CN103688048A - 包括将水引入涡轮机的格栅组件且设计成排出由格栅阻挡的漂浮碎屑的水力发电站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发电站，其在操作上联合了下游涡轮机单元（7）和上游格栅组件（8），该格栅组件包括格栅（16），支撑结构（17），和用于关联所述格栅（16）的装置（18），该装置具有能使所述格栅（16）的至少上部部分在用于阻挡碎屑的功能的竖立位置和用于排放由所述格栅（16）阻挡的漂浮碎屑的下折位置之间运动的结构。

Description

包括将水引入涡轮机的格栅组件且设计成排出由格栅阻挡的漂浮碎屑的水力发电站

技术领域

本发明涉及对建立在民用供水系统上的水力发电站涡轮机的保护，使之免受由水携带的碎屑，因为这些碎屑若经过涡轮机的叶轮很可能恶化或影响性能。本发明更特别地涉及去除由配备至这种水力发电站的格栅组件的格栅阻挡的漂浮碎屑，没有此类碎屑经过涡轮机单元的叶轮。

本发明涉及已知类型水力发电站的实例，包括涡轮机单元，包括：

■在组件主平面中或与之平行的支撑结构，包括具有上游和下游开口的圆筒形壳体位于其中的封闭的主要部分，和具有开口的上部部分，

■和安装在壳体中的具有叶轮、特别是具有可以或多或少地偏斜的叶片的涡轮机，其可以具有在该处该单元从上游向下游且从底部向顶部偏斜的浸没下降位置。

本发明的第一目标涉及用于民用供水系统的水力发电站，该民用供水系统包括由具有底板和形成侧壁的两个壁的结构限定的用于流水的水道，所述发电站包括在操作上相关联的如刚刚限定的下游涡轮机单元和允许水流入的上游格栅组件。

本发明的第二目标涉及被设计成与涡轮机单元在操作上相关联以便形成这种水力发电站的格栅组件。

本发明的第三目标涉及用于实现这种水力发电站的方法，为了排放由格栅阻挡的漂浮碎屑的目的。

背景技术

文献FR-A-2862723公开了为本发明目标之类型的用于水力发电站的涡轮机单元。这种水力发电站被设计成配备水道，在该水道中有小于10米的很低的落差，并且优选地从1到5米。其包括叶轮，离开该叶轮的水流的动能与该落差的势能之间的比率小于20%。涡轮机单元在上游侧并与叶轮壳体开口相对的被配备有进水口格栅，其适于并被设计成在其上游侧阻挡由水携带的尺寸大于通过格栅的开口的尺寸的任何碎屑。另外，在该讨论中的格栅所位于该处的上游侧，该涡轮机单元被配备有刮板，该刮板具有与该格栅相关联的旋转的臂并具有刮去积聚在该格栅的上游侧的碎屑的功能。

在这类实施方式中，经常还有进水口前置格栅，其适于并被设计成在该涡轮机单元的上游在该民用供水系统的水道中并横跨该水道安装在竖立位置中。此前置格栅具有开口，其大于通过配备至该涡轮机单元的格栅的开口。因此，该前置格栅适于并被设计成阻挡由水流携带的更大的碎屑，而配备至涡轮机单元的格栅适于并被设计成阻挡更小的碎屑。该前置格栅和格栅因此使它们的效果结合起来。这一前置格栅是允许水的流入的格栅组件的一部分，其除了前置格栅之外，还包括用于将该前置格栅与涡轮机单元的支撑结构，或者更频繁地与该民用供水系统的结构相关联的装置。

文献FR-A-2531118描述了这种前置格栅，其被固定并倾斜，这对其有效性产生怀疑。

关于这些实施方式，有必有在预防性或定期的基础上或者当堵塞的量达到某最大水平时使前置格栅被人工清理。例如对前置格栅的适当的定向以便利漂浮碎屑的去除，或下降防护罩以便利碎屑在前置格栅表面上的滑动，或进一步向前设置的前置格栅便利碎屑从上面去除等的布置有时候会被做出。

然而，这些布置并不总是可能或易于执行。

此外，所需要的自动清理系统是昂贵的，庞大的，并且不太适合以不显眼的或美观的方式进行整合。

文献FR-A-2835548公开了一种用于清除格栅阻塞的线性铰接模块，包括支撑在可移动臂端部的刮板，如已经在前面指出的，这使得此装置不适合。

因此，对于包括在操作上相关联的下游涡轮机单元和用于允许水流入的上游格栅组件的水力发电站而言，有必要以尽可能便宜的有效、容易的方式，通过尽可能简单、鲁棒、和紧凑的布置除去由格栅组件的格栅阻挡的漂浮碎屑以防止碎屑经过该叶轮。

本发明提供了对该问题的解决方案。

美国专利US1,586,754涉及用于供水系统的双网架，具有用于阻挡碎屑的前置格栅或前部网架。保持格栅或底部网架因而是不活动的。当该双网架布置处于上部位置时，该前置格栅或前部网架是大体上水平的并且阀是打开的，使得在该前置格栅上的碎屑被送往一水槽和连接至一空间的通道。然后水经过保持该碎屑的保持格栅或底部网架。在该前置格栅已被升起之后，门被打开并且水从该前置格栅上方流入该水道或通道，并且同时地，从该前置格栅上冲洗碎屑使其流入围绕涡轮机的该水道或通道并向下游行进。然后门按照预期被打开或关闭。

正如可以看出的，根据US1,586,754的实施方式涉及非常特定的水力发电站，其中的涡轮机单元属于非常特定的类型并且处于非常特定的布置，其与如文献FR-A-2862723中所述的涡轮机单元的类型和布置无关，该后者类型和布置是本发明的目标。

