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Einrichtung zur Was-serkraftausnutzung von mii kleinen Gefällen fließenden
Gewässern. Wasserkräfte mit kleinem Gefälle können, wenn die abzuführenden Wassermengen
sehr groß sind, sehr bedeutend sein. Unter derartigen Verhältnissen sind Wasserturbinen
nicht am Platze, da die Zufuhrleitungen oder hinnen zu lang werden, wodurch zuviel
Kraft durch den darin auf_treten,den Widerstand verlorengeht. In solchen Fällen
können zwar die bekannten schwimmenden Wasserräder angewendet werden, welche auf
einem Schwimmer aufgebaut sind, der sich zwischen Mauern auf und nieder bewegen
kann. Derartige Einrichtungen beabsichtigen jedoch nur, die Strorngeschwindigkeit
auszunutzen, und da diese sehr veränderlich ist, so kann auch die Kraftabgabe derartiger
Wasserräder nur sehr unstetig sein. Außerdem wird die insgesamt vorhandene Wasserkraft
nur zu einem sehr geringen Teil ausgenutzt, da der überwiegend größte Teil der vorhandenen
Wassermenge an der Einrichtung vorbei und also unausgenutzt verlorengeht.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung hat obengenannte Nachteile nicht
und bezweckt, die gesamte im Wasser vorhandene Arbeit so vollkommen wie ' möglich
auszunutzen, ohne die Schiffahrt zu verhindern. Die Einrichtung kann überall dort
angewendet werden, wo sämtliche anderen bekannten Einrichtungen aufhören, lohnend
zu sein. Die Einrichtung
nach der Erfindung bezweckt, durch Wasserstau,
dessen Höhe durch Offnen und Schließen von Schleusentüren möglichst konstant gehalten
@cird, den Oberwasserspiegel künstlich zu heben unter gleichzeitiger fortwährender
selbsttätiger Einstellung zur Höhe des Unterwasserspiegels, der oberen Seite einer
an einem Schwimmer drehbar aufgehängten Schwelle. Hierdurch wird ein konstanter
hydrostatischer Druck auf die Radschaufeln eines auf dein Schwimmer aufgebauten
Wasserrades erreicht, ohne daß infolge des Unterwassers ein Gegendruck auf die Radschaufeln
hervorgerufen wird. Aus obergenannten Erörterungen geht hervor, daß bei dieser Einrichtung
die Stromgeschwindigl;eit nur eine nebensächliche Rolle spielt.
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Die Einrichtung gemäß ,ler Erfindung besteht ini wesentlichen aus
einem unterschlächtigen Wasserrad, das mit einer mit ihrer oberen Seite sich an
die Radschaufeln anschließenden sowie um eine wagerechte, in senkrechter Richtung
geführte Achse drehbaren Schwelle oder Staubrett versehen und auf eirein Rahmen
aufgebaut ist, der drehbar an einem Ober- und Unterwasserschwimmer befestigt ist,
wovon der erstgenannte zwischen zwei mit Sperrtüren versehenen Mauern geführt wird.
Rad- und Schwellenachse liegen senkrecht untereinander, und die Schwellenachse wird
selbsttätig zur Höhe des Unterwasserspiegels eingestellt. Zwischen der oberen Seite
der Schwelle und der unteren Seite der Schaufeln ist eine zylindrisch gebogene Platte,
welche sich möglichst nahe an die untersten Schaufeln anschließt, angebracht. Die
untere Seite der Schwelle ist mit Laufrollen versehen, weiche sich über nach beiden
Seiten aufwärts allmählich gebogenen, auf dem Boden des Wasserdurchlaßkanals angebrachten
Schienen hin und her bewegen. Der Raum zwischen den Schienen ist durch eine sich
an die untere Seite der Schwelle anschließende, allmählich nach beiden Seiten aufwärts
gebogene Platte, die mit Abführkanälen versehen ist, abgeschlossen.
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Eine Einrichtung gemäß der Erfindung ist auf den Zeichnungen in einem
Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
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Abb. i ist eine Ansicht von oben auf die in einem Fluß eingebaute
Einrichtung; Abb. 2 ist eine Aufsicht auf einen Teil der Einrichtung in vergrößertem
Maßstabe; Abb.3 und q. sind senkrechte Schnitte nach Linie A-B der Abb. i ; Abb.
5 ist eine Aufsicht auf eine der Schwellenseiten der Abb. q.; Abb. 6 zeigt die Schwelle
der Abb. q. in senkrechter Lage, und Abb.7 ist ein Kraftplan. Die Einrichtung besteht
aus einem Oberwasser- und einem Unterwasserschwimmer i und 2, von deren ersterer
zwischen den parallelen Mauern 16 der Durchlaßkanäle 15 angebracht ist und mittels
Rollen 17 an senkrechten Schienen 18 geführt wird (Abb. 2). Die Schwimmer
i und 2 sind durch Rahmen d. und 5 untereinander verbunden, welche uni wagerechte,
auf den Schwimmern i und 2 gelagerte Achsen 3 drehbar sind.
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Die Rahmen 4 und 5 dienen zur gleichzeitigen Unterstützung der Radachse
8 des Wasserrades 9 und der Achse io der Schwelle oder des Staubrettes i i. Die
Achsen 8 und io liegen senkrecht untereinander, während die obere Seite der Schwelle
sich möglichst an die untere Seite der Schaufeln anschließt. Bei schräger Lage schließt
sich die untere Seite der Sclwelle, welche mit Laufrollen i2, die sich über nach
beiden Seiten allmählich aufwärts gebogenen Schienen 13 hin und her bewegen können,
versehen ist, dem ebenfalls gebogenen Boden 1q. des Durchlaßkanals 15 an. Im Boden
14 sind für Schlammabführung kleine I#,-anäle 28, welche in den Unterwasserkanal
ausmünden, angebracht. Der Unterwasserschwimmer 2 trägt die Transmissionsachse 29,
Arbeitsmaschinen 30 usw.
