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Unterwasserseitiges Absperrorgan von Turbinen-, Pumpen- bzw. Pumpturbinenanlagen
Die Erfindung betrifft ein hydrostatisch selbsttätig unter dem Einfiuß von Druckwasser
verschwenkbares, unterwasserseitiges Absperrorgan von Turbinen-, Pumpen- bzw. Pumpturbinenanlagen
mit in einem Wasserführungskanal od. dgl. angeordneter Strömungsmaschine und mit
einem Absperrorgan auf der Hochdruckseite.
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Bisher werden bei Anlagen der erwähnten Art zum Absperren von Stollen
gegen das Unterwasser zum Zwecke der Durchführung von Revisionen oder notwendigen
Reparaturen Gleitschützen, Rollschützen, Segmentverschlußkörper oder Dammtafeln
verwendet. In bekannter Weise werden diese unterwasserseitigen Absperrorgane dabei
häufig gegenüber den oberwasserseitig angeordneten Absperrorganen so verriegelt,
daß sie nur im Schutze der geschlossenen oberwasserseitigen Absperrorgane geschlossen
werden können. Um eine Beschädigung bzw. eine Zerstörung der Unterwasserschützen
bei Versagen der Verriegelung oder sonstigem unvorhergesehenem Öffnen der oberwasserseitigen
Absperrorgane zu verhindern, werden hierbei die Schütze in manchen Fällen und soweit
möglich, nicht nur gegen den vollen statischen Druck des Unterwassers, sondern auch
gegen den wesentlich höheren Druck des Oberwassers ausgesteift. Das hat den Nachteil,
daß die Unterwasserschützen der bekannten Bauarten sehr schwer und teuer werden.
Demzufolge erfordern diese Schützen entsprechend starke Hubeinrichtungen, zumal
die an ihnen angreifenden Auftriebskräfte gering sind. Ein weiterer Nachteil dieser
Schützen bzw. Verschlußkörper ist es, daß die zur seitlichen Führung benötigten
Nischen eine Verschlechterung der Wasserführung zur Folge haben.
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Es sind ferner hydraulisch bewegte Sektorschütze für hydraulische
Druckleitungen bekannt, die durch geeignete Ausbildung der dem Wasserdruck ausgesetzten
Fläche und durch entsprechende Steuereinrichtungen in jeder Offenstellung in der
Schwebe gehalten werden können. Aber auch diese bekannten Schütze müssen entsprechend
dem vollen statischen Druck des Oberwassers ausgelegt werden und sind deshalb gleichfalls
schwer und teuer.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatisch selbsttätig
unter dem Einfluß von Druckwasser verschwenkbares unterwasserseitiges Absperrorgan
von Turbinen-, Pumpen- bzw. Pumpturbinenanlagen mit in einem Wasserführungskanal
od. dgl. angeordneter Strömungsmaschine und mit einem Absperrorgan auf der Hochdruckseite
zu schaffen, das die vorerwähnten Nachteile nicht hat.
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Die Erfindung besteht darin, daß das unterwasserseitige Absperrorgan
aus einer nur auf den Druck des Unterwassers ausgelegten Stauwand und einer damit
verbundenen, gegen das Oberwasser zu gerichteten und im wesentlichen den ganzen
Kanalquerschnitt überspannenden Steuerplatte besteht.
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Bei einer derartigen Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung
wird das nur im Schutz des geschlossenen hochdruckseitigen Absperrorgans, etwa zum
Zwecke einer Revision im Kanal, in die Schließlage verstellbare, niederdruckseitige
Absperrorgan, beispielsweise bei Versagen einer etwa zwischen beiden Absperrorganen
vorgesehenen Verriegelung oder bei Bruch des hochdruckseitigen Absperrorgans, unter
der Wirkung der vom nunmehr anströmenden Oberwasser auf die Steuerplatte ausgeübten
Kräfte von dieser selbsttätig in CSffnungsrichtung aus dem Kanalquerschnitt herausgeführt.
