DE19634001A1

DE19634001A1 - Driving water feed for hydro power stations

Info

Publication number: DE19634001A1
Application number: DE19634001A
Authority: DE
Inventors: Frank Hoferichter; Frank Herrmann; Holger Dietrich
Original assignee: INGENIEURKONTOR fur MASCHINEN
Current assignee: INGENIEURKONTOR fur MASCHINEN
Priority date: 1996-08-23
Filing date: 1996-08-23
Publication date: 1998-02-26

Abstract

The arrangement has an entry section bounding on the upper water level (1), an elongated water feed between the entry section and turbine with an inclination designed to overcome frictional losses, a sink shaft for overcoming the height difference, a pressure section (4) which feeds the water to the turbine (71) at the working pressure, at least one water tower (5) and a feed between the turbine and lower level (2). A pref. vertical sink shaft is connected directly to the entry section (11) in the form of a pressure shaft for overcoming the useful drop height. The pressure section extends from the shaft to the turbine. At least one shaft leads from a point along the pressure section to the Earth's surface with a stand pipe (51) to the water tower and access elements (61) for pressure section maintenance.

Description

Die Erfindung betrifft eine Triebwasserführung für Wasserkraftwerke über große Entfernungen zwischen Oberwasser und Unterwasser mit einem an das Oberwasser anschließenden Einleitungsabschnitt, mit einer Langstrecken- Wasserführung zwischen Einleitungsabschnitt und Turbine, die eine Neigung zur Überwindung der Reibungsverluste besitzt, mit einem Druckschacht zur Über windung der nutzbaren Fallhöhe zwischen Oberwasser und Unterwasser, mit einem Druckstollen, der das Triebwasser mit Arbeitsdruck der Turbine zuführt, mit mindestens einem Wasserschloß im Bereich der Druckstollen und mit einer Triebwasserführung zwischen der Turbine und dem Unterwasser.The invention relates to a running water system for hydropower plants large distances between the upper and lower water with one at the Upper water connecting discharge section, with a long-distance Water flow between the inlet section and the turbine, which has a tendency to Overcomes the friction losses, with a pressure shaft for over winding of the usable head between headwater and underwater, with a pressure gallery that supplies the driving water to the turbine at working pressure, with at least one water lock in the area of the pressure gallery and with one Driving water routing between the turbine and the underwater.

Triebwasserleitungen dieser Art sind in unterschiedlicher Bauweise sowohl für Hochdruck- als auch als Niederdruck-Wasserkraftanlagen, insbesondere als sog. Umleitungskraftwerke, bereits bekannt. Driving water pipes of this type are available in different designs for both High-pressure as well as low-pressure hydropower plants, especially as so-called Redirection power plants, already known.

Das charakteristische dieser Anlagen ist, daß dieselben im Bereich des Ober wassers, nahe dem tiefsten Wasserspiegel eine Saugleitung aufweisen, die das Triebwasser erfaßt, von Treibgut befreit und in eine Langstrecken-Wasserfüh rung leitet, die das Wasser mit möglichst geringem Gefälle über große Strecken transportiert.The characteristic of these systems is that they are in the area of the upper water, near the deepest water level have a suction line that the Driving water recorded, freed from flotsam and into a long-distance water guide guiding the water with the lowest possible gradient over long distances transported.

Relativ nahe am Bereich des Unterwassers wird das Triebwasser in einen steil nach unten gerichteten Druckstollen auf die Ebene des Unterwassers geführt und gelangt dort mit hohem Druck und bei im wesentlichen bei gleich bleiben der Geschwindigkeit nahe dem Unterwasserspiegel zur Turbine. (vergl. Press, "Wasserkraftwerke", 2. Auflage 1967, Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin - München, Seite 185). Diese hier dargestellte Bauweise und die dabei verwende ten Prinzipien wiederholen sich nahezu an allen dort beschriebenen Kraftwerks anlagen. (vergl. Sie auch das Schema ebenda Seite 385).Relatively close to the area of the underwater, the driving water becomes steep downward pressure gallery led to the level of the underwater and gets there with high pressure and at essentially the same the speed near the underwater level to the turbine. (see press, "Wasserkraftwerke", 2nd edition 1967, published by Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin - Munich, Page 185). This construction shown here and use it Principles are repeated in almost all of the power plants described there Investments. (see also the diagram here on page 385).

Übereinstimmend ist bei derartigen Anlagen die Führung des Triebwassers über große Entfernungen auf einem Niveau an oder nahe unterhalb der Drucklinie des Triebwassers.In such systems, the management of the driving water is consistent large distances at a level at or near the pressure line of the driving water.

Diese Langstrecken-Wasserführungen werden meist als Freispiegel-Kanal oder -Stollen ausgeführt. Sie folgen der, bzw. bestimmen die Drucklinie des Trieb wassers. Ihr Gefälle ist meist so gewählt, daß eine konstante Fließgeschwindig keit gegeben ist. Diese Fließgeschwindigkeit ist im wesentlichen abhängig von der Wand- oder Bodengestaltung dieser Führungen und liegt in der Regel zwischen 0,5 und 1,5 m/sec.These long-distance water channels are mostly called free-level channels or -Stollen run. You follow the or determine the pressure line of the shoot water. Their slope is usually chosen so that a constant flow rate is given. This flow rate is essentially dependent on the wall or floor design of these guides and is usually between 0.5 and 1.5 m / sec.

Im Interesse eines geringen Fallhöhenverlustes hält man diese Geschwindigkeit so niedrig als möglich. Aus diesem Grunde müssen derartige Langstrecken- Wasserführungen relativ große Querschnittsabmessungen haben, damit die notwendige Triebwassermenge pro Zeiteinheit bereitgestellt werden kann.This speed is maintained in the interest of a small drop in head as low as possible. For this reason, such long-distance Water channels have relatively large cross-sectional dimensions so that the necessary amount of driving water can be provided per unit of time.

Im freien Gelände unterliegen diese Freispiegel-Wasserführungen den dort herrschenden Bedingungen wie Pflanzenwuchs, Verdunstung, Vereisung, Ver schmutzung und dergleichen. Erhebliche Anpassungsprobleme erfordern die Oberflächenbebauung, der Umwelt- und Landschaftsschutz sowie die Nutzung der Erdoberfläche.In free terrain, these free-level water channels are subject to those there prevailing conditions such as plant growth, evaporation, icing, ver dirt and the like. Significant adjustment problems require that Surface development, environmental and landscape protection as well as use the earth's surface.

Führt man das Triebwasser in Freispiegel-Stollen durch Gebirge, benötigen diese ebenfalls einen sehr großen Querschnitt. Ihre Aufbringung ist kosten- und zeitaufwendig. Häufig tritt der Fall ein, daß auf dem hohen Weg zur Turbine und zum Unterwasser auch Täler zu überwinden sind. Die Kosten für die dann notwendigen Brücken oder Umwege sind oft extrem hoch und entschieden oft über über die Rentabilität des Baues eines solchen Wasserkraftwerkes.If you drive the driving water in free-level tunnels through mountains, you need these also have a very large cross-section. Their application is costly and time consuming. It often happens that on the high way to the turbine and valleys are to be overcome to the underwater. The cost of that then necessary bridges or detours are often extremely high and often decided about the profitability of building such a hydropower plant.

Eine große Zahl hoch liegender Wasser- und Energiereserven konnte daher bis jetzt nicht oder nicht optimal genutzt werden.A large number of high water and energy reserves could therefore up to cannot be used now or not optimally.

U. a. aus diesen Gründen hat man das Triebwasser auch über längere Strecken in Druckstollen geführt. Diese Druckstollen ordnete man so an, daß sich ihre obere Begrenzung im geringen Abstand unterhalb der Drucklinie (Wasserdruck gleich Null) befand. Unter Verwendung dieser Druckstollen war es auch relativ einfach, Täler zu überwinden.Among other things for these reasons the engine water is available over long distances guided in pressure tunnels. These pressure tunnels were arranged so that their upper limit at a short distance below the pressure line (water pressure equal to zero). Using these pressure tunnels, it was also relative easy to overcome valleys.

Mit dieser Ausbildung der Triebwasserführung vermied man auch weitgehend die negativen Einflüsse, denen man an der Geländeoberfläche begegnete. Das Gefälle dieser Druckstollen hielt man im allgemeinen niedrig. With this training of the driving water system one largely avoided the negative influences that one encountered on the surface of the site. The gradient of these pressure tunnels was generally kept low.

