Verfahren für Wasserstandregulierung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuert: von Verstellorganen an Turbinen und Wehrschützen für die Wasserstandregulierung von Stauanlagen.
Steuerungsverfahren bekannter Art zum Regulieren von Stauhöhen reagieren auf Wasserstandveränderun- gen, z. B. per cm und beinflussen Kontakteinrichtungen, welche Steuerimpulse an die Verstellorgane von Wehr schützen und Turbinenregulatoren ausgeben. Das Anhal ten so eingeleiteter Arbeitsgänge geschieht durch Rück führung der Kontakteinrichtungen von den Verstellorga- nen her. Es ist eine Rückführung bekannt, welche bei Umkehr der Störrichtung die Dauer des ersten Steuerim pulses zu wählen gestattet. Alle nachfolgenden Impulse sind dagegen wieder stufengleich.
Einem Steuerimpuls bestimmter Dauer folgt eine proportionale Änderung des Hubes der Verstellorgane. Nur vom Wasserstand als Kriterium angeregte Steue rungen benötigen besondere Dispositionen zur Stabilisie- rung (Leergang um den Sollwert herum oder selbstre gelnden Überfall). Sie erfordern zahlreiches Schalten der Verstellorgane, da nur proportionale Folgenverstellun- gen erfolgen. Die unvermeidlichen Rückführungen sind verhältnismässig kompliziert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine auftretende Störgrösse bis zur Ausgabe des nächsten Stufenimpulses ab einem Wasserstandmelder so zu erfas sen, dass die Korrektur der Störgrösse mit einem einzigen Steuerimpuls von entsprechend langer Dauer auf die Verstellorgane geschieht. Damit wird eine Rück führung von Letzteren her überflüssig.
Das vorgesehene Verfahren sucht diese Forde rung dadurch zu erfüllen dass ausser der Wasser- standännderung z. B. in Cm-Stufen zusätzlich die Zeit von der Ausgabe des letzten Steuerimpulses bis zum nächst folgenden berücksichtigt wird. So werden die Regulier vorgänge mit entsprechend langen Impulsen gesteuert, ohne dass eine Rückführung notwendig wird.
Dieses Verfahren gestattet Feinregulierung innerhalb eines zu gewiesenen Pegelbereiches, darüber hinaus Grobregulie rung durch entsprechend lange, pausenlose Laufzeit der Stellorgane bei Hochwasser oder Schwallwasser (Ab schaltung von Turbinenleistung), wobei die Feinregulie rung vorübergehend ausgeschaltet wird. Die Anpassung an den jeweiligen Charakter der zu regelnden Gewässer erfolgt mit verstellbaren und austauschbaren Bauelemen ten.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass die Steuerimpulsdauer auf Verstellor- gane in Abhängigkeit gebracht wird von einer Wasser mengenänderung, erfasst aus einer Wasserstandhöhen- veränderung und deren zeitlichen Verlauf.
Nachfolgend ist ein ausgeführtes Beispiel diese Verfahrens anhand der beiliegenden Zeichnung erläu tert. Des besseren Verständnisses halber ist eine Arbeits stellung, nicht die Ausgangsstellung gezeichnet worden. Beschrieben ist der Steuerpunkt W des hydraulischen Schemas (rechts oben).
Achse A ist vom Schwimmer her über die Seiltrom mel A 1 angetrieben und besitzt die Sperrscheiben A 2 u. A 3, welche bei Richtungswechsel sofort unterbrechen. Ferner die Nockenscheibe 4, welche alle 2 cm Stauhö- henänderung die Schalter 1 und 2 umlegt, und dem Antrieb für die Achse B, der in der Übersetzung so zü wählen ist, dass der ganze Plus- und Minus-Regulierbe- reich, der mehrere Umdrehungen von A benötigen kann, auf eine einzige Umdrehung, resp. ca. 355 der Achse h reduziert wird.
Achse B nach Überschreiten der als unreguliert zulässigen Abweichung vom Sollwert des Pegelstandes, setzt, wie dies für den gezeichneten Fall Wasserstanrt sinkt ersichtlich ist, die Nockenscheibe B 1 den Appa rat unter Spannung. B 3 bereitet nach 2 cm erneuter Abweichung den Strompfad auf das Stehorgan der Schütze 4 vor (B 3 = Schütze 4 schliessen, B 4 = Schütze 4 öffnen). B 5 setzt das Zeitlaufwerk EZ (1 Umdrehung in 30 Minuten) in Gang.
B 6 bis B 9 sind für ratenweise Schliessung der Schützen 1 bis 3 bei Hochwasser bestimmt, nachdem vorher durch B 12 das Steuersignal Schützen 1 bis 3 öffnen von der Station ST her abgeschaltet und die Betätigung dieser Schützen von B 6-B 9 über B 11 möglich geworden ist. B 12 öffnet den Kontakt 1 cm Pegelstand früher als B 11 ihn schliesst. B 10 öffnet Schütze 4 direkt auf 2,5 m, wenn durch die normale Regulierung 1,5 m Durchlass erreicht wurde, weil die Wasserführung so gross wurde, dass bei voller Öffnung von 4 der Pegelstand bei W ohnehin nicht mehr gehalten werden kann. B 13 bedient Minimal- und Maximal-Alarme.
Achse C, angetrieben von Motor L, eine Umdrehung in zwei Minuten, läuft über A 4/1 oder A 4/2 jedesmal, wenn der Pegelstand sich um 2 cm verändert hat. Wenn der Schwimmer, resp. die Regelstrecke die eingeschlage ne Richtung wechselt, wird CL und der Betätigungsstrom auf die Stehorgane durch A 2/1 oder A 3/2 sofort ausge schaltet.
Läuft CL an, so unterbricht dieser nach Ablauf von einem halben Umgang durch C 1 seine Anspeisung, hat aber bereits C 2 für die nächsten 2 cm Stauänderung vorbereitet, läuft aber erst bei erneuter Umschaltung von A 4 wieder an, um wiederum einen halben Umgang zu drehen usf. C 3 und C 4 geben bei jedem 1/2 Umgang einen einstellbaren Kurzimpuls für die Stellmotoren ab. Der Grund dafür ist im Verhalten der Achse D be dingt.
Achse D wird angetrieben von ihrem Zeitlaufwerk Z, eine Umdrehung in 15 Min. und dem Laufmotor, eine Umdrehung in zwei Minuten. Beide Motoren sind mit Überholkupplungen ausgerüstet. Die Nockenscheiben D 1 und D 2 sind, wie C 1 und C 2 überlappt und werfen Z bei jedem Umlegen von A 4 an. Der Anwurf von DZ erfolgt durch A 4/1 oder A 4/2. Bei Drehung der Achse D durch DZ läuft nach 70 Sekunden Nocke D 3 auf, um den Strompfad auf B 3 vorzubereiten. Nach Ablauf der halben Umdrehung unterbricht D 1 den Laut von DZ und D 3. Dieses Verhalten bedeutet, dass während der Ablaufzeit von DZ der Pegelstand entweder unverändert stehen blieb, oder seine Richtung wechselte. Im letzten Falle hat A 2/1 geöffnet.
Würde D bis zur Selbstausschaltung von DZ allein 1/2 Umgang gedreht, also vom schneller laufenden DL nicht überholt, so ist D gegenüber C in falsche Lage gekommen. D bleibt nun stehen. Dass DZ überhaupt gelaufen ist, bedeutet, dass der Sollwert am Pegel noch nicht erreicht war, oder in der abgelaufenen Zeit von 7,5 Minuten keine Stauverän derung um 2 cm erfolgte, weshalb zur Korrektur den noch ein kleiner Impuls ausgehen sollte. Dieser kann auf zwei Arten entstehen: 1. Werden die 2 cm Änderung innert 30 Minuten erreicht, legt also A 4 um' so läuft CL an und gibt über C 3 einen Kurzimpuls ab. C und D stehen danach wieder richtig zueinander. Dadurch wird auch DZ wieder angeworfen und beginnt für die nächsten 2 cm die Zeitmessung.
2. Achse E, bleibt der Stau ausserhalb seines Sollwertes in Beharrung oder ändert er nur sehr langsam, so wird EZ alle 30 Minuten durch den Nocken E 1 den Motor EL, eine Umdrehung in zwei Minuten, anwerfen, der über den Nocken E 2 einen kurzen Impuls durch schaltet und so langsam den Pegelsollwert anstrebt. Die Nockenscheibe B 5 bestimmt diejenigen Pegelstände, zwischen welchen EZ in Betrieb sein soll. EZ und EL sind mit Überholkupplungen ausgerüstet.
Die Nockenscheiben D 3 und D 4 für die Impulsaus gabe an die Stellorgane der Schütze 4 und D 5 und D 6 zum Anwurf des schnelleren Motors DL, drehen, ange trieben von DZ zuerst 70 Sekunden leer, bevor die Kurven auflaufen und die Strompfade vorbereiten. Hat DZ infolge langsamer Stauänderung die Achse D 1/2 Umgang gedreht und sich ausgeschaltet, so wird bei Umlegen von A 4 DZ sofort zu laufen beginnen. C läuft ebenfalls, gibt den Kurzimpuls ab und nimmt die richtige Stellung zu D ein. C benötigt dazu 60 Sekunden. Nocken D 3 bis D 6 dürfen in dieser Zeit noch nicht auflaufen, da sonst D 4 ebenfalls einen Impuls, unter Umständen bis zu 50 Sekunden Dauer, ausgeben würde. D 3 und D 4 geben Steuerimpulse von dosierter Länge an die Stellmotoren ab.
Diese Impulse sind umso hänger je weniger Zeit zwischen 2 cm Stauänderung abläuft und umso kürzer, je länger dieses dauert. So können im vorliegenden Falle die Stellmotoren bis zu 50 Sekunden lang dauerne Impulse empfangen.
Für Feinregulierung benötigt es nur die Scheiben B 1 bis B 5. B 6 bis B 12 dienen dem speziellen Fall der beschriebenen Anlage für die Erfüllung des Wehrregle- mentes anlässlich Hochwasser.
Für Grobregulierung besitzen andere Anlagen auf Achse B Nockenscheiben, deren Eingriffspunkte ab bestimmten Pegelständen die Stellorgane über die direkt angespiesene Sperrscheibe A 3 mit ihren Kontakten A 3/1 Schütze öffnen oder A 3/2 Schütze schliessen, solange betätigen bis der Schwimmer die Richtung ändert. Bei Grobregulierung wird die Dosiereinrichtung, resp. die Achsen C und D durch B 1 ausgeschaltet bis zu demjenigen Pegelstand wo Feinregulierung wieder Sinn erhält. Funktionsbeschreibung bezogen auf das hydraulische Schema der Zeichnung Nr. 1, rechts oben.
Personalknappheit und Voraussicht auf die 44-Stundenwoche drängten zur Entwicklung eines Steu erapparates, welcher die Bedingungen von Wehrregle- menten selbsttätig übernimmt und die bisherigen Wärter für wertvolleren Einsatz freimacht. Für die gezeichnete Anlage sind drei verschiedene Betriebszustände mit je weils andersartigen Regulierforderungen zu unterschei den. <I>1.</I> Normalwasserführung Apparat W reguliert mit der Grundablasschütze 4 den Stau vor den drei Kanaleinlaufschützen 1, 2 und- 3 auf konstanten Wert.
Apparat ST reguliert mit den Einlaufschützen 1, 2 und 3 konstanten Stau beim Stolleneingang d. h. bei den Schützen 5 und 6, gemäss dem Bedarf des nachfolgen den, nicht eingezeichneten Stausees mit einer täglichen Wasserschwankung von 2 Metern. <I>2.</I> Niederwasser Schütze 4 ist geschlossen, 1, 2 und 3 sind ganz geöffnet.
ST reguliert den Stau im Kanal wassersparend 20 cm unter der überlaufkante mit Hilfe der Stolleneinlauf- schützen 5 und 6. Der Übergang von einer Betriebsart in die andere erfolgt selbständig, im Frühling und Herbst manchmal mehrmals täglich.
<I>3. Hochwasser</I> Steigt der Zufluss derart, dass Schütze 4 bei 1,5 m Hub den Stau nicht mehr zu halten vermag so öffnet 4 direkt auf 2,5 m. Ferner schaltet W bei 19 cm Überstau die Steuerung von ST auf die Schützen 1 bis 3 aus und sich selbst auf diese Schützen um. Bei 20 cm Überstau werden 1 bis 3 erstmals um 30 cm geschlossen. Jeder weitere Anstieg um 5 cm bewirkt weiteres Schliessen von 1 bis 3 um je 30 cm. Bei ca. 50 cm Überstau ist der Kanaleinlauf abgeschlossen. Dadurch sinkt der Stau bei ST. ST schaltet bei 20 cm unter der Überlaufkote auf die Schützen 5 und 6 um, damit sich der Kanal nicht entleert.
Zugleich erfolgt Wärteralarm. Der Eingriffs punkt der Umschaltung auf Hochwasser kann vom Wärter je nach Witterung und Wasserzustand nach Belieben oder voraussichtlicher Erwartung auf 20 oder 40 cm Überstau am Wehr geschaltet werden. Er kann die Schützen 1 bis 3 auch auf Hand schalten, um eine reduzierte feste Öffnung einzustellen, worauf ST mit 5 und 6 auf Niederwasser regulieren wird. Bei Rückgang der Flut erfolgt bei 19 cm Überstau der Übergang auf Normalbetrieb, d. h. wenn die Schützen 1 bis 3 wieder auf Automat geschaltem werden, regulieren sie wieder nach ST. Füllt sich der Kanal wieder auf Normalwasser, so gehen 5 und 6 ebenfalls auf volle Öffnung zurück.
Bei Erreichen des Stausollwertes am Wehr beteiligt sich auch Schütze 4 wieder an der Regulierung.