Dadurch erhält das Oberwasser freien Durchfluß und kann in den Unterwasserkanal
ausströmen. Der Druck des Oberwassers wirkt bei dieser Einrichtung also stets nur
auf die Steuerplatte, wobei er sich jedoch nicht bis zur vollen statischen Höhe
ausbilden kann. Die Steuerplatte wie auch die niederdruckseitige Stauwand können
daher verhältnismäßig leicht ausgeführt werden, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung
durch den hohen Druck des Oberwassers besteht.
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In zweckmäßiger Ausbildung der Erfindung wird die Steuerplatte als
eine auf der Oberwasserseite des niederdruckseitigen Absperrorgans in Höhe der oberen
Kanalwand schwenkbar gelagerte, mit dem unteren Ende der Stauwand verbundene ebene
Wand ausgebildet, so daß diese Stauwand unter der Wirkung der vom Oberwasser auf
die Steuerplatte ausgeübten
Kräfte nach oben aus dem Kanalquerschnitt
herausgehoben wird. Dies hat den Vorteil, daß das niederdruckseitige Absperrorgan
sich bei abgesperrtem, hochdruckseitigem Absperrorgan allein durch das eigene Gewicht
in die Schließlage absenken kann und damit ein vollselbsttätiger Betrieb des niederdruckseitigen
Absperrorgans erzielt werden kann.
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Zweckmäßig ist es, die Stauwand mit der Steuerplatte starr zu verbinden.
Dadurch wird die Stauwand durch die um einen festen Drehpunkt schwenkende Steuerplatte
auf einer kreisbogenförmigen Bahn zwangläufig geführt, so daß es sich erübrigt,
für die Stauwand eine Führung- beispielsweise in der Kanaldecke - vorzusehen.
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Günstig ist es aber auch, die Stauwand gelenkig mit der Steuerplatte
zu verbinden. Dies hat den Vorteil, daß die Stauwand durch die Steuerplatte auf
einer besonders zweckmäßig erscheinenden Bahn in die Kanaldecke eingeführt werden
kann, insbesondere aber auch, daß es möglich ist, die Stauwand so auszubilden, daß
sie mit ihrer oberen Kante an der Stollendecke enflanggleiten kann, so daß sie in
völliger Offenlage, ebenso wie die Steuerplatte, einen Teil der Stollendecke bildet.
Zweckmäßigerweise sind in der Steuerplatte Wasserdurchtrittsöffnungen vorgesehen,
die verhindern, daß sich an ihr bei plötzlich anströmendem Oberwasser ein unzulässig
hoher Druck ausbildet. Durch entsprechende Anordnung und Ausbildung der Wasserdurchtrittsöffnungen
kann auch der zeitliche Ablauf der Aufwärtsbewegung beim Öffnen bzw. der Abwärtsbewegung
beim Schließen der Absperreinrichtung innerhalb gewisser Grenzen beeinflußt werden.
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Gleichgültig, ob die Stauwand und die Steuerplatte starr oder gelenkig
miteinander verbunden sind, ist es gleichermaßen günstig, die Stauwand als ebene
oder als gegen das Unterwasser zylindrisch gewölbte Wand auszubilden. Die Ausbildung
als ebene Stauwand hat den Vorteil der einfacheren Herstellung und - für den Fall,
daß sie in Offenlage einen Teil der Kanaldecke bildet - der bestmöglichen Wasserführung
im normalen Betrieb. Demgegenüber hat die Ausbildung als zylindrisch gewölbte Stauwand
den Vorteil größerer Biegesteifigkeit gegen das Unterwasser und kann daher im Gewicht
leichter ausgeführt werden.
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In einfachster Weise ist es durch entsprechende Festlegung der Anstellwinkel
der Stauwand gegen das Unterwasser und der Steuerplatte gegen das Oberwasser bzw.
durch entsprechendes Bemessen der Stauwand und der Steuerplatte möglich, den Verhältnissen
der Anlage, insbesondere den Druckverhältnissen auf der Ober- und der Unterwasserseite
entsprechend, ein erwünschtes, besonders günstiges öffnungs- und Schließgesetz für
die erfindungsgemäße Einrichtung zu verwirklichen.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist es zweckmäßig, in der Kanaldecke
eine nischenförmige Ausnehmung anzuordnen, die die Stauwand samt der Steuerplatte
in Offenlage aufnimmt. Dabei kann die Ausnehmung als ein großer, kastenförmiger
Raum ausgebildet sein, der sich über das ganze Absperrorgan erstreckt oder auch
als gerade, zylindrische, gewölbte oder sonstwie ausgebildete Führungsbahn, die
sowohl senkrecht als auch unter einem Winkel zur Kanaldecke verlaufen kann. Insbesondere
empfiehlt es sich. die Ausnehmung so auszubilden, daß in völliger Offenlage des
Absperrorgans die ebene Wand bündig mit der Kanaldecke abschließt. Ebenso kann die
Ausnehmung aber auch als flache Vertiefung ausgebildet sein, in der die obere Kante
der Stauwand beispielsweise mit Zapfen in einer seitlichen Führungsbahn geführt
entlanggleitet und die insbesondere so ausgebildet ist, daß in völliger Offenlage
die Steuerplatte und die Stauwand bündig mit der Kanaldecke abschließen.
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Zweckmäßig wird die Stauwand an ihrer äußeren Begrenzung mit Gummidichtung
od. dgl. versehen, so daß der Kanal in Schließlage des Absperrorgans gegen das Unterwasser
dicht abgeschlossen ist.
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Vorteilhaft ist es, eine Hubeinrichtung mit einem Freilauf vorzusehen,
der das selbsttätige Öffnen des Absperrorgans gegen eine vom Motor oder von Hand
bewirkte Schließbewegung jederzeit ermöglicht. Durch Auspendeln des Absperrorgans
mit einem Gegengewicht wird erreicht, daß die Hubeinrichtung nur für kleine Kräfte
bemessen werden muß, leicht und billig ausgeführt werden kann und leicht zu betätigen
ist.
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Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen in den F i g. 1 und 2 gezeigt
und in ihren Einzelheiten noch näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt schematisch das Absperrorgan in einem Ausführungsbeispiel
mit einer gegen das Unterwasser gerichteten, zylindrisch gewölbten Stauwand und
einer mit seiner unteren Kante starr verbundenen, gegen das Oberwasser geneigten
Steuerplatte; F i g. 2 zeigt schematisch das Absperrorgan in einem anderen Ausführungsbeispiel,
und zwar mit einer gegen das Unterwasser gerichteten, ebenen Stauwand und einer
mit seiner unteren Kante gelenkig verbundenen, gegen das Oberwasser geneigten Steuerplatte.
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Nach F i g. 1 ist in dem Kanal 1 beispielsweise im Turbinensaugrohr,
nahe seiner Einmündung in den Unterwasserkanal 2, der aus der zylindrisch gewölbten
Stauwand 3 und der mit deren unterer Kante starr verbundenen, gegen das Oberwasser
geneigten Steuerplatte 4 bestehende Absperrorgan 3, 4 um den in Höhe der Kanaldecke
5 angeordneten Drehpunkt 6 schwenkbar gelagert, wobei die Kanaldecke 5 eine nischenförmige
Ausnehmung 7 zur Aufnahme des Absperrorgans 3, 4 aufweist. Die Stauwand 3 und die
Steuerplatte 4 sind mittels der Stiele 8 gegeneinander abgestützt.
Die nischenförmige Ausnehmung 7 steht mit einem Schacht 9, 9 a und über diesen mit
einer Galerie 10 in Verbindung. Das Auge 11 dient als Aufhängepunkt
des Absperrorgans an der Stange 12,
deren oberes Ende kreuzkopfartig ausgebildet
und in der Führung 13 geführt ist. Die Stange 12 ist mit einer weiteren
Stange 14 im Punkt 15 gelenkig verbunden. Das obere Ende der Stange 14 ist
durch einen Zwischenboden 16 mit Stopfbüchse 17 abgedichtet hindurchgeführt und
im Punkt 18 an einem Drahtseil 19 befestigt, das über eine Treibscheibe 20 der auf
der Galerie 10 angeordneten Hubeinrichtung 21 gelagert und an seinem anderen Ende
mit einem Gegengewicht 22 versehen ist.
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Im normalen Betrieb strömt durch der. - beispielsweise das Turbinensaugrohr
darstellenden - Kanal 1
bei geöffnetem oberwasserseitig angeordnetem Absperrorgan
ständig Wasser von der Oberwasserseite her in den Unterwasserkanal 2. Dabei findet
sich das unterwasserseitige Absperrorgan 3, 4 in der strichpunktiert gezeichneten
Offenlage, da infolge der Verriegelung der Hubeinrichtung 21 gegenüber dem oberwasserseitig
angeordneten Absperrorgan das Absperr-
Organ 3, 4 nicht in Schließlage
abgesenkt werden kann.
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Bei einer notwendigen Revision od. dgl. im Kanal 1 wird durch Schließen
des oberwasserseitig angeordneten Absperrorgans dessen Verriegelung gegenüber der
Hubeinrichtung 21. aufgehoben und das unterwasserseitige Absperrorgan 3, 4 in Schließlage
abgesenkt, wobei die Stauwand 3 den Kanal 1 gegen den Unterwasserkanal 2 dicht abschließt.
Nach dem Auspumpen des Kanals 1 ist die Steuerplatte 4 vom Druck des Oberwassers
völlig entlastet, während auf der Stauwand 3 der volle statische Druck des Unterwassers
lastet, der über die Steuerplatte 4 und die Stiele 8 auf den Drehpunkt 6 übertragen
wird.
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Im gestörten Betrieb, beispielsweise bei plötzlichem Versagen derVerriegelung
des oberwasserseitigen Absperrorgans gegenüber der Hubeinrichtung 21, etwa
durch Kurzschluß in der Anlage bei elektrischer Verriegelung oder auch bei Bruch
des oberwasserseitigen Absperrorgans, strömt das Oberwasser gegen die Steuerplatte
4 an und bewirkt dadurch an dieser eine in Öffnungsrichtung wirkendeAuftriebskraft,
wodurch das Absperrorgan 3, 4 gegen sein Eigengewicht angehoben und dadurch dem
Oberwasser der Weg in den Unterwasserkanal 2 freigegeben wird. Dabei wird die Aufwärtsbewegung
des Absperrorgans 3, 4 bzw. sein sicheres Festhalten in jeder Zwischenstellung entsprechend
der Größe der wirkenden Auftriebskraft durch einen in die Hubeinrichtung 21 eingebauten
Freilauf ermöglicht, selbst dann, wenn infolge der unterbrochenenVerriegelung möglicherweise
dieHubeinrichtung 21 gleichzeitig in Schließrichtung des Absperrorgans 3, 4 betätigt
wird. Über die Stangen 12 und 14, das Drahtseil 19 und die Treibscheibe
20 folgt das Gegengewicht 22 der Bewegung des Absperrorgans 3, 4, so daß
seine Verstellung nur geringe Kräfte erfordert.
