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Sektorwehr mit selbsttätiger hydrostatischer Steuerung Bei der hydrostatischen
Steuerung eines Sektorwehres wird beim Heben die Sektorwelirkammer mit dem Oberwasser
und beim Senken die Kammer mit dem Unterwasser in Verbindung gebracht. Die Erfahrung
zeigt jedoch, daß es im Verlauf der Senk-und Hubbewegung Grenzfälle gibt, bei denen
die Differenz zwischen Ober- und Unterwasserspiegel nicht mehr ohne besondere Maßnahmen
ausreichend ist, um das Wehr mit Sicherheit rein hydraulisch völlig abzusenken oder
aus der Tiefstlage hochzuheben. Um das Absenken des Wehres in jeder Lage zu gewährleisten,
ist man daher dazu übergegangen, das Wehr mit Ballast zu füllen. Diese Maßnahme
hat den Nachteil, daß zusätzliche Kosten für Ballast entstehen und außerdem das
Anheben des Wehres, besonders aus der Tiefstlage, nur mit Hilfe von Pumpen, Preßluft
oder durch sonstige zusätzliche Maßnahmen erreicht werden kann.
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Auch konstruktive Maßnahmen wie Abrunden der Wehrkrone, hydraulische
Sonderformgebung des Abfallrückens, Injektoröffnungen im Unterwasser in den Pfeilern
in der Nähe der Drehgelenke zum Absenken des Unterwassers stellen nur Teillösungen
dar, welche ein einwandfreies Absenken des Wehres ohne Ballast nicht gewährleisten.
Die Schwierigkeit beim Absenken des Sektorwehres besteht in der kritischen Zone
darin, daß sich im Anschluß an die Wehrkrone ein Unterdruckgebiet herausbildet.
Dieser Unterdruck entspricht einer nach oben gerichteten Kraft, welche auf den Abfallrücken
des Wehres wirkt. Soll das Wehr gesenkt werden, so müßte der Innenwasserdruck tiefer
gesenkt werden. Der Innenwasserdruck ist jedoch durch den jeweiligen Unterwasserstand
begrenzt, d. h.. der Innenwasserstand kann normalerweise nicht tiefer sein als der
Unterwasserstand, da bei diesem Betriebsfall das Innenwasser des Sektors ' mit dem
Unterwasser in Verbindung steht. Wenn kein Ballast vorhanden ist, müßte das Innenwasser
durch Pumpen oder sonstige Maßnahmen abgesenkt werden. Bei einem Wehrtyp, dessen
Prinzip Bewegung durch Wasserkraft ist, ist es jedoch unerwünscht, zusätzlich Maschinenkraft
einzusetzen.
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Es ist auch bereits bekannt, den bei überströmtem Wehr unterhalb der
Wehrkrone auftretenden Sog , selbst auszunutzen, um aus der Wehrkammer Wasser abzusaugen
und so den Sektor bei hohem Unter-Wasserstand, also bei geringem Druckunterschied
zwischen Ober- und Unterwasser, weiter absenken zu können. In diesem Falle wurden
sogenannte Sog-; öffnungen dicht unterhalb der Wehrkrone an der Ablauffläche angeordnet.
Sie werden von außen durch leicht bewegliche Klappen verschlossen, so daß nur Wasser
aus der Wehrkammer austreten, aber nicht durch die Öffnungen von außen eindringen
kann. In der Staustellung sind diese Klappen auch nicht absolut luftdicht, so daß
der Innenraum hierdurch unerwünschte Luftzufuhr erfährt.
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Ferner weist die bekannte Anordnung der Sogöffnungen den Nachteil
auf, daß bei Ansteigen des Innenwassers eine ständige Durchströmung der Wehrkammer
entsteht, sobald die Sogöffnungen tiefer liegen als der Innenwasserstand. Ein weiterer
wesentlicher Nachteil dieser bekannten Sogöffnungen besteht darin, daß kein völliger
Abschluß des Wehrinnern und daher kein zwangläufiges Festhalten des Wehrkörpers
in einer bestimmten Stellung gewährleistet ist, weil die Sogöffnungen den Austritt
von Wasser aus der Wehrkammer ermöglichen.
