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Neben einer Schleuse angeordnetes Wasserkraftwerk Bei neben einer
Schleuse angeordneten Wasserkraftwerken hat der in der Staustufe zur Aufrechterhaltung
der Schiffahrt auf der Schiffahrtsstraße erforderliche Schleusenbetrieb, bei dem
die Schleuse unter Verwendung von Schützen oder sonstigen geeigneten Absperrorganen
beispielsweise aus dem Oberwasser aufgefüllt und zum Unterwasser hin entleert wird,
den Nachteil, daß insbesondere bei großem Schiffsverkehr und dem dadurch notwendigen
häufigen Schleusen viel Wasser abfließt. Ein. Absinken des Oberwasserspiegels bedeutet
aber für das Wasserkraftwerk eine Leistungseinbuße. Damit hat der Schleusenbetrieb
eine mehr oder minder große Wirkungsgradverschlechterung des Wasserkraftwerkes zur
Folge. Außerdem führt ein Absinken des Oberwasserspiegels zu Schwankungen im Oberwasser,
was für den Schiffsverkehr im Oberwasser eine Störung bedeutet. Auch ist bei Stillwasserkanälen
die Wasserspende der in das Oberwasser einmündenden Zuflüsse nicht immer ausreichend,
um den Oberwasserspiegel bei einem durch häufiges Schleusen eingetretenen großen
Wasserabfluß aufrechterhalten zu können.
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Des weiteren ist die Füll- und Entleerzeit im Schiffsverkehr durch
die Schleuse von Bedeutung. Aus diesem Grunde wurden zum Füllen und Entleeren der
Schleuse unter anderem auch schon Pumpwerke verwendet, durch die das ganze Schleusenwasser
oder zumindest ein Teil desselben vom Unter- oder Oberwasser her in die Schleuse
eingepumpt wird.
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So wurde bereits bekannt, ein Pumpwerk zu verwenden, das aus zwei
miteinander gekuppelten, sowohl auf Pumpenbetrieb als auch auf Turbinenbetrieb einstellbaren
Kreiselmaschinen besteht. Dieser Maschinensatz soll so arbeiten, daß beim Füllen
der Schleusenkammer die eine der beiden Kreiselmaschinen auf Turbinenbetrieb eingestellt
und von dem in die Schleuse einströmenden Oberwasser beaufschlagt wird, während
die andere mit dieser Turbine gekuppelte Kreiselmaschine auf Pumpenbetrieb eingestellt
und durch sie Wasser vom Unterwasser her in die Schleuse eingepumpt wird. Da aber
hierbei der Wasserspiegel in der Schleusenkammer stetig ansteigt, sinkt auch die
Fallhöhe zwischen Oberwasser- und Schleusenwasserspiegel und damit auch die Leistung
der Pumpenantriebsturbine stetig ab. Deshalb ist für die restliche Auffüllung der
Schleuse hier noch ein zusätzlicher, beispielsweise elektromotorischerAntrieb der
Pumpe, notwendig, sofern die Schleuse nicht direkt vom Oberwasser her vollends gefüllt
wird. Beim Entleeren der Schleusenkammer werden die beiden Kreiselmaschinen umgestellt,
und zwar so, daß die bisherige Pumpe jetzt als vom abfließenden Schleusenwasser
beaufschlagte Turbine arbeitet, während die bisherige Turbine nunmehr als Pumpe
arbeitet und einen Teil des Schleusenwassers wieder ins Oberwasser zurückpumpt.
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Bei einem derartigen Schleusenbetrieb wird zwar ein Teil des wertvollen
Oberwassers gespart. Die Oberwasser-Spiegelschwankungen sind geringer, doch ist
dafür ein verhältnismäßig großer Aufwand an Maschinen notwendig. Da die Maschinen
nur für den Zweck des Schleusenbetriebs eingesetzt und nur während des Füllens und
Entleerens der Schleuse in Betrieb sind, ist eine solche Anlage auch teuer und schlecht
ausgenützt und damit unwirtschaftlich. Beim Aussetzen der Schiffahrt, insbesondere
während der Wintermonate, ist die Anlage sogar längere Zeit außer Betrieb.