Man war bestrebt, dieses Gefälle dem Gefälle der Drucklinie anzupassen und blieb dieser, soweit es die Geländebedingungen zuließen, stets nahe.Efforts were made to adapt this gradient to the gradient of the pressure line and As far as the terrain conditions allowed, this was always close.

Die in Druckleitungen mögliche, höhere Fließgeschwindigkeit führte durch die geringeren Querschnitte der Druckstollen zu deutlichen Einsparungen bei der Erstellung der Anlagen.The higher flow rate possible in pressure lines led through the smaller cross-sections of the pressure tunnels for significant savings in the Creation of the plants.

Für das Führen des Druckstollens im geringen Abstand unterhalb der Drucklinie gibt es eine Anzahl von Gründen, die sicher nur lückenhaft zu definieren sind. Erhebliche Probleme beim Bau und Betrieb von Druckstollen bereitete in der Vergangenheit der Außenwasserdruck. Man war deshalb bestrebt, diesen Außenwasserdruck so niedrig als möglich zu gestalten. Dazu mußte man die Triebwasserführung auf hohem Niveau halten.For guiding the pressure tunnel at a short distance below the pressure line there are a number of reasons, which can only be defined incompletely. Significant problems in the construction and operation of pressure tunnels caused in the Past the outside water pressure. One was therefore striving for this Make the outside water pressure as low as possible. You had to do that Maintain the running water flow at a high level.

Die Gestaltung der Druckstollenauskleidung und deren Belastung war in den vergangenen Jahrzehnten stets mit Risiken hinsichtlich ihrer Haltbarkeit ver bunden. Brüche in diesem Druckstollen führten nicht nur zu einem Triebwasser verlust, sondern auch zu einem Druckverlust bzw. zu einem Fallhöhenverlust.The design of the pressure gallery lining and its load was in the past decades always associated with risks regarding their durability bound. Breaks in this pressure tunnel did not only lead to a running water loss, but also to a loss of pressure or a drop in head.

Damit dieser Fallhöhenverlust, der wegen der großen Länge des Druckstollens mit größerer Wahrscheinlichkeit auftreten konnte, nicht gleich zum Ausfall des Kraftwerkes ans ich führt, hat man diesen Druckstollen eben so lange als mög lich auf höchstmöglichen Niveau, nahe unterhalb der Drucklinie geführt.So this drop in head, because of the great length of the pressure gallery was more likely to occur, not immediately to the failure of the Power plant to me, you have this pressure gallery as long as possible at the highest possible level, close to the pressure line.

Damit ist aber die Stollenführung - auch in dieser Form - nach wie vor in erhebli chen Maße von der Gebirgsstruktur, vom Geländeprofil und von der Ober flächenbebauung abhängig.This means that the tunnel guide - also in this form - is still in great shape Chen dimensions of the mountain structure, the terrain profile and the upper area development dependent.

Mit unterschiedlichen Formen der überwiegend unterirdisch angeordneten, sogen. Kavernenkraftwerke versuchte man die Nachteile zu minimieren. With different forms of the mostly underground, so-called Cavern power plants tried to minimize the disadvantages.

Je nach der Anordnung der Kraftanlage zwischen dem Oberwasser und dem Unterwasser teilte man diese Kavernenkraftwerke in drei Hauptgruppen ein, Oberanlagen, Mittelanlagen und Unteranlagen (vergl. Press, Seiten 189 ff).Depending on the arrangement of the power plant between the headwater and the Underwater, these cavern power plants were divided into three main groups, Upper systems, medium-sized systems and sub-systems (see Press, pages 189 ff).

Die sogen. "Oberanlage" besaß nahe am Oberwasser, auf der Ebene des Unterwassers die Turbine direkt am Saugstollen. Das Triebwasser wurde direkt über einen Druckschacht der Turbine zugeführt. Das drucklos abfließende Wasser führte man in einem Freispiegelstollen - auch über lange Strecken - zum Unterwasser.The so-called "Oberanlage" had close to the Oberwasser, on the level of the Underwater the turbine directly at the suction gallery. The driving water became direct fed to the turbine via a pressure shaft. The one that flows off without pressure Water was led to the Underwater.

Kostenintensiv war hier der lange Freispiegelstollen zum Unterwasser, dessen Querschnitt wegen der niedrigen Fließgeschwindigkeit sehr groß gehalten werden mußte. Diese Form der Triebwasserführung war insbesondere dort sinnvoll, wo das Führen von Triebwasser auf hohem Niveau wegen des un regelmäßig zerklüfteten Gebirges nicht möglich oder zu kostenintensiv wäre und/oder wo die Entfernung zum Unterwasser nicht allzu groß ist (Schwe den/Norwegen).The long free-sighted tunnel to the underwater was expensive here Cross section kept very large due to the low flow rate had to become. This form of driving water was particularly there makes sense where the driving water at a high level because of the un regularly fissured mountains would not be possible or would be too expensive and / or where the distance to the underwater is not too great (Schwe / Norway).

Die Aufwendungen für Anlagen dieser Art bewegen sich nahe an der Grenze zur Unwirtschaftlichkeit.The expenditure for plants of this type is close to the border with Inefficiency.

An einer "Mittelanlage" führte man das Triebwasser - wie oben bereits be schrieben - nahe unterhalb der Drucklinie in einem Druckstollen - so lange es die Gebirgsstruktur zuließ. Über einen Fallschacht oder einen stark geneigten Druckstollen führte man das Triebwasser dann direkt zur Kraftstation. Den Rest der Distanz zum Unterwasser, z. B. hinter einer weiteren Bergkette, führte man das drucklose Wasser wiederum in einem Freispiegelstollen zum Unterwasser. The motive water was led to a "medium system" - as already mentioned above wrote - near the pressure line in a pressure gallery - as long as it was the mountain structure allowed. Via a chute or a steep incline Pressure tunnels then led the driving water directly to the multi-gym. The rest the distance to the underwater, e.g. B. behind another mountain range the pressureless water in turn in a free-level gallery to the underwater.

Der Aufwand für diese Anlage unterschied sich nur unwesentlich von dem der Oberanlage.The effort for this system differed only slightly from that of Upper system.

Den Kosteneinsparungen beim Druckstollen standen auch höhere Kosten für das Wasserschloß gegenüber.The cost savings for the pressure tunnel also stood for higher costs the moated castle opposite.

Die Einsatzmöglichkeiten für diese Mittelanlage war in hohen Faltengebirgen in relativ großer Zahl gegeben. Keine ökonomische Anwendungsmöglichkeit gibt es in unregelmäßig zerklüfteten Gebirgen, in Mittelgebirgen oder in allmählich abfallenden Landschaften.The possible uses for this medium plant were in high fold mountains in given a relatively large number. There is no economical application it in irregularly fissured mountains, in low mountain ranges or gradually sloping landscapes.

Die "Unteranlagen" - als dritte Form der Kavernenkraftwerke - besaßen eben falls Druckstollen auf einem Niveau nahe unterhalb der Drucklinie. Sie führten das Triebwasser nahe der Drucklinie, unterirdisch bis in die Nähe des Unter wassers. Es wurde dann unmittelbar vor dem Kavernenkraftwerk steil nach unten zur Turbine zugeleitet. Der zum Unterwasser führende Freispiegelstollen war dann entsprechend kurz. Seine Kosten hielten sich in Grenzen.The "sub-systems" - as the third form of cavern power plants - just had if pressure tunnels are at a level close to the pressure line. they guided the driving water near the pressure line, underground up to the vicinity of the lower water. It was then steeply in front of the cavern power station fed down to the turbine. The free mirror gallery leading to the underwater was then correspondingly short. Its costs were kept within limits.

Der über lange Strecken geführte horizontale Druckstollen auf einem hohen Niveau führte wegen des geringen Querschnittes und der höheren Triebwasser geschwindigkeit zu deutlichen Kostenvorteilen gegenüber der Oberanlage und auch gegenüber der Mittelanlage.The horizontal pressure gallery, which runs over long distances, is at a high level Level led due to the small cross section and the higher driving water speed at significant cost advantages compared to the upper system and also towards the middle plant.

Nachteilig war jedoch, daß solche Anlagen nur dort errichtet werden konnten, wo sich das hohe Gebirge ununterbrochen bis in den Bereich des Unterwassers erstreckte. Diese Tatsache beschränkte die Zahl der möglichen Einsatzfälle für diese kostengünstige Ausführung im erheblichen Maße. Selbst in einem Falten gebirge waren die Einsatzmöglichkeiten begrenzt. Oft mußte man das Unter wasser in eine weit höhere Ebene verlegen und büßte damit Fallhöhe ein. The disadvantage, however, was that such systems could only be built there, where the high mountains are continuously up to the underwater area extended. This fact limited the number of possible uses for this inexpensive version to a considerable extent. Even in a fold The range of applications was limited in the mountains. You often had to have the bottom move the water to a much higher level and thus lose the head.