发明内容

为解决上面提到的问题的目的，第一方面本发明涉及用于民用供水系统的水力发电站，该民用供水系统包括水道和具有底板和侧壁的结构，该水力发电站包括在操作上相关联的：

■下游涡轮机单元，包括：

·在组件的主平面中或与之平行的支撑结构，包括具有上游和下游开口的圆筒形壳体位于其中的封闭的主要部分，和具有开口的上部部分，

·和安装在壳体中的具有叶轮的涡轮机，该叶轮特别是具有可以或大或小程度地偏斜的叶片，该涡轮机可以处于浸没下降位置中，在该位置中该单元从上游向下游且从底部向顶部偏斜，

■用于允许水流入的上游格栅组件，其适于并被设计成被安装在水道中并横跨水道，包括：

·由支撑结构支撑的格栅，并且其履行阻挡碎屑的功能，适于并被设计成在其上游侧阻挡由水携带的大于穿过格栅的开口的任何碎屑，

·和用于将格栅与该结构相关联的装置，其适于并被设计成用于将格栅以竖立位置放置在水道中并横跨水道以便执行其阻挡碎屑的功能使得不含碎屑的水流经叶轮。

该水力发电站是这样的：

■该关联装置具有允许格栅的至少上部部分运动的结构使得其适于并被设计成用于放置在竖立位置和下折位置的一个或另一个中，在该下折位置中，其上部部分位于壳体边缘的上部部分的上方并且特别地至少稍微位于其下游，以便朝下游方向并在其上部边缘的上方排出由格栅阻挡的漂浮碎屑，而没有碎屑经过叶轮，

■该格栅组件包括格栅运动和保持装置，其响应于控制或响应于控制装置，适于并被设计成将格栅从其两个位置的一个到另一个移动并将其保持在其两个位置的一个或另一个中。

在两个可能的实施方式中，该格栅组件和该涡轮机单元是下面任一的：设置在彼此附近、特别是彼此相邻被布置，并且在结构上彼此相关联以形成结构单元，于是该格栅关联装置与该涡轮机单元的支撑结构相关联；或者在结构上从彼此分离，于是该格栅关联装置与该民用供水系统的结构或与该涡轮机单元的支撑结构相关联。

在一个实施方式中，该格栅组件的下部横向边缘和该涡轮机单元的下部横向边缘是彼此靠近，特别是相邻，并且特别地是靠近或相邻于该底板。

在一个实施方式中，该格栅关联装置具有适合于允许该格栅的至少上部部分围绕横向轴线枢转的结构，该结构特别是包括安装于轴承中的轴的类型。

在一个实施方式中，该格栅形成实心单元，其作为单元被移动并作为单元被放置在竖立的或下折的两个位置的任意一个中。该格栅关联装置具有允许该格栅围绕靠近或相邻于该底板布置的横向轴线枢转的结构，特别地遵循在该竖立位置和下折位置之间的大约35°到55°的角度路径枢转。

在一典型的实施方式中，该格栅与该涡轮机单元可枢转地相关联使得其围绕靠近或相邻该格栅组件的下部横向边缘和该涡轮机单元的下部横向边缘布置的横向轴线枢转。该格栅关联装置与该涡轮机单元的支撑结构相关联。

在一个实施方式中，该格栅运动和保持装置选自包括诸如千斤顶的直线运动装置，或诸如旋转发动机的旋转位移装置，或手动装置的类别。

在一个实施方式中，该格栅包括多个杆，特别是规则地隔开的、总体上在可被升起的方向上彼此平行地延伸的多个杆。

在一个实施方式中，该格栅是弯曲的，其凸面面对上游且远离该涡轮机单元并且其凹面面对下游且朝向该涡轮机单元，使得当在该下折位置中时，该格栅的上部部分适于并被设计成是水平或稍微地向水平倾斜的。

在一个实施方式中，并且在一种布置中，该水力发电站包括：

■具有阀开口的瓣阀组件中的瓣阀，其：

·位于相邻于叶轮壳体边缘的上部部分且在其上方，并且该格栅的上部横向边缘在下折位置中时处于朝向下游的方向上，所述上部横向边缘与该阀开口等高，

·适于并被设计成用于放置在水道中并且横跨水道，

·适于并被设计成用于放置在用于利用叶片阻挡水流进入的竖立关闭位置和用于允许所述水流经过而不经过叶轮的下折打开位置这两个位置的任一个中，

■用于将该瓣阀与该涡轮机单元的支撑结构和/或与该格栅的支撑结构和/或与该民用供水系统的结构相关联的装置，具有允许该瓣阀运动的结构使得其适于并被设计成被布置在其竖立关闭和折向下打开的两个位置之一中，

■瓣阀运动和保持装置，其响应于控制或响应于控制装置，适于并被设计成将该瓣阀在其两个位置的一个和另一个之间移动并将其保持在其两个位置一个或另一个中，

■和用于该格栅运动和保持装置并用于该瓣阀运动和保持装置或用于它们的控制或控制装置的控制器装置，使得：

·当该格栅处于竖立位置中时，该瓣阀执行关闭功能，适于并被设计成处于该竖立关闭位置使得此前已经经过该格栅组件且不含由所述格栅组件阻挡的碎屑的水流经过该叶轮而不能经过该阀开口，

·以及当该格栅处于该下折位置中时，该格栅的上部横向边缘与该阀开口等高，该阀开口作用成向该瓣阀的下游并穿过该阀开口发送由该格栅阻挡的漂浮碎屑，从而被排出的碎屑不会经过该叶轮。