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Nach einem bekannten Vorschlag wurde bei einem neben einer Schleuse
angeordneten Wasserkraftwerk auch schon von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, eine
der Stromerzeugungsmaschinen als verhältnismäßig kleine Pumpturbine auszubilden.
Damit ist man zwar einerseits in die Lage versetzt, infolge der kleinen Schluckfähigkeit
der Maschine im Turbinenbetrieb dem im Sommer zeitweise sehr geringen Wasserzufluß
im Oberwasser Rechnung zu tragen, andererseits kann man bei einer nicht ausreichenden
natürlichen Wasserführung durch Betreiben der Maschine als Pumpe mittels billigen
Nachtstroms das oberwasserseitig des Wasserkraftwerkes liegende Speicherbecken aufladen,
die vorstehend erwähnten Nachteile des Schleusenbetriebs lassen sich durch diese
Maßnahme jedoch nicht vermeiden.
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Die Erfindung betrifft ein solches neben einer Schleuse angeordnetes
Wasserkraftwerk mit mindestens einer als Pumpturbine ausgebildeten Stromerzeugungsmaschine
und hat den Zweck, mit rationellen Mitteln einen wesentlich rascheren und billigeren
Schleusenbetrieb zu ermöglichen, als es mit den bisher
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Einrichtungen erreicht werden kann. Zur Erlangung dieses Zweckes schlägt die Erfindung
vor, den in an sich bekannter Weise mit einem Verschluß versehenen oberwasserseitigen
Einlauf der Pumpturbine mit der Schleusenkammer durch eine mit einem Absperrorgan
versehene Zweigleitung zu verbinden.
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Hierbei ergibt sich der Vorteil, daß zum Schleusenbetrieb ein in der
Wasserkraftanlage-bereits vorhandener Anlageteil, nämlich die bzw. eine der Stromerzeugungsmaschinen
verwendet werden kann, womit ihr ein ganz neues und gegenüber ihrer bisher bekannten
Verwendung auch andersartiges Anwendungsgebiet erschlossen wird. Vorteilhaft ist
hierbei, daß die Stromerzeugungsmaschine für ihren neuen Verwendungszweck nur geringfügige
bauliche Änderungen aufweist. Die Schleuse kann auf diese Art sehr schnell vom Unterwasser
her gefüllt werden, denn die für eine Stromerzeugung ausgelegte Pumpturbine hat
ja auch als Pumpe eine entsprechend größere Förderleistung als etwa eine ausschließlich
die Schleuse bedienende Pumpe. Ein derartiger Pumpturbinen-Motorgeneratorsatz arbeitet
auch sehr wirtschaftlich, denn er läuft meistens als Stromerzeuger, und er wird
nur im Bedarfsfall als Füllpumpe für die Schleuse eingesetzt. Wenn im Winter die
Schiffahrt und damit der Schleusenbetrieb zeitweise ganz aussetzen, arbeitet dieser
Maschinensatz dann nur als Stromerzeuger, was sich gerade zu dieser Jahreszeit des
erhöhten Licht- und Heizstrombedarfes wegen besonders günstig auswirkt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung am Ausführungsbeispiel eines Laufkraftwerkes
mit zwei nebeneinanderliegenden Maschineneinheiten dargestellt. Es zeigt Fig. 1
den Grundriß eines Teils des Kraftwerkes mit danebenliegender Schiffsschleuse und
Fig. 2 einen Vertikalschnitt nach der Linie A-A der Fig. 1.
