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Selbsttätige Regelung der Wasserkraftabgabe an mehrere an einem Wasserlauf
liegende Wasserkraftanlagen: Wenn zwei oder mehrere Wasserkraftantlagen an einem
Wasserlauf liegen, kommt es bei niedrigem Wasserstand häufig vor, daß die weiter
oben am Wasserlauf liegenden Kraftanlagen so viel Wasser entnehmen, daß für die
weiter unten: liegenden nichts mehr übrigbleibt; es kommt auch vor, daß bei Hochwasser
das eine oder andere Wehr überläuft, weil die tiefer am Wasserlauf liegenden Wasserkraftanlagen
nicht genügend Wasser entnehmen. Häufig erfolgen deshalb Vereinbarungen, auf Grund
deren jede Wasserkraftanlage einen bestimmten; Prozentsatz von der jeweilig zur
Verfügung stehenden Wasserkraft verbrauchen soll. Es werden dann die Schütze vor
den Wehren der Anlagen von Hand aus von- Zeit zu Zeit verstellt. Man sieht aber
sofort ein, daß sich hierdurch eine genaue Verteilung der Wasserkraft, namentlich
bei stark schwankendem Stromspfegel, nicht bewerkstelligen läßt. Es fehlt auch jede
Kontrolle darüber, ob die Verteilung auch immer richtig erfolgt.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, den Verteilungsplan für die Wasserkraft
eines Wasserlaufes durch Mittel zur Ausführung zu bringen, welche selbsttätig wirken.
In diesem Fall ist es zweckmäßig, einer Wasserkraftanlage immer einen bestimmten
Prozentsatz der verfügbaren Wasserkraft zugängig zu machen, ganz unabhängig davon,
wie sich der Stromspiegel des Wasserlaufes ändert. Eine Änderung des Verteilungsplanes
innerhalb längerer Zeitabschnitte ist natürlich möglich und auch notwendig, denn
im allgemeinen wird sich der Verteilungsplan der Jahreszeit anpassen müssen und
im Winter ein anderer wie im Sommer sein.
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Zur Lösung vorliegender Aufgabe werden erfindungsgemäß Schwimmereinrichtungen
verwandt, welche mit elektrischen Einrichiungen zusammenarbeiten. Ein Hauptbestandteil
dieser elektrischen Einrichtungen ist erfindungsgemäß eine Schaltanlage nach Art
der Wheatstoneschen Brücke. Diese Brücke ist so eingerichtet, daß sie, abgesehen
von den paarweise angeordneten festen Widerständen, auch zwei regelbare Widerstände
enthält, die, wenn sie urigleich sind, den Zeiger eines Kontaktvoltmeters, der auf
der Brücke liegt, beeinflussen. Durch den Kontaktvoltmeter wird über ein Umschalterpäar
ein Motor geregelt, der dann das Schütz. in einem Wehre vor einer Kraftanlage so
lange verstellt, bis die beabsichtigte Verteilung der Wasserkraft eingetreten ist.
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In Fig. r der Zeichnung ist eine für vorliegenden Zweck in Betracht
kommende Wheatstonesche Brücke dargestellt. Der Strom, von links kommend, verzweigt
sich und geht einerseits von d über a nach c und anderseits von
d
über b nach c. Die Verbindung der Scheitelpunkte von a nach b bildet
die Brücke, auf ihr liegt das Voltmeter v. Auf der rechten Seite der Brücke liegen
zwei feste Widerstände, z. B. von je 25o Ohm, auf der linken
von
je 225 Ohm und außerdem zwei Regulierwiderstände von je 25 Ohm.
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Unter der Annahme, daß die Wasserstände der beiden Anlagen gleich
oder auch in einem bestimmten Höhenverhältnis - zueinander stehen, ist auch die
Ohmzahl der beiden Regulierwiderstände gleich. Weichen jedoch die Wasserstände von
dieser Voraussetzung ab, dann sind auch die Regulierwiderstände verschieden, und
zwischen den beiden Scheitelpunkten a und b der Brücke entsteht ein Spannungsunterschied
entweder in der einen oder in der anderen Richtung, d. h. je nachdem der obere oder
untere Regulierwiderstand größer oder kleiner ist, schlägt das Voltmeter nach rechts
oder links aus bzw. es macht entweder rechts oder links Kontakt., Die Eigenschaften
der Wheatstoneschen. Brücke sind insofern erfindungsgemäß nutzbringend verwertet,
daß immer dann der Zeiger des Voltmeters in der Nullstellung steht, wenn die regelbaren
Widerstände einander gleich sind, einerlei ob nach erfolgter Regelung die beiden
Widerstände j e 25 Ohm oder 2o Ohm oder 15 Ohm usw. stark sind. Immer nur dann findet
ein Zeigerausschlag statt, wenn der Wasserspiegel vor der einen Wasserkraftanlage
ein anderer ist als wie der vorgeschriebene vor der anderen, weil dann die Regulierwiderstände
ungleich groß sind.
