DE412549C - Vorrichtung zur Regelung der ausgenuetzten sekundlichen Betriebswassermenge bei Wasserraedern - Google Patents

Vorrichtung zur Regelung der ausgenuetzten sekundlichen Betriebswassermenge bei Wasserraedern

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DE412549C
DE412549C DEM81306D DEM0081306D DE412549C DE 412549 C DE412549 C DE 412549C DE M81306 D DEM81306 D DE M81306D DE M0081306 D DEM0081306 D DE M0081306D DE 412549 C DE412549 C DE 412549C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B7/00Water wheels
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Description

  • Vorrichtung zur Regelung der ausgenützten sekundlichen Betriebswassermenge bei Wasserrädern. Gegenstand der Erfindung sind Zelleneinlagen für Wasserräder, mittels welcher die Oberwasserspiegelhöhe sowie die Drehungsgeschwindigkeit des Wasserrades im wesentlichen aufrechterhalten werden können, wenn infolge der natürlichen Zuflußverhältnisse die verfügbare sekundliche Betriebswassermenge sinkt oder steigt oder wenn Änderungen im Kraftbedarfe eine Herabminderung oder Erhöhung der ausgenutzten 'se'kundlichen Betriebswassermenge erheischen, wobei im Falle der Erhöhung des Kraftbedarfes das Vorhandensein einer die Steigerung der sekundlichen Betriebswassermenge ermöglichenden Wasserreserve vorausgesetzt wird.
  • In den Zeichnungen ist beispielsweise eine vollständige Wasserkraftanlage dargestellt, