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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung und betriebsbereiten Aufstellung von Kleinkraftwerken sowie ein Kleinkraftwerk mit einer hydromotorischen Einrichtung und einer elektrischen Einheit zur Durchführung des Verfahrens.
Zur gesicherten Energieversorgung ist man immer häufiger bestrebt, nunmehr auch kleinere Wasserenergiereserven in rationeller Weise auszunutzen. Der zur Fertigstellung eines Kleinkraftwerkes erforderliche Aufwand ist jedoch sehr arbeitsintensiv, wobei für alle erforderlichen Tätigkeiten der Bauwerkserstellung, der Turbinenmontage sowie der Installation der elektrischen Einrichtungen verschiedene Fachkräfte herangezogen werden müssen. Mit zunehmender Entfernung des Einsatzortes des Kleinkraftwerkes vom Herstellungsort werden ausserdem die Schwierigkeiten insbesondere hinsichtlich der Koordination der verschiedenen durchzuführenden Arbeiten noch vergrössert.
Es ist gemäss AT-PS Nr. 345207 bereits ein Turbinengenerator mit liegender Welle und auf einer Seite des Generators angeordneter Einlaufspirale bekannt, wobei die Einlaufspirale um die Achse vor der Befestigung verdrehbar auf einem Grundrahmen befestigt ist. Über einen Stützblock ist auch der Generator am Grundrahmen befestigt. Diese Anordnung des Turbinengenerators und der Einlaufspirale am Grundrahmen erfolgt zwangsläufig am Einsatzort.
Es ist auch-gemäss AT-PS Nr. 343068-eine speziell ausgebildete Wasserturbine mit vertikaler Welle bekannt, bei der sich an das untere Turbinenlaufrad der Generator anschliesst.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren und ein entsprechend ausgebildetes Kleinkraftwerk zur besonders rationellen und raschen Errichtung am Einsatzort zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass sämtliche zur Stromerzeugung erforderlichen Einrichtungen vor der Überstellung zum Einsatzort in einem vorgefertigten Gehäuse in betriebsbereiter Position angeordnet und an diesem befestigt werden, dass das von dem Gehäuse umgebende Kleinkraftwerk unter gleichzeitiger Ausnutzung des Gehäuses als schützende Verpackung zum Einsatzort transportiert und dort auf ein vorgefertigtes Fundament in betriebsbereiter Lage abgestellt wird.
Mit dem nach der Erfindung vorgesehenen Verfahren wird erstmals eine besonders wirschaftliche Herstellung in kompletter Ausführung im Herstellwerk selbst ermöglicht, so dass die Errichtung des Kleinkraftwerkes am Einsatzort auf die minimale Tätigkeit der richtigen Positionierung auf dem vorbereiteten Fundament und verschiedene Fixierungsarbeiten verringert wird. Diese abzuschliessenden Tätigkeiten können problemlos von einer einzigen Fachkraft überwacht bzw. bewältigt werden, so dass auch eine besonders effiziente Errichtung des Kraftwerkes in kürzester Zeit durchführbar ist. Mit dem bereits ab Herstellwerk vorhandenen, die Einrichtungen schützenden Gehäuse ist der zusätzliche Vorteil eines beschädigungsfreien und durch die kompakte Anordnung vereinfachten Transportes gegeben.
Das Kleinkraftwerk zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das zur Aufnahme des Kleinkraftwerkes vorgefertigte Gehäuse einteilig ausgebildet und mit zur Fixierung der Einrichtungen erforderlichen Halteflanschen versehen ist. Damit ist eine kompakte Ausbildung des Kleinkraftwerkes bereits im Herstellwerk erzielbar, wobei das die Einrichtungen umhüllende Gehäuse gleichzeitig als Transportbehälter ausnutzbar ist. Mit den am Gehäuse befestigten Halteflanschen ist eine einfache und zweckmässige Fixierung der verschiedenen Einrichtungen in ihrer endgültigen betriebsbereiten Position einerseits und für einen sicheren Transport anderseits erreichbar.
