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Auskleidung für Druckschächte von Wasserkraftanlagen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Auskleidung für durchs Gebirge führende Druckschächte von Was- serkraftanlagen mit vorfabrizierten Rohren aus Zementmörtel, Beton oder einem ähnlichen Material, wel- che mit äusseren und inneren Dichtungsschalen aus gut dehnbarem Material versehen sind.
Für die Auskleidung derartiger Druckschächte kamen bisher, wo höhere Drücke aufzunehmen waren, zumeist Panzerungen zur Anwendung, welche mit dem Gebirge zusammen den Triebwasserdruck und für sich allein einen von aussen wirkenden Gebirgswasserdruck aufnehmen können. Häufig ist jedoch die Quali- tät des Gebirges so gut, dass es allein den Triebwasserdruck tragen könnte. In einem solchen Falle würde es genügen, eine dünne, gut dehnbare Dichtungshaut z. B. aus weichem Baustahl anzubringen, um zu verhindern, dass das Triebwasser durch Risse und Klüfte des Gebirges entweichen kann. Da aber zumeist ein
Gebirgswasserdruck auftritt, würde eine weiche dünne Panzerung einbeulen.
Es wird nun vorgeschlagen, als Auskleidung ein aussendruckfestes Stützrohr, welches mit einer äusseren und einer inneren Dichtunghaut versehen ist, zu verwenden.
Es sind Verfahren bekannt, nach welchen sogenannte Doppelrohre als Auskleidung für Druckschächte benützt werden. Bei einem derartigen Ausführungsvorschlag wird aus schweisstechnischen Gründen die grosse Wanddicke des Einfachrohres in zwei etwa gleich grosse Schalen aufgelöst. Eine andere Ausführung hat bei der Auflösung in ein Doppelrohr auch die dadurch bewirkte Vergrösserung des Widerstandsmomentes der Rohrwandung gegenüber dem Einfachrohr im Auge, damit der Gebirgswasserdruck aufgenommen werden kann. Allen diesen Konstruktionen ist gemeinsam, dass die Rohrschalen allein oder zusammen mit dem Gebirge den Innendruck tragen, während der Aussendruck nur durch die Rohrschalen aufgenommen wird. Der zwischen den Rohrschalen befindliche Füllstoff verbindet die beiden tragenden Schalen in geeigneter Weise, um eine Verbundwirkung sicherzustellen.
Eine solche Wirkung kommt jedoch für den Zweck der gegenständlichen Erfindung nicht in Betracht.
Bei dieser wirkt das Zementmörtel-bzw. Betonrohr allein und ohne spürbare Mitwirkung der Dichtungshäute und soll nur die vom Aussendruck herrührenden Kräfte aufnehmen, während das Gebirge den Innendruck tragen muss. Dabei gibt das Rohr lediglich die vom Triebwasserinnendruck herrührenden Kräfte an das Gebirge weiter.
So gelangt man zu einer neuartigen Auskleidung, bei welcher es unter der Voraussetzung einer guten Qualität des Gebirges und einer ausreichenden Gebirgsüberlagerung erstmals möglich ist, die gesamte Innendruckbelastung durch das Gebirge tragen zu lassen, ohne befürchten zu müssen, dass die Auskleidung bei entleerter Triebwasserröhre durch den Gebirgswasseraussendruck eingedrückt wird ; die bisher verwendeten, dickwandigen Panzerungen können durch ein wesentlich weniger aufwendiges Bauelement ersetzt werden.
Die erfindungsgemässe Auskleidung ist dadurch gekennzeichnet, dass diese aus vorfabrizierten Rohren aus Zementmörtel, Beton oder einem ähnlichen Material gebildet ist, welche so bemessen sind, dass sie den Gebirgswasserdruck aufnehmen können, und welche an den Innen- und Aussenflächen mit Dichtungshäuten aus gut dehnbarem Material (weicher Baustahl, Aluminiumlegierung, Kunststoff, Gummi, Bitumen mit Einlage u. dgl.) versehen sind. Die Rohre werden entweder in einem einschlägigen Lieferwerk oder an einem besonders hiefür eingerichteten Arbeitsplatz in der Nähe der Montagestelle gefertigt. Für die Herstellung wird ein möglichst hochwertiges und druckfestes Material verwendet, dessen Einbringung sehr sorgfältig erfolgen muss, damit ein gleichmässiges und dichtes Gefüge erzielt wird.
