DE3800192A1 - Unterschlaegige wasserradanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine unterschlägige Wasserradan­ ordnung, bestehend aus einem in einem Flußlauf oder dgl. einsetzbaren Rahmen zur Wasserführung und zur Lagerung des Wasserrads sowie des vom Wasserrad angetriebenen elek­ trischen Generators oder sonstigen Abtriebes.

Derartige unterschlägige Wasserradanordnungen sind seit Jahrhunderten Stand der Technik und dienten dem Menschen bereits sehr früh zur Gewinnung von Energie. Wasserrad­ anordnungen der o. g. Art sind heute weitgehend verdrängt worden durch Turbinenanlagen, die einen höheren Wirkungsgrad aufweisen, aber sehr aufwendige und die Landschaft ver­ ändernde Stauwehranordnungen erfordern. Bei bestimmten Anwendungsfällen ist dies unerwünscht, trotzdem kann es zweckmäßig sein, die Wasserkraft zur Gewinnung von Energie, insbesondere von elektrischer Energie auszunutzen, ohne daß dabei größere, das Landschaftsbild verändernde Veränderungen an einem Flußlauf vorgenommen werden müßten.

Andererseits sind die damaligen unterschlägigen Wasser­ radanordnungen mit einem zu schlechten Wirkungsgrad ausge­ stattet und daher für die heutigen Energiegewinnungsmaß­ nahmen nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, die unterschlägige Wasser­ radanordnung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sich ein höherer Energiegewinnungswirkungs­ grad ergibt, ohne daß dazu die für Turbinenanlagen not­ wendigen durchgreifenden Veränderungen am Landschaftsbild notwendig wären.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß der Rahmen ein erstes, rinnenförmiges Gehäuseteil aufweist, das eine ggf. trichter­ förmige Zuflußöffnung, einen langgestreckten Mittelteil mit Bodenteil und zwei vom Bodenteil ausgehende Seitenteile, die bis nahe dem Wasserspiegel reichen oder über diesen hinaus­ ragen, sowie ein zweites rinnenförmiges Gehäuseteil besitzt, das vom Bodenteil ausgehenden Lagerwände für zumindest ein unterschlägiges Wasserrad bildet, und daß die Lagerwände aufstromseitig vor dem Wasserrad schräg nach außen in Richtung auf die Wände des ersten rinnenförmigen Gehäuse­ teils weisende, einen Strömungstrichter bildende Leitplatten tragen.

Durch diese Anordnung gelingt es, die Strömungskraft des fließenden Wassers eines Flusses o. ä. zum Antrieb des Wasserrades und des damit verbundenen elektrischen Gene­ rators oder sonstigen Abtriebs zu verwenden, ohne daß wesentliche Veränderungen am Flußlauf selbst vorgenommen werden müßten. Auch sind die das Landschaftsbild verändern­ den Bestandteile einer derartigen unterschlägigen Wasser­ radanordnung verhältnismäßig gering, so daß auch an solchen Stellen die Wasserradanordnung angebracht werden kann, die aus Landschaftsschutzgründen sonst einer derartigen Anlage verschlossen wären. Insbesondere in abgelegenen Gebieten kann eine derartige unterschlägige Wasserradanordnung von großem Nutzen sein, vermeidet sie doch die Anordnung von Dieselaggregaten mit ihren schädlichen Abgasen und Lärm­ belästigungen. Gegenüber Windanlagen ergibt sich der weitere Vorteil, daß Wasserkraft viel gleichmäßiger zur Verfügung steht und ein derartiges Wasserkraftwerk weniger auffällig in der Landschaft ist als ein Windrad. Grundsätzlich kann ein derartiges Wasserkraftwerk in allen Flüssen verwendet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist abstromseitig vom ersten Wasserrad ein zweites Wasserrad angeordnet und zwischen erstem und zweitem Wasserrad ein weiteres Paar von Leitplatten angeordnet, die von Öffnungen in den Lagerwänden ausgehen. Dies vergrößert die Kapazität der Anordnung und verbessert den Wirkungsgrad noch weiter. Abstromseitig vom zweiten Wasserrad können dann noch ein drittes Wasserrad und ggf. noch weitere Wasserräder mit zugehörigen Leitplatten und Wandöffnungen angeordnet sein, zur noch weiteren Erhöhung von Kapazität und Wirkungsgrad.