在一个实施方式中，该瓣阀组件和该涡轮机单元在结构上彼此相关联，该瓣阀关联装置与该涡轮机单元的支撑结构相关联。

在一个实施方式中，该瓣阀关联装置具有适于允许该瓣阀围绕横向地布置的轴线枢转的结构，该结构特别是包括安装于轴承中的轴的类型，该轴线特别是朝向该瓣阀的下部横向边缘、朝向该叶轮壳体的上部边缘、并在处于下折位置中的该格栅的上部横向边缘附近，该瓣阀特别地遵循在该竖立关闭位置和该下折打开位置之间的大约50°到90°的角度路径。

在一个实施方式中，该瓣阀运动和保持装置选自包括诸如千斤顶的直线运动装置，或诸如旋转发动机的旋转位移装置，或手动装置的类别。

在一个实施方式中，该水力发电站进一步包括用于检测该格栅的堵塞程度的装置，所述装置与用于该格栅运动和保持装置，该瓣阀运动和保持装置，或它们的控制装置的控制器装置相关联。

在一个实施方式中，该涡轮机单元的主平面，处于其竖立关闭位置中的该瓣阀的平面，和由该格栅组件的上部和下部横向边缘限定的平面，位于以35°至60°之间的角度从上游向下游并且从底部朝向顶部倾斜的一个或多个平面中，特别是相邻的平面中。

在一个实施方式中，该水力发电站进一步包括从该涡轮机单元和瓣阀组件向下游延伸的转向和分隔壁，其被布置在该叶轮壳体边缘的上部部分和该阀开口的下部横向边缘之间以便分开分别经过它们的水流，所述转向和分隔壁从上游向下游并且从顶部向下倾斜。

在一个实施方式中，该涡轮机单元在其上游侧并且在该叶轮壳体的开口对面配备有进水口格栅，其适于并被设计成在其上游侧阻挡由水携带的尺寸大于穿过所述格栅的开口的任何碎屑，这些开口在尺寸上小于穿过该格栅组件的格栅的开口，所述格栅于是构成前置格栅组件。

在一个特定的实施方式中，该涡轮机单元在其上游侧配备有刮板，特别是旋转刮板，其与该涡轮机单元的进水口格栅相关联，并且用于该刮板运动装置的控制装置与用于该格栅运动和保持装置，或该瓣阀运动和保持装置，或它们的控制装置的控制器装置相关联。

在一个典型的实施方式中，该涡轮机单元的叶轮和壳体被布置成以便适于并被设计成用于放置在用于发电功能的浸没下降位置和用于接近该涡轮机单元和/或用于清扫该水流水道的非浸没抬起位置这两个位置之一中。因此，该格栅组件的格栅随着该涡轮机单元的壳体被移动。

本发明的第二方面涉及适于在操作上与涡轮机单元相关联以便形成上述的水力发电站的格栅组件。该格栅组件包括：

■由支撑结构支撑的格栅，并且其履行阻挡碎屑的功能，适于并被设计成在其上游侧阻挡由水携带的大于穿过该格栅的开口的任何碎屑，

■关联装置，用于将该格栅与该涡轮机单元的支撑结构和/或与该民用供水系统的结构相关联，具有容许该格栅的至少上部部分运动的结构使得该格栅适于并被设计成用于放置在两个位置之一中：

·竖立位置，用于阻挡碎屑的功能，和

·下折位置，用于向该格栅的下游并在其上部横向边缘的上方排放由该格栅阻挡的漂浮碎屑；

■格栅运动和保持装置，其响应于控制或响应于控制装置，适于并被设计成将该格栅在其两个位置的一个和另一个之间移动并将其保持在其两个位置的一个或另一个中。

本发明的第三方面涉及使用上述的水力发电站的方法，为了排放由该格栅阻挡的漂浮碎屑的目的，其中：

■起初，该格栅处于该竖立位置中并且该瓣阀处于该竖立关闭位置中，

■该涡轮机单元被置于运转中，并且水流经它，

■在必要时或在期望时，特别是在该格栅的堵塞程度已达到某最大程度或可能已达到某最大程度时：

·该格栅被命令移动并且该格栅相应地从其竖立位置被移动到其下折位置，

·以及该瓣阀被命令移动并且该瓣阀相应地从其竖立关闭位置被移动到其下折打开位置，使得该格栅的上部横向边缘与该阀开口等高，由该格栅阻挡的漂浮碎屑于是被向该瓣阀的下游并穿过该阀开口发送而不经过该叶轮。

在一个实施方式中，在该格栅被放置在该下折位置中并且该瓣阀被放置在该下折位置中时，该叶轮的叶片被放置于其中它们趋向于关闭水流通道的位置中。

附图说明

本发明现在参照附图进行描述，图中：

图1为经过建立在民用供水系统中的水力发电站的纵向竖直平面的示意性截面图，在其中该涡轮机单元的叶轮和壳体处于浸没下降位置中的构造中，该格栅处于竖立位置中，并且该瓣阀处于竖立关闭位置中，使得该水力发电站由于水流经过该涡轮机叶轮而能够发电，碎屑被阻挡在该格栅组件的格栅的上游侧。

图2为类似于图1的示意图，在其中该涡轮机单元的叶轮和壳体处于浸没下降位置中的构造中，该格栅处于下折位置中，并且该瓣阀处于下折打开位置中，使得该格栅的上部横向边缘与该阀开口等高，该阀开口作用成向该瓣阀的下游并穿过该阀开口发送由该格栅阻挡的漂浮碎屑，而没有被排出的碎屑经过该叶轮。