Gemäss einer bevorzugten Ausführung der Erfindung besteht das Gehäuse aus zwei entlang einer zur Gehäuselängsrichtung senkrecht verlaufenden Ebene voneinander getrennten Teilen, wobei das Gehäuse aus zwei entlang einer zur Gehäuselängsrichtung senkrecht verlaufenden Ebene voneinander getrennten Teilen besteht, wobei der untere Gehäuseteil zur Befestigung der hydromotorischen Einrichtung und der obere Gehäuseteil zur Befestigung der elektrischen Einheit ausgebildet ist. Mit dieser zweiteiligen Ausbildung kann die hydromotorische Einrichtung einerseits und die elektrische Einheit anderseits jeweils bereits in der speziellen Fabrikationsstätte im entsprechenden Gehäuseteil befestigt werden. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn es sich dabei um zwei örtlich voneinander getrennte Fabrikationsstätten handelt.
Die mechanische Verbindung zwischen der Turbinenantriebswelle und dem im andern Gehäuseteil befindlichen Generator kann in einfacher Weise durch eine entsprechende Kupplung erfolgen. Die Teilung des Gehäuses
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hat ausserdem den Vorteil von kleineren, leichter zu transportierenden Einheiten zur Folge.
Eine weitere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Randflächen der durch die Teilung des Gehäuses gebildeten Öffnungen der beiden Gehäuseteile eine stufenförmige, gegen- gleiche Ausbildung aufweisen. Mit dieser falzförmigen Ausbildung des Öffnungsrandes ist eine einfache und genaue Zentrierung der beiden Gehäuseteile zueinander ausführbar. Deswegen kann eine Abdeckplatte zur Schliessung der beiden Gehäuseteile für den Transport sicher befestigt werden.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Öffnungen der beiden
Gehäuseteile jeweils durch einen Gitterrost abgedeckt sind. Damit ist ein ausreichender Schutz während des Transportes als Abdeckplatte für die Gehäuseöffnung gewährleistet, wobei durch die Rostausbildung eine hohe Gewichtsersparnis erzielt wird.
Zur einfachen und dauerhaften Verbindung der beiden Gehäuseteile ist gemäss einer andern Ausführung im Bereich der Öffnungen der beiden Gehäuseteile jeweils ein Flansch vorgesehen.
Diese Verbindungsvariante ist besonders bei Verwendung von Stahl als Werkstoff für die Gehäuseteile von Vorteil.
Gemäss einer andern Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse im Bereich der elektrischen Einheit bzw. der mit der elektrischen Einheit verbundene obere Gehäuseteil eine Türöffnung mit einer entsprechenden Tür auf. Auf diese Weise ist ohne nachträgliche Veränderung des Gehäuses am Einsatzort ein ständiger Zugang zu den Einrichtungen möglich.
Eine andere Ausbildung besteht darin, dass das Gehäuse aus Betonfertigteilen mit einbetonierten Flanschen zur Befestigung der Einrichtungen gebildet ist. Damit ist eine besonders wirtschaftliche Fertigung möglich, wobei mit den einbetonierten Flanschen auch eine sichere, dauerhafte Befestigung der Kraftwerkseinrichtungen möglich ist. Eine weitere vorteilhafte Fertigung des Gehäuses besteht aus Stahl mit angeschweissten Halteflanschen, wodurch eine sehr stabile, mit geringem Aufwand transportierbare Anordnung geschaffen ist.
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das Gehäuse zylinderförmig ausgebildet, wodurch eine hohe Stabilität und Druckfestigkeit erzielbar und die Herstellung vereinfacht ist.
Eine andere Ausführungsvariante ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse bzw. die Gehäuseteile im Bereich der Ecken mit durch Schlaufen, Haken od. dgl. gebildeten Haltevorrichtungen verbunden ist bzw. sind.