Eine Anwendung in unregelmäßig zerklüfteten Hochgebirgen oder gar in Mittel gebirgen und in Gebieten mit allmählich fallendem Gelände ist aus ökonomischen Gründen völlig ausgeschlossen.An application in irregularly rugged high mountains or even in medium mountains and in areas with gradually falling terrain is out completely excluded for economic reasons.

Bei sog. Niederdruck-Kraftwerken (vergl. Press ab Seite 99 bis 180), unter Nutzung der potentiellen Energie langsam fließender Flüsse oder Ströme, verwendete man ebenfalls das sogenannte Mühlgrabenprinzip.For so-called low-pressure power plants (see Press from page 99 to 180), under Harnessing the potential energy of slow flowing rivers or streams, the so-called Mühlgrabenprinzip was also used.

Nach der Wasserentnahme aus dem Fluß führte man das Triebwasser über sehr lange Strecken auf einem anderen Weg mit geringsmöglichem Gefälle. An einer oft sehr weit entfernten Stelle, im Bereich des gewünschten Zuflusses zum Unterwasser führte man das Triebwasser in Druckschächten steil nach unten und trieb damit entsprechend angepaßte Turbinen (meist Franzis-Turbinen) bevor es in den Fluß zurückgeführt wurde.After the water was taken from the river, the driving water was carried over very long distances on a different path with the least possible gradient. On an often very distant place, in the area of the desired inflow to the Underwater, the driving water was led down steeply in pressure shafts and drove appropriately adapted turbines (mostly Franzis turbines) before it was returned to the river.

Derartige Triebwasserführungen an Flüssen besaßen erhebliche Nachteile. Einerseits griffen diese oft sehr breiten Kanäle erheblich in die Gestaltung der Umwelt ein. Ansiedlungen mußten umgangen werden. Die unterschiedlich hohen Geländestrukturen erforderten meist hohe Aufwendungen um insbesonde re Senken und Täler zu überbrücken oder zu umgehen.Such running water channels on rivers had considerable disadvantages. On the one hand, these channels, which are often very wide, had a significant impact on the design of the Environment. Settlements had to be avoided. The different high terrain structures usually required high expenses, in particular bridges and valleys to bridge or bypass.

Die Kosten für Über- oder Unterführungen von Verkehrswegen sind erheblich, vor allem, wenn derartige Kraftanlagen in dichtbesiedelten Gebieten angeordnet sind.The costs for overpasses or underpasses of traffic routes are considerable, especially when such power plants are located in densely populated areas are.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Triebwasserführung für Kraftwerke vorzuschlagen,The object of the present invention is to provide a running water guide for Propose power plants,

- Which are suitable for both high-pressure and low-pressure hydropower plants is suitable
- which is largely independent of the scenic and geological Conditions,
- which is predominantly underground,
- which the landscape structure and environment not or only insignificantly Dimensions changed,
- quickly with a reasonably low cost and time is operational,
- the dams - beyond the natural level tolerances - can largely avoid and
- The also in areas of dense settlement under economically justifiable conditions conditions can be installed.

Diese Aufgabe wird auf überraschend einfache Weise durch die in Anspruch 1 definierten Merkmale der Triebwasserführung gelöst.This object is achieved in a surprisingly simple way by the in claim 1 defined features of the running water system solved.

Mit dem Einleiten des erfaßten Triebwassers unmittelbar nach dem Saugkanal oder dem Saugstollen in der Nähe des Oberwassers in einen vorzugsweise senkrechten Sinkschacht, dessen Tiefe sich mindestens bis auf die Ebene des Unterwassers erstreckt, wird zu einem sehr frühen Zeitpunkt das Triebwasser nahezu unabhängig vom Pegelstand des Oberwassers mit einem hohen Druck zur Verfügung gestellt.With the introduction of the detected driving water immediately after the suction channel or the suction gallery near the headwaters into one preferably vertical sink shaft, the depth of which extends at least to the level of the Extending underwater, the driving water becomes very early almost independent of the level of the headwater with a high pressure made available.

Unter diesem relativ hohen Druck kann das Triebwasser im Druckstollen, bei einem geringen Gefälle, das nur die Fließgeschwindigkeit gleichbleibend sichert, mit der für Druckstollen zulässigen, höchsten Geschwindigkeit bewegt werden. Under this relatively high pressure, the driving water in the pressure gallery, at a small gradient that only ensures the flow rate remains constant, at the highest speed permitted for pressure tunnels.

Die Querschnitte der Druckwasserstollen können im Verhältnis zur transportier ten Wassermenge pro Zeiteinheit klein ausgebildet werden.The cross sections of the pressurized water tunnels can be transported in relation to the th amount of water per unit of time can be made small.

Man kann für den Druckstollen dann den Querschnitt wählen, der für das Auf fahren und Auskleiden der Druckstollen optimale Bedingungen gewährleistet. Diese relativ kleinen und in an sich bekannter Weise rund ausgebildeten Druck stollen halten bei dem vorhandenen Wasserdruck im Innern des Stollens und bei dem äußeren Gebirgswasserdruck allen auftreten den Belastungen stand.You can then choose the cross-section for the pressure tunnel, that for the opening driving and lining the pressure gallery ensures optimal conditions. This relatively small pressure, which is round in a manner known per se adits keep at the existing water pressure inside the adit and at the external mountain water pressure all the loads withstood.

Mit den heute vorhandenen Technologien des Schacht- oder Stollenvortriebes und ihrer druckfesten Auskleidung beschränkt man die Kosten und die Bau zeiten für die Herstellung langer Stollen und der gesamten Anlage in erhebli chem Maße.With the technologies of shaft or tunnel driving that are available today and its pressure-resistant lining limits costs and construction times for the production of long tunnels and the entire plant in erhebli chem dimensions.

Die Einsatzgebiete dieses Prinzips der Triebwasserführung sind praktisch unbegrenzt, sobald ein nutzbarer, stabiler Wasserzufluß in einer entsprechen den Höhe und eine Unterwasserabführung in einer vertretbaren Entfernung gegeben ist. Das Prinzip ist sowohl für Hochdruck- als auch für Niederdruck- Kraftanlagen einsetzbar.The areas of application of this principle of the running water system are practical unlimited as soon as a usable, stable water inflow corresponds in one the height and an underwater drainage at a reasonable distance given is. The principle is for both high pressure and low pressure Power plants can be used.

Muß man größere Entfernungen mit dem Druckstollen überwinden, dann sind zwar entsprechende Wasserschlösser nicht zu vermeiden. Die Schächte für diese Wasserschlösser können, ebenso wie der Sinkschacht, mit hocheffektiv arbeitenden Maschinen und Anlagen hergestellt werden. Sie dienen in der Bauphase als Auffahrschächte um die Druckstollen an mehreren Abschnitten gleichzeitig vorzutreiben. Die Herstellungszeiten solcher Anlagen insgesamt verkürzen sich dadurch deutlich. If one has to cover longer distances with the pressure tunnel, then there are corresponding water castles cannot be avoided. The shafts for These water castles, like the sinkhole, can be highly effective working machines and systems are manufactured. They serve in the Construction phase as access shafts around the pressure tunnels in several sections advance at the same time. The overall manufacturing times of such systems thereby shorten significantly.

Diese Auffahrschächte werden nach der Fertigstellung der Druckstollen die Steigrohre für die Wasserschlösser und die Anlagen für die Zufahrt zum Druck stollen aufnehmen.These access shafts will be the after the completion of the pressure gallery Riser pipes for the water castles and the facilities for access to the pressure take studs.

Den Richtungswechsel des fließenden Triebwassers unter den Bedingungen des hohen Wasserdruckes im unteren Abschnitt des Sinkschachtes kann man auf relativ einfache Weise dadurch realisieren, daß man unterhalb des Abgang es des Druckstollens aus dem Sinkschacht in der Verlängerung des Sinkschachtes einen sogen. "Sumpf" anordnet und die innere Wasserführung vom Sinkschacht zum Druckstollen nach optimalen Bewegungsgesetzen hinsichtlich der Be schleunigung ausbildet.The change of direction of the flowing driving water under the conditions of the high water pressure in the lower section of the sink shaft can be reached realize relatively simple way that one below the outlet it of the pressure gallery from the sink shaft in the extension of the sink shaft a so-called "Swamp" arranges and the inner water flow from the sink shaft to the pressure tunnel according to optimal laws of movement with regard to loading trains acceleration.