具体实施方式

我们现在将更特别地参考图1和2，其示意地表示了建立在民用供水系统2上并与之相关联的水力发电站1。

民用供水系统2包括用于水F的流动的水道3和结构4，该结构4具有底板或底5和形成侧壁6的两个壁。

下列说明是参照水力发电站1被装配在民用供水系统2处的位置上的范例产生的。然而，本发明也覆盖了水力发电站1，或者其组件或部分，未被装配在民用供水系统2处的位置上的范例。

术语例如“上部”，“下部”，“顶部”，“底部”，“上方”，“等高”，“竖立”，“下折”，“偏斜”，“倾斜”，“上游”，“下游”，“水平”，及“竖直”将被理解成是相对于水力发电站1被装配在民用供水系统2处的位置上的布置。

按照惯例，“纵向”被理解成表示在水道3的方向上延伸，并且“横向”被理解成表示跨过水道3延伸。应被理解通常来说词语“纵向”，“横向”，“水平”，和“竖直”不应被领会成严格的和狭隘的解释。

水道3具有，例如，通常为U形或准U形（pseudo-U）的横截面。水F的流从上游UP向下游DOWN流动。

底板5典型地为平的并通常为水平的或稍微地向水平倾斜。在所示的实施方式中，其包括上游部分5a和低于该上游部分的下游部分5b，向下倾斜段5c将该上游部分5a连接至该下游部分5b。

形成侧壁6的两个壁典型地为竖直的或基本上竖直的并且彼此平行。

上游UP的名义水位以NUP指示并且下游DOWN的名义水位以NDOWN指示。

水F的流动例如为水路或旁路水道的流动。典型地，当水到达上游侧时，其可能包含碎屑诸如植物碎屑（例如树叶，树枝，庄稼），动物碎屑（死亡动物），或任何其它类型的碎屑（例如废物，垃圾，包装材料）。术语“碎屑”应被领会成其最一般的意义。这种碎屑在尺寸上或多或少地规则或者不规则并且在尺寸上或大或小。

水力发电站1包括，彼此在操作上相关联的下游涡轮机单元7和允许水流入的上游格栅组件8。二者都适于并被设计成用于在水道3中并跨越水道3安装。

应被理解，本发明也覆盖了水力发电站1包括在水道3中并排布置的多个涡轮机单元7和/或多个格栅组件8的范例。

这种涡轮机单元7属于在文献FR-A-2862723中描述的通常类型。

这种涡轮机单元7包括支撑结构和涡轮机9，该涡轮机的叶轮安装在壳体10中，该壳体为具有上游侧的开口和下游侧的开口的扁平圆筒形状。支撑结构9位于一平面内，该平面是涡轮机单元7的主平面，或者该平面平行于涡轮机单元7的主平面。

该涡轮机例如是KAPLAN型涡轮机，并且在任何情况下那些叶片被安装使得它们可以被或多或少地围绕它们的径向轴线偏斜，该叶轮或多或少地打开或者或多或少地关闭。

支撑结构9包括壳体10位于其中的主要部分9a和向上延伸主要部分9a的上部部分9b。主要部分9a是封闭的，除了面对壳体10的开口的区域。上部部分9b包括在开口11b任一侧上的不阻碍瓣阀12的两个侧臂11a。

在所表示的实施方式中，该侧臂11在它们的上端部分被安装以致围绕上部横向轴线13枢转。因此，叶轮和壳体10被布置成使得适于并被设计成放置在两个位置中的任一个处：用于发电功能（图1和2）的在水道3中的浸没下降位置，和用于接近涡轮机单元7和/或释放水道3以便允许水F的流经过的非浸没抬起位置（未示出）。

在浸没下降位置中，主要部分9a的下部横向边缘14，以及因此涡轮机单元7的下部横向边缘并且因此其支撑结构9，是在底板5的附近或与之相邻。特别地，下部横向边缘14支持在靠近向下倾斜段5c布置的横向底座5d上。

底座5d和轴线13被纵向地偏移，前者朝向上游侧UP并且后者朝向下游侧DOWN，使得涡轮机单元7的主平面在浸没下降位置中是以35°到60°之间的角度从上游向下游并从底部朝顶部倾斜的。

涡轮机单元7在上游侧并且在壳体10的开口对面配备有允许水F流入的进水口格栅（未示出），其适于并被设计成在其上游侧阻止由水F的流携带的尺寸大于穿过所述格栅的开口尺寸的任何碎屑。在这一实施方式中，所述格栅组件8可被描述成前置格栅组件8。

此外，在一个可能的实施方式中，涡轮机单元7在上游侧配备有与涡轮机单元7的格栅相关联的刮板（未示出），特别是旋转刮板。

在所示的实施方式中，还有瓣阀12，其为具有从开口11b向下延伸的阀开口12a的瓣阀组件的一部分。

瓣阀12被定位以便相邻于壳体10边缘的上部部分10a并位于其上方。瓣阀12适于并被设计成用于在水道3中并跨过水道3的放置。

瓣阀12适于并被设计成被布置在两个位置的任一个处。在竖立的关闭位置（图1）中，瓣阀12的平面位于涡轮机单元7的主平面中或位于相邻的平面中。然后瓣阀12关闭阀开口12a。因此，瓣阀12作用成阻挡上游侧UP的水F的流动并限定上游侧的名义水位NUP。

