DE3934530C2 - Hydrostatische Wehreinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Wehreinrichtung mit einem Staukörper in Form eines geschlossenen Schlauches, dessen Innenraum über eine Leitung mit einem Regulierschacht kommuniziert. Diesem ist kontinuierlich Wasser zuführbar. Durch einen dem Regulierschacht zugeordneten Überlauf ist der Wasserstand im Regulierschacht auf ein bestimmtes Niveau einstellbar.

Derartige allgemein bekannte hydrostatische Wehreinrichtungen zeichnen sich gegenüber gleichfalls allgemein bekannten pneumatischen Wehreinrichtungen durch spezifische Vorteile aus. Ein wesentlicher Nachteil pneumatischer Systeme besteht nämlich darin, daß durch die Kompressibilität der Luft die Schwingungsanfälligkeit des Schlauchwehrs bei Überströmung vergrößert wird. Auch ist bei den pneumatischen Systemen kein gleichmäßiges Absenken der Schlauchwehroberkante durch teilweises Entleeren der Luft möglich, weil der Schlauch sofort an Stabilität verliert. Demgegenüber haben wassergefüllte Schlauchwehre den Vorteil, daß sie praktisch über den gesamten Bereich der Stauhöhe durch Verminderung bzw. Erhöhung der Füllwassermenge verfahren werden können. Luftgefüllte Schlauchwehre können daher nur begrenzt zur Regelung eines Stauspiegels benutzt werden. Mit derartigen Schlauchwehren lassen sich im Prinzip nur die Zustände "Aufgeblasen" oder "Abgelegt" herbeiführen.

Bei wassergefüllten Schlauchwehren ist es üblich, das Schlauchwehrinnere über die Füllrohrleitung mit einem Steuerschacht zu verbinden, der eine feste Überlaufkante auf einer bestimmten Höhe über dem Wasserspiegel hat. Wird in den Steuerschacht durch eine Pumpe Wasser gefüllt, so richtet sich der Schlauch langsam auf, bis ein Gleichgewicht zwischen den äußeren und inneren Kräften am bzw. im Schlauch hergestellt ist. Nimmt der äußere Druck zu, dann verändert sich dieses Gleichgewicht. Es wird dann Füllwasser aus dem Schlauch durch die Rohrleitung in den Steuerschacht gedrückt und verläßt dort über die Überlaufkante das System. Auf diese Weise wird der Schlauch durch die äußere Wasserauflast langsam leergedrückt. Es stellt sich somit jeweils ein stabiler Gleichgewichtszustand für bestimmte äußere Wasserstände ein, der zur automatischen Regulierung des Stauspiegels genutzt werden kann.

Die konventionellen hydrostatischen Wehreinrichtungen haben jedoch insbesondere folgende Nachteile:

• - Der Druck im Schlauchinnern darf nur eine begrenzte Höhe annehmen, da ansonsten der Schlauch zu "hart" wird, um empfindlich genug auf die äußeren Druckschwankungen reagieren zu können. Deswegen muß auch die Höhe des Steuerschachtes entsprechend begrenzt werden.
• - Der somit auf ein verhältnismäßig niedriges Niveau zu begrenzende innere Druck bedingt einen relativ großen Umfang des Schlauches, was erhöhte Kosten sowohl für das Schlauchmaterial als auch für den Baukörper erfordert, dessen Baulänge durch die Länge des abgelegten Schlauchs bestimmt ist.
• - Es ist infolgedessen auch kein willkürlicher Steuerungsangriff in das System möglich, da immer nur Gleichgewichtszustände im Bezug auf die Überlaufkante realisiert werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Wehreinrichtung vorzuschlagen, bei der unter Verzicht auf ein geschlossenes System mit eingebauter Pumpe, Rückschlagventilen und dergleichen ein unzulässiger Überdruck innerhalb des Schlauches nicht entstehen kann. Insbesondere soll auch bei absolutem Energieausfall und gleichzeitigem Auftritt einer Hochwasserwelle der Schlauch immer niedergedrückt werden können. Die Wehreinrichtung muß dabei im wesentlichen zwei konträre Forderungen erfüllen, nämlich einen möglichst hohen Innendruck des Schlauches erlauben, ohne dessen Sicherheit zu gefährden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einer Wehreinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten gattungsgemäßen Art ausgegangen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil desselben angegebenen Merkmale aufweist.

Bei der erfindungsgemäßen Wehreinrichtung übernimmt der mit Wasser beaufschlagbare Behälter die bei bekannten Wehreinrichtungen dem Regulierschacht unmittelbar zugewiesene Aufgabe, wobei der in seiner Höhe veränderbare, eine Überlaufkante definierende Oberrand des Behälters Veränderungen am Regulierschacht selbst entbehrlich macht.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Reguliereinrichtung über eine in einem Oberwasserschacht angeordnete Niveaumeßeinrichtung steuerbar.

Vorzugsweise besteht der Behälter im Regulierschacht aus einem mit seiner Achse vertikal angeordneten, bodenseitig geschlossenen Faltenbalg, der über eine Hubeinrichtung stufenlos ein- und ausfahrbar ist.