Mit dieser Ausbildung ist sowohl eine sichere Erfassung und Überstellung auf Transportmittel als auch eine problemlose Aufstellung am Einsatzort mit Hilfe eines Kranes möglich, wobei keine erst von einer sorgfältigen Befestigung abhängenden Hilfsmittel erforderlich sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass das Gehäuse bzw. der untere Gehäuseteil im Bereich des Wasserzu-und-ablaufes für den hydromotorischen Antrieb eine entsprechende Wasserdurchlass-Öffnung aufweist. Damit ist ohne nachträgliche Eingriffe in das Gehäuse ein funktionsbereites Kraftwerk vorhanden, wobei zum Schutz des hydromotorischen Antriebes während des Transportes entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung Verschlussteile für die Öffnungen vorgesehen sind.
Nach einer andern Erfindungsausführung können im Bereich der Öffnungen an der Aussenseite des Gehäuses Einrichtungen zur Befestigung eines Turbineneinlauf-bzw. Saugrohres angeordnet sein, so dass eine feste Verbindung dieser nach aussen ragenden Anschlussstücke gewährleistet ist.
Schliesslich besteht noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung darin, dass im Bereich der Wasserdurchlass-Öffnungen des Gehäuses Vorrichtungen zur Befestigung eines Turbineneinlaufbzw. Saugrohres angeordnet sind. Damit ist insbesondere bei kleineren Einheiten eine einfache Vorfertigung auf den allseitig zugänglichen Rahmen möglich. Anderseits ist auch die Fixierung der gesamten Einheit durch eine Reduzierung der Fixierungspunkte erleichtert. Insbesondere bei Verwendung von Betonfertigteilen für das Gehäuse ist auch eine vorteilhafte Reduzierung der einzubetonierenden Anschlussflansche erzielbar. Es kann der Rahmen anderseits beispielsweise bei Verwendung von glasfaserverstärktem Kunststoff für das Gehäuse aber gleichzeitig auch als Verstärkung verwendet werden.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen : Fig. l einen Querschnitt durch ein schematisch dargestelltes Kleinkraftwerk, Fig. 2 eine Draufsicht auf die untere Hälfte des Gehäuses, Fig. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Gehäuseform, Fig. 4 eine Draufsicht auf den unteren Gehäuseteil einer weiteren Ausführung und Fig. 5 einen Querschnitt durch eine andere Gehäuseform.
Das in Fig. l und 2 ersichtliche Kleinkraftwerk --1-- setzt sich im wesentlichen aus einer als Rohrturbine mit axialem Wasserdurchlauf ausgebildeten hydromotorischen Einrichtung --2-und einer aus Generator, Reglern und Schalttafeln gebildeten elektrischen Einheit --3-- zusammen.
Diese Kraftwerkseinrichtungen sind von einem aus einem unteren und einem oberen Gehäuseteil 5--bestehenden Gehäuse umgeben. Sowohl der untere als auch der obere Gehäuseteil --4, 5-- bestehen aus vorgefertigten Stahlelementen, die an der einander zugekehrten Seite jeweils eine Öffnung zur Bildung eines gemeinsamen, quaderförmigen Raumes aufweisen. Zur sicheren Verbindung der beiden Gehäuseteile-4, 5-- ist im Bereich der Öffnung, jeweils ein umlaufender Flansche --6, 7-- vorgesehen. An den inneren Seitenwänden sind Halteflanschen --8, 9-zur Fixierung der Kraftwerkseinrichtungen --2, 3-- angeordnet. Im unteren Gehäuseteil --4-- sind an der Aussenseite von Wasserdurchlass-Öffnungen --10-- ebenfalls Vorrichtungen --11-- zur Befestigung eines nicht dargestellten Turbineneinlauf- und Saugrohres vorgesehen.
