DE3637564A1 - Hydroelectric power plant with floating weir, cross-flow turbine and integrated rotary screen - Google Patents

Hydroelectric power plant with floating weir, cross-flow turbine and integrated rotary screen

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DE3637564A1 DE19863637564 DE3637564A DE3637564A1 DE 3637564 A1 DE3637564 A1 DE 3637564A1 DE 19863637564 DE19863637564 DE 19863637564 DE 3637564 A DE3637564 A DE 3637564A DE 3637564 A1 DE3637564 A1 DE 3637564A1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/08—Machine or engine aggregates in dams or the like; Conduits therefor, e.g. diffusors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Abstract

Hydroelectric power plant with floating weir, cross-flow turbine and integrated rotary screen, characterised in that the retaining arrangement with integrated turbine-output regulating valve is arranged in the interior of the cross-flow turbine, a turbine housing is unnecessary, the turbine wheel is fully or partly immersed in the working medium and is mounted in a lattice structure which is supported on two floating bodies, of which the one arranged at the rear as viewed in the flow direction can be emptied by compressed air and flooded upon valve reversal. The front, rigid floating body, filled with foam material and guided on both sides in the channel, also serves as a floating beam. A turbine module consists of a split cylindrical rotor with output regulating valve, adjusted on a common axis as part of the retaining arrangement arranged in the wheel interior. Output regulation and disposal of floating debris are effected hydraulically, power transmission by means of toothed belt or the like. Rings arranged on the wheel periphery form a rotary screen which runs against fixed rakes. Auxiliary units are accommodated in a separate space. The bypass relief valve shuts tightly at the bottom in an angular range for the disposal of floating debris. The release of the full discharge cross-section at high water opens many new locations.

Description

Eine Neuorientierung bei der Stromerzeugung bedingt auch die verstärkte Nutzung der Wasserkräfte. Dies ist nur möglich, wenn auch kleine Gefälle bei relativ großen Wassermengen in Flüssen und Meer zu vertretbaren Kos­ ten pro KW Investitionsvolumen erschlossen werden.A reorientation in power generation also requires increased Use of water power. This is only possible, albeit a small gradient with relatively large amounts of water in rivers and sea to acceptable Kos ten per KW investment volume.

Nur mittels Querstromturbine und der Möglichkeit, den künstlichen Stau, den ein Wasserkraftwerk verursacht, bei Hochwasser durch aufschwimmen der Energieentnahmeeinrichtung kann das Ziel erreicht werden, die Stromer­ zeugungskosten mittels Wasserkraft wettbewerbsfähig zu machen bei geringstem Eingriff in die Natur.Only by means of a cross-flow turbine and the possibility of the artificial traffic jam, caused by a hydroelectric power plant, in the event of flooding, by floating the Energy extraction device can be achieved, the Stromer To make generation costs competitive by means of hydropower at the lowest Intervention in the nature.

Das Kernstück der Wasserkraftanlage stellt die optimale Kombination aus Schwimmwehr, Querstromturbine und integriertem Rotationsrechen dar. Es besteht aus der Staueinrichtung mit integrierter Turbinenregelklappe, die im Inneren des Turbinenrades (Trommelläufer) angeordnet ist, dem Turbinen­ laufrad, das ganz oder teilweise in das Arbeitsmedium eintaucht und in einer Fachwerkkonstruktion gelagert ist, sowie zwei Schwimmkörpern, auf die sich die vorgenannte Konstruktion abstützt.The centerpiece of the hydropower plant is the optimal combination Lifeguard, cross-flow turbine and integrated rotary rake consists of the stowage device with integrated turbine control flap is arranged inside the turbine wheel (drum rotor), the turbines Impeller that is fully or partially immersed in the working medium and in one Truss structure is mounted, as well as two floating bodies on which supports the aforementioned construction.

Der in Fließrichtung vordere Schwimmkörper ist als biegesteifer Ponton mit Schaumstoff gefüllt und damit unsinkbar. Er wird beidseitig in U- Profilen im Gerinne so geführt und angeordnet, daß er auch die Funktion des Schwimmbalkens, also die Umleitung von Treibeis und sonst. Schwemmgut zum Bypaß erfüllt.The front floating body in the direction of flow is a rigid pontoon filled with foam and therefore unsinkable. It is Profiles in the channel guided and arranged so that it also functions the floating beam, ie the diversion of floating ice and other floating debris to bypass met.