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Nach F i g. 2 ist in dem Kanal 1 a nahe seiner Einmündung in den Unterwasserkanal
2 a die eben ausgebildete Stauwand 3 a und die mit ihrer unteren Kante gelenkig
verbundene, gegen das Oberwasser geneigte Steuerplatte 4 a angeordnet, wobei die
Steuerplatte 4 a um den in Höhe der Kanaldecke 5 a angeordneten Drehpunkt 6a schwenkbar
gelagert ist und wobei die Kanaldecke 5 a eine flache Ausnehmung
7 a zur Aufnahme des Absperrorgans 3 a, 4 a aufweist. Mittels an seiner oberen
Kante angeordneten Zapfen 23 ist die Stauwand 3 a in seitlichen, in der Ausnehmung
7 a angeordneten Führungsbahnen 24 geführt.
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Im normalen Betrieb strömt durch den Kanal 1 a bei geöffnetem oberwasserseitigemAbsperrorgan
ständig Wasser von der Oberwasserseite her in den Unterwasserkanal 2 a. Dabei befindet
sich das unterwasserseitige Absperrorgan 3 a, 4 a infolge der von dem durchströmenden
Wasser bewirkten Antriebskraft -in Abhängigkeit von der Größe derselben - in Offenlage,
wobei in völliger Offenlage die Steuerplatte 4 a und die Stauwand 3 a die strichpunktiert
gezeichnete Lage einnimmt und dabei die Ausnehmung 7 a so ausfüllt, daß die Steuerplatte
4 a und die Stauwand 3 a einen Teil der Kanaldecke 5 a bilden.
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Bei einer notwendigen Revision od. dgl. im Kanal la wird durch Schließen
des oberwasserseitigen Absperrorgans das weitere Durchströmen des Wassers durch
den Kanal 1a verhindert, wobei sich in Abhängigkeit von der jeweiligen Schließstellung
des oberwasserseitigen Absperrorgans die durchströmende Wassermenge nach und nach
verringert. In gleicher Weise nimmt dabei die von dem durchströmenden Wasser bewirkte
Auftriebskraft ab, so daß sich das unterwasserseitige Absperrorgan 3 a, 4 a unter
der Wirkung seines Eigengewichtes absenkt, bis es bei völlig geschlossenem oberwasserseitigem
Absperrorgan in völliger Schließlage ist. Dabei schwenkt die Steuerplatte 4 a um
den Drehpunkt 6 a, während die Stauwand 3 a mit den Zapfen 23 in der Führungsbahn
24 gleitet und gleichzeitig um die Zapfen 23 schwenkt, so daß die
untere Kante der Stauwand 3 a und das mit ihr gelenkig verbundene Ende der Steuerplatte
4a in Schließrichtung vorausbewegt werden, bis sie in völliger Schließlage auf dem
Kanalboden aufstehen. Hierbei schließt die Stauwand 3 a den Kanal gegen das Unterwasser
dicht ab. Die Stauwand 3 a und die Steuerplatte 4 a sind so bemessen und
ausgebildet, daß die an der in Schließstellung gegen das Unterwasser geneigten Stauwand
3 a angreifenden Auftriebskräfte keine Öffnungsbewegung des Absperrorgans 3 a, 4
a bewirken können.
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Im gestörten Betrieb, beispielsweise bei plötzlichem Versagen des
oberwasserseitigen Absperrorgans etwa infolge Bruchs desselben, strömt das Oberwasser
gegen die Steuerplatte 4 a an und bewirkt dadurch an dieser eine in Öffnungsrichtung
wirkende Kraft, wodurch das Absperrorgan 3 a, 4 a angehoben und dadurch dem Oberwasser
der Weg in den Unterwasserkanal 2a freigegeben wird. Dabei wird die Stauwand 3 a
um die gelenkige Verbindung mit der Steuerplatte 4 a geschwenkt und zusammen mit
dieser bis in die Strecklage angehoben, wobei die Zapfen 23 auf der Führungsbahn
24 gleiten. In völliger Offenlage nimmt das Absperrorgan 3 a, 4 a erneut die strichpunktiert
gezeichnete Lage ein und bildet wiederum einen Teil der Kanaldecke 5 a. Entsprechendes
gilt auch beim Übergang zum normalen Betrieb nach beendeter Revision im Kanal.