Di Die-vorliegende Erfindung betrifft eine hydro-elektrische :Kraftwerk- urld/oder Speicherpumeanlage, bei elcher min destens zwei Hydraulische-Turbinen resp. Pumpen durch eine gemeiasarne-Drucklgstung-gespiesen werden resp.-irl diese hideinspeisen
Die Entiwicklung der hydro-elektrische Kraftwerke zu einem -Mittql der Netzlastregler des elektrischen-Yersorgungs- netzes, insbesondere durch Hydro-elektrische P,umpspeicher- k,raftwerke, führte zu Anlagen hoher Blockleistungen mit dem besonderen Vorzug rascher Leistungsregelung hoher Potenz.
Sie stehen mit anderen Systemen der Netzlastregulierung, die den gleichen Zweck erfüllen, im Anlagekosten-Wettbewnrb.
Durch konstruktive Änderungen bisheriger Anlagekon zeptionen kann der Anlagekostenaufwand noch entscheidend vermindert werden, 'insbesonders bei Kraftwerken die eine grössere Anzahl Maschinen-Gruppen der Energieumwandler aufweisen.
Die gebräuchliche Maschinengruppen-Anordnung ist darin meist die gerade Reihenaufstellung. Dadurch weisen die not wendigen hydraulischen Arbeitsmittelfluss-Leistungssysteme bedeutende Längen und dominanten Platzbedarf auf, welcher besonders bei unterirdischen Anlagen in Kraftwerk-Kavernen erhebliche Durchlöcherungen des Berges und dafür geosta tisch notwendige Raumstützungsmassnahmen erfordert, dem ein erheblicher Kostenanteil im Anlageaufwand zukommt.
Dieser Anlage-Dominanzanteil wird noch grösser durch die
Tendenz nach noch besserer, steiler Last- bzw. Leistungsregu lierungsgrÅadiente-bei langsamer Arbeitsmittelflussgeschwin digkeit, wozu-noch'grössere Leitungsquerschnitte erforderlich sind.
Die genannten Anordnungsnachteile der Auslegebedin zungen wirken sich besonders bei Kraftwerkanlagen mit einer - grüssen Anzahl M aschinengruppen aus.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine zweckmäs sigere Anlageordnung der Maschinenhausanlage, insbesonders für das hydraulische Arbeitsmittelfluss-System der Hydro elektrischen und/pder Pumpspeicher-Kraftwerkanlagen, in welcher an sich bekannte Energieumwandler-Maschinen zur AuEstellung geiangen können, zu denen die gemeinsame Ar beitsmittel-Druckleitung mit maximiert grossem Rohrquer schnitt bis nake an die Turbinen resp.
Pumpen herangeführt wird und von¯welcher dann die Rohrverzweigung der Druck leitung auf die hydraulischen Energieumwandler durch mini mäl kurze Veteilleitungsverbindungen erfolgt. Dabei soll die 'Zugänglichkeit'der wartungsträchtigen Anlagekomponenten, trotz der angestrebten Kompaktheit, erhalten bleiben resp.
eher iioch zu verbessern sein. Das konzept soll ermöglichen, alles unter einem -Dach zu vereinigen, dadurch die Durchlö cherung des Berges rund um die Maschinenhaus-Kaverne zu minimÅalisieren, sowie statische und bautechnische Vorteile damit zu erreichen.
'Die AuEgábe wird gelöst durch eine Maschinenhausanlage mit runder Grundnss- resp. Hüllform, in welcher mindestens zwei hydraulische Turbinen- resp. Pumpen-Maschinengrup pen durch- eine gemeinsame Druckleitung gespiesen werden resp. in diese hineinspeisen, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulischen Turbinen und/oder Pumpen im Gnmdriss ge sehen im wesentlichen ringförmig angeordnet sind, dass die gemeinsame Druskleitung, im Grundriss gesehen, ins Innere dieser ringfömigen Anordnung geführt ist und dass sie sich daselbst in die Verteilleitungen zu den einzelnen hydrauli schen Energieumwandler-Maschinen radial verzweigt.
Die Erfindungsanordnung wird nachfolgend- anhand von Ausf,ührungsbeispielen erläutert -; -Fig.;;l zeigt einen schematischen Grundriss einer konven tionellen Maschinenhaus-Anlageanoldnung der Maschinen grlll?pen.in-Reibe
Fig. 2 den Grundriss der hängenden Raumdecke über der Anordnung nach Fig. 1. und der Anordnung-des Rohrkellers unter gleichem Dach,
Fig 3 die erfindungsgemässe AnlagepnnzipAnordnung mit rundem Grundriss und ringförmiger Aufstellung der Maschinengruppen.
Mit Fig. 2 und 3 ist der geometrische/statische Lastvérgleich der-hängenden Deckenlast bei gleicher Anlage-Grundrissfläche mit.gleicher Gewölbe-S tützrand länge mit dargestellt.
