DE1125363B - In einem Flusslauf eingebaute Turbine - Google Patents

In einem Flusslauf eingebaute Turbine

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DE1125363B
DE1125363B DEV8845A DEV0008845A DE1125363B DE 1125363 B DE1125363 B DE 1125363B DE V8845 A DEV8845 A DE V8845A DE V0008845 A DEV0008845 A DE V0008845A DE 1125363 B DE1125363 B DE 1125363B
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DE
Germany
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turbine
air supply
water
river
air
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Application number
DEV8845A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Hubert Wagner
Dr-Ing Richard Dziallas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JM Voith GmbH
Original Assignee
JM Voith GmbH
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Publication date
Application filed by JM Voith GmbH filed Critical JM Voith GmbH
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Publication of DE1125363B publication Critical patent/DE1125363B/de
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/121Blades, their form or construction
    • F03B3/123Blades, their form or construction specially designed as adjustable blades, e.g. for Kaplan-type turbines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aeration Devices For Treatment Of Activated Polluted Sludge (AREA)

Description

  • In einem Flußlauf eingebaute Turbine Beobachtungen während der letzten Jahrzehnte haben gezeigt, daß die Verschmutzung der Flußläufe hauptsächlich infolge der vermehrten Einleitung von häuslichen und gewerblichen Schmutz- und Abfallstoffen aller Art zunimmt. Nun haben zwar diese Flußläufe ein gewisses Vermögen, sich selbst zu reinigen. Dieses Selbstreinigungsvermögen reicht jedoch infolge des vermehrten Anfalles von Schmutz- und Abfallstoffen für die Rein- und Gesunderhaltung der Gewässer nicht mehr aus. Man ist daher in neuerer Zeit in zunehmendem Maße bestrebt, das Selbstreinigungsvermögen der Gewässer durch geeignete Maßnahmen zu heben und zu vergrößern, z. B. durch Anlegen von Stauseen, Ausbau von Wasserläufen usw. und insbesondere durch künstliche Belüftung.
  • Für die künstliche Belüftung der Gewässer ist schon eine Reihe von Vorschlägen gemacht worden. So ist es bekannt, auf der Flußsohle geeignete Belüftungskörper, z. B. Filterplatten, anzuordnen, die mittels einer längs des Flusses verlegten Druckluftleitung von einem Kompressor mit Druckluft versorgt werden. Des weiteren gehört es zum Stand der Technik, unterhalb der Turbinenausläufe eines Kraftwerkes im Flußlauf an Schwimmern hängende Belüftungsaggregate anzuordnen, welche die ihnen zugeführte Preßluft möglichst tief und feinst verteilt in das Flußwasser einführen sollen. Weitere Vorschläge befaßten sich mit der Anreicherung des Wassers mit Sauerstoff durch Versprühen des Wassers an der Gewässeroberfläche mittels geeigneter Vorrichtungen, beispielsweise mittels Wurfrädern od. dgl.
  • Bekannt ist auch eine Einrichtung, bei der ein elektrisch angetriebener Mischkreisel in einem senkrecht im Wasser hängenden Tauchzylinder ein Wasser-Luft-Gemisch erzeugt. Ein teleskopartig ausziehbarer Rüssel ermöglicht dabei, das Wasser aus verschiedenen Tiefen einzusaugen, wobei dann das Wasser-Luft-Gemisch infolge seines leichteren spezifischen Gewichts im Tauchzylinder nach oben und über den oberen Zylinderrand nach außen abfließt.
  • Davon abgesehen, daß die bekannten Einrichtungen sich hinsichtlich ihrer Wirksamkeit und Verwendbarkeit zum Teil als unzulänglich erwiesen haben bzw. darüber mangels ausreichender Erfahrungswerte noch kein abschließendes Urteil gefällt werden kann, haben alle bekannten Einrichtungen den Nachteil, daß es sich bei ihnen um eigens für den Zweck der künstlichen Belüftung in die Flußläufe eingebaute zusätzliche und mit erheblichen Kosten sowohl für ihre Erstellung als auch ihren Betrieb verbundene Einbauten handelt.
  • In vorteilhafter Weise macht nun die Erfindung von der bei Turbinen, also für einen anderen Zweck schon vorhandenen Einrichtungen, an sich bekannten Maßnahme, zwecks Vermeidung von Störungen im Wasserlauf dem Laufrad der Turbine Luft zuzuführen, Gebrauch und schlägt für eine in einem Flußlauf eingebaute Turbine vor, die Turbine zum Zwecke der Anreicherung des Flußwassers mit Sauerstoff zur Förderung der biologischen Abbauvorgänge zu belüften und bei einer zur Verhütung der Kavitation in an sich bekannter Weise im Unterdruckbereich belüfteten Turbine die Belüftungsvorrichtung so zu bemessen, daß die zur biologischen Reinigung des Flußwassers erforderliche Menge an Sauerstoff durch die Belüftungsvorrichtung eingetragen werden kann.