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Gemäß der Erfindung lassen sich diese Nachteile dadurch wirksam vermeiden"
daß bei einem hydrostatisch bewegbaren, sich selbsttätig einstellenden Sektorwehr,
bei dem der Wasserdruck in der Wehrkammer durch ein Regulierventil geregelt wird
und die Wehrkammer zur Absenkung des Wehrkörpers bei hohem Unterwasserstand und
überströmtem Wehr mit dem im Bereich der Krone des Überfallrückens auftretenden
Unterdruckgebiet in Verbindung steht, der unterhalb der Wehrkrone auftretende Sog
auf die Kammer des Regulierventils zur Einwirkung gebracht und bei hohem Unterwasserstand
ein Rückstau in die Sektorgrube ausgeschlossen wird. Demgemäß wird vorgeschlagen,
in der von der Kammer des Regulierventils zum Unterwasser hin führenden Leitung
ein Sperrorgan vorzusehen und den im Unterdruckgebiet der Wehrkrone wirksamen Sog
über eine im Bereich der Wehrkrone beginnende, von einer Öffnung ausgehende Rohrleitung
auf die mit der Wehrgrube in Verbindung stehende Kammer des Regulierventils einwirken
zu lassen. Hierdurch wird erreicht, daß bei geschlossenem Regulierventil weder Wasser
noch Luft ein- oder ausdringen kann und das Wehr in
seiner jeweiligen
Lage zwangläufig festgehalten ist, da keine Volumenänderung des Innenwassers stattfinden
kann. Sobald der durch den Sog erzeugte Druck niedriger ist als der vom Unterwasser
im Kanal hervorgerufene Druck, fließt das Wasser aus dem Sektorraum durch die Sogleitung
über den Sektorrücken ab und nicht mehr durch den Unterwasserkanal unmittelbar in
das Unterwasser. Eine Bewegung von Unterwasser in den Sektorraum wird durch die
selbsttätige Schließung des im Auslauf zum Unterwasser eingebauten Sperrorgans verhindert.
Die Regulierung des Wehres läuft in der kritischen Zone unverändert in gleicher
Weise weiter, indem das aus der Wehrkammer beim Senken des Wehres abzulassende @@"asser
durch einen Verbindungskanal zwischen Wehrkammer und Regulierorgan und durch dieses
sowie durch das Sogrohr zu dem Sogauslaß geführt wird und dort austritt. Für das
Heben des Wehres wird das Regulierorgan zum Oberwasser hin geöffnet; das Oberwasser
fließt in die Wehrkammer, und das Wehr wird dadurch gehoben.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Die grundsätzliche Anordnung des erfindungsgemäßen Sektorwehres zeigen
Fig. l a, 1 b und 2. In Fig. 1 a ist das Sektorwehr in Staulage in Ansicht und in
Fig. 1 b im Grundriß dargestellt. An den Steuerpfeiler 1 schließt sich der Wehrkörper
2 an. Der Wehrkörper besteht aus der Wehrkrone 3, der oberwasserseitig kreisförmigen
Stauwand 29, dem Wehrabfallrücken 4 mit der Sektordrehachse 20. Der Zulauf vom Oberwasser
erfolgt durch den Einlauf 10 im Pfeiler durch den Oberwasserkanal 5 zum Regulierorgan
7. Das Regulierorgan stellt entweder die Verbindung zwischen der Wehrkammer 23 zum
Oberwasser oder die Verbindung der Wehrkammer 23 zum Unterwasser her. Vom Regulierorgan
7 führt eine Rohrleitung 6 mit einer Auslauföffnung 11 zum Unterwasser. Die Saugrohrleitung
12, 13 verbindet durch die Eintrittsöffnung 14 die Rohrleitung 6 mit der Austrittsöffnung
17 der Sogleitung in den Wehrabfallrücken 4 des Wehres 2. Ein Rückschlagventil 9
verhindert, daß das Unterwasser durch die Rohrleitung 6 in das Wehrinnere 23 eintreten
kann, wenn mit Hilfe der Rohrleitung 12, 13 der Wasserdruck im Unterwasserkanal
des Regulierorgans gegenüber dem Unterwasserdruck vermindert worden ist. Der Rohrteil
12 des Saugrohres ist in den Lagern 15 drehbar gelagert und mittels der Ringdichtung
16 gegen den festen Teil 13 des Saugrohres abgedichtet und mit ihm verbunden. Das
Regulierorgan 7 wird mittels des Antriebes 8 betätigt. Um eine Rückführung zu erreichen,
kann der drehbare Teil des als Saugrohr wirkenden Rohrteiles 12 mit einem Segment
18 ausgestattet werden. Dieses Segment 18 steht durch die Rückführvorrichtung 19
mit dem Antrieb 8 in Verbindung. Der Wasserfluß des Betriebswassers in der Wehrkammer
23 zum Regulierorgan 7 erfolgt durch die Öffnung 21 für Zu- und Ablauf im Steuerpfeiler
1. Die Austrittsöffnung 17 am Wehrabfallrücken wird zweckmäßigerweise durch eine
stromabwärts offene Schutzhaube 22 überdeckt und außen mit einer Rückschlagklappe
24 versehen.
