Einlaufstutzen 13 oberwasserseitig des Wasserverschlusses 1. Die Dichtung 15 zwischen der Nischenkante und dem Wasserverschluss ist hier unterwasserseitig von diesem angeordnet.
Der Schieber 16 in Fig. 1 und Fig. 2 dient zum Regulieren der zuströmenden Wassermenge. In besonderen Fällen kann mit seiner Hilfe der Zufluss der Nische 4 ganz gesperrt werden.
In Fig. 5 sind die Öffnungen 14 in der Zuflussleitung 12 mit von unten nach oben grösser werdenden Durchmessern ausgebildet. Hiedurch kann erreicht werden, dass infolge des Druckunterschiedes an den Öffnungen 14 die jeweils austretenden Wassermengen gleich sind. Das gleiche lässt sich auch mit entsprechend grossen Schlitzen erreichen. In manchen Fällen Kann es auch notwendig sein, die Öffnungen 14 gleich gross auszubilden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Nische zur Aufnahme der Laufrollen bzw. Gleitkufen von beweglichen Wasserverschlüssen, insbesondere Druckrohrverschlüssen, Tiefschützen od. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass die Breite ihrer offenen Seite an den oberwasserseitigen und unterwasserseitigen Kanten durch parallel zur Strömung verlaufende Vorsprünge verringert ist und dass sie mindestens eine Zuflussleitung besitzt, durch die Wasser in sie nachfliessen kann.