Die äußere Führung des Wasserstromes erfolgt dann durch das im Sumpf zurückgehaltene Wasser. Dieses eingeschlossene Wasser dämpft evtl. auf tretende Stöße und gewährleistet eine Führung des fließenden Wassers nach optimalen Bewegungsgesetzen. Strömungsabrisse und die gefürchteten Unter drücke werden zuverlässig vermieden. Verschleißprobleme in diesem Bereich sind nahezu ausgeschlossen.The outer flow of the water flow then takes place through that in the swamp retained water. This trapped water may dampen kicking and ensures a guidance of the flowing water optimal laws of motion. Stalls and the dreaded sub pressures are reliably avoided. Wear problems in this area are almost impossible.

Mit der stufenweisen oder allmählichen Verringerung des Querschnittes des Sinkschachtes oberhalb des Abzweiges des Druckstollens - nach Anspruch 3 - kann man die Sinkgeschwindigkeit den jeweiligen Erfordernissen anpassen. Im oberen Teil des Sinkschachtes darf die Sinkgeschwindigkeit des Wassers auch partiell nicht größer sein als die Auftriebsgeschwindigkeit der Luftblasen oder von Teilen der Gischt. With the gradual or gradual reduction in the cross section of the Sink shaft above the branch of the pressure gallery - according to claim 3 - you can adjust the sink rate to the respective requirements. in the upper part of the sink shaft, the sinking speed of the water may also partially not greater than the rate of buoyancy of the air bubbles or of parts of the spray.

Im unteren Teil des Sinkschachtes stehen einmal die Stabilität des Schachtes an sich und die Bedingungen für die Ablenkung der Strömung im Vordergrund. Für diese Probleme ist ein kleinerer Querschnitt des Sinkschachtes von Vorteil.In the lower part of the sink shaft there is the stability of the shaft in itself and the conditions for deflecting the flow in the foreground. A smaller cross-section of the sink shaft is advantageous for these problems.

Derartige Triebwasserführungen können sowohl bei Hochdruckanlagen als auch bei Niederdruckanlagen eingesetzt werden. Bei Hochdruckanlagen bietet der Gebirgswasserdruck dem Druck im Druckstollen einen entsprechenden Wider stand, so daß während des Betriebes auch unter diesen extremen Bedingungen ein störungsfreier Langzeitbetrieb möglich ist.Such driving water channels can be used both in high-pressure systems and be used in low pressure systems. For high pressure systems, the Mountain water pressure corresponds to the pressure in the pressure gallery stood so that during operation even under these extreme conditions trouble-free long-term operation is possible.

Bei Niederdruckanlagen kann man den Sinkschacht tiefer ausführen als die max. nutzbare Fallhöhe. Auf diese Weise verlagert man den Druckstollen in relativ tiefe, stabile Erdschichten. Dort ist einmal der nötige Gebirgsdruck von außen zuverlässig gegeben und zum anderen werden diese tiefen Bereiche von der Besiedlung an der Erdoberfläche auch in den Bereichen von Großstädten nicht berührt.In the case of low-pressure systems, the sink shaft can be made deeper than the max. usable head. In this way, the pressure gallery is moved relatively deep, stable layers of earth. There is the necessary mountain pressure from outside given reliably and on the other hand, these deep areas of the Settlement on the surface of the earth is not even in the areas of large cities touched.

Das Triebwasser wird im Bereich des Unterwassers wieder nach oben geführt und treibt dort mit der Energie der tatsächlichen Fallhöhe eine entsprechend angepaßte Turbinenanlage.The driving water is led up again in the area of the underwater and drives one with the energy of the actual head adapted turbine system.

In allen Fällen hat sich bewährt, die Neigung des Druckstollens im horizontalen Abschnitt kleiner zu wählen als 0,35%, vorzugsweise 0,1%. Dieser Neigungs winkel dient lediglich der Überwindung der Reibung zwischen dem Wasser und der Stollenwand. In all cases, the inclination of the pressure gallery in the horizontal has proven itself Section to be chosen smaller than 0.35%, preferably 0.1%. This inclination angle is only used to overcome the friction between the water and the tunnel wall.

Den Übergang vom horizontalen zum vertikalen Druckstollenabschnitt kann man ähnlich gestalten, wie den Übergang vom Sinkschacht zum Druckstollen (An spruch 6). Auch hier erreicht man mit der Anordnung des Sumpfes einen optimierten Belastungsverlauf.The transition from the horizontal to the vertical pressure gallery section can be done design similar to the transition from the sink shaft to the pressure gallery (An Proverb 6). Here, too, one arrives with the arrangement of the swamp optimized load profile.

Schwebstoffe werden ausgeschieden und können Bedarf entfernt werden.Suspended matter is excreted and can be removed as required.

Mit der Zuordnung von Pumpsystemen im Bereich der Übergänge gemäß Anspruch 7 kann man die Sümpfe reinigen und/oder den Druckstollen unterhalb des Unterwassers leerpumpen.With the assignment of pump systems in the area of the transitions according to Claim 7 you can clean the swamps and / or the pressure gallery below of the underwater.

Mit der Ausführung nach Anspruch 8 kann man auch zwischen der Entnahme stelle am Oberwasser und der Rückführstelle am Unterwasser in hoch liegenden Geländeabschnitten oberhalb der Druckstollen an den Wasserschlössern Wasser entnehmen und dasselbe z. B. zu Beregnungszwecken und dergleichen nutzen.With the embodiment according to claim 8, you can also between the removal at the upper water and the return point at the lower water in high Terrain sections above the pressure tunnels at the water castles remove and the same z. B. for irrigation purposes and the like.

Eine hohe Stabilität des Druckstollens erreicht man, nach Anspruch 9, dadurch, daß man zwischen dem Gebirge und der Außenwand des Stollens eine begrenzt elastische Zwischenschicht vorsieht.A high stability of the pressure gallery is achieved, according to claim 9, in that that one is limited between the mountains and the outer wall of the gallery provides elastic intermediate layer.

Mit einer glatten Oberfläche im Stollen reduziert man den Fallhöhenverlust. (Anspruch 10).With a smooth surface in the gallery, the drop in head is reduced. (Claim 10).

Drei Triebwasserführungen im Bereich langsam fließender schiffbarer Ströme oder Flüsse mit geringer Strömungsgeschwindigkeit ist es zweckmäßig den Sinkschacht und Druckstollen nach Anspruch 11 zu gestalten. Man erhält damit die Möglichkeit, auch bei Entnahme großer Wassermengen, die Schiffbarkeit der Flüsse zu erhalten. Three driving water channels in the area of slowly flowing navigable streams or rivers with low flow velocity, it is advisable Sink shaft and pressure gallery to design according to claim 11. You get with it the possibility, even with the withdrawal of large amounts of water, the navigability of the To get rivers.

Mit der Gestaltung der Triebwasserzuführung nach Anspruch 12 wird es möglich, die Kraftwerksanlage in Abhängigkeit von der Menge des bereitstehenden Triebwassers weitgehend automatisiert zu steuern.With the design of the driving water supply according to claim 12, it becomes possible the power plant depending on the amount of available Driving water largely automated.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläu tert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below using exemplary embodiments be tert. In the accompanying drawings:

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung der Triebwasserführung für ein Hochdruck-Wasserkraftwerk im Gebirge, Fig. 1 is a schematic representation of the working water conduit of a high-pressure water power plant in the mountains,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Triebwasserführung für ein Niederdruck- Kraftwerk im Mittelgebirge bzw. Flachland, Fig. 2 is a schematic representation of the working water conduit for a low-power plant in low mountains or lowland,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Auffahrschacht im ausgebauten Zustand entsprechend einem Schnitt III-III in Fig. 1, Fig. 3 shows a cross section through a Auffahrschacht in the expanded state corresponding to a section III-III in Fig. 1

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Druckstollen entlang der Linie IV-IV in Fig. 1 und Fig. 4 shows a cross section through a pressure gallery along the line IV-IV in Fig. 1 and

Fig. 5 eine Landschaftsskizze einer Triebwasserführung im Bereich eines schiffbaren Flusses und im Bereich einer Großstadt. Fig. 5 is a sketch of a landscape working water conduit in the region of a navigable river and in the area of a large city.