Der hintere Schwimmkörper, der unter der Fachwerkkonstruktion schwenkbar angeordnet ist, kann mittels Preßluft entleert und durch Ventilumsteuerung wieder geflutet werden und ermöglicht so das Aufschwimmen und Absenken der gesamten Konstruktion. Das Ausschwenken dieses Schwimmkörpers mittels Hydraulik gegenüber der Fachwerkkonstruktion gestattet drei Funktionen:The rear floating body that swivels under the truss structure is arranged, can be emptied by means of compressed air and by valve reversal be flooded again, thus allowing floating and lowering of the entire construction. The swinging out of this float by means of Hydraulics versus the truss construction allow three functions:

  • 1. Im abgesenkten Zustand öffnet sich die Schere zwischen Rechenharke und Schwimmkörper und gibt den Bypaß zur Turbine frei zur Schwemmgutentsorgung.1. When lowered, the scissors open between rake and Float and releases the bypass to the turbine for the disposal of debris.
  • 2. Bei Ausfall der Preßluft erzeugt das Ausschwenken den Wasserskieffekt und ermöglicht so in Zusammenwirken mit dem Bypaß den Notabfluß des Arbeit­ wassers.2. If the compressed air fails, swiveling out creates the water ski effect and in cooperation with the bypass enables the emergency drainage of the work water.
  • 3. Bei aufgeschwommener Konstruktion und ausgefahrener Schwenkhydraulik ist bei Wartungsarbeiten auch das Gelenk trocken erreichbar und der Ab­ flußwiderstand wird minimiert.3. With the construction floating and the swing hydraulics extended the joint can be reached dry during maintenance work and the Ab flow resistance is minimized.

Eine Querstromturbineneinheit (Modul), von der auch mehrere parallel arbeitend zu einer Einheit verknüpft sein können, besteht aus einem ge­ teilten Laufrad mit am Umfang angeordneten Schaufeln (Trommelläufer) - ein umschließendes Gehäuse wird nicht benötigt - und der Leistungsrege­ lungsklappe, die als Teil der im Laufradinneren angeordneten Stauein­ richtung um die gemeinsame Achse hydraulisch bewegt werden kann. Die Querstromturbine besitzt am äußeren Umfang mehrere Ringe, die in ihrer Anordung einen Rotationsrechen bilden, der sich gegen eine unten an der Fachwerkkonstruktion befestigten Harke dreht. Die Harke schließt dicht zum hinteren Schwimmkörper ab. Die Schere kann jedoch zur Schwemm­ gutentsorgung geöffnet werden.A cross-flow turbine unit (module), of which also several in parallel working together to form a unit consists of a ge divided impeller with blades arranged on the circumference (drum rotor) - an enclosing housing is not required - and the power surge flap, which is part of the jam located inside the impeller direction can be moved hydraulically around the common axis. The cross-flow turbine has several rings on the outer circumference, which in their arrangement form a rotary rake against one below the rake attached to the truss structure rotates. The rake closes close to the rear float. The scissors can, however, become a flood waste disposal can be opened.

Die Kraftübertragung zum über der Turbine angeordneten Generator erfolgt mittels Zahnriemen und Getriebe.The power is transmitted to the generator arranged above the turbine by means of a toothed belt and gear.

Die Dichtung zwischen der Konstruktion und dem Gerinne aber auch intern erfolgt gleitend.The seal between the structure and the channel, but also internally takes place smoothly.

Die separate Bypaßentlastungsklappe schließt in einem bestimmten Winkel­ bereich durch kreisbogenförmige Ausführung der Gerinnesohle in diesem Bereich dicht, damit das vom Schwimmbalken zugeführte Schwimmgut stets ohne großen Arbeitswasserverlust entsorgt werden kann.The separate bypass relief valve closes at a certain angle area through circular arc design of the channel bottom in this Area tight, so that the floating material supplied by the floating beam is always there can be disposed of without great loss of working water.

Die Hilfsaggregate werden in einem neben der Bypaßentlastungsklappe, hochwassersicher angeordnetem, wetterfestem Raum untergebracht. Von hier erfolgt auch die Übergabe des Stromes ans Netz.The auxiliary units are in a next to the bypass relief valve, flood-proof, weatherproof room. From here the electricity is also transferred to the grid.

Claims (12)