Es kommen dafür neuzeitliche Verfahren der Betonherstellung, wie Verdichten durch Rütteln oder Schleudern bzw. Vakuum-
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beton, in Frage. Die äussere Dichtungshaut hat die Aufgabe, die entleerte Triebwasserröhre gegen das Gebirgswasser abzudichten. Da sie ganz im Beton eingebettet liegt, besteht keine starke Verrostungsgefahr ; sie kann deshalb aus gewöhnlichem weichem Baustahl hergestellt werden. Die innere Dichtungshaut dient dazu, ein Entweichen des Triebwassers zu verhindern, die Druckverluste in der Triebwasserströmung durch eine glatte Oberfläche herabzusetzen und die Gefahr zu beseitigen, dass Teile vom Betonrohr abbröckeln und die Turbinen verletzen können. In Sonderfällen kann es aber möglich sein, die innere Schale entfallen zu lassen ; dann übernimmt die äussere Schale die Abdichtung in beiden Richtungen.
Die inneren Dichtungshäute können entweder bereits im Zuge der Rohrherstellung oder aber erst an den verlegten Auskleidungsrohren angebracht werden.
Bei der erfindungsgemässen Auskleidung können weiters die inneren Dichtungshäute der Rohre aus nichtrostendem Material, wie Aluminiumlegierungen, aus plattierten Blechen od. dgl. hergestellt werden, um die Innenflächen vor Rostangriff zu schützen.
Die Verbindung der Rohre kann aber gut verformbare Profilringe, deren Berührungsflächen senkrecht zur Rohrachse liegen, durch Schweissung erfolgen. Damit wird eine leichte Einrichtbarkeit der Rohre bei der Montage und die gute Verformbarkeit der Verbindungsstelle erreicht. An Stelle dieser Montageverbindung können gegebenenfalls aber auch andere sonst übliche Schweissverbindungen Verwendung finden.
Die bisher bei Panzerrohren üblichen Ausführungsformen der Montageschweissnähte mit einer äusseren Schweisslasche werden hier kaum anzuwenden sein, weil die Wanddicke der Dichtungshäute sehr klein ist im Verhältnis zum Rohrdurchmesser.
Anschliessend werden zwei Anwendungsbeispiele sowie der Einbauvorgang an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Nach der einen in den Fig. 1 und 3 dargestellten Anwendungsform werden die mit den Dichtungshäu- ten 4 und 5 versehenen Stützrohr l ohne stirnseitigen Abschluss vorfabriziert. Bei der Montage erfolgt die
Verbindung der Rohre über die Profilringe 6 durch die Schweissnaht 7. Anschliessend werden die inneren
Dichtungshäute 5 durch ein ringförmiges Band 8 verbunden und der zwischen den Betonkörpern 1 freiblei- bende Raum 9 mit Material ausgefüllt, welches in seiner Zusammensetzung dem Material des Rohres ent- spricht.
Nach der andem, in den Fig. 2 und'4 dargestellten Anwendungsform werden die Stirnseiten der mit Dichtungshäuten 4 und 5 versehenen Stützrohr 1 durch die Profilringe 12 dicht verschlossen und bei der
Montage über diese Ringe durch die Schweissnaht 13 verbunden. Zur Herabsetzung der Strömungsverluste soll der Hohlraum bei Schweissnaht 13 durch ein eingeschweisstes ringförmiges Band 14 überbrückt wer- den.
Unabhängig von der gewählten Ausführungsform kann es zweckmässig sein, das Stützrohr 1 mit einem Stahlgerüst 10-z. B. einem Baustahlgitter - zu bewehren, damit die bei der Aufweitung entstehenden Risse klein bleiben und sich gut über den ganzen Umfang verteilen. Weiters kann es sich als notwendig erweisen, die inneren Dichtungshäute 5 an Profilringen 11 zu verankern, um ein Abheben der dünnen Bleche zu vermeidenr Diese Verankerung könnte auch durch Verschweissen mit im Rohr 1 eingegossenen Profileisen erfolgen, welche in der Rohrlängsrichtung verlegt sind.
Die erfindungsgemässe Auskleidung wird an einem oder an beiden Enden an eine konventionelle Stahlrohrleitung angeschlossen ; eine derartige Verbindung ist in der Fig. 5 dargestellt.
Das Einbauverfahren sei am Beispiel der Auskleidung eines geneigten Druckschachtes erläutert. Die vorfabrizierten Rohre werden vom oberen Druckschachtende aus an den Einbauort gebracht, mit dem anschliessenden Rohr zusammengeheftet, eingerichtet, bergseitig durch einen Sattel unterstützt und dann über die Profilringe 6 bzw. 12 durch Schweissung verbunden. Anschliessend an die Montage wird der Zwischenraum 2 zwischen der äusseren Dichtungshaut 4 und dem Fels 3 in bekannter Weise, z. B. nach dem Prepactverfahren, hinterfüllt. Für das Einbringen des Prepactmörtels können, wie bisher üblich, Injektions- öffnungen in den Rohrwandungen angebracht werden ; sie werden durch Büchsen gebildet, die dicht mit den Aussen-und Innenhäuten der Rohre verbunden werden müssen.
Abschliessend kann eine Nachinjektion der Betonhinterfüllung 2 und der Gebirgsummantelung 3 in üblicher Weise erfolgen.
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