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Der Rohrteil 12 kann zentrisch zur Wehrachse in den Pfeiler eingeführt
werden. In diesem Falle wird es in den beiden Lagern 15 drehbar abgestützt. Der
Rohrteil 12 wird mit dem Rohrteil 13 mit Hilfe einer drehbaren Dichtung 16 verbunden.
Der Rohrteil 13 ist ruhend im Mauerwerk gelagert, während der Rohrteil 12 die Bewegung
des Sektors mitmacht. Bei dieser Anordnung tritt keine ständige Durchströmung der
Wehrkammer auf. Bei geschlossenem Rückschlagventil 9 ist das Wehrinnere 23 vollkommen
abgeschlossen, so daß der Wehrkörper 2 zwangläufig in seiner Lage festgehalten wird.
An den durch den Pfeiler durchgeführten Rohrteil 12 kann das Kreissegment 18 für
die Rückführung 19 gleichzeitig angeschlossen werden. Dabei ist für den Gedanken
der Erfindung gleichgültig, ob das Kreissegment in der Ausführung durch einen Hebel
oder durch ein Segment mit beliebiger Kurvenform ersetzt wird. Das Kreissegment
18 wird durch eine Rückführvorrichtung 19, z. B. ein Seil. eine Kette, ein Gestänge
oder ein Getriebe, mit dem Antrieb 8 verbunden.
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Der Gedanke der Erfindung wird auch erreicht, wenn die Saugleitung
nicht unmittelbar durch den Drehpunkt des Sektors in den Pfeiler geleitet wird.
Sie kann auch innerhalb der Wehrkammer an ein festliegendes Rohr angeschlossen werden,
das zu einem entfernten Ablauf des Regulierorgans geführt und mit diesem verbunden
wird. Es ist auch möglich, die Saugleitung in die Nähe des Drehpunktes zu verlegen
und dafür den im Sektorkörper liegenden Teil der Saugleitung als elastisches Rohr
ganz oder teilweise in Form eines biegsamen Metall- oder Kunststoffschlauches od.
ä. auszubilden.
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Wesentlich für die Erfindung ist die Tatsache, daß die Austrittsöffnung
17 am Wehrrücken unmittelbar mit dem Unterwasserkanal 6. unterwasserseitig
vom Regulierorgan, in Verbindung gebracht wird. An Stelle einer Austrittsöffnung
17 können auch mehrere derartige Öffnungen über die Wehrbreite verteilt angeordnet
und mittels einer gemeinsamen Leitung mit der Rohrleitung 6 verbunden werden.
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In Fig. 2 ist das Wehr nach Fig. 1 a so weit gesenkt, daß der kritische
Bereich eingetreten ist. Das Gefälle zwischen Ober- und Unterwasser hat sich stark
vermindert. Durch das hoch angestiegene Unterwasser ist es nicht mehr möglich, den
Innenwasserdruck des Wehres weit genug abzusenken. Aus dem Verlauf der Wasserdrucklinie
25 ist das Auftreten des Soges 27 ersichtlich. Es wirkt ein Druckabfall
26 auf den Wehrrücken etwas unterhalb der Wehrkrone 3. Dieser Druckabfall
will das Wehr nach oben ziehen und vermindert ein weiteres Absenken des Wehres,
wenn der Wasserdruck im Wehrinnern nur bis zur Höhe des Unterwassers gesenkt werden
kann. Wird in der oben angegebenen Weise der Innenraum des Wehres 23 mittels der
Rohrleitung 12, 13 mit diesem Sogbereich in Verbindung gebracht, dann sinkt der
Innenwasserdruck in der Wehrkammer, und das Wehr führt seine Abwärtsbewegung weiterhin
durch. Eingeleitet wird diese Senkbewegung automatisch lediglich durch Betätigung
des Regulierorgans 7, welches auf Senken eingestellt ist, und durch selbsttätiges
Schließen des Rückschlagventils 9 im Unterwasserkanal 6.
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Soll die Forderung erfüllt werden, daß auch das Heben des Sektors
vollkommen selbsttätig ohne Zuhilfenahme von Pumpen, Preßluft od. dgl. erfolgt,
so ist erfindungsgemäß die Ausbildung des Sektors nach den Fig. 3 und 4 durchzuführen.
Die Fig. 3 zeigt ein Wehr in Staustellung, bei dem die grundsätzliche Anordnung
des Pfeilers 1, der Wehrkammer 23 und des Sektors 2 ähnlich wie in Fig. 2 beibehalten
ist. Auch die hydrodynamischen Erscheinungen bezüglich des Verlaufes der Wasserlinie
25 und des Soges 27 sind grundsätzlich ähnlich wie in Abb. 2. Lediglich der Wehrabfallrücken
4 des Sektors ist etwas flacher ge-
legt und die Stauwand 29 in Form eines
Schnabels 28 über die Abfallwand hochgezogen. Mit 24 ist eine Rückschlagklappe bezeichnet.