1. Wasserkraftanlage mit Schwimmwehr, Querstromturbine und integriertem Rotationsrechen dadurch gekennzeichnet, daß die Staueinrichtung mit inte­ grierter Turbinenregelklappe im Inneren der Querstromturbine angeordnet ist, das Turbinenrad ganz oder teilweise in das Arbeitsmedium eintaucht und in einer Fachwerkkonstruktion gelagert ist, die sich auf zwei Schwimm­ körper stützt.1. Hydroelectric power plant with swimming weir, cross-flow turbine and integrated rotary rake, characterized in that the accumulation device with integrated turbine control valve is arranged inside the cross-flow turbine, the turbine wheel is completely or partially immersed in the working medium and is mounted in a truss structure which is based on two floating bodies . 2. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der vor­ dere Schwimmkörper als biegesteife, durch Schaumstoffüllung unsinkbare Konstruktion beidseitig im Gerinne so geführt wird, daß er auch die Funk­ tion eines Schwimmbalkens übernimmt. (Umleitung von Eis und Schwemmgut zum Bypaß)2. Hydroelectric power plant according to claim 1, characterized in that the before their floating body as a rigid, unsinkable foam filling Construction is guided on both sides in the channel so that it also the radio tion of a floating beam takes over. (Diversion of ice and floating debris to the bypass) 3. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der in Strömungsrichtung hinten angeordnete Schwimmkörper mittels Preßluft entleert und durch Ventilumsteuerung wieder geflutet werden kann und so Staueinrichtung, Querstromturbine und Rechen, also die Gesamtkonstruktion bei Hochwasser oder zu Wartungszwecken aus dem Wasser herausragt und der Stau bis auf die Wirkung der Schwimmkörper minimiert wird.3. Hydroelectric power plant according to claim 1 and 2, characterized in that the Floating bodies arranged at the back in the flow direction by means of compressed air emptied and flooded again by valve reversal and so Damming device, cross-flow turbine and rake, i.e. the overall construction protrudes from the water during floods or for maintenance purposes and the Traffic jam is minimized to the effect of the float. 4. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der hinten angeordnete Schwimmkörper zur Fachwerkkonstruktion hydraulisch schwenkbar ist, sodaß bei Ausfall der Druckluft mittels diesem 2. Regel­ kreis ein Notabfluß in Zusammenwirken mit dem Bypaß des Arbeitswassers gesichert wird.4. Hydroelectric power plant according to claim 1 to 3, characterized in that the floating body for the truss construction is hydraulic is pivotable, so that if the compressed air fails, this 2nd rule circle an emergency drain in cooperation with the bypass of the working water is secured. 5. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Schwenkeinrichtung durch öffnen der Schere zwischen hinterem Schwimmkörper und Rechenharke auch der Schwemmgutentsorgung dient.5. Hydroelectric power plant according to claim 1 to 4, characterized in that the hydraulic swivel device by opening the scissors between the rear Floating bodies and rake also serve to dispose of floating debris. 6. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Querstromturbine am äußeren Umfang mehrere Ringe besitzt, die in ihrer Anordnung einen Rotationsrechen bilden, der sich gegen eine unten an der Fachwerkkonstruktion befestigten Harke, die zum hinteren Schwimmkörper dicht schließt, dreht.6. Hydroelectric power plant according to claim 1 to 5, characterized in that the Cross-flow turbine has several rings on the outer circumference, which in its Arrangement form a rotary rake against one another at the bottom Truss structure rake attached to the rear floating body closes tightly, turns. 7. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß eine Turbineneinheit (Modul) aus einem geteilten Laufrad mit am Umfang angeordneten Schaufeln (Trommelläufer) besteht, kein umschließendes Gehäuse benötigt wird und die der Leistungsregelung dienende Klappe als Teil der im Laufradinneren angeordneten Staueinrichtung um die gemeinsame Achse hydraulisch betätigt werden kann. 7. Hydroelectric power plant according to claim 1 to 6, characterized in that a turbine unit (module) from a split impeller with the circumference arranged blades (drum rotor), no enclosing Housing is required and the flap serving for power control as Part of the stowage device arranged inside the impeller around the common one Axis can be operated hydraulically.   8. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Turbinenmodule parallel arbeitend zu einer Einheit zu­ sammengefaßt werden können.8. Hydroelectric power plant according to claim 1 to 7, characterized in that one or more turbine modules working in parallel to form a unit can be summarized. 9. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung von Turbine zum Getriebe und Generator über Zahn­ riemen erfolgt.9. Hydroelectric power plant according to claim 1 to 8, characterized in that the power transmission from the turbine to the gearbox and generator via tooth belt is done. 10. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfseinrichtungen: Kompressor mit Druckluftspeicher, Hydraulikaggre­ gat, Bypaßklappensteuerung, Schalt- und Regeleinrichtungen und sonst. Techn. Einrichtungen in separatem, hochwassersicherem, wetterfestem Raum angeordnet sind.10. Hydroelectric power plant according to claim 1 to 9, characterized in that the auxiliary equipment: compressor with compressed air reservoir, hydraulic unit gat, bypass flap control, switching and control devices and other. Technical facilities in separate, flood-proof, weatherproof Are arranged. 11. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Bypaßentlastungsklappe in einem bestimmten Winkelbereich unten dicht schließt, damit das Schwimmgut abgeführt werden kann.11. Hydroelectric power plant according to claim 1 to 10, characterized in that the bypass relief valve is tight in a certain angular range below closes so that the floating material can be removed. 12. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung der Konstruktion seitlich gegenüber dem Gerinne und intern gleitend erfolgt.12. Hydroelectric power plant according to claim 1 to 11, characterized in that the seal of the construction laterally opposite the channel and internally is done smoothly.
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