In Fig. 1 ist die Triebwasserführung für ein Hochdruck-Wasserkraftwerk im Gebirge dargestellt. Das vorzugsweise in einem hoch liegenden Stausee gespei cherte Triebwasser wird als sog. Oberwasser 1 über den Einleitungsabschnitt 11 entnommen und dem Sinkschacht 3 zugeführt. Im Bereich dieses Einleitungs abschnittes 11 ist eine ein- oder mehrstufige Siebanlage (nicht dargestellt) sowie eine Schieberanlage 12 vorgesehen. In Fig. 1, the driving water system for a high-pressure hydropower plant in the mountains is shown. The preferably stored in a high-lying reservoir driving water is removed as so-called. Upper water 1 via the inlet section 11 and fed to the sink shaft 3 . In the area of this introductory section 11 , a single-stage or multi-stage screening system (not shown) and a slide system 12 are provided.

Das Oberwasser 1 wird vom Einleitungsabschnitt 11 mit an sich bekannten Mitteln und Maßnahmen so in den Sinkschacht 3 geführt, daß Luft und Gischt nicht mit in den Sinkschacht 3 gelangen bzw. zuverlässig aus diesem entfernt werden.The headwater 1 is guided by the introduction section 11 into the sink shaft 3 by means and measures known per se so that air and spray do not get into the sink shaft 3 or are reliably removed therefrom.

Das erreicht man indem man im Eingangsabschnitt zunächst eine zirkulierende Strömung mit relativ begrenzter Geschwindigkeit zuläßt. Bei dieser Art der Triebwasserführung sammelt sich die Luft und evtl. Gischt im Zentrum des Einlauftrichters. Sie kann in gesonderten Rohrleitungen nach oben abgesaugt werden.This is achieved by first circulating in the entrance section Allows flow at a relatively limited speed. With this type of Driving water conduction collects the air and possibly spray in the center of the Inlet funnel. It can be sucked upwards in separate pipes will.

Im Übrigen sorgt man dafür, daß im oberen Bereich des Sinkschachtes 3 die Sinkgeschwindigkeit des Wassers nicht größer ist als die Auftriebsgeschwindig keit der Luftblasen. Man rechnet bei einem Durchmesser von etwa 6 m mit einer Sinkgeschwindigkeit von 2 m/sec.In addition, it is ensured that in the upper region of the sink shaft 3, the sinking speed of the water is not greater than the speed of the air bubbles buoyancy. With a diameter of about 6 m, a sinking speed of 2 m / sec is expected.

In einem tieferen Abschnitt des Sinkschachtes 3 kann man stufenförmig oder kontinuierlich den Querschnitt des Sinkschachtes 3 verringern und damit die Sinkgeschwindigkeit erhöhen (vergl. Fig. 2).In a lower portion of the Sinkschachtes 3 can be stepwise or continuously reduce the cross-section of the Sinkschachtes 3 and thus increase the rate of descent (see. Fig. 2).

Im unteren Abschnitt des Sinkschachtes 3 wird seitlich das Triebwasser in den nahezu horizontal verlaufenden Druckstollen 4 geleitet. Zur Ablenkung des Triebwassers in den Druckstollen 4 ist unterhalb des Druckstollenabganges in der Verlängerung des Sinkstollens 3 ein Sumpf 32 angeordnet. Das darin zu rückgehaltene Wasser bildet den Widerstand für das mit großer Wucht von oben einfließende Wasser und leitet dasselbe nach optimalen Bewegungsgesetzen in den Druckstollen 4. In the lower section of the sink shaft 3 , the driving water is conducted laterally into the pressure tunnels 4 which run almost horizontally. To deflect the driving water in the pressure gallery 4 , a sump 32 is arranged below the pressure gallery outlet in the extension of the sink gallery 3 . The water to be retained therein forms the resistance for the water flowing in from above with great force and directs it into the pressure tunnels 4 according to optimal laws of movement.

Der innere Übergangsabschnitt 33 für den Triebwasserstrom ist bogenförmig gestaltet. Seine Form entspricht zweckmäßigerweise einem Bewegungsgesetz, bei dem die Beschleunigung des Triebwassers in die neue Richtung nicht schlagartig auf sehr hohe Werte ansteigt und über den gesamten Bereich der Ablenkung nahe einem endlichen Höchstwert geführt wird.The inner transition section 33 for the motive water flow is designed in an arc shape. Its shape suitably corresponds to a law of motion in which the acceleration of the driving water in the new direction does not suddenly rise to very high values and is carried out over the entire range of the deflection near a finite maximum value.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, das abgelenkte Wasser unmittelbar nach dem Richtungswechsel zunächst noch einmal in einem flachen Winkel nach oben und dann allmählich in die Ebene des Druckstollens zu führen (nicht dargestellt). Beschleunigungsänderungen im Wasser, die zu hohen Unterdrücken in bestimmten Bereichen führen, sind möglichst auszuschließen.It has proven to be expedient to add the deflected water immediately after after the change of direction again at a flat angle up and then gradually into the level of the pressure gallery (not shown). Acceleration changes in the water that lead to high negative pressure leading in certain areas should be excluded as far as possible.

Der Sumpf 32 ist allseitig im Gebirge zu stabilisieren und ggf. durch Stahlpanzer zu schützen.The swamp 32 is to be stabilized on all sides in the mountains and, if necessary, protected by steel armor.

In diesem Sumpf 32 können sich vom Wasser mitgeführte Fremdkörper wie Kies, Schwemmsand und Steine sammeln. Dieser Sumpf 32 kann je nach Anfall dieser Ablagerungen mit Hilfe entsprechender Pumpanlagen (nicht dargestellt) gereinigt werden.In this sump 32 , foreign bodies such as gravel, floating sand and stones carried by the water can collect. Depending on the accumulation of these deposits, this sump 32 can be cleaned with the aid of corresponding pump systems (not shown).

Im Druckstollen 4 wird das Triebwasser dann bei einem Durchmesser von etwa 3 m mit einer Geschwindigkeit zwischen 5 und 12 m/sec geführt. Die Geschwin digkeit wird durch die Regelung der Wasserentnahme mit Kugelschiebern 44 im Bereich der Turbinen 71 bestimmt.In the pressure tunnel 4 , the driving water is then guided with a diameter of about 3 m at a speed between 5 and 12 m / sec. The speed is determined by regulating the water withdrawal with ball valves 44 in the area of the turbines 71 .

Diese Geschwindigkeit ist wiederum abhängig von der Triebwasserbereitstellung im Bereich des Oberwassers 1.This speed is in turn dependent on the provision of the driving water in the area of the headwater 1 .

Im Regelfall hat dieser Druckstollen 4 ein Gefälle von etwa 0,1%. Dieses Gefäl le reicht aus, um die Fließgeschwindigkeit unter den bestehenden Bedingungen über die gesamte Strecke konstant zu halten. Im Bereich des Sinkschachtes 3 muß, je nach der Länge des Druckstollens 4, mindestens ein Wasserschloß 5 angeordnet sein, über das evtl. mitgerissene Luftblasen oder dergl. nach oben abgeleitet werden können.As a rule, this pressure gallery 4 has a gradient of approximately 0.1%. This gradient is sufficient to keep the flow speed constant over the entire route under the existing conditions. In the area of Sinkschachtes 3, at least one surge tank 5 must be arranged according to the length of the pressure tunnel 4, can be derived through the possibly entrained air bubbles or the like. Upwardly.

Die für das Wasserschloß 5 notwendigen senkrechten Schächte werden wäh rend des Baues der Triebwasseranlage als sog. Auffahrschächte 6 nieder gebracht. Vom Boden dieser Schächte 6 kann man den Druckstollen in jeweils 2 Richtungen gleichzeitig vorantreiben und somit die Bauzeiten für die Trieb wasseranlage deutlich verkürzen.The vertical shafts required for the moated castle 5 are brought down during the construction of the driving water system as so-called access shafts 6 . From the bottom of these shafts 6 , the pressure tunnels can be driven in two directions at the same time, thus significantly reducing the construction times for the power plant.

Der Vortrieb und der Ausbau der Druckstollen 4 erfolgt heute mit Hilfe von hochproduktiven Bohranlagen, die das Gestein an der Stirnfläche des Stollens gleichmäßig abtragen und es rückwärtig aus dem Stollen herausfördern. Parallel zu dieser Anlage wird eine zweite Anlage zur Auskleidung des Druckstollens 4 geführt, die zunächst eine begrenzt elastische Schicht z. B. Bitumen auf das Gebirge aufträgt. Diesem Arbeitsgang folgt dann das Aufspritzen einer Beton schicht. Nach dem Einsetzen von Stahlrohrabschnitten wird vor Ort der ringför mige Raum zwischen Stahlrohr und vorgesichertem Gebirge unter Druck mit Beton vergossen (vergleiche auch Fig. 4).The advance and expansion of the pressure tunnels 4 takes place today with the help of highly productive drilling rigs, which remove the rock evenly on the end face of the gallery and convey it out of the gallery backwards. Parallel to this system, a second system for lining the pressure gallery 4 is performed , which initially has a limited elastic layer z. B. applies bitumen to the mountains. This step is then followed by spraying a layer of concrete. After the insertion of steel pipe sections, the annular space between the steel pipe and the pre-secured mountains is poured under pressure with concrete (see also FIG. 4).