Die
Schwierigkeit beim Aufrichten des Wehres infolge nicht ausreichenden Gefälles zwischen
Ober-und Unterwasser tritt nur dann ein, wenn das Wehr, wie es in Fig. 4 gezeigt
wird, sich in der tiefsten Lage befindet. Hier ist der Wehrkörper mit der Anordnung
des Wehrabfallrückens 4, der Stauwand 29 und des Schnabels 28 ähnlich wie in Fig.
3 dargestellt. Der Wehrkörper befindet sich in vollkommen abgesenktem Zustand. Durch
die Formgebung des Schnabels 28 und die tiefere Lage des Wehrabfallrückens 4 ist
auch im abgesenkten Zustand ein Sog 27 und eine Vergrößerung der nach oben gerichteten
Druckdifferenz 31, 32 festzustellen. Durch diese Anordnung des Schnabels 28 wird
in der tiefsten Lage des Wehres gegenüber einer gleichmäßig geneigten Ablauffläche
unterhalb der Wehrkrone ein Sog 27 und anschließend eine Senkung des Wasserstandes
über die Ablauffläche 31 erzielt, die beide eine Entlastung darstellen, und die
tiefere Lage des Abfallrückens vergrößert die nach oben wirkende Kraft des inneren
Wasserdrukkes 32, also beim Anheben des durch das Regulierorgan eingelassenen Oberwassers.
Auf den Wehrabfallrücken 4 wirkt von oben das Unterwasser mit dem Unterwasserspiegel
31 bzw. dem Sog 27. In der Sektorkammer wirkt von unten her auf den
Wehrabfallrücken 4 der Oberwasserdruck entsprechend der Wasserspiegelhöhe 32 des
Oberwassers. Durch die Differenz der Wasserspiegelhöhen 31 und 32 und den Sog 27
ergibt sich eine auf die Abfallwand wirkende Kraftdifferenz, welche nach oben gerichtet
ist und den Sektor aufwärts bewegt. Sobald das Wehr sich um ein gewisses Maß gehoben
hat, stellt sich automatisch ein größeres Gefälle zwischen Ober- und Unterwasser
ein. Das Regulierorgan 7, welches in seiner Stellung »Heben« die Verbindung zwischen
dem Oberwasserkanal 5 und der Wehrkammer 23 herstellt, sorgt dafür, daß mit Hilfe
des Überdruckes 33 des Innenwassers der Wehrkammer 23, der dem Oberwasserstand entspricht,
das Wehr gehoben wird. Die Senkbewegung des Wehres nach Fig. 3 und 4 erfolgt sonst
in gleicher Weise wie nach den Fig. 1 a und 2 bereits beschrieben. Auch für das
Durchfahren der kritischen Stellung, welche in Fig. 3 dargestellt ist, gelten die
gleichen Grundsätze des oben bei Fig. 2 beschriebenen Senkvorganges. Je nach der
Ausbildung der Wehrachse 20 könnten sich bei der Einführung des Rohrteiles 12 in
den Pfeiler durch die Wehrachse konstruktive Schwierigkeiten ergeben. Es ist daher,
wie in Fig. 5 a und 51) in Ansicht und im Grundriß dargestellt, von Vorteil, in
dem Pfeiler 1 eine Nische 30 vorzusehen und das Rohr 12 derart abgeknickt in die
'Tische 30 einzuführen, daß die Drehachse 20 des Sektors umgangen wird, andererseits
aber von der Nische 30 ab in Richtung Pfeilerinnenseite das Rohr 12 mittig in Verlängerung
der Sektorachse 20 gelagert werden kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß das
Kreissegment 18 für die Rückführvorrichtung 19 starr mit dein Rohrteil 12 verbunden
werden kann, ohne daß sich konstruktive Schwierigkeiten zwischen dem Drehgelenk
des Sektors und dem Saugrohr 12 ergeben. Die Anordnung der Sogleitung kann sowohl
für einen Sektor mit schnabelförmigem Ansatz als auch ohne diesen Ansatz, wie beispielsweise
Fig. 5 a erkennen läßt, mit Vorteil angewandt werden.
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An Stelle des in der Zeichnung dargestellten Regulierventils 7 in
Form eines Ringschiebers können auch andere Regulierorgane wie Zylinderschütz. Rohrschütz,
Flachschieber, Drosselklappe od. dgl. benutzt werden.