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An einem Beispiel soll das Zusammenarbeiten von Schwimmereinrichtungen
unter Benutzung einer Schaltanlage nach Art der Wheatstoneschen Brücke für zwei
Wasserkraftanlagen veranschaulicht werden, wobei ein Motor ein Schütz verstellt.
Es wird also vorausgesetzt, daß der Wasserspiegel vor dem Wehr einer ' weiter unten
am Wasserlauf liegenden Anlage unmittelbar geregelt wird, wobei ferner vorausgesetzt
wird, daß die Regelung des unteren Wasserspiegels automatisch auf den Wasserspiegel
der oberhalb gelegenen Anlage zurückwirkt.
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In der Zeichnung (Fig.2) sind mit 1a und 1b die Wasserspiegel vor
den Wehren der zwei Anlagen bezeichnet.
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Mit 2a, 2b ist je eine Schwimmereinrichtung, mit 3a, 3b je ein Regler
mit z. B. 25 Ohmwiderstand benannt. Die beiden Regler sind durch eine Leitung 4
elektrisch miteinander verbunden. 5 und 6 stellen die Sammelschienen eines Stromnetzes
dar. Aus der Netzader 6 führt eine Leitung 7, 8, 9 zu der Verbindungsleitung 4 der
beiden Regler. Beide Regler sind über je eine Leitung 1o, 11, die jede einen Widerstand
z. B. von 225 Ohm enthält, an den Zuführungsstrom zum Voltmeter v angeschlossen.
Der Zuführungsstrom kommt von der Schiene 5 des Stromnetzes, und zwar von dem Anschluß
12, und geht über die Leitungen 13, 14 bis zum Punkt 15, wo et sich gabelt,
je einen Widerstand von z. B. 2,50 Ohm durchfließt und in die beiden- Kontakte
16, 17 des Voltmeters v eintritt. ' Auf beide Regler 3a, 3b arbeitet je ein Schwimmer
2a, 2b mit einem Gegengewicht und verstellt den Widerstand von 25 Ohm. entsprechend
dem Wasserstand.
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Das Voltmeter v ist mit mehreren Kontakten versehen, und sein Zeiger
ist so eingerichtet, daß er jeweils zwei Kontakte verbindet. Die Kontakte stehen
durch Leitungen mit zwei T-Tmschaltern27a, 27b inVerb?nd'ung, die abwechselnd einen
Motor 34 in der einen oder in - der anderen Drehrichtung anlassen. Das Voltmeter
v ist mit den Kontakten 18, 19 mittels der Leitung 8, 7 an die Sammelschiene 6 und
mit dem Kontakt 2o (der zum Kontakt 18 gehört) über die Leitung 21 an die Wicklung
des Elektromagneten 22 und von da über die Leitung 24, 25, 26, 13, 12 an die Sammelschiene
5 angeschlossen. Der Elektromagnet 22 bewegt den Umschalter 27a mit den Kontakten
--,8, 29,.3o, 31. Der Kontakt 28 ist mit Hilfe der Leitung 32, in welcher
die Erregerwicklung 33 für den Motor 34 liegt, an die Sammelschiene 6 angeschlossen.
Der Kontakt 29 ist durch die Leitung 4.o an die eine Klemme des Motors 34 und von
der anderen Klemme durch die Leitung 35 mit dem Kontakt 31 verbunden. Der Kontakt
30 ist über die Leitung 37, 38 an den Punkt 39 der Sammelschiene 5 angeschlossen.
In ähnlicher Weise ist die elektrische Verbindüng des Volifeterkontaktes 36 bewerkstelligt.