Mit dieser Vortriebs- und Ausbautechnik kann man in relativ kurzen Zeiträumen sehr lange und stabile Druckstollen 4 auffahren und ausbauen.With this tunneling and expansion technology, very long and stable pressure tunnels 4 can be opened and removed in relatively short periods of time.

Ist der Druckstollen 4 in seiner gesamten Länge, die mehr als 100 km betragen kann, fertiggestellt, werden in die Auffahrschächte 6 die Steigleitungen 51 für die Wasserschlösser 5 und evtl. Rohre für den Zufahrtsschacht 61 oder Schäch te für die Wartung des Druckstollens 4 eingebracht. Sowohl die Steigleitung 51 als auch der Zufahrtschacht 61 befinden sich innerhalb des Durchmessers des Auffahrschachtes 6.Is the pressure tunnel 4 in its entire length, which can be more than 100 km, the risers 51 for the water locks 5 and possibly pipes for the access shaft 61 or shafts te for the maintenance of the pressure tunnel 4 are introduced into the access shafts 6 . Both the riser 51 and the access shaft 61 are located within the diameter of the drive-in shaft 6 .

Der Zufahrschacht 61 kann dabei neben der Steigleitung 51 oder auch innerhalb desselben angeordnet sein. Berücksichtigt man, daß der Zugang zu dem Druck stollen nur dann erfolgt, wenn Sinkschacht 3 und Druckstollen 4 leer sind, können die Steigleitungen 51 der Wasserschlösser 5 als Zugänge direkt genutzt werden.The access shaft 61 can be arranged next to the riser 51 or within the same. Taking into account that access to the pressure gallery is only possible when the sink shaft 3 and pressure gallery 4 are empty, the risers 51 of the water castles 5 can be used directly as accesses.

Nahe dem Unterwasser 2 wird das über den Druckstollen 4 herangeführte Triebwasser über Verteilerleitungen einer oder mehreren Turbinen 71 zugleitet. Das aus den Turbinen 71 austretende Wasser gelangt über die Triebwasserrück führung 21 zum Unterwasser 2.Near the underwater 2 , the driving water brought in via the pressure tunnels 4 is fed to one or more turbines 71 via distribution lines. The water emerging from the turbines 71 reaches the underwater 2 via the driving water return line 21 .

Die Triebwasserrückführung 21 ist meist als Freispiegelkanal ausgebildet, des sen erster Abschnitt einen größeren Querschnitt aufweist, der als sog. Schwall raum dient.The drive water return 21 is usually designed as a free-flowing channel, the sen first section has a larger cross section, which serves as a so-called gush room.

Mit dieser Triebwasserführung kann man nahezu unabhängig von der Struktur des Gebirges das Triebwasser praktisch von jedem beliebigen Punkt des Gebir ges zu sehr tief gewählten Punkten des Unterwassers geführt werden. Man ist nicht auf bestimmte Faltenstrukturen der Gebirgsmassive angewiesen. Die Ausbildung von Wasserschlössern 5 kann bei fehlender Höhe des Gebirges auch in Turmform (Fig. 2) erfolgen, wobei gegenwärtig Turmhöhen von mehreren hundert Metern durchaus realisierbar erscheinen. Wichtig ist eine Stabilisierung der Wandstrukturen Steigleitungen 51 im unteren Bereich und das Anordnen von Schwallräumen 511 nahe am Druckstollen 4.With this drive water system, the drive water can be conducted practically from any point of the mountain range to very deeply selected points of the underwater, almost regardless of the structure of the mountains. One is not dependent on certain fold structures of the massifs. The formation of moated castles 5 can also take the form of a tower ( FIG. 2) if the mountains are not high, with tower heights of several hundred meters currently appearing to be realizable. It is important to stabilize the wall structures of risers 51 in the lower region and to arrange surge spaces 511 close to the pressure gallery 4 .

Im oberen Bereich reichen in der Regel geringe Querschnitte und geringe Wanddicken für das Führen des Wassers und die Abführung der Luft.Small cross-sections and small ones are usually sufficient in the upper area Wall thicknesses for guiding the water and removing the air.

Das im Bereich dieser Wasserschlösser 5 auf hohem Geländeniveau angebote ne Wasser kann in begrenzter Menge auch für Bewässerungsaufgaben bereit gestellt werden. Über Ventile 512 kann unterhalb der Drucklinie B Wasser entnommen werden und Bewässerungskanälen 52 zugeführt werden.The water offered in the area of these water castles 5 at a high level can also be provided in limited quantities for irrigation tasks. Via valves 512 , water can be drawn below the pressure line B and irrigation channels 52 can be supplied.

Die für die Energieerzeugung zweckmäßige Turbinenform kann entsprechend der verwertbaren Fallhöhe H in herkömmlicher Weise gewählt werden.The turbine shape which is expedient for energy generation can be correspondingly the usable drop height H can be selected in a conventional manner.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Triebwasserführung für eine Niederdruck- Wasserkraftanlage dargestellt. Im Bereich des Oberlaufes eines Flusses 8 oder Stromes wird ein Teil des Wassers dieses Flusses 8 als Oberwasser 1 abge zweigt und in den Sinkschacht 3′ eingeleitet.In Fig. 2, a driving water guide according to the invention for a low-pressure hydropower plant is shown. In the area of the upper reaches of a river 8 or stream, part of the water of this river 8 is branched off as upper water 1 and introduced into the sinkhole 3 '.

An einer räumlich weit entfernten zweiten Stelle, die vorzugsweise vom selben Fluß 8 gekreuzt wird, jedoch eine niedrigere absolute Höhe aufweist, wird das Triebwasser dem Fluß 8 zurückgeführt.At a spatially distant second point, which is preferably crossed by the same river 8 , but has a lower absolute height, the driving water is returned to the river 8 .

Diese Rückführposition bezeichnen wir als das Unterwasser 2′. Der absolute Differenzbetrag D der Höhe zwischen Oberwasser 1 und Unterwasser 2′ ist größer als die Reibungshöhe R des Druckstollens 4 zwischen dem Ober- und dem Unterwasser. Das bedeutet, daß eine nutzbare Fallhöhe H′ gegeben ist.We refer to this return position as the underwater 2 '. The absolute difference D of the height between the upper water 1 and the lower water 2 'is greater than the friction height R of the pressure gallery 4 between the upper and the lower water. This means that a usable head H 'is given.

Das Oberwasser 1 wird ebenso, wie hinsichtlich der Fig. 1 erläutert, in den Sinkschacht 3′ eingeführt und am unteren Ende in den Druckstollen 4 geleitet. Dieser Druckstollen 4 verläuft in einer Tiefe, die sich unter allen üblichen Ein bauten in die Erdoberfläche befindet.The headwater 1 is, as explained with reference to FIG. 1, introduced into the sink shaft 3 'and passed to the pressure tunnel 4 at the lower end. This pressure tunnel 4 runs at a depth that is under all usual built-in in the earth's surface.

Er hat ein Gefälle, das es ermöglicht, die Fließgeschwindigkeit zu erhalten. Unterhalb der Turbine 71, in der Nähe des Unterwassers 2 wird der Druckstollen 4 bogenförmig in einen senkrechten Steigstollen 45 übergeführt und gelangt von dort zur Turbine 71.It has a slope that enables the flow rate to be maintained. Below the turbine 71 , in the vicinity of the underwater 2 , the pressure gallery 4 is arched into a vertical riser 45 and reaches the turbine 71 from there.

Diese Ausführung der Triebwasserführung hat den Vorteil, daß das Triebwasser in einer horizontalen Ebene geführt wird, in der sich einerseits keine weiteren Einbauten, wie U-Bahn-Schächte, Abwasserkanäle u. dgl. befinden.This version of the driving water guide has the advantage that the driving water is carried out in a horizontal plane, on the one hand no further Internals, such as subway shafts, sewers and. the like.

Bei dieser recht tiefen Führung besitzt das Gebirge in sich eine relativ hohe Festigkeit und Stabilität und ist in der Lage, dem Innendruck des Druckstollens zu widerstehen.With this rather deep tour, the mountains are relatively high in themselves Strength and stability and is able to withstand the internal pressure of the pressure gallery to resist.