在下折的（图2）位置中，瓣阀12是水平的或基本上水平的并且被折向下游侧DOWN。其因此留下阀开口12a不被阻断。这允许水流动以便从上游到下游流经阀开口12a。

用于将瓣阀12与一结构，诸如，在所示的实施方式中，涡轮机单元7的支撑结构9，相关联的装置也被设置，于是瓣阀组件12，12a和涡轮机单元7在结构上被关联。瓣阀12关联装置具有允许瓣阀12a运动的结构使得其适于并被设计成用于在其竖立关闭和折向下打开的两个位置中的一个或另一个中的放置。

瓣阀关联装置12具有适于允许瓣阀12围绕横向轴线12b枢转的结构，该结构特别是包括安装在轴承中的轴的类型，特别是在竖立关闭位置和下折打开位置之间枢转经过大约50°到90°之间的角度路径，该横向轴线12b尤其朝向瓣阀的下部横向边缘12c、朝向壳体10上部部分10a的边缘布置。

瓣阀12运动和保持装置也被设置，其响应于控制或控制装置，适于并被设计成将瓣阀12在其两个位置的一个和另一个之间移动和将其保持在其两个位置的一个或另一个中。这些瓣阀12运动和保持装置，例如，选自包括诸如千斤顶的直线运动装置，或诸如旋转发动机的旋转位移装置，或手动装置的类别。

在所表示的实施方式中，还有转向和分隔壁15，其向涡轮机单元7和瓣阀组件12，12a的下游延伸。该转向和分隔壁15被布置在壳体10上部部分10a的边缘和阀开口12a的下部横向边缘12d之间。以这种方式，分别经过壳体10和阀开口12a的水流可以被分开。在该特定实例中，转向和分隔壁15从上游向下游并从顶部向底部倾斜。

格栅组件（或前置格栅组件，如前面指出的）8首先包括格栅16，其可以被放置在水道3中并跨过水道3。其次，其包括用于格栅16的支撑结构17。

格栅16包括多个实心部分，其典型地可以是多个杆，特别是规则地隔开的、总体上在可被升起的方向上彼此平行地延伸的多个杆。其还包括无障碍的开口。如果涡轮机单元7配备有如前所述的进水口格栅，穿过所述格栅的开口在尺寸上小于穿过格栅组件8的格栅16的开口。

在图中所示的实施方式中，用于将格栅16与涡轮机单元7的支撑结构9相关联的格栅16关联装置18也被设置。然而，在其它可能的实施方式中，格栅16关联装置18被替代地或附加地关联至民用供水系统2的结构4。

格栅16关联装置18具有允许至少格栅16的距底板5最远的上部部分运动的结构，使得其适于并被设计成被布置在两个可能的位置：竖立位置（图1）和下折位置（图2）之一中。

在其竖立位置中，格栅16被升起使得其横断水道3，在水道中循环的全部水流从上游侧UP到下游侧DOWN在该处经过它。在该位置中，格栅16作用成阻挡碎屑，其上游侧阻挡由水携带的大于穿过格栅的开口的任何碎屑。为了该操作，处于竖立关闭位置中的瓣阀12执行其密封功能。于是，全部的水流由于已经预先经过格栅组件8并且被清除了由所述格栅组件阻挡的碎屑，其经过涡轮机单元7的叶轮而不能经过由瓣阀12关闭的阀开口12a。

在其下折位置中，格栅16相对于水平方向处于较小的夹角并作用成排出由格栅16阻挡的漂浮碎屑。该碎屑从格栅16经过其上部横向边缘19a的上方被向下游排出，所述上部横向边缘19a与阀开口12a等高，阀开口12a此时是打开的因为瓣阀12处于其下折打开位置中，同时格栅16的相邻于边缘19a的上部部分19b位于壳体10的上部部分10a的边缘上方并且特别地至少稍微地位于其下游。于是，阀开口12a作用成向瓣阀12下游且通过阀开口12a发送由格栅16阻挡的漂浮碎屑，由于转向和分隔壁15的存在和放置，排出的碎屑不经过叶轮。

已经发现，如果叶轮的叶片被放置在它们或多或少关闭水流的通道的位置，将便于如刚刚描述的清除和冲洗碎屑，这通过使用具有如已描述的可动叶片的叶轮而成为可能。

在图中所示的实施方式中，格栅组件8和涡轮机单元7被布置在彼此附近，特别是彼此相邻，并且在结构上被彼此相关联以形成结构整体，然后格栅16关联装置18与涡轮机单元7的支撑结构9相关联，如上面所指出的。

在未示出的另一实施方式中，格栅组件和涡轮机单元是在结构上从彼此分离的。于是格栅关联装置与民用供水系统的结构或与涡轮机单元的支撑结构相关联。

本发明同样涉及水力发电站1，其包括在结构上相关联以形成结构整体的格栅组件8和涡轮机单元7，并涉及单独的格栅组件8，不论其适于并被设计成与涡轮机单元7在结构上相关联的还是被设计成在结构上从涡轮机单元7分离但在水力发电站中当在位时与其在操作上相关联的。

下列说明更特别地集中在其中格栅组件8和涡轮机单元7在结构上彼此相关联以形成结构整体的实施方式上。然而，其中该两个组件7和8是分离的实施方式是为本领域技术人员所能理解的。

如所指出的，该竖立的和下折的位置至少涉及格栅16的上部部分。在图中表示的实施方式中，这些位置关系到格栅16本身，其形成实心的整体，作为整体被移动并作为整体被放置在该竖立的或下折的两个位置的一个或另一个中。下列说明特别地集中在该实施方式上。然而，其中仅格栅16的上部部分被放置在竖立的或下折的两个位置的一个或另一个中的实施方式是为本领域技术人员所能理解的。