Das Kleinkraftwerk --1-- ruht auf einem am Einsatzort gefertigten Fundament --12--. Wie besonders in Fig. 2 ersichtlich, sind an den zur Rohrturbine --2-- parallelen Längsseiten des unteren und auch oberen Gehäuseteiles --4, 5-- Versteifungsrippen --13-- zur Erhöhung der Gehäusesteifigkeit angeordnet. Ein nur zum Teil dargestellter Gitterrost --14-- dient sowohl als Abdeckung der unteren Gehäuseteilöffnung während des Transportes zum Einsatzort als auch anschliessend im Betrieb als Zwischenboden, so dass das Kleinkraftwerk --1-- durch eine im oberen Gehäuse- teil --5-- vorgesehene Tür --15-- betreten werden kann.
Die aus Stahl gefertigten Gehäuseteile --4, 5-- werden zweckmässigerweise in einer dafür spezialisierten Fabrik gefertigt und bereits mit den erforderlichen Flanschen und Haltevorrichtungen zur Fixierung der Kraftwerkseinrichtungen ausgerüstet. Infolge der zweiteiligen Gehäuseausbildung kann der untere Gehäuseteil --4-- sofort an die Herstellfirma der Turbine und der entsprechende obere Gehäuseteil --5-- an eine Elektrofirma zur Installation der für die Stromerzeugung erforderlichen elektrischen Einrichtungen transportiert werden. Nach Fixierung der Kraftswerkseinrichtungen in den jeweiligen Gehäuseteilen --4, 5-- kann die Überstellung des nunmehr komplett eingerichteten Kleinkraftwerkes-l- zum vorgesehenen Einsatzort erfolgen.
Die in Fig. 3 ersichtliche Gehäuseform setzt sich aus einem unteren, aus Beton gefertigten Gehäuseteil --16-- mit einer Rohrturbine --18-- und einem oberen, aus Stahl gefertigten Gehäuseteil --17-- mit einer elektrischen Einheit --19-- zusammen. In einem stufenförmig ausgebildeten Öffnungsrand. des unteren Gehäuseteiles --16-- ist ein als Zwischenboden dienender Deckel --20-mit einer entsprechenden Durchlassöffnung für die Generatorantriebswelle vorgesehen.
Ein in Fig. 4 ersichtlicher unterer Gehäuseteil --21-- weist nach innen abstehende Flansche --22-- zur Verbindung mit einem oberen Gehäuseteil auf und ist zylinderförmig ausgebildet.
Die in Fig. 5 ersichtlichen Gehäuseteile --23, 24-- bilden ein Kleinkraftwerk mit einer geneigt angeordneten Rohrturbine --25--. Der untere, quaderförmige Gehäuseteil --23-- besteht aus einem Betonfertigteil mit integriertem Turbineneinlauf- und Absaugrohr --26, 27--. Der obere Gehäuseteil --24-- besteht aus einer Stahlkonstruktion mit an Ecken befestigten, zum Transport vorgesehenen Haltevorrichtungen --28--.
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The invention relates to a method for manufacturing and ready to install small power plants and a small power plant with a hydromotor device and an electrical unit for performing the method.
For a secure energy supply, efforts are increasingly being made to use smaller water energy reserves in a rational manner. However, the effort required to complete a small power plant is very labor-intensive, with various specialists having to be consulted for all the necessary activities for building construction, turbine assembly and the installation of the electrical equipment. With increasing distance from the place of use of the small power plant to the place of manufacture, the difficulties, in particular with regard to the coordination of the various work to be carried out, are further increased.
According to AT-PS No. 345207, a turbine generator with a lying shaft and an inlet spiral arranged on one side of the generator is already known, the inlet spiral being fastened on a base frame so that it can be rotated about the axis before attachment. The generator is also attached to the base frame via a support block. This arrangement of the turbine generator and the inlet spiral on the base frame inevitably takes place at the place of use.
According to AT-PS No. 343068, a specially designed water turbine with a vertical shaft is also known, in which the generator is connected to the lower turbine impeller.