Andererseits ist die übliche Auskleidung und Stabilisierung dieser Druckstollen 4 auch dann in der Lage, dem äußeren Wasserdruck zu widerstehen, wenn der Innenraum des Druckstollens 4 leer ist.On the other hand, the usual lining and stabilization of these pressure studs 4 is also able to withstand the external water pressure when the interior of the pressure stud 4 is empty.

Die Herstellungsverfahren für das Niederbringen von Sinkschächten 3′ im Be reich des Oberwassers 1 und des Unterwassers 2 und das Auffahren von Druckstollen 4 zwischen diesen beiden Schächten (3, 45) können heute mit teilautomatisierten Anlagen in kurzer Zeit hergestellt werden.The manufacturing process for bringing down sinkholes 3 'in the loading area of the upper water 1 and the lower water 2 and the opening of pressure tunnels 4 between these two shafts ( 3 , 45 ) can now be produced in a short time with partially automated systems.

Eine solche Anordnung der Triebwasserführung braucht keine Auf- und Ein bauten an der Erdoberfläche zu meiden. Sie braucht auch nicht durch gesonder te Bauwerke unter- oder überbrückt zu werden.Such an arrangement of the driving water system does not need to be opened and closed to avoid built on the earth's surface. You also do not need through separate buildings to be bridged or bridged.

Die Kosten für eine derartige Triebwasserführung sind auch dann vertretbar, wenn sich dieselbe über mehr als 100 km erstreckt. The costs for such a running water system are also justifiable if it extends over 100 km.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Druckstollen 4 mindestens in einer Tiefe von 30 bis 40 m zu führen. In dieser Tiefe ist das Gebirge bereits so stabil, daß es einerseits den Druckstollen 4 wirkungsvoll stützen kann und andererseits beim Bau des Stollens die Phase zwischen dem Bohren und dem Auskleiden unbeschadet übersteht.It has proven to be expedient to guide the pressure tunnels 4 at least at a depth of 30 to 40 m. At this depth, the mountains are already so stable that they can support the pressure tunnel 4 effectively on the one hand and on the other hand survive the phase between drilling and lining without damage during the construction of the tunnel.

Die Umlenkung des Druckstollens 4 im Bereich des Unterwassers 2 nach oben in den Steigstollen 45 zur Turbine 71 wird zweckmäßigerweise in einem geboge nen Abschnitt des Druckstollens 4 realisiert.The deflection of the pressure gallery 4 in the area of the underwater 2 upwards in the risers 45 to the turbine 71 is expediently implemented in a bent section of the pressure gallery 4 .

Zur stoßfreien Ablenkung des Triebwassers kann auch hier, ähnlich wie beim Sinkschacht 3 beschrieben, ein Sumpf 451 vorgesehen sein, der die Bewe gungsbahn des Triebwassers außen begrenzt. An der Innenseite führt der bogenförmig gestaltete Übergangsabschnitt 452 das Triebwasser in den Steig stollen 45.For bumpless deflection of the driving water, a sump 451 can also be provided here, similar to that described for the sink shaft 3 , which limits the movement path of the driving water on the outside. On the inside, the curved transition section 452 guides the driving water into the riser 45 .

An dem Sumpf 451 wird ein Pumpensystem 46, 461 angeschlossen. Mit diesem Pumpensystem 46, 461 kann man einerseits den Sumpf 45 von Schwemmstoffen befreien. Zum anderen ist es möglich, bei abgestelltem Zulauf von Triebwasser im Bereich des Oberwassers 1 den unterhalb des Wasserspiegels des Unter wassers 2 befindlichen Raum in der Triebwasserführung zu entleeren.A pump system 46 , 461 is connected to the sump 451 . With this pump system 46 , 461 , on the one hand, the sump 45 can be freed of floating substances. On the other hand, it is possible, when the supply of driving water in the area of the upper water 1 is turned off, to empty the space in the driving water guide below the water level of the lower water 2 .

In diesem Zusammenhang sollte bemerkt werden, daß bei einer begrenzten Differenzhöhe D zwischen dem Unterwasser 2 und dem durchschnittlichen Druckstollenniveau eine Inspektion des Druckstollens auch mit Hilfe eines Unterwasserfahrzeuges erfolgen kann.In this connection it should be noted that with a limited difference in height D between the underwater 2 and the average pressure gallery level, an inspection of the pressure gallery can also be carried out with the aid of an underwater vehicle.

Auch bei einer Triebwasserführung gemäß Fig. 2 kann es zweckmäßig sein, längs des Druckstollens 4 zum Zwecke des Auffahrens der Druckstollen 4 zusätzliche Auffahrtsschächte 6 vorzusehen. Im Bereich dieser Auffahrtsschäch te 6 können, wie bereits beschrieben, Steigleitungen 51 für die Wasserschlösser 5 und Zugänge angeordnet werden.Even with a working water conduit of FIG. 2, it may be expedient, along the pressure tunnel 4 for the purpose of the rear end collision of the pressure tunnel to provide additional 4 driveway Qty 6. As already described, risers 51 for the water castles 5 and accesses can be arranged in the area of these access shafts 6 .

Im Bereich der Druckstollen 4 können vor oder hinter diesen Auffahrtsschächten 6 Sperrschieber (nicht eingezeichnet) in einer zweckmäßigen Form vorgesehen werden, die es ermöglichen, Teile der Druckleitung, getrennt von anderen Teilen derselben, zu entleeren und/oder zu reparieren.In the field of pressure tunnel 4 6 locking slide (not shown) in front of or behind this drive shafts are provided in a convenient form, which make it possible, the same to empty parts of the pressure line separately from other parts and / or repair.

In Fig. 4 ist eine Form der Auskleidung eines Druckstollens 4 gezeigt. Das Gebirge, durch das der Druckstollen führt, wird mit bekannten Vortriebs geräten kreisrund gebohrt. Die dabei entstehenden Flächen des Gebirges sind relativ glatt und im hohen Maße maßhaltig. Dem Bohren folgt unmittelbar das Belegen oder Bespritzen mit einer begrenzt elastischen Schicht 41. In der Folge wird entweder ein Stahl- oder Plastmantel 43 als zentrale Verschalung einge bracht und der Zwischenraum mit einer Betonschicht verpreßt.In FIG. 4 a form the lining of a pressure tunnel 4 is shown. The mountain range through which the pressure tunnel leads is drilled in a circular manner using known tunneling equipment. The resulting areas of the mountain range are relatively smooth and to a large extent true to size. Drilling is immediately followed by covering or spraying with a limited elastic layer 41 . As a result, either a steel or plastic jacket 43 is introduced as the central casing and the space is pressed with a layer of concrete.

Ein Plastmantel 43 besteht vorzugsweise aus einem hochfesten laminierten Kunststoff-Verbund-Material. Er ist ausreichend verschleißfest, stabil und glatt und gewährleistet hohe Fließgeschwindigkeiten bei hohen Drücken.A plastic jacket 43 preferably consists of a high-strength laminated plastic composite material. It is sufficiently wear-resistant, stable and smooth and ensures high flow rates at high pressures.

In Fig. 5 ist eine Geländeskizze im Bereich eines Flusses 8 dargestellt. Dieser Abschnitt des Flusses 8 erstreckt sich von einem Gebiet eines Mittelgebirges bis in das weit entfernte Flachland. In diesem Abschnitt durchquert der Fluß 8, so wie es oft anzutreffen ist, eine oder mehrere Großstädte. In Fig. 5 is a sketch of terrain in the region of a river 8 is shown. This section of the river 8 extends from an area of a low mountain range to the distant lowlands. In this section, the river 8 crosses one or more major cities, as is often encountered.

Auf einer Länge von etwa 120 bis 150 km überwindet der Fluß eine Fallhöhe von etwa 150 bis 200 m. Führt man, beginnend vom Oberwasser 1 bis zum Unterwasser 2, einen Druckstollen 4 nahezu auf der Luftlinie zwischen beiden Punkten mit einem Gefälle von etwa 0,1%, dann verkürzt sich einerseits die durchströmte Länge von beispielsweise 150 km auf 100 km. Zum anderen besitzt der Druckstollen 4 eine Höhendifferenz (R) von nur 10 m. Es bleibt eine nutzbare Fallhöhe von 140 bzw. 190 m. Die damit erzielbaren Energiemengen haben eine hohe wirtschaftliche Bedeutung.The river overcomes a drop of about 150 to 200 m over a length of about 120 to 150 km. If one, starting from the upper water 1 to the lower water 2 , runs a pressure tunnel 4 almost on the straight line between the two points with a gradient of approximately 0.1%, then the flowed length is reduced from 150 km to 100 km, for example. On the other hand, the pressure gallery 4 has a height difference (R) of only 10 m. A usable head of 140 or 190 m remains. The amount of energy that can be achieved with this is of great economic importance.