如在图中所表示出的，在其中格栅16形成实心整体的实施方式中，格栅16关联装置18具有允许格栅16作为单元围绕布置在底板5的附近或与之相邻的横向轴线20枢转的结构。在一个实施方式中，格栅16的在竖立位置和下折位置之间的角度路径为大约35°至55°。

在图中所示的实施方式中，格栅16与涡轮机单元7、并且更特别地与其支撑结构9可枢转地相关联，以便围绕在格栅组件8的、并且因此格栅16的下部横向边缘21，以及涡轮机单元7的、并且因此支撑结构9的下部横向边缘14的附近或与之相邻的轴线20枢转。另外，格栅16关联装置18与涡轮机单元7的支撑结构9相关联。在该实施方式中，格栅组件8的下部横向边缘21和涡轮机单元7的下部横向边缘14是彼此靠近的，特别地是相邻的。在该实施方式中，格栅16还随着涡轮机单元7的壳体10被移动，当后者被布置成在浸没的下降位置和非浸没的抬起位置之间可动时。

该允许格栅在竖立的和下折的位置之间枢转的格栅16关联装置18，具有例如包括安装在轴承中的轴类型的结构。

涡轮机单元7的主平面和由格栅组件8的上部和下部横向边缘19a和21限定的平面延伸于以35°至60°之间的角度从上游向下游并从底部朝向顶部倾斜的一个或多个平面中，特别是相邻的平面中。

格栅组件包括格栅16运动和保持装置22，其响应于控制或响应于控制装置，且适于并被设计成将格栅16在其竖立的和下折的两个位置的一个和另一个之间移动，并将其保持在其两个位置的一个或另一个中。这种格栅16运动和保持装置22例如选自包括诸如千斤顶的直线运动装置，或诸如旋转发动机的旋转位移装置，或手动装置的类别。这里，运动和保持装置22被放置在涡轮机单元7的支撑结构9和格栅16之间。

在图中所表示的实施方式中，格栅16以或多或少恒定的曲线弯曲，使得其凸面面对上游并远离涡轮机单元且其凹面面对下游并朝向涡轮机单元7。在格栅16的竖立位置中，格栅16的中心平面是竖直的或接近竖直的。总体上，在该竖立位置中，格栅16突出至名义上游水位NUP上方，并且例如甚至水道3上方，如在图1中可被看出的。

格栅16的曲率半径和曲率中心为，当格栅16处于下折位置中时，使得格栅16的上部部分19b是水平的或稍微向水平倾斜的，恰好在壳体10上部部分10a的边缘、阀开口12a的下部横向边缘12d、以及因此处于下折打开位置中的瓣阀12的上方延伸。格栅16的上部横向边缘19a位于阀开口12a的下部部分中。

在一个实施方式中，存在用于格栅16运动和保持装置22及用于瓣阀12运动和保持装置12或用于它们的控制或控制装置的控制器装置。

在一个实施方式中，其另外提供了用于检测格栅16的堵塞程度的装置，所述装置与该用于格栅运动和保持装置22、瓣阀12运动和保持装置、或它们的控制装置的控制器装置相关联。此外，在刮板被设置时用于刮板运动装置的控制装置与该用于格栅16运动和保持装置22、或瓣阀12运动和保持装置、或它们的控制装置的控制器装置相关联。

用于实现如上所述的水力发电站1的方法如下。

起初，格栅16处于竖立位置中并且瓣阀12处于竖立关闭位置中。

涡轮机单元7被置于运转中，同时水流过它。这可以发电。

在必要时或在期望时，特别是在格栅16的堵塞程度已达到某最大程度或可能已达到最大程度时，格栅16被命令移动并且格栅16相应地从其竖立位置（图1）被移动以将其带至其下折位置（图2）。

另一方面，瓣阀12被命令移动并且瓣阀12于是从其竖立关闭位置被移动以将其带至其下折打开位置。

因此，格栅16的上部横向边缘19a与阀开口12a等高并且先前由格栅16阻挡的漂浮碎屑被向瓣阀12的下游并通过阀开口12a发送，而不经过叶轮，其因此不受破坏，因而不妨碍涡轮机的运行。

在一个实施方式中，当格栅16被放置在其下折位置中并且瓣阀12被放置在其下折位置中时，叶轮的叶片被放置在其中它们或多或少地关闭水流通道的位置中，通过选择其中叶片可被或大或小程度地倾斜借此或大或小程度地关闭或打开涡轮机的叶轮而使这成为可能。

Claims (22)

1.用于民用供水系统（2）的水力发电站，所述民用供水系统（2）包括水道（3）和具有底板（5）与侧壁的结构（4），所述水力发电站包括在操作上相关联的：

■下游涡轮机单元（7），其包括：

·在组件（7）的主平面中的或与之平行的支撑结构（9），包括带有上游开口和下游开口的圆筒形壳体（10）位于其中的封闭的主要部分（9a），以及具有开口（11b）的上部部分（9b），

·和安装在壳体（10）中的具有叶轮的涡轮机，所述叶轮特别地具有能够或大或小程度地倾斜的叶片，所述涡轮机可以处于浸没下降位置中，在该位置中单元（7）从上游向下游并从底部朝向顶部偏斜，

■用于允许水的流入、适于并被设计成被安装在水道（3）中并横跨水道（3）的上游格栅组件（8），包括：

·由支撑结构（17）支撑的并且履行阻挡碎屑功能的格栅（16），其适于并被设计成在其上游侧阻挡由水流携带的大于穿过所述格栅的开口的任何碎屑，

·和用于将格栅（16）与结构（9）和/或结构（4）相关联的装置（18），其适于并被设计成将格栅（16）以竖立位置放置在水道（3）中并横跨水道（3）以便执行其阻挡碎屑的功能，使得不含碎屑的水流经所述叶轮，