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In der Zeichnung ist der Umschalter 27" geschlossen angegeben. Der
Stromverlauf ist folgender: Von der Sammelschiene 6 geht der Strom über 7, 8, 18,
20, 21, 22, 24, 25, 26, 13 nach dem Anschluß 12 der Sammelschiene 5. Ferner geht
ein Strom von der Sammelschiene 6 über 32, 28, 29, 40, 34, . dann über 35, 31,
30 über die Leitung 37, 38 zu dem Anschlußpunkt 39 der Sammelschiene 5.
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Schlägt der Zeiger des Voltmeters - wie elezeichnet - rechts aus,
dann verbindet er die Kontakte 18 und 2o, der Umschalter 27a schließt sich, der
Motor 34 läuft in einer bestimmten Richtung um und hebt z. B. mit Hilfe des Schützes
den Wasserspiegel 1a, der, wie angenommen werden soll, immerso höchsein soll wie
der Wasserspiegel 1b. Ist überreguliert, ist also der Wasserspiegel i" über das
normale Maß hinausgehoben und der Wasserspiegel 7b steht zu niedrig, dann wirkt
die Schwimmereinrichtung 2b auf den Regler 3b ein, der Voitmeterzeiger schlägt nach
links aus, er verbindet die Kontakte 36, 19, der Umschalter 27e schließt sich, der
Umschalter 27" fällt ab, und der Motor 34 dreht sich in der anderen Richtung und
senkt reit Hilft
des Schützes den Wasserspiegel i.. Der Zeiger schwankt
also so lange hin und her, und der Motor 34 ändert die Stellung des Schützes so
lange, bis beide Wasserspiegel gleich hoch sind.
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Bis jetzt war angenommen, daß, sobald nur ein Wasserspiegel verändert
wird, sich die Änderung auch auf die anderen, Wasserspiegel überträgt. Liegen aber
die Wasserkraftanlagen weit auseinander, dann ist es zweckmäßig, jeden Wasserspiegel
gesondert einzustellen. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß der eine Motor,
der von den beiden Schwimmereinrichtungen und der Wheatstoneschen Brücke aus geregelt
wird, mit einem zweiten Motor, der in der Nähe der anderen Wasserkraftanlage liegt,
elektrisch so verbunden wird, daß der zweite Motor mit derselben Geschwindigkeit
wie der erste, aber mit umgekehrter Drehrichtung, arbeitet, so daß das ihm zugeteilte
zweite Schütz sich in umgekehrter Richtung wie das erste Schütz bewegt. Auf diese
Weise wird erreicht, daß die Regelung der Wasserspiegel sehr rasch erfolgt, was
besonders bei dem plötzlichen Eintreten von Hochwasser wünschenswert erscheint.
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Das Schaltbild für den Motor II ist das gleiche wie in Fig. i angegebene,
bis auf die elektrische Verbindung mit dem Voltmeter. An, Stelle dieser Verbindung
sind die zwei Elektromagnete des einen Motors II mit den zwei Elektromagneten des
ersten Motors I durch Leitungen verbunden, aber so, daß der Elektromagnet vom Motor
I für Rechtslauf mit dem Elektromagneten des Motors II für Linkslauf und der Elektromagnet
vom Motor I für Linkslauf mit dem Elektromagneten des Motors II für Rechtslauf verbunden
ist.
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Statt der elektrischen Übertragung des Höhenunterschiedes der Wasserspiegel
zum Zwecke ihrer Regelung kann hierzu auch Druckluft oder Druckwasser gewählt werden.
Für die Regelung des Motors kommt dann z. B. ein Differential- oder Planetengetriebe
in Betracht. Die Geschwindigkeit der Antriebswellen der Planetenräder ist gleich
groß, solange die Wasserspiegel vor beiden Anlagen gleich hoch sind oder in einem
gewissen Verhältnis zueinander stehen. Weicht der Wasserstand von dieser Vorschrift
ab, so entsteht eine Bewegung des Sonnenrades in: der einen oder in der anderen
Richtung, und es leitet die Regelung des Motors ein, dessen Anlasser mit dem Sonnenrad
verbunden ist. Hierbei können die Planetenräder immer mit einer ge-@rissen Geschwindigkeit
umlaufen, die durch Bremsen verändert werden kann. Auf diese Bremse wirkt ein Kolben,
angebracht am Ende einer Druckleitung, die an der Schwirr.-mereinrichtung vorbeiführt
und dort einen Regulierhahn enthält, der vom Schwimmer verstellt wird.