  • Von besonderem Vorteil ist hierbei, daß das' Einbringen von Luft nvt Hilfe eines sowieso vorhandenen Unterdruckes, d. h. durch die unmittelbare Ausnutzung der Wasserenergie, mit weniger Kraft möglich ist als bei dem mit Wirkungsgradverlusten behafteten Umweg über die Kraftumwandlung, die Stromerzeugung und den Antrieb von besonderen Luftverdichtern, wie dies bei den bekannten Einrichtungen der Fall ist; dies um so mehr, als im Unterschied zu der bekannten Maßnahme, den Laufrädern von Turbinen zum Zwecke der Vermeidung .von Kavitation eine Luftmenge in der Größenordnung von etwa 1/z bis 111/9 der von der Turbine verarbeiteten Wassermenge zuzuführen, daran gedacht ist, für den Zweck der Belüftung des Wassers zur Förderung der biologischen Selbstreinigung der Flüsse die Belüftungsvorrichtungen für eine wesentlich größere Luftmenge, nämlich eine solche bis zu etwa dem Zwanzigfachen, also bis zu etwa 20'% der von der Turbine verarbeiteten Wassermenge, zu bemessen, so daß auch eine entsprechend große erforderliche Luftmenge in das Flußwasser eingeführt werden kann.
  • Vorteilhaft ist weiterhin die hohe Eintrittsgeschwindigkeit der Luft, die intensive Durchwirbelung von Luft und Wasser und die verhältnismäßig lange Kontaktzeit beim Durchströmen des Saugrohres. Darüber hinaus lassen sich durch den Wegfall besonderer Einrichtungen, wie Gebläse, Filterplatten usw., aber auch durch den einfachen Betrieb und durch den Umstand, daß keinerlei Teile vorhanden sind, die starkem Verschleiß unterworfen sind oder besonderer Unterhaltung bedürfen, erhebliche Einsparungen erzielen.
  • In zweckmäßiger Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, hinter dem Laufradaustritt am Umfang des Saugrohres ein oder mehrere mit Bohrungen, Düsen od. dgl. versehene, an sich bekannte Ringkanäle und/oder in das Saugrohr hineinragende Belüftungsrohre anzuordnen, die mit der Atmosphäre über Luftzuführungsrohre in Verbindung stehen. Durch Ausbildung einer entsprechend großer Anzahl kleiner Bohrungen, Düsen und/oder Belüftungsrohre wird dabei erreicht, daß die Luftblasen im Wasser klein sind und die Sauerstoffaufnahme des Wassers ein Optimum wird. Da außerdem die Wasserströmung hinter dem Turbinenlaufrad sehr stark und turbulent ist, werden die Luftblasen mit dem Wasser so gut vermischt, daß, wie Versuche bestätigt haben, an der Saugrohraustrittsstelle der Turbine eine nahezu gleichmäßige Luftverteilung im Wasser erreicht wird. Schließlich hat die Luft auf dem verhältnismäßig langen Weg durch das Turbinensaugrohr auch genügend Zeit, ihren Sauerstoff an das Wasser abzugeben. Ein besonderer Vorteil ist es, daß solche Ringkanäle mit Bohrungen, Düsen od. dgl. in die meisten Turbinen auch noch nachträglich eingebaut werden können. Dabei könnte man auch daran denken, die Luftmenge durch Abschalten einzelner Bohrungen, Düsen oder Belüftungsrohre oder auch durch Abschalten ganzer Gruppen derselben oder auch durch Verändern deren lichter Querschnitte mittels besonderer Vorrichtungen zu dosieren. Auf jeden Fall ist bei ausreichendem Sauerstoffgehalt ein vollständiger und dichter Abschluß der Luftzuführung notwendig. Schließlich ist es aber auch möglich, die Anreicherungsluft durch die hohle Turbinenlaufradwelle oder auch unmittelbar vor dem Turbinenlaufradeintritt zuzuführen.
  • Die Menge der Luftzufuhr kann in Abhängigkeit vom Sauerstoffbedarf des Wassers, und zwar automatisch oder von Hand aus gesteuert werden. Nun wird aber bekanntlich die Turbinenleistung durch das Einführen von in diesem Falle größeren Luftmengen mehr oder minder stark beeinflußt. Es ist daher vorteilhaft, die dem Wasser zuzuführende Luftmenge in Abhängigkeit von einer oder mehreren Betriebsgrößen der Turbine am besten automatisch zu steuern. Selbstverständlich ist aber auch eine Regelung von Hand möglich. So kann man beispielsweise bei Spitzenbelastung der Turbine so wenig Anreicherungsluft zuführen, daß hierdurch der Turbinenwirkungsgrad gar nicht oder nur unwesentlich beeinflußt wird. In den Nachtstunden ist dagegen meistens eine bedeutend niedrigere Turbinenleistung erforderlich. Unter Umständen können Turbinen sogar nachts ohne Leitsungsabgabe laufen. In diesem Falle braucht dann auf Erhaltung eines hohen Wirkungsgrades oder eines bestimmten Gefälles nicht mehr so sehr geachtet zu werden, so daß eine entsprechend größere Menge von Anreicherungsluft zugeführt und demzufolge das Flußwasser zu Zeiten geringer Turbinenleistung besonders intensiv mit Luftsauerstoff angereichert werden kann.