其特征在于：

■所述关联装置（18）具有允许所述格栅（16）的至少上部部分运动的结构使得所述格栅（16）适于并被设计成用于放置在所述竖立位置和下折位置的一个或另一个中，在所述下折位置中，其上部部分（19b）位于所述壳体（10）边缘的上部部分（10a）的上方并且特别地至少稍微位于其下游，以便朝下游方向并在所述上部边缘（19a）的上方排出由所述格栅（16）阻挡的漂浮碎屑，而没有碎屑经过所述叶轮，

■所述格栅组件（8）包括格栅（16）运动和保持装置（22），其响应于控制或响应于控制装置，适于并被设计成将所述格栅（16）从其两个位置的一个到另一个移动并将其保持在其两个位置的一个或另一个中。

2.根据权利要求1所述的水力发电站（1），其中所述格栅组件（8）和所述涡轮机单元（7）是下面任一的：设置在彼此附近，特别是彼此相邻，并在结构上彼此相关联以形成结构单元，于是所述格栅（16）关联装置（18）与所述涡轮机单元（7）的支撑结构（9）相关联；或者在结构上从彼此分离，于是所述格栅（16）关联装置（18）与所述民用供水系统（2）的结构（4）或与所述涡轮机单元（7）的支撑结构（9）相关联。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的水力发电站（1），其中所述格栅组件（8）的下部横向边缘（21）和所述涡轮机单元（7）的下部横向边缘（14）是彼此靠近，特别是相邻，并且特别地是靠近或相邻于所述底板（5）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的水力发电站（1），其中所述格栅（16）关联装置（18）具有适合于允许所述格栅（16）的至少上部部分围绕横向轴线（20）枢转的结构，该结构特别是包括安装于轴承中的轴的类型。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的水力发电站（1），其中所述格栅（16）形成实心单元，其作为单元被移动并作为单元被放置在所述竖立的或下折的两个位置之一中，并且其中所述格栅（16）关联装置（18）具有允许所述格栅（16）围绕靠近或相邻于所述底板（5）布置的横向轴线（20）枢转的结构，特别地遵循在所述竖立位置和所述下折位置之间的大约35°到55°的角度路径枢转。

6.根据权利要求5所述的水力发电站（1），其中所述格栅（16）与所述涡轮机单元（7）可枢转地相关联使得其围绕靠近或相邻于所述格栅组件（8）的下部横向边缘（21）和所述涡轮机单元（7）的下部横向边缘（14）布置的横向轴线（20）枢转，并且其中所述格栅（16）关联装置（18）与所述涡轮机单元（7）的支撑结构（9）相关联。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的水力发电站（1），其中所述格栅（16）运动和保持装置（22）选自包括诸如千斤顶的直线运动装置，或诸如旋转发动机的旋转位移装置，或手动装置的类别。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的水力发电站（1），其中所述格栅（16）包括多个杆，特别是规则地隔开的、总体上在可被升起的方向上彼此平行地延伸的多个杆。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的水力发电站（1），其中所述格栅（16）是弯曲的，其凸面面对上游且远离所述涡轮机单元（7）并且其凹面面对下游且朝向所述涡轮机单元（7），使得当在所述下折位置中时，所述格栅（16）的上部部分（19b）适于并被设计成是水平的或稍微地向水平倾斜的。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的水力发电站（1），包括：

■具有阀开口（12a）的瓣阀组件（12，12a）中的瓣阀（12），其：

·位于相邻于所述叶轮壳体（10）边缘的上部部分（10a）且在其上方，并且在所述格栅（16）的上部横向边缘（19a）在下折位置中时处于朝向下游的方向上，所述上部横向边缘（19a）与所述阀开口（12a）等高，

·适于并被设计成用于放置在所述水道（3）中并横跨所述水道（3），

·适于并被设计成用于放置在用于阻挡水流进入的竖立关闭位置和用于允许水流经过而不经过所述叶轮的下折打开位置这两个位置的任一个中，

■用于将所述瓣阀（12）与所述涡轮机单元（7）的支撑结构（9）和/或与所述格栅（16）的支撑结构（17）和/或与所述民用供水系统（2）的结构（4）相关联的装置，具有允许所述瓣阀（12）运动的结构使得所述瓣阀（12）适于并被设计成布置在其竖立关闭和下折打开的两个位置之一中，

■瓣阀（12）运动和保持装置，其响应于控制或响应于控制装置，适于并被设计成将所述瓣阀（12）在其两个位置的一个和另一个之间移动并将其保持在其两个位置的一个或另一个中，

■和用于所述格栅（16）运动和保持装置并用于所述瓣阀（12）运动和保持装置或用于它们的控制或控制装置的控制器装置，使得：

·当所述格栅（16）处于所述竖立位置中时，所述瓣阀（12）执行关闭功能，适于并被设计成处于所述竖立关闭位置使得此前已经经过所述格栅组件（8）且不含由所述格栅组件阻挡的碎屑的水流经过所述叶轮而不能经过所述阀开口（12a），

·以及当所述格栅（16）处于所述下折位置中时，所述格栅（16）的上部横向边缘（19a）与所述阀开口（12a）等高，所述阀开口作用成向所述瓣阀（12）的下游并穿过所述阀开口（12a）发送由所述格栅（16）阻挡的漂浮碎屑，从而被排出的碎屑不会经过所述叶轮。

11.根据权利要求10所述的水力发电站（1），其中所述瓣阀组件（12，12a）和所述涡轮机单元（7）在结构上彼此相关联，所述瓣阀（12）关联装置与所述涡轮机单元（7）的支撑结构（9）相关联。

12.根据权利要求10和11中任一项所述的水力发电站（1），其中所述瓣阀（12）关联装置具有适于允许所述瓣阀（12）围绕横向地布置的轴线（12b）枢转的结构，所述结构特别是包括安装于轴承中的轴的类型，所述轴线（12b）特别是朝向所述瓣阀（12）的下部横向边缘（12c），朝向所述叶轮壳体（10）的上部边缘（10a），并在处于所述下折位置中的所述格栅（16）的上部横向边缘（19a）附近，所述瓣阀特别地遵循在所述竖立关闭位置和所述下折打开位置之间的大约50°到90°的角度路径枢转。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的水力发电站（1），其中所述瓣阀（12）运动和保持装置选自包括诸如千斤顶的直线运动装置，或诸如旋转发动机的旋转位移装置，或手动装置的类别。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的水力发电站（1），进一步包括用于检测所述格栅（16）的堵塞程度的装置，所述装置与用于所述格栅（16）运动和保持装置（22），所述瓣阀（12）运动和保持装置，或它们的控制装置的所述控制器装置相关联。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的水力发电站（1），其中所述涡轮机单元（7）的主平面，处于其竖立关闭位置中的所述瓣阀（12）的平面，和由所述格栅组件（8）的上部横向边缘（19a）和下部横向边缘（21）限定的平面，位于以35°至60°之间的角度从上游向下游且从底部向顶部倾斜的一个或多个平面中，特别是相邻的平面中。

16.根据权利要求10至15中任一项所述的水力发电站（1），进一步包括从所述涡轮机单元（7）和瓣阀组件（12，12a）向下游延伸的转向和分隔壁（15），其被布置在所述叶轮壳体（10）边缘的上部部分（10a）和所述阀开口（12a）的下部横向边缘（12d）之间以便分开分别经过它们的水流，所述转向和分隔壁（15）从上游向下游并从顶部向下倾斜。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的水力发电站（1），其中所述涡轮机单元（7）在上游侧并且在所述叶轮壳体（10）的开口对面配备有进水口格栅，其适于并被设计成在其上游侧阻挡由水携带的尺寸大于穿过所述格栅的开口的任何碎屑，这些开口在尺寸上小于穿过所述格栅组件（8）的格栅（16）的开口，所述格栅于是构成前置格栅组件。

18.根据权利要求17所述的水力发电站（1），其中所述涡轮机单元（7）在其上游侧配备有刮板，特别是旋转刮板，其与所述涡轮机单元（7）的进水口格栅相关联，并且其中用于刮板运动装置的控制装置与用于所述格栅（16）运动和保持装置（22）、或所述瓣阀（12）运动和保持装置、或它们的控制装置的所述控制器装置相关联。

19.根据在从属于权利要求6时的权利要求6至18中任一项所述的水力发电站（1），其中所述涡轮机单元（7）的叶轮和壳体（10）被布置成以便适于并被设计成用于放置在用于发电功能的浸没下降位置和用于接近所述涡轮机单元（7）和/或用于清扫所述水流水道（3）的非浸没抬起位置这两个位置之一中，所述格栅组件（8）的格栅（16）还随着所述涡轮机单元（7）的壳体（10）被移动。

20.适于在操作上与涡轮机单元（7）相关联以便形成根据权利要求1至19中任一项所述的水力发电站（1）的格栅组件（8），包括：

■由支撑结构（17）支撑的格栅（16），并且其履行阻挡碎屑的功能，适于并被设计成在其上游侧阻挡由水携带的大于穿过所述格栅的开口的任何碎屑，

■关联装置（18），用于将所述格栅（16）与所述涡轮机单元（7）的支撑结构（9）和/或与所述民用供水系统（2）的结构（4）相关联，具有容许所述格栅（16）的至少上部部分运动的结构使得所述格栅（16）适于并被设计成用于放置在两个位置之一中：

·竖立位置，用于阻挡碎屑的功能，和

·下折位置，用于向所述格栅（16）的下游并在其上部横向边缘的上方排放由所述格栅（16）阻挡的漂浮碎屑；

■格栅（16）运动和保持装置（22），其响应于控制或响应于控制装置，适于并被设计成将所述格栅（16）在其两个位置的一个和另一个之间移动并将其保持在其两个位置的一个或另一个中。

21.用于使用根据权利要求10至19中任一项所述的水力发电站（1）的方法，为了排放由所述格栅（16）阻挡的漂浮碎屑的目的，其中：

■起初，所述格栅（16）处于所述竖立位置中并且所述瓣阀（12）处于所述竖立关闭位置中，

■所述涡轮机单元（7）被置于运转中，并且水流经它，

■在必要时或在期望时，特别是在所述格栅（16）的堵塞程度已达到某最大程度或可能已达到某最大程度时：

·所述格栅（16）被命令移动并且所述格栅（16）相应地从其竖立位置被移动到其下折位置，

·以及所述瓣阀（12）被命令移动并且所述瓣阀（12）相应地从其竖立关闭位置被移动到其下折打开位置，使得所述格栅（16）的上部横向边缘与所述阀开口（12a）等高，由所述格栅（16）阻挡的漂浮碎屑于是被向所述瓣阀（12）下游并穿过所述阀开口（12a）发送而不经过所述叶轮。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，在所述格栅（16）被放置于所述下折位置中并且所述瓣阀（12）被放置于所述下折位置中时，所述叶轮的叶片被放置于其中它们或多或少地关闭水流通道的位置中。

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