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Von den in Fig.1 dargestellten Kreiselmaschinen 1, 2 ist die eine,
und zwar die der Schleuse 3 am nächsten liegende und hiervon nur durch einen Pfeiler
4 getrennte Maschine 1 als Pumpturbine ausgebildet und über ihre lotrechte Welle
mit einem Motorgenerator 5 gekuppelt. Bei Turbinenbetrieb fließt das Betriebswasser
(Oberwasser O W), wie durch ausgezogene Pfeile gezeigt ist, durch das Spiralgehäuse
6 zur Turbine und verläßt diese Turbine durch den in das Unterwasser UW eintauchenden
Saugrohrkrümmer 7 wieder. Bei Pumpenbetrieb bildet der Saugrohrkrümmer den Einlauf
und das Spiralgehäuse 6 den Auslauf. Zum Füllen der beispielsweise durch Tore 8,
9 abschließbaren Schleuse 3 ist ein vom Spiralgehäuse 6 abgezweigter, durch den
Pfeiler 4 hindurchgeführter und in die Schleusenkammer einmündender Füllkana110
mit einer Absperrklappe 11 vorgesehen. Diese Klappe ist von außen her durch einen
Einsteigschacht 12 zugängig gemacht. Außerdem ist noch vor dem Turbinenspiralgehäuse
6 ein Absperrorgan - hier ein. Schütz 13 - angeordnet, durch das die Einlaufspirale
bei Pumpenbetrieb gegen das Oberwasser hin abgesperrt werden kann. Die Absperrorgane
11, 13 werden zweckmäßig vor der Kraftmaschinenzentrale aus etwa elektrisch gesteuert.
Hierbei kann zur Vereinfachung und Beschleunigung der Schleusenbedienung eine selbsttätige
Steuerung der Absperrorgane sowie eine selbsttätige Umsteuerung der Pumpturbine
in der jeweils notwendigen Reihenfolge ausgeführt werden. Soll beispielsweise ein
vom Unterwasser UW her fahrendes Schiff 14 zum Oberwasser geschleust werden, so
wird unter der Voraussetzung, daß eine Schleusung vom Oberwasser zum Unterwasser
vorausgegangen ist und das Schleusentor 8 geöffnet ist, das Schiff 14 in die Schleuse
eingefahren und das Schleusentor 8 wieder geschlossen. Danach wird auch das Schütz
13 geschlossen und die Klappe 11 geöffnet. Nach Umstellung der Maschineneinheit
l auf Pumpenbetrieb kann dann die Schleuse 3 über den jetzt offenen Füllkanal
10 vom Unterwasser her aufgefüllt werden. Sobald die Schleuse gefüllt ist,
wird die Pumpturbine abgestellt, die Klappe 11 geschlossen und das Schleusentor
9 geöffnet. Das Schiff kann dann ins Oberwasser einfahren. Nach Umstellung der Maschineneinheit
1 auf Turbinenbetrieb und Öffnen des Schützes 13 kann dieser Maschinensatz wieder
für die Stromerzeugung verwendet werden.
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Bei Hochwasser ist es bei der dargestellten Anordnung des Füllkanals
10 und der Abschlußorgane 11, 13 auch möglich, die Schleuse vom Oberwasser her durch
Öffnen der Verbindungsleitung 10 aufzufüllen. In diesem Falle könnte die Turbine
1 auch bei Schleusenbetrieb weiter für die Stromerzeugung arbeiten.
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Damit im Falle des Überholens der Pumpturbine der Schleusenbetrieb
weiter aufrechterhalten werden kann, werden in den Schleusentoren die an sich bekannten
Füllventile beibehalten.
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Unter Umständen mag es auch angebracht sein, die Schleuse nur teilweise
vom Unterwasser her mit dem Pumpenaggregat und sie danach vom Oberwasser her vollends
aufzufüllen. Man wird dann für die restliche Auffüllung die auf der Oberwasserseite
liegenden Schleusenfüllventile öffnen.
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Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß das Schütz 13 auch als
Notverschluß verwendet werden kann, wenn beispielsweise die Regelung der Turbine
versagt. In einem solchen Fall könnte dann das Fallen des Schützes 13 etwa durch
ein Ruhestrom-oder auch durch ein Arbeitsstromrelais ausgelöst und so die Turbine
stillgelegt werden.