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung in Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen, jeweils im Längsschnitt: Fig. 1 die schematische Darstellung einer Kaplanturbine, bei der ein Ringkanal für die Luftzuführung angeordnet ist, Fig. 2 eine Anordnung, bei der das Luftzuführungsrohr in das Saugrohr hineinragt.
  • Die Fig.1 zeigt in schematischer Weise eine Kaplanturbine 1, an deren Saugrohr 2 ein mit der Atmosphäre über ein Luftzuführungsrohr 3' in Verbindung stehender Ringkanal 4 angeordnet ist. Dieser Ringkanal ist so um das Saugrohr herumgelegt, daß die Anreicherungshift durch dessen Düsen 4' unmittelbar in das innerhalb des Saugrohres liegende Unterdruckgebiet eingeführt werden kann. In das Lnftrz,f;;hn,ngsrohr 3' ist noch ein Regulierventil 6 eingebaut, durch das die Menge der zuzuführenden Anreicherungsluft reguliert werden kann, und zwar beispielsweise in Abhängigkeit von einem hier nicht gezeichneten Turbinenregler.
  • Außerdem ist hier noch gezeigt, wie die Anreicherungsluft durch eine durch die Laufradnabe 8 und das Laufrad hindurchgeführte Luftzuführungsleitung 7 in das Saugrohr eingeführt werden kann. Auch hier ist ein Regulierventil 6 zwischen die Luftzuführungsleitung 7 und das Luftzuführungsrohr 3' eingebaut. Ebenso kann auch die Anreicherungsluft durch einen unmittelbar vor dem Laufrad 1 angeordneten, mit Düsen versehenen Ringkanal 5 über das ebenfalls durch ein Regulierventil 6 absperrbare Luftzuführungsrohr 3' zugeführt werden.
  • In Fig. 2 ist wiederum eine Kaplanturbine schematisch dargestellt. Die Anreicherungsluft wird hier durch ein unmittelbar in das Saugrohr 2 der Turbine 1 hineinragendes Belüftungsrohr 3 eingeführt. Sofern es zweckmäßig erscheint, kann die Anreicherungsluft selbstverständlich auch bei dieser Anordnung zusätzlich noch durch die Laufradnabe und etwa auch noch durch einen vor dem Laufrad angeordneten Ringkanal zugeführt werden.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. In einem Flußlauf eingebaute Turbine, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine zum Zwecke der Anreicherung des Flußwassers mit Sauerstoff zur Förderung der biologischen Abbauvorgänge belüftet ist und daß bei einer zur Verhütung der Kavitation in an sich bekannter Weise im Unterdruckbereich belüfteten Turbine die Belüftungsvorrichtung so bemessen ist, daß die zur biologischen Reinigung des Flußwassers erforderliche Menge an Sauerstoff durch die Belüftungsvorrichtung eingetragen werden kann.
  2. 2. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Laufradaustritt am Umfang des Saugrohres (2) ein oder mehrere mit Bohrungen, Düsen od. dgl. versehene, an sich bekannte Ringkanäle (4) und/oder in das Saugrohr (2) hineinragende Belüftungsrohre (3) angeordnet sind, die über Luftzuführungsrohre (3') mit der Atmosphäre in Verbindung stehen.
  3. 3. Turbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle Laufradwelle mit einer Luftzuführungsleitung (7) in Verbindung steht.
  4. 4. Turbine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Luftzuführungsrohr (3') und in der Luftzuführungsleitung (7) in an sich bekannter Weise ein Regulierventil (6) angeordnet ist, das von Hand oder in Abhängigkeit von der Durchflußwassermenge und/oder dem Nutzgefälle steuerbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 279531; »Gesundheitsingenieur«, Jahr 1951, S. 299, 300; »Engineering News Records«, Jahr 1948, S. 76 bis 78; »Civil Engineering«, Vol. 16, Jahr 1946, S. 348, 349.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3122493A1 (de) * 1981-06-05 1983-02-03 Evgenij Prokof'evič Moskva Gladkov Wasserablauf einer staumauer
DE3208055A1 (de) * 1982-03-05 1983-09-15 Michail Sergeevič Žukovskij Moskovskaja oblast' Charčenko Wasserablauf einer staumauer

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE279531C (de) *

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