Fig. 4A bis 4E zeigen schematisch; verschiedene mögliche Varianten der Druckleitungsverbindungen 5 zwischen dem oberen Lagespeicher 1 und dem Kraftwerk-Maschinenhaus. In den Varianten A, B, C ist der obere Lagespeicher zugleich
Wasserschloss, mit Trichter-Einlauf 2 zur Leitung 5. 4A zeigt die kürzestmögliche, senkrechte Lageverbindung, mit direkt zentrisch von oben ins Krafthaus eingeführter Druckleitung 5, und mit radialer Verzweigung 7 auf die hydraulischen Ener gieumwandler 10.
Fig. 4B zeigt ebenfalls eine vertikale Druckleitungsver bindung 5,jedoch seitlich von unten zentrisch ins Krafthaus eingeführt.
Fig. 4C unterscheidet sich von 4B durch die schräge Ver bindungs-Anordnung der Druckleitung 5,
Figurteil 4D ist eine Variante mit Druckstollen 3 und Was serschloss 4, wobei die Druckleitung 5 oder das Krafthaus zumindest teilweise oberirdisch angeordnet sein kann,
Fig. 4E stellt eine Kombination von 4A und den anderen Varianten, z.B. als Pumpspeicherkraftwerk dar, bei dem der untere Lagespeicher 16 als Gegenspeicher dient,
Fig. 5 zeigt den schematischen Aufriss, und
Fig. 6 den zugehörigen Grundriss des Krafthauses einer erfindungsgemässen Anlageanordnung, und zwar im Beispiel einer unterirdischen Anordnung (Kavernen-Anlage). Die verschiedenen Stockwerkebenen werden in Fig. 6 mit den Grund riss-Sektoren 6A, 6B und 6C dargestellt. Darin sind mit 10 die hydr. Pumpen bzw. Turbinen und die mit diesen gekoppelten
Motoren resp.
Generatoren 17 als Maschinengruppen in der erfindungsgemässen ringförmigen Anordnung gezeigt, wobei im Beispiel sieben Blockgruppen angeordnet wurden;
Fig. 7 zeigt das Anordnungsschema horizontalachsiger Ma schinengruppen im Vieleck, im Beispiel als Viereck konzen trisch um die zentrisch angeordnete Hauptdruckleitung 5, 6, 7 radial angeschlossene hydraulische Maschinen, bei denen der
Generator- bzw. Motor 17 mit je 2 hydraulischen Energie wandlern 10 gekoppelt ist.
Aus Platz-Gründen werden in Kavernen-Kraftwerken mit
Vorteil vertikalachsige Maschinengruppen angeordnet, wie in
Fig. 5 dargestellt, und in Pumpspeicher-Kraftwerken kombi nierte Pumpen/Turbinen. Denkbar ist auch die Anordnung der Maschinengruppen in mehreren Lageebenen, z.B. die
Pumpengruppen in der tieferen Pumpenzulauf-Ebene und die
Turbinengruppen in der höheren Abfluss-Ebene.
Der Grundriss mit Sektorausschnitten nach Fig. 6 zeigt die
Maschinensaal-Ebene 22, und zeigt die Lage der Maschinen gruppen 17 und den jeder Gruppe zugeordneten Transforma tor 18 in der Feuer- undExplosionsschutzkammer, besserer- kennbar im Sektorschnitt (Fig. 6A) durch die Generator- resp.
Motorebene 17. In Fig. 6B ist der Schnitt durch die Turbinen resp.Pumpen-Ebene 10 und die Rohrschieber-Kammer 9 mit den Rohrschiebern 8 und im Sektorschnitt der Fig. 6C ist die niederdruckseitige Wasseisammelleitung 1-2 mit Turbinen Auslauf resp. Pumpen-Zulauf 11 dargestellt. Mit -13 ist ein event. im Maschinenhaus angeordnetes Wasserschloss und mit .14 eine unterwasserseitige Absperrschütze, mit 15 der Unter wasser-Stollen- bzw. Kanal nach dem unteren Lagespeicher 16 gezeigt. Zentrisch im- Maschine-nhaus sind die Kommando- 23 und die Werksbetriebshilfsräume 23/28 angeordnet.
In Zentrum ist der Lift-, Zugangs- und Entlüftungsschacht 21, in welchem auch die elektrischen Zu- und Ableitungen 20 angeordnet sein können. Der Maschinenhauskran in der Ma schinenhalle 22 bewegt sich auf einer ringförmigen Kranbahn und der Kranhaken radial am Kran mit Windwerk und verti kalem Zug: Dadurch ist der Zugriff zu den Kranlasten der Maschinengruppen 17, 10, Transformatoren 18 und Rohrschiebern 8 im Rohrkeller 9 möglich gemacht.