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Zwischen den Rahmen d. und 5 ist zwischen der oberen Seite der Schwelle
und der Unterseite der Radschaufeln i9 eine zylindrisch gebogene Platte 2o angebracht,
welche mit ihrer konkaven Seite nach oben gerichtet ist und sich oben so genau wie
möglich an die Schaufeln i9 und unten mit ihrer konvexen Seite an die obere Seite
der Schwelle i i anschließt, wodurch die unteren Radschaufeln i9 ununterbrochen
dem ganzen Wasserdruck des Stauwassers der geöffneten Sperrtüren 21 ausgesetzt sind.
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Im Flusse 22 werden parallele Mauern 23 mit drehbaren Sperrtüren 24
angebracht, wodurch das Wasser in beliebiger Höhe aufgestaut werden kann. Um den
Schiffsverkehr zu ermöglichen, sind ein oder mehrere Mauerpaare als Schleuseneinrichtungen,
also mit zwei Paar Türen 24 und 24' ausgerüstet. Das hierdurch mehr oder weniger
gestaute Wasser wird zwischen ein oder mehrere Paare Durchlaßmauern 1d geführt.
Der zwischen jedem Paare dieser Mauern 1d in senkrechter Richtung geführte Oberwasserschwimmer
i stellt sich also dem Oberwasserspiegel gemäß ein. Durch einen Überiließkana125,
welcher mit Sperrtüren 26 versehen ist,- kann die Oberwasserspiegelhöhe geregelt
und möglichst konstant gehalten werden. Jeder Durchlaß kann, um jede Einrichtung
behufs Reparaturen oder Außerbetriebsetzung stillsetzen zu können, mit Absperrtüren
21 versehen werden.
Die durch jeden Durchlaß 15 hindurchgeführte,
über die Schwelle i i geführte Wassermenge wird derart geregelt, daß die Wassei
. räder 9 eine möglichst konstante Fassungsmenge haben, was dadurch erreicht wird,
daß die Höhe der Wasserrad- und Schwellenachsen 8 und io durch den Unterwasserschwimmer
2 entsprechend dem Unterwasserspiegel eingestellt wird, wobei die Schwellenachse
io durch die Rollen 17 den Schienen 18 entlang gefiihrt wird, so däß auch die Schwelle
ii sich auf der gewünschten Höhe einstellt. Die Lage der Schwellenachse io und der
gebogenen Platte 2o ist hinsichtlich der Höhe des Unterwasserspiegels -genau festzustellen,
damit die Platte 2o die aufwärts wirkende Kraft, welche auf die Schaufeln i9 des
'\N-asserrades 9 ,wirkt, ausgleicht, wodurch eine bessere, mehr regelmäßige Selbsteinstellung
der Schwelle i i und des Schwimmers i erreicht wird; sonst würde die Einstellung
stoßweise geschehen.
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Um weiter den auf- und abwärts gerichteten Druck auf die Vorderseite
der Schwelle i i, welcher i. von dem Wasserdruck des Oberwassers gegen die Sch welle
i i, 2. von dem Druck des über die obere Seite der Schwelle strömenden und gegen
die Schaufeln ig stoßenden Wassers und 3. von den Reibungswiderständen herrührt,
teilweise auszugleichen und aufzuheben, werden der Boden 14 und die Führungsschienen
13 über den Stand, welchen die Schwelle bei 45° einnimmt, nach beiden Seiten
hinaus allmählich aufwärts gebogen.
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Ist der Druck auf die Schwelle i i derart, daß der Oberwasserschwimmer
i sich tiefer senkt, dann wird auch die Radachse 8 heruntergehen oder umgekehrt
sich heben. Der Druck ist abhängig von dem jeweiligen Winkel, welchen die Schwelle
i i mit dem Unterwasserspiegel bildet, und wird größer, wenn der Winkel kleiner
oder größer als 45° wird. Diese Differenz des Schwellendruckes hat hinsichtlich
des Unterwasserspiegels einen nachteiligen Einfluß auf die Einstellung der Radachse8.
Dieser Machteil wird größer, je größer die Schwelle i i ist.
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Durch die gebogene Form der Führungsschienen 13 wird der Schwellendruck
auf den Oberwasserschwimmer i bis zu einem gewissen Grade ausgeglichen und aufgehoben.
Da aber die Reibungswiderstände der bewegenden Teile des Schwimmers und der Schwelle
aus verschiedenen Ursachen herrühren und sich fortwährend ändern, so ist es erwünscht,
diese Widerstände nicht auf den Oberwasserschwimmer i, sondern auch auf den Unterwasserschwimmer
2 zu übertragen, was durch die beiden Rahinen 4 und 5 geschieht. Die weitere Ausbalancierung
und Einstellung der senkrechten Lage der Radachse 8 oberhalb der Schwellenchse i.o
wird durch Ein- oder Auslassen von Ballastwasser des Schwimmers erreicht.
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Kommt bei Hochwasser die Schwelle i i in die senkrechte Lage (s. Abb.
6), so kann die Konstruktion derart ausgeführt werden, daß in diesem Falle ein Notablaß
zwischen der unteren Seite der Schwelle i i und der oberen Seite des- Bodens entsteht.
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Der Druck P ist dann wagerecht gerichtet. Zur Ausnutzung von Ebbe
und Flut sind sowohl stromauf- als stromabwärts Schleuseneinrichtungen in den Fluß-
und im Überflußkanal einzubauen. Da, wo die Schleusentüren offen sind, müssen dann
die Sperrtüren geschlossen werden.