Es können weiterhin Einrichtungen zur Änderung des Anstell­ winkels der Leitplatten vorgesehen sein, um die Anordnung optimal an die Strömungsgeschwindigkeit des Flusses anzu­ passen. Die durch die Änderung des Anstellwinkels mögliche Strömungsregulierung ermöglicht nicht nur eine optimale Anpassung der Anordnung an die jeweiligen Strömungsverhält­ nisse, es gelingt auch, auf diese Weise die unterschlägige Wasserradanordnung bei Hochwasser o. ä. Ereignissen gegen Zerstörung zu schützen.

Die Wasserradanordnung kann im Fluß fest verankert sein, vorteilhafterweise ist sie jedoch derart flexibel verankert, daß sie sich an die jeweilige Wasserhöhe anpaßt. Zu diesem Zweck könnte die Wasserradanordnung entsprechende Schwimmer­ einrichtungen aufweisen, die die Anlage immer auf einer ganz bestimmten Höhe bezüglich des Wasserspiegels hält. Falls die Zuflußhöhe des ersten rinnenförmigen Gehäuses trichter­ förmig ist, kann es zweckmäßig sein, auch diese den Trichter bildenden Wände verschwenkbar zu gestalten, um so eine Strömungsregulierung zu ermöglichen. Insbesondere gilt dies für die nach unten gerichtete bis nahe dem Flußboden reichende Trichterwand, die stets so eingestellt sein sollte, daß sie zwar den Flußboden nicht berührt, aber ihm möglichst nahe kommt, um so möglichst viel Wasser in die Wasserradanordnung umzuleiten.

Andererseits wird man auch hier bei Hochwasser oder zer­ störerisch großer Strömungsgeschwindigkeit die Trichterwände so einstellen, daß Zerstörungen an den Wasserrädern oder sonstigen Teilen der Anordnung nicht auftreten können. Die den Trichter bildenden Wände brauchen nicht insgesamt verschwenkbar sein, es genügt beispielsweise, nur einen bestimmten, insbesondere den vorderen Teil verschwenkbar zu gestalten.

Um einige Hinweise für die Abmessungen zu geben, sei er­ wähnt, daß es sich als zweckmäßig erwiesen hat, wenn der Querschnitt des trichterförmigen vorderen Teils der Wasser­ radanordnung etwa 4-5mal größer ist wie die eigentliche Wanne oder Rinne, in denen sich die Wasserräder befinden. Durch diese Querschnittsverengung ergibt sich eine Strö­ mungsgeschwindigkeitserhöhung des Wassers und damit auch ein höherer Wasserdruck, der durch die weiteren Strömungs­ trichter sich abstromseitig noch erhöhen kann.

Der von den Lagerungswänden für die Wasserräder gebildete innere Teil der Wasserradanordnung, den man auch als Lauf­ kanal bezeichnen kann, besitzt eine Breite, die etwa ¹/₃ der Gesamtbreite der Anordnung ausmacht, so daß etwa ¹/₃ des Wassers im Laufkanal, und jeweils ¹/₃ des Wassers links und rechts von diesem Laufkanal innerhalb des ersten rinnen­ förmigen Gehäusesteils strömt. Wählt man einen Wasserrad­ durchmesser von drei Metern, werden die Wasserräder etwa zwei Meter über den Wasserspiegel hinausragen.

In südlichen Regionen kann neben der durch elektrische Generatoren erzeugten Energie noch dadurch Energie gewonnen werden, daß die Gesamtanordnung durch eine Abdeckplatte abgedeckt wird, die Solarzellen zur Erzeugung weiterer elektrischer Energie tragen kann.

