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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Klappwehr zum Aufstauen eines fließenden Gewässers mittels einer umklappbaren
Stauwand mit einer Turbine zur Erzeugung von Strom.
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An Flüssen bestehen einige Wehre
zum Aufstauen des fließenden
Wassers, z. B. um diese Flüsse
schiffbar zu machen. Damit diese Flüsse nicht versanden, damit
keine Totwassergebiete entstehen und vor allem, damit im Falle eines
Hochwassers ein zügiger
Abtransport des vorhandenen Wassers gewährleistet werden kann, sind
diese Wehre mit einer umklappbaren Stauwand ausgestattet. Solche
Wehre werden auch als Klappwehre bezeichnet.
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Im Zuge der verstärkten Produktion ökologisch
sauberen Stromes gibt es nun Bestrebungen, diese Klappwehre mit
Turbinen zur Nutzung der vorhandenen Wasserkraft auszustatten.
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Davon ausgehend liegt der vorliegenden
Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Klappwehr unter Minimierung der
Baukosten mit einer Turbine auszustatten.
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Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Klappwehr
mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind den jeweiligen Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Ein nach dieser technischen Lehre
ausgebildetes Klappwehr hat den Vorteil, dass durch die Anbringung
der Turbine hinter dem eigentlichen Klappwehr hier zwei quasi voneinander
unabhängige
Baukörper
entstehen. Bei neu zu bauenden Klappwehren hat dies den Vorteil,
dass hierdurch keine komplizierten Wechselwirkungen zwischen den
Baukörpern entstehen,
insbesondere dass hierdurch auch die statischen Berechnungen und
die dann auszuführenden
Bauarbeiten mit herkömmlichen
Methoden ausgeführt
werden können,
was die Baukosten senkt. Besonders vorteilhaft ist diese Anordnung
beim Nachrüsten
bestehender Klappwehre mit Turbinen, da in diesem Falle das bestehende
Klappwehr fast unverändert
beibehalten werden kann. Es braucht lediglich in der Stauwand eine
Einlassöffnung eingelassen
zu werden und es müssen
selbstverständlich
die Turbinenkammer und der Betriebswasserzuführkanal errichtet werden. In
jedem Falle jedoch können durch
die Beibehaltung des bestehenden Klappwehres und dessen Fundamenten
erhebliche Baukosten eingespart werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Turbine als voll umströmte
Turbine ausgebildet und zusammen mit der Turbinenkammer zumindest
teilweise unterhalb des Unterwasserspiegels angeordnet. Eine solche
voll umströmte
Turbine kann vollständig
unter Wasser betrieben werden, so dass hierdurch die baulichen Gegebenheiten
genutzt werden können,
um die Turbine kostengünstig
am Stauwehr anzubrigen.
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In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform
ist die Turbinenkammer in einen Zuführkanal und einen Saugschlauch
aufgeteilt, zwischen denen die Turbine angeordnet ist. Dabei hat
es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den Saugschlauch in Strömungsrichtung
aufzuweiten, weil hierdurch ein besserer Abfluss des Wassers erreicht
wird mit der Folge, dass aufgrund des hierdurch entstehenden Sogs
eine höhere
Energieausbeute an der Turbine erfolgt.
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In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform
ist die Stauwand als Fischbauchklappe ausgeführt. Bei einer derartigen Fischbauchklappe
ist der statische Aufbau vergleichsweise einfach zu realisieren,
insbesondere wenn in der Mitte der Stauwand eine Einlauföffnung ausgebildet
ist. Dieser einfache statische Aufbau reduziert die Herstellungskosten des
Klappwehres deutlich.
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In noch einer anderen, bevorzugten
Ausführungsform
ist vor der Einlauföffnung
ein Rechen angebracht, der das Eindringen von Treibgut und Fischen
in den Triebwasserkanal und in die Turbine verhindert. Dies schützt einerseits
die Fische, da diese die Turbine möglicherweise nicht lebend passieren
können
und andererseits die Turbine, da Treibgut Beschädigungen an den Turbinenschaufeln
verursachen kann.
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In einer anderen, besonders bevorzugten Ausführungsform
ist der Betriebswasserkanal an der Rückseite der Stauwand durch
ein Oberführungsblech
und ein Unterführungsblech
begrenzt. Hierdurch wird das Triebwasser unter Vermeidung von Turbulenzen
zur Turbine geführt,
so dass eine hohe Energieausbeute möglich ist. Dabei hat es sich
als vorteilhaft erwiesen, zwischen dem Oberführungsblech und dem Zuführkanal
ein den Betriebswasserkanal abschließendes Verbindungselement vorzusehen,
so dass der Betriebswasserkanal vollständig geschlossen ist. Dies
verstärkt
ein verwirbelungsarmes Führen
des Triebwassers zur Turbine hin. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
dass bei gelegter Stauwand das oberhalb des Betriebswasserkanales
und der Turbinenkammer fließende
Wasser vorbeigeleitet wird und nicht ins Innere der Turbinenkammer
eindringen kann. Hierdurch wird im Falle einer Stauwandlegung die
Turbine geschont, da in diesem Falle ohnehin keine nennenswerte
Stromerzeugung stattfinden kann.