Die Hubeinrichtung kann aus einer Zylinder-Kolben-Einheit bestehen, die an ein mit dem oberen Rand des Faltenbalges verbundenes Tragteil angreift, das mit einem Gewicht belastet ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß ein Freiraum zwischen der Innenseite des Regulierschachtes und der Außenseite des Faltenbalges bodenseitig an einen Ablaufkanal angeschlossen ist.

Schließlich sieht eine Ausgestaltung der Erfindung noch vor, daß im Innern des Schlauches mehrere Druckmeßdosen angeordnet sind, und zwar eine im unteren Bereich und mindestens eine im Zenitbereich, mit deren Hilfe ein Druckunterschied ermittelbar ist, dessen Größe zur Protokollierung der Schlauchhöhe und/oder als Eingangsgröße für Regelvorgänge heranziehbar ist.

Mit der erfindungsgemäßen Wehreinrichtung läßt sich die Überlaufkante in ihrer Höhe verändern und damit die Regulierung der Stauhöhe in besonders einfacher Weise bewerkstelligen. Da die Überlaufkante durch ein Antriebssystem betätigt wird, das bei Energieausfall die Überlaufkante gewichtsbelastet absenkt, ist auch dem Sicherheitsbedürfnis Rechnung getragen.

Bei der technischen Ausführung der erfindungsgemäßen Wehreinrichtung sollte darauf geachtet werden, daß nur geringe Reibungskräfte überwunden werden müssen, so daß insbesondere jede Gefahr einer Verklemmung ausgeschlossen ist. Das Antriebssystem stellt durch die erfindungsgemäße Gewichtsbelastung der Überlaufkante sicher, daß die automatische Absenkung bei einem Netzab- bzw. -ausfall zwangsläufig gegeben ist.

Soll die Höhe des Schlauches über einen maximalen Regelbereich willkürlich von 0 bis 100% verändert werden, ist es natürlich erforderlich, die Verstellhöhe der Überlaufkante entsprechend groß vorzusehen.

Der erfindungsgemäße Faltenbalg zur Bildung des im Regulierschacht vorgesehenen Behälters ist vorzugsweise aus einem Spiralschlauch hergestellt, der von einem Maximum auf ein Minimum seiner Länge komprimierbar ist. Die Länge dieses Spiralschlauches läßt sich innerhalb des vorzugsweise im Querschnitt runden Regulierschachtes, dem ein Hydraulikzylinder zugeordnet ist, in einfachster Weise verändern. Aufliegende Gewichte sorgen in jedem Falle dafür, daß sich bei Netzausfall die effektive Länge des Spiralschlauches verringert und somit eine niedrigere Überlaufkante verwirklicht wird.

Zur Steuerung kann ein elektronischer Regler vorgesehen werden, der den Istwert des Stauspiegels über ein Wasserstandsmeßgerät erfaßt und auf einen frei einstellbaren Sollwert ausregelt. Dieser Regler kann beliebig an andere Regelsysteme, wie speicherprogrammierbare Steuerungen, Leitungssysteme und dergleichen, angeschlossen werden. Damit ist eine fernbedienbare und willkürliche Veränderung der Schlauchhöhe zu gewährleisten.

Bei der erfindungsgemäßen Wehreinrichtung wird weiterhin das Gleichgewichtsprinzip angewandt, wobei lediglich der innere Druck aktuell verstellbar ist. Dabei überlagern sich zwei Regelprinzipien, die bei entsprechender Einstellung der Regelparameter zu einem aperiodischen, fast schwingungsfreien Regelverhalten führen.

Für viele weitergehende Regelaufgaben ist die Kenntnis der aktuellen Schlauchhöhe wichtig. Sie kann einerseits als Wert in den Regelkreis eingeführt werden, andererseits aber auch zur vielfach vorgeschriebenen Protokollierung der verschiedenen Zustände einer Stauanlage dienen.

Durch die erfindungsgemäß im Innern des Schlauches jeweils in verschiedenen Bereichen angeordneten Meßdosen lassen sich Druckdifferenzen ermitteln, die unmittelbar den jeweiligen Abstand in m-Wassersäule angeben, der unabhängig von dem äußeren Vordruck ist. Damit ist zu jedem Zeitpunkt eine Umrechnung der Druckdifferenz in die jeweilige Schlauchhöhe möglich und in Form eines elektrischen Signals verfügbar.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wehreinrichtung in einem vertikalen Querschnitt schematisch dargestellt und nachfolgend näher beschrieben:

Die Wehreinrichtung besteht im wesentlichen aus einem geschlossenen Schlauch 1, der auf einem Betonkörper 2 angeordnet als Staukörper dient, einem vertikal ausgerichteten zylindrischen Regulierschacht 3, der über eine horizontale Leitung 4 mit dem Innenraum des Schlauches 1 verbunden ist, und einem Oberwasserschacht 6, der über eine Leitung 7 mit dem Regulierschacht 3 verbunden ist.

Im Regulierschacht 3 ist ein nach oben offener, im wesentlichen zylindrischer Behälter 8 angeordnet, der einen aus einem Spiralschlauch in Form eines Faltenbalges gebildeten Mantel 9 aufweist. Die Höhe des Behälters 8 und damit das Niveau einer einen Überlauf bildenden Behälteroberkante 10 ist maximal um den Betrag H zwischen einer unteren und einer oberen Position stufenlos regulierbar. In Abhängigkeit vom Niveau der Behälteroberkante 10 wird somit zwangsläufig die Höhe des Oberwasserspiegels eingestellt.

Zur Regulierung des Niveaus der Behälteroberkante 10 ist oberhalb des Behälters 8 eine Zylinder-Kolben-Einheit 11 angeordnet, die über ein gewichtsbelastetes Tragteil 12 mit der Oberkante 10 des Behälters 8 verbunden ist und über Steuerleitungen 13, 14 einer Hydraulikeinheit 15 wechselseitig beaufschlagbar ist. Der Hydraulikeinheit 15 ist ein elektronischer Regler 16 zugeordnet, der über eine Leitung 17 mit der Hydraulikeinheit 15 in Verbindung steht. Die Hydraulikeinheit 15 und der Regler 16 sind in einem Schaltschrank 18 untergebracht, der auf einem Deckel 19 des Regulierschachtes 3 angeordnet ist und in den die Zylinder-Kolben-Einheit 11 hineinragt.

Der Oberwasserschacht 6 ist im Bodenbereich mit einer Zulaufleitung 20 versehen, die mit dem Oberwasserstaubereich in Verbindung steht, so daß sich im Oberwasserschacht 6 konstant das Niveau des Oberwasserstaubereichs einstellt. Über eine gleichfalls im Bodenbereich des Oberwasserschachtes 6 angeordnete Pumpe 21 wird über die Leitung 7, welche über den Bereich des offenen Behälters 8 mündet, dieser im gefüllten Zustand gehalten. Über die Oberkante 10 des Behälters 8 strömendes Wasser fließt über eine vom Boden des Regulierschachtes 3 ausgehende Ablaufleitung 22, die durch den Betonkörper 2 geführt ist, unter Umgehung des Schlauches 1, zum Unterwasserbereich ab.

Mit einer in den Oberwasserschacht 6 eingetauchten Wasserstandsmeßeinrichtung 23 läßt sich über eine elektrische Leitung 24 der elektronische Regler 16 ebenso automatisch beeinflussen, wie manuell über eine von einer nicht dargestellten Handbedienung ausgehenden elektrischen Leitung 25.

Schließlich ist im Innenraum des Schlauchs 1 in dessen Zenitbereich und in einem bestimmten Abstand darunter sowie im Bodenbereich je eine Druckmeßdose 26 angeordnet, um Druckunterschiede innerhalb des Schlauches 1 zu ermitteln, deren Größe sich als Eingangsgröße für Regelvorgänge anbietet, mit denen sich aber auch ebenso die unterschiedlichen Schlauchhöhen über die Zeit protokollieren lassen.

Claims (6)

1. Hydrostatische Wehreinrichtung mit einem Staukörper in Form eines geschlossenen Schlauches, dessen Innenraum über eine Leitung mit einem Regulierschacht kommuniziert, dem kontinuierlich Wasser zuführbar ist, wobei durch einen dem Regulierschacht zugeordneten Überlauf der Wasserstand im Regulierschacht auf ein bestimmtes Niveau einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Regulierschachtes (3) ein offener, mit Wasser beaufschlagbarer Behälter (8) angeordnet ist, dessen eine Überlaufkante definierender Oberrand (10) in seiner Höhe durch eine Reguliereinrichtung veränderbar ist.

2. Wehreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reguliereinrichtung über eine in einem Oberwasserschacht (6) angeordnete Niveaumeßeinrichtung (23) steuerbar ist.

3. Wehreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (8) im Regulierschacht (3) aus einem mit seiner Achse vertikal angeordneten, bodenseitig geschlossenen Faltenbalg besteht, der über eine Hubeinrichtung stufenlos ein- und ausfahrbar ist.

4. Wehreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubeinrichtung aus einer Zylinder-Kolben-Einheit (11) besteht, die an ein mit dem Oberrand (10) des Behälters (8) verbundenes Tragteil (12) angreift, das mit einem Gewicht belastet ist.

5. Wehreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Freiraum zwischen der Innenseite des Regulierschachtes (3) und der Außenseite des Behälters (8) bodenseitig an einen Ablaufkanal (22) angeschlossen ist.

6. Wehreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern (5) des Schlauches (1) mehrere Druckmeßdosen (26) angeordnet sind, und zwar eine im unteren Bereich und mindestens eine im Zenitbereich, mit deren Hilfe ein Druckunterschied ermittelbar ist, dessen Größe zur Protokollierung der Schlauchhöhe und/oder als Eingangsgröße für Regelvorgänge heranziehbar ist.