Der Vorteil der Konstruktion, die bei Flußläufen mit einer Strömung von 1 m/s und mehr eingesetzt und verankert werden kann, ergibt im Bereich der Wasserräder eine 2,5 bis 3fach höhere Wassergeschwindigkeit. Durch die Einfachheit der Konstruktion und die Anpassungsfähigkeit hinsichtlich der Abmessungen der Wasserradanordnung ergeben sich vielseitige Einsatzmöglichkeiten. Bei Flußläufen ohne Schiffsverkehr wird man die gesamte Flußbreite nutzen können. Ist Schiffs­ verkehr vorhanden, gelingt es ohne weiteres, für diesen Schiffsverkehr eine entsprechende Fahrrinne freizulassen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen darge­ stellt ist. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße unterschlägige Wasserradanordnung mit drei Wasser­ rädern;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Ausführungsform der Fig. 1 und

Fig. 3 eine Ansicht von links auf die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Wasserradanordnung.

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen unterschlägigen Wasserradanordnung 10 dargestellt, bestehend aus einem in einen Flußlauf 12 oder dgl. schwimmend verankerungsfähigen Rahmen 14, der einer­ seits zur Wasserführung, andererseits zur Lagerung der Wasserräder 16 dient. Die Wasserräder ihrerseits können zum Antrieb von elektrischen Generatoren (nicht dargestellt) oder sonstigen Antriebseinrichtungen dienen, wie es die Umstände gerade nützlich erscheinen lassen. Wie sich aus der Längsschnittdarstellung der Fig. 1 in Verbindung mit der Draufsicht von Fig. 2 und der Vorderansicht von Fig. 3 ergibt, besteht der Rahmen aus einem ersten rinnenförmigen Gehäuseteil 18, das hier eine trichterförmige Zuflußöffnung 20 sowie ein langgestrecktes Mittelteil 22 umfaßt, das seiner­ seits aus einem Bodenteil 24 und zwei vom Bodenteil aus­ gehenden Seitenteilen 26 besteht. Diese Seitenteile 26 ragen gemäß der Darstellung bis über den Wasserspiegel 28 hinaus, können aber ohne allzu starke Änderung der Strömungsver­ hältnisse auch kurz unterhalb des Wasserspiegels enden und dadurch unsichtbar bleiben. Infolge der Schwimmereinrichtung und der flexiblen Verankerung, die nicht dargestellt sind, ist dabei sichergestellt, daß die Höhe des Wasserspiegels bezüglich der Seitenteile 26 und damit insbesondere auch bezüglich der Wasserräder 16 konstant bleibt. Vom Bodenteil 24 gehen, wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, Lagerwände 30 aus, die ein zweites rinnenförmiges Gehäuseteil 32 bilden und die Wasserräder 16 in hier nicht näher darge­ stellter Weise halten. Die Lagerwände 30 weisen aufstrom­ seitig vor dem ersten Wasserrad 16 schräg nach außen in Richtung auf die Seitenwände des ersten rinnenförmigen Gehäuseteils 22 gerichtete Leitplatten 34 auf. Diese Leit­ platten 34 bilden einen Strömungstrichter für das in Rich­ tung des Pfeils 36 einströmende Wasser. Dieses Wasser hat durch die trichterförmige Zuflußöffnung 20 bereits eine höhere Fließgeschwindigkeit als der Fluß, in dem sich die Wasserradanordnung befindet. Durch die Leitplatten 34 wird diese Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des eigentlichen Laufkanals, gebildet durch den zweiten rinnenförmigen Gehäuseteil 32, noch erhöht, so daß ein besonders günstiger Wirkungsgrad für den Antrieb des ersten Wasserrades 16 sich ergibt. Durch Energieabfuhr verliert das strömende Wasser einen Teil seiner Energie, jedoch sind vor dem zweiten Wasserrad 16 weitere Leitplatten 36 vorgesehen, die zwischen dem ersten Wasserrad 16 und dem zweiten Wasserrad 16′ angeordnet sind und von Öffnungen 38 in den Lagerwänden 30 ausgehen, wobei durch über die Leitplatten 36 neu zuströmen­ des Wasser, siehe Pfeil 40, der vom ersten Wasserrad 16 entzogene Energiegehalt des strömenden Wassers wieder erhöht, so daß das zweite Wasserrad, 16′, trotz des brem­ senden Einflusses des ersten Wasserrads 16 die gleiche Drehgeschwindigkeit, wenn nicht höhere Drehgeschwindigkeit wie das erste Wasserrad aufweist. Entsprechendes gilt für ein weiteres Wasserrad 16′′, das wiederum mit Leitplatten 42 an entsprechenden Öffnungen 44 angeordnet ist, usw. Der Anstellwinkel der Leitplatten 34, Bezugszahl 46, wie auch die Anstellwinkel der anderen Leitplatten 36, 42 usw. können mittels entsprechender hier nicht dargestellter Einrich­ tungen geändert werden, zu welchem Zweck die Leitplatten 34, 36, 42 schwenkbar an den Lagerwänden 30 befestigt und mit entsprechenden Zahnstangen oder hydraulischen Einrichtungen verschwenkbar sind. Je nach Auslenkung bzw. nach Größe des Anstellwinkels 46 wird ein mehr oder weniger großer Teil des außerhalb der Lagerwände 30 fließenden Wassers, siehe Pfeile 48, 50, in den Bereich des von den Lagerwänden 30 gebildeten Laufkanals 52 angelenkt.