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In einer bevorzugten Weiterbildung
ist an der Oberseite der Turbinenkammer eine Revisionsöffnung ausgebildet.
Dies hat den Vorteil, dass durch diese Revisionsöffnung Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten
an der Turbine durchgeführt
werden können,
ohne dass die Turbinenkammer aufwändig trockengelegt werden braucht.
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In einer anderen, bevorzugten Weiterbildung sind
zwischen Betriebswasserkanal und dem Zuführkanal der Turbinenkammer
Mittel zu Aufnahme einer Schutztafel vorgesehen. Mit dieser Schutztafel
kann die Turbinenkammer verschlossen werden, so dass kein weiteres
Triebwasser in die Turbinenkammer eindringen kann. Dies ist dann
von Vorteil, wenn an der Turbine Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten durchgeführt werden müssen. Diese
Mittel können beispielsweise
U-förmige,
vertikal angebrachte Halter sein, in die die Schutztafel von oben
eingeschoben wird.
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In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform
ist oberhalb der Turbinenkammer wenigstens eine Energieschwelle
angebracht und/oder hinter der Turbinenkammer ist eine Endschwelle
ausgebildet. Beide sorgen für
eine Beruhigung des fließenden Wassers
und für
einen möglichst
verwirbelungsarmen Abfluss des Unterwassers. Auch wird hierdurch dem
Wasser weiter Strömungsenergie
entzogen, so dass die Flusssohle hinter dem Wehr nicht ausgespült wird.
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Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Klappwehrs
ergeben sich aus der beigefügten
Zeichnung und den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen. Ebenso können die
vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils
einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden.
Die erwähnten
Ausführungsformen
sind nicht als abschließende
Aufzählung
zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter. Es
zeigen:
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1 eine
Frontansicht eines erfindungsgemäßen Klappwehrs
mit aufgestellter Stauwand;
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2 eine
geschnitten dargestellte Seitenansicht des Klappwehrs gemäß 1, geschnitten entlang Linie
II-II in 1;
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3 eine
geschnitten dargestellte Frontansicht des Klappwehrs gemäß 1, geschnitten entlang Linie
III-III in 2; 4 eine geschnitten dargestellte
Ausschnittsvergrößerung des
Klappwehrs gemäß Linie
IV-IV in 2;
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5 eine
Frontansicht Klappwehrs gemäß 1 mit gelegter Stauwand;
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6 eine
geschnitten dargestellte Seitenansicht des Klappwehrs gemäß 5, geschnitten entlang Linie
VI-VI in 5;
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7 eine
Draufsicht auf das Klappwehr gemäß 1;
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8 eine
geschnitten dargestellte Seitenansicht des Klappwehrs gemäß 1, geschnitten entlang Linie
VIII-VIII in 7;
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9 eine
geschnitten dargestellte Ausschnittsvergrößerung des Klappwehrs gemäß Linie IX-IX
in B.
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In der Zeichnung ist ein typisches
Klappwehr dargestellt, welches drei Stauwände 10, vier Turbinenkammern 12 mit
darin angeordneten Turbinen 14 und einem Betriebswasserkanal 16 umfasst.
In der mittleren Stauwand 10 sind vier Einlauföffnungen 18 eingelassen,
welche durch je einen Rechen 20 abgedeckt sind. Die in
Fließrichtung
klappbare Stauwand 10 ist unterseitig über ein Drehgelenk 22 gehalten und
weist rückwärtig ein
Oberführungsblech 24 und ein
Unterführungsblech 26 auf.
Dabei ist das Unterführungsblech 26 sehr
viel kürzer
ausgebildet als das Oberführungsblech,
damit sich die Stauwand 10 in gelegtem Zustand in den Betriebswasserkanal 16 einfügt.
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Der Betriebswasserkanal 16 wird
seitlich von Stützmauern 28 des
Klappwehres und nach unten durch eine in die Fundamente eingelassene
Kanalwand 30 begrenzt. Der sich über sämtliche vier Turbinenkammern 12 erstreckende
Betriebswasserkanal 16 wird im Bereich der Einlauföffnung 18 nach
unten hin durch das Unterführungsblech 26 und
nach oben hin durch das Oberführungsblech 24 begrenzt. An
das Oberführungsblech 24 schließt sich
ein an der Turbinenkammer 12 gehaltenes Verbindungselement 32 an,
welches den Betriebswasserkanal 16 nach oben hin begrenzt.
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An den Betriebswasserkanal 16 schließen sich
die vier Turbinenkammern 12 an, welche einen Zuführkanal 34 und
einen Saugschlauch 36 umfassen. Der Zuführkanal 34 verjüngt sich
in Strömungsrichtung,
während
sich der Saugschlauch 36 in Strömungsrichtung aufweitet. Zwischen
Zuführkanal 34 und
Saugschlauch 36 ist die Turbine 14 angeordnet. Durch
die Verjüngung
des Zuführkanals 34 wird
das hindurchfließende
Triebwasser beschleunigt, während
durch die Aufweitung des Saugschlauches 36 ein störungsarmes
und schnelles Abfließen
des Triebwassers ermöglicht
wird. Im Ergebnis wird hierdurch eine erhöhte Energieausbeute erreicht.
An der Vorderseite eines jeden Zuführkanals 34 sind rechts und
links je ein senkrecht ausgerichteter, U-förmiger Halter 38 vorgesehen,
in die bei Bedarf eine Schutztafel einsetzbar ist. Mit dieser Schutztafel 40 kann eine
einzelne Turbinenkammer 12 verschlossen werden, so dass
anschließend
kein weiteres Triebwasser mehr durch eben diese Turbinenkammer 12 fließt. An der
Oberseite der Turbinenkammer 12 ist eine Revisionsöffnung 42 vorgesehen,
so dass die Turbine 14 im Falle von Wartungs- oder Reparaturarbeiten über die
Revisionsöffnung 42 zugänglich ist, insbesondere
da die Turbinenkammer 12 unter Zuhilfenahme der Schutztafel 40 nunmehr
frei von Triebwasser ist. Unter Zuhilfenahme der Halter 38 und
der Schutztafel 40 kann jede Turbinenkammer 12 einzeln verschlossen
werden. Auch ist es möglich,
zwei oder mehr Turbinenkammern 12 gleichzeitig zu verschließen.
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Die Stauwand 10 umfasst
des Weiteren an ihrer Oberseite ein Schwallblech 44, um
einen kontrollierten Überlauf
des Oberwassers zu gewährleisten.
Bei hochgestellter Stauwand liegt das hintere Ende des Oberführungsbleches 24 am
vorderen Ende des Verbindungselementes 32 bündig an,
so dass der Betriebswasserkanal 16 hierdurch verschlossen
wird, wie dies insbesondere 4 zu
entnehmen ist. Ist die Stauwand 10 gelegt, so werden das
Oberführungsblech 24 und
das Unterführungsblech 26 in
einen Freiraum des Betriebswasserkanales 16 eingeführt und
das Verbindungselement 32 liegt nun an einer entsprechend
dafür vorgesehen Kerbe
am Oberführungsblech 24 nahe
der Stauwand 10 an. In dieser Position führt das
Schwallblech 44 das fließende Wasser an dieser Kontaktstelle
vorbei, so dass auch in diesem Falle ein guter Verschluss des Betriebswasserkanales 16 gewährleistet
ist, wie 6 zu entnehmen
ist.
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Eine Trennwand 46 zwischen
zwei benachbarten Zuführkanälen 34 ist
an ihrem angeströmtem Ende
spitz zulaufend ausgebildet, um das ankommende Triebwasser an dieser
Stelle möglichst
verwirbelungsarm in die jeweilige Turbinenkammer 12 zu
führen,
wie dies 9 zu entnehmen
ist.
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An der Oberseite der Turbinenkammern 12 können zwischen
benachbarten Turbinenkammern 12 sogenannte Schottwände eingeführt werden,
um die jeweilige Revisionsöffnung 42 abzuschotten
und in einfacher Weise öffnen
zu können,
wie dies in den 7 und 8 dargestellt ist.
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In einem hinter der Turbinenkammer 12 vorgesehenen
Tosbecken 48 ist eine Endschwelle 50 vorgesehen,
die zur Beruhigung des Unterwassers beitragen soll, so dass ein
verwirbelungsarmer Abfluss des Unterwassers möglich ist.
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Oberhalb der Turbinenkammern 12 sind
drei Energieschwellen 52 vorgesehen, die das über die Stauwand 10 tretende
Oberwasser beruhigen sollen, um auch hier ein möglichst verwirbelungsarmes
Abfließen
des Oberwassers zu ermöglichen.
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Es versteht sich, dass die Turbinenkammern 12 zusammen
mit den Turbinen 14 so tief in den Bereich hinter der Stauwand 10 eingelassen
sind, dass der Einbau einer voll umströmten Turbine möglich ist. Hierdurch
kann eine besonders gute Ausnutzung der vorhandenen Fallhöhe erreicht
werden.
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In einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform
ist die Stauwand als sogenannte Fischbauchplatte ausgeführt, die
bei vereinfachter Konstruktion die gleichen Traglasten aufnehmen kann,
wie die hier dargestellte Stauwand 10.
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- 10
- Stauwand
- 12
- Turbinenkammer
- 14
- Turbine
- 16
- Betriebswasserkanal
- 18
- Einlauföffnung
- 20
- Rechen
- 22
- Drehgelenk
- 24
- Oberführungsblech
- 26
- Unterführungsblech
- 28
- Stützmauer
- 30
- Kanalwand
- 32
- Verbindungselement
- 34
- Zuführkanal
- 36
- Saugschlauch
- 38
- Halter
- 40
- Schutztafel
- 42
- Revisionsöffnung
- 44
- Schwallblech
- 46
- Trennwand
- 48
- Tosbecken
- 50
- Endschwelle
- 52
- Energieschwelle