The object of the invention is to create a method and a suitably designed small power plant for particularly efficient and rapid erection at the place of use. This object is achieved according to the invention in that all the devices required for power generation are arranged in a ready-to-use position in a prefabricated housing before being transferred to the place of use and attached to it, in that the small power plant surrounding the housing is transported to the place of use while protecting the housing as protective packaging and placed there on a prefabricated foundation in an operational position.
With the method provided according to the invention, a particularly economical production in a complete version in the manufacturing plant itself is made possible for the first time, so that the construction of the small power plant at the place of use is reduced to the minimal activity of correct positioning on the prepared foundation and various fixing work. These activities to be completed can be easily monitored or mastered by a single specialist, so that a particularly efficient construction of the power plant can be carried out in the shortest possible time. With the housing that already protects the equipment from the manufacturing plant, there is the additional advantage of damage-free and simplified transport due to the compact arrangement.
The small power plant for carrying out the method is characterized in that the housing which is prefabricated to accommodate the small power plant is formed in one piece and is provided with holding flanges which are necessary for fixing the devices. A compact design of the small power plant can thus already be achieved in the manufacturing plant, the housing enveloping the facilities being simultaneously usable as a transport container. With the retaining flanges attached to the housing, the various devices can be easily and conveniently fixed in their final, ready-to-use position on the one hand and for safe transport on the other.
According to a preferred embodiment of the invention, the housing consists of two parts separated from one another along a plane perpendicular to the longitudinal direction of the housing, the housing consisting of two parts separated from one another along a plane perpendicular to the longitudinal direction of the housing, the lower housing part for fastening the hydromotor device and the upper housing part is designed for fastening the electrical unit. With this two-part design, the hydromotor device on the one hand and the electrical unit on the other hand can already be fastened in the corresponding housing part in the special manufacturing site. This is particularly advantageous if it concerns two manufacturing sites that are separate from each other.
The mechanical connection between the turbine drive shaft and the generator located in the other housing part can be made in a simple manner by a corresponding coupling. The division of the housing
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also has the advantage of smaller, easier to transport units.
A further embodiment is characterized in that the edge surfaces of the openings of the two housing parts formed by the division of the housing have a step-like, opposite configuration. With this fold-shaped design of the opening edge, simple and precise centering of the two housing parts with respect to one another can be carried out. Therefore, a cover plate for closing the two housing parts can be securely attached for transport.
Another embodiment of the invention is that the openings of the two
Housing parts are each covered by a grate. Adequate protection during transport as a cover plate for the housing opening is thus ensured, with the rust formation achieving a high weight saving.
According to another embodiment, a flange is provided in each case in the area of the openings of the two housing parts for simple and permanent connection of the two housing parts.
This connection variant is particularly advantageous when steel is used as the material for the housing parts.
According to another embodiment of the invention, the housing has a door opening with a corresponding door in the area of the electrical unit or the upper housing part connected to the electrical unit. In this way, constant access to the facilities is possible without having to change the housing at the place of use.
Another training is that the housing is made of prefabricated concrete parts with concreted-in flanges for fastening the devices. This enables particularly economical production, and the flanges concreted in also enable secure, permanent fastening of the power plant equipment. Another advantageous production of the housing consists of steel with welded-on holding flanges, which creates a very stable arrangement that can be transported with little effort.
According to a further advantageous embodiment of the invention, the housing is cylindrical, whereby high stability and pressure resistance can be achieved and the manufacture is simplified.
Another embodiment variant is characterized in that the housing or the housing parts is or are connected in the region of the corners with holding devices formed by loops, hooks or the like.
With this training, both a safe detection and transfer to means of transport and a problem-free installation on site with the help of a crane are possible, with no aids depending on careful fastening being necessary.