Gegenüber herkömmlichen Anlagen reduzieren sich die Gesamtkosten und auch die Bauzeiten in erheblichen Größenordnungen.Compared to conventional systems, the total costs are also reduced the construction times in considerable orders of magnitude.

Zur Sicherung eines nutzbaren Pegelstandes zwischen Oberwasser 1 und Unterwasser 2 in dem genutzten Fluß 8 kann man in regelmäßigen Abständen in Abhängigkeit von der durchquerten Fallhöhe Wehre 81 einbauen, die durch die Schiffe, die auf dem Fluß verkehren, mit Hilfe von Schleusenanlagen über wunden werden können.To ensure a usable water level between the upper water 1 and the lower water 2 in the river 8 used, weirs 81 can be installed at regular intervals depending on the fall height traversed, which can be overcome by the ships operating on the river with the help of lock systems .

Der durch die Wehre 81 veränderte Pegelstand sollte den natürlichen maximalen Pegelstand des Flusses nicht überschreiten. Hält man diese Regel ein, dann sind auch keine Korrekturen in der Bebauung der Uferzone nötig.The level changed by weirs 81 should not exceed the natural maximum level of the river. If you adhere to this rule, then no corrections in the development of the riparian zone are necessary.

Der Wasserdruck kann im Bereich solcher Wehre 81 in Grenzen gehalten werden. Dadurch sind für Wehre 81 solcher Art keine extrem tiefen Gründungen notwendig. Die Kosten für eine größere Zahl dieser Wehre 81 liegen in vertret baren Größenordnungen. The water pressure can be kept within limits in the area of such weirs 81 . As a result, extremely deep foundations are not necessary for weirs 81 of this type. The costs for a larger number of these weirs 81 are of a reasonable order of magnitude.

Führt man den Druckstollen 4 in einer angemessenen Tiefe, dann kann man mit ihm sowohl Großstädte als auch Flußabschnitte des angezapften Flusses 8 unterqueren.If the pressure tunnel 4 is led to an appropriate depth, it can be used to traverse both large cities and river sections of the tapped river 8 .

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, jedem Druckstollen 4 mehrere Turbinen 71 zuzuordnen. Installiert man im Bereich des Oberwassers 1 einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung der verfügbaren Wassermenge, dann kann man bei rechnergesteuerter Auswertung nach vorgegebenen Kriterien die Turbi nen einzeln oder gemeinsam abschalten.It has proven to be expedient to assign a plurality of turbines 71 to each pressure gallery 4 . If you install one or more sensors in the area of the headwater 1 to record the available water volume, you can switch off the turbines individually or together with computer-controlled evaluation according to specified criteria.

BezugszeichenlisteReference list

1, 1′ Oberwasser
11 Einleitungsabschnitt
12 Schieberanlage
2, 2′ Unterwasser
21 Triebwasser- Rückführung
22 Schwallraum
3, 3′ Sinkschacht
3a oberer Abschnitt
3b unterer Abschnitt
31 Stufe
32 Sumpf
33 Übergangsabschnitt, innen
4, 4′ Druckstollen
41 elastische Schicht
42 Betonauskleidung
43 Stahlmantel (auch Plastmantel)
44 Kugelschieber
45 Steigstollen
451 Sumpf
452 Übergangsabschnitt
46 Pumpe
461 Druckleitung
5 Wasserschloß
51 Steigleitung
511 Schwallraum
512 Ventil
52 Bewässerungskanal
6 Auffahrschacht
61 Zufahrschacht
62 Verfüllung
7 Kraftanlage
71 Turbine(n)
72 Triebwasserabführung
8 Fluß
81 Wehre mit Schleuse
A Höhenlinie (Oberwasser)
B Drucklinie
D Differenzbetrag
H, H′ Fallhöhe, verwertbar
R Reibungshöhe 1 , 1 ′ headwater
11 introductory section
12 slide system
2 , 2 ′ underwater
21 Driving water return
22 surge room
3 , 3 ′ sinkhole
3 a upper section
3 b lower section
31 level
32 swamp
33 transition section, inside
4 , 4 ′ pressure gallery
41 elastic layer
42 Concrete lining
43 steel jacket (also plastic jacket)
44 ball valve
45 risers
451 swamp
452 transition section
46 pump
461 pressure line
5 moated castle
51 riser
511 surge room
512 valve
52 irrigation canal
6 loading shaft
61 access shaft
62 backfilling
7 power plant
71 turbine (s)
72 engine drainage
8 river
81 weirs with lock
A contour line (upper water)
B pressure line
D difference
H, H ′ drop height, usable
R amount of friction

Claims

1. Driving water supply for hydropower plants over long distances between the upper and lower water,

- With an inlet section adjacent to the headwater ( 11 )
with a long-distance water flow between the inlet section ( 11 ) and the turbine ( 71 ), which has a tendency to overcome the friction losses,
- With a sink shaft ( 3 ) to overcome the height difference between the upper water ( 1 ) and the lower water ( 2 )
- With a pressure gallery ( 4 ) which supplies the driving water to the turbine at working pressure,
- With at least one water castle ( 5 ) and
- With a drive water discharge ( 72 ) between the turbine ( 71 ) and the underwater ( 2 ),

characterized,
that a preferably vertical sink shaft ( 3 ) is provided immediately after the inlet section ( 11 ),
which is designed as a pressure shaft to overcome the usable head (H, H ′),
that the long-distance water supply is designed as a pressure gallery ( 4 ) and this pressure gallery ( 4 ) extends from the lower end of the sink shaft ( 3 ) to the turbine and
that along the pressure gallery ( 4 ) at least one access shaft ( 6 ) is arranged to the surface of the earth, which has a riser ( 51 ) of the water castle ( 5 ) and access elements ( 61 ) for maintenance of the pressure gallery ( 4 ).

2. driving water guide according to claim 1, characterized in
that the pressure shaft below the outlet of the pressure gallery ( 4 ) is designed as a sump ( 32 ) and
that the inside of the transition section ( 33 ) from the sink shaft ( 3 ) to the pressure gallery ( 4 ) follows a motion law with an optimized acceleration curve.

3. Driving water system according to claims 1 and 2, characterized in that the cross section of the sink shaft ( 3 , 3 ') tapers downwards.

4. driving water guide according to claims 1 to 3, characterized in that the inclination of the pressure gallery ( 4 ) is less than 0.35%, preferably 0.1%.

5. Driving water system according to claims 1 to 4, characterized in that the sink shaft ( 3 ') is deeper than the height difference between the upper water ( 1 ) and underwater ( 2 ) and that the last section of the pressure gallery ( 4 ) as a riser ( 45 ) is directed upwards to the turbine ( 71 ).

6. driving water guide according to claims 1 to 5, characterized in
that at the transition from the horizontal section of the pressure gallery ( 4 ) to the riser gallery ( 45 ) in the extension of the horizontal section a sump ( 451 ) is arranged and
that the transition section ( 452 ) is formed on the inside from an arc.

7. driving water guide according to claims 1 to 6, characterized in that the swamps ( 32 , 452 ) pump systems ( 46 , 461 ; 34 , 341 ) are assigned.

8. driving water system according to claims 1 to 7, characterized in that in the upper region of the water locks ( 5 ) valves ( 512 ) are arranged for water withdrawal, which irrigation channels ( 52 ) are assigned.

9. driving water guide according to claims 1 to 8, characterized in that the pressure gallery ( 4 ) is formed with a round cross-section, which is supported with its locally cast concrete wall ( 42 ) via a limited elastic layer ( 41 ) on the mountains.

10. driving water guide according to claims 1 to 9, characterized in that the pressure gallery ( 4 ) on its inner wall with a smooth layer, preferably with a plastic layer ( 43 ), is covered.

11. driving water guide according to claims 1 to 10, characterized in
that when using a slowly flowing, possibly navigable headwater ( 1 ) the sinkhole ( 3 ') is deeper than 30 m and
that at least two weirs ( 81 ) are arranged in the region of the flowing water ( 8 ), the height of which is smaller than the level range of the flowing water ( 8 ).

12. driving water guide according to claims 1 to 11, characterized in
that several turbines ( 71 ) are assigned to the pressure gallery ( 4 ),
that in the area of the upper water ( 1 ) sensors for detecting the available amount of water are arranged and
that the turbines ( 7 ) can be switched on and off individually depending on the amount of water available.