Über der Maschinenhalle 22 ist im Kuppelraum derKaverne die Anordnung der elektrischen Schaltanlage 19 mit den Zu- und Ableitungen möglich. Das Gewicht des Liftschachtmantels 21, das sich auf den Verteilkranz 7 der Druckschacht Zuleitung 6 und 5 abstützt, kompensiert die hydraulischen Druckstoss-Kräfte. Eine andere Verankerungsart zur Kompensation dieser Massenkräfte sind die mit 29 angedeuteten Vorspannkabel, die mit Anker 30 in der Fels-Druckzone gegründet sind. Die Spannköpfe 28 sind am Spannbett über dem Verteilkranz 7 in bekannter Weise vorgespannt.
Die dargestellte Anordnung zeigt, dass alle wartungs wichtigen Anlagekomponenten rotz der Kompaktheit der Komponenten-Anordnung leicht zugänglich gemacht sind, dass mit einem Minimum an Energiefluss-Leitungslängen die notwendigen Anschlussverbindungen darin herstellbar gemacht sind und die betriebliche Überwachung auf kürzesten Wegen durchführbar ist.
Aus dem Vergleich zwischen der konventionellen Werkanordnung nach Fig. 1 und 2 und der erfindungsgemässen Anlage-Anordnung ist ersichtlich, dass auf gleicher Maschinenhaus-Grundfläche rd. 40 bis 70% mehr Maschinengruppen anzuordnen möglich ist, dass die hydraulischen Rohrleitungen darin mit grösseren Rohrquerschnitten bis nahe an die hydr. Energiewandler geführt werden können, das ganze Rohr-Verteilleitungssystem unter gleichem Dach anzuordnen ermöglicht wird und damit nicht der umliegende Raum der Kaverne im Berg durchlöchert werden muss.
Baustatisch ist die allseits konvexe Raumhülle der Kraftwerk-Kaveme des Maschinenhauses die ideale, gegen den Berg gerichtete Gewölbestützlinie für die raumsichernde Auskleidung mit minimaler Manteloberfläche, insbesonders der Kuppelkaverne. Das ergibt grösste Raumsicherheit bei kleinstem baulichen Aufwand.
Das Ausbrechen und Auskleiden des Kuppelgewölbes kann plantreu und sicher mit Hilfe der bekannten Fräs Schlitzmethode erfolgen. Dadurch wird die Felsstabilität bei den Ausbrucharbeiten am wenigsten beeinträchtigt. Das eine Ende des Fräser-Führungsbalkens bleibt zum Ausschlitzen des Kuppelgewölbes bei diesem Verfahren im Kuppel-Zentrum geführt, während das andere Ende auf einer kreisförmigen Bahn, entsprechend dem Maschinenhaus-Grundriss geführt wird. Der Fräserführungsbalken ist entsprechend der Gewölbeform gebogen. Durch Heben und Senken des Führungsbalkens können auch konische und beliebige Schlitzformen gefräst werden.
Als Gewölbe-Betonschalung kann die noch beidseits anstehende Bergmasse als Stützkörper dienen.
Nach dem Betonieren kann der innere Felskem der Ma schinenhaus-Kaverne im Schutze des fertigen Deckengewölbes, bzw. Kuppelgewölbes mit üblichen Abbaumethoden ausgebrochen werden.
In Fig. 2 des rechteckigen Kavernen-Grundrisses und in Fig. 3 der runden Kaverne ist im geometrischen Sonderbeispiel des Grundriss-Flächen- und Gewölbe-Stützrandvergleiches der Radius R in Fig. 3 gleich der Kavernen-Breite R' in Fig. 2 und die Hallen-Länge L gleich dem halben Umfang des runden Grundrisses in Fig. 3, d.h. U/2. Somit ist auch der
Grundriss-Flächeninhalt beider gleich, und auch die Gewöl be-Stützrand-Auflagerlänge e und e' identisch. Aber bei der runden Kaverne wird das Stützrand-Auflager radial nach aus -sen keilförmig breiter und kann wegen der konvexen Gewölbe-Auflagerform nicht nach innen ausweichen.
Das Kuppelgewölbe ist doppelt gekrümmt, das Längsgewölbe nur einfach
Unter gleichen geostatischen Bedingungen lassen sich gemäss diesem geometrischen Vergleich runde Kavernen-Kraftwerkhallen von R = Radius gleich der R' = Längshallen breite mit grösserer Bauwerksicherheit verwirklichen, mit identischem Stütz-Gewicht des Hängenden aufden Stützrand e bzw. e' der Gewölbelast.
Von der statischen Ausführungsmöglichkeit her kann somi kein einschränkender Einwand gegen die runde Anlagekonzeption gemacht werden, sondern diese erweist sich sogar als überlegen.