A further advantageous embodiment is that the housing or the lower housing part has a corresponding water passage opening in the area of the water inlet and outlet for the hydromotor drive. This means that a functional power plant is available without subsequent intervention in the housing, and in order to protect the hydromotor drive during transport, closure parts are provided for the openings in accordance with a development of the invention.
According to another embodiment of the invention, in the area of the openings on the outside of the housing, devices for fastening a turbine inlet or Suction tube can be arranged so that a firm connection of these outwardly projecting connectors is guaranteed.
Finally, yet another embodiment of the invention is that in the area of the water passage openings of the housing, devices for fastening a turbine inlet or Suction pipe are arranged. This enables simple prefabrication on the all-round accessible frame, especially for smaller units. On the other hand, the fixation of the entire unit is also facilitated by a reduction in the fixation points. In particular when using precast concrete parts for the housing, an advantageous reduction in the connecting flanges to be concreted in can also be achieved. On the other hand, the frame can also be used as reinforcement, for example when using glass-fiber-reinforced plastic for the housing.
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The invention is explained in more detail below with reference to several exemplary embodiments shown in the drawings. 1 shows a cross section through a schematically illustrated small power plant, FIG. 2 shows a top view of the lower half of the housing, FIG. 3 shows a cross section through another housing shape, FIG. 4 shows a top view of the lower housing part of a further embodiment, and 5 shows a cross section through another housing shape.
The small power plant --1-- shown in FIGS. 1 and 2 essentially consists of a hydromotor device --2 - designed as a tubular turbine with an axial water flow and an electrical unit --3-- formed from a generator, controllers and control panels.
These power plant devices are surrounded by a housing consisting of a lower and an upper housing part 5. Both the lower and the upper housing part --4, 5-- consist of prefabricated steel elements, each of which has an opening on the side facing each other to form a common, cuboid-shaped space. For the secure connection of the two housing parts-4, 5--, a circumferential flange -6, 7-- is provided in the area of the opening. Holding flanges --8, 9 - are arranged on the inner side walls to fix the power plant equipment --2, 3--. In the lower part of the housing --4-- there are also devices --11-- on the outside of water passage openings --10-- for fastening a turbine inlet and suction pipe, not shown.
The small power plant --1-- rests on a foundation --12-- made on site. As can be seen particularly in FIG. 2, stiffening ribs --13-- are arranged on the longitudinal sides of the lower and also upper housing part --4-- parallel to the tubular turbine to increase the housing stiffness. A grating --14--, which is only shown in part, serves both as a cover for the lower opening of the housing part during transport to the place of use and subsequently as an intermediate floor during operation, so that the small power station --1-- through a --5 - in the upper housing part - the intended door --15-- can be entered.
The housing parts --4, 5-- made of steel are expediently manufactured in a specialized factory and are already equipped with the necessary flanges and holding devices for fixing the power plant equipment. As a result of the two-part housing design, the lower housing part --4-- can immediately be transported to the turbine manufacturing company and the corresponding upper housing part --5-- can be transported to an electrical company for installing the electrical equipment required for power generation. After the power plant equipment has been fixed in the respective housing parts --4, 5--, the now fully equipped small power plant-l- can be transferred to the intended place of use.
The housing shape shown in Fig. 3 consists of a lower housing part made of concrete --16-- with a tubular turbine --18-- and an upper housing part made of steel --17-- with an electrical unit --19 -- together. In a step-shaped opening edge. The lower housing part --16-- is provided with a cover --20- serving as an intermediate floor with a corresponding passage opening for the generator drive shaft.
A lower housing part --21-- shown in FIG. 4 has inwardly projecting flanges --22-- for connection to an upper housing part and is cylindrical.
The housing parts --23, 24-- shown in Fig. 5 form a small power plant with an inclined tubular turbine --25--. The lower, rectangular housing section --23-- consists of a precast concrete part with an integrated turbine inlet and suction pipe --26, 27--. The upper part of the housing --24-- consists of a steel structure with holding devices --28-- attached to corners and intended for transport.
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