Auch die trichterförmige Zuflußöffnung kann mit verstell­ baren Leitplatten versehen sein, wobei entweder die gesamte Trichterwand 20 verschwenkbar ist, oder nur ein vorderer Teil 54, der um ein Gelenk 56 verschwenkbar ist. Der ver­ schwenkbare Teil 54 ermöglicht z. B. auch eine Anpassung an die Flußtiefe, die sich je nach Wasserführung ändern kann.

Querschnittsverengungen vor dem Blatt des Wasserrades, z. B. durch eine zusätzliche Schrägung, kann zu einer weiteren Erhöhung der Wassergeschwindigkeit führen.

Zusatzwände, bei 58 gestrichelt dargestellt, können Turbulenz­ erscheinungen hinter Rücksprüngen verringern.

Claims (6)

1. Unterschlägige Wasserradanordnung (10), bestehend aus einem in einem Flußlauf (12) oder dgl. einsetzbaren Rahmen (14) zur Wasserführung und zur Lagerung des Wasserrades (16) sowie des vom Wasserrad (16) ange­ triebenen elektrischen Generators oder sonstigen Abtriebs, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (14) ein erstes rinnenförmiges Gehäuseteil (18) aufweist, das eine ggf. trichterförmige Zuflußöffnung (20), einen langgestreckten Mittelteil (22) mit Bodenteil (24) und zwei vom Bodenteil (24) ausgehende Seitenteile (26), die bis nahe dem Wasserspiegel (28) reichen oder über diesen hinausragen, so wie ein zweites rinnenförmiges Gehäuseteil (32) besitzt, das vom Bodenteil (24) ausgehende Lagerwände (30) für zumindest ein unter­ schlägiges Wasserrad (16) bildet, und daß die Lager­ wände (30) aufstromseitig vor dem Wasserrad (16) schräg nach außen in Richtung auf die Wände des ersten rinnen­ förmigen Gehäuseteils (18) weisende, einen Strömungs­ trichter bildende Leitplatten (34) tragen.

2. Wasserradanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß abstromseitig vom ersten Wasserrad (16) ein zweites Wasserrad (16′) angeordnet ist und zwischem ersten und zweiten Wasserrad (16, 16′) ein weiteres Paar von Leitplatten (36) angeordnet ist, die von Öffnungen (38) in den Lagerwänden (30) ausgehen.

3. Wasserradanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß abstromseitig vom zweiten Wasserrad (16′) ein drittes Wasserrad (16′′) (und ggf. noch weitere Wasserräder) mit zugehörigen Leitplatten (42) und Wandöffnungen (44) angeordnet sind.

4. Wasserradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Änderung des Anstellwinkels (46) der Leitplatten (34, 36, 42, 20, 54) vorgesehen sind.

5. Wasserradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Schwimmereinrichtungen aufweisen.

6. Wasserradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die trichterförmige Zu­ flußöffnung (20) des ersten rinnenförmigen Gehäuseteils (18) verschwenkbare Wände (20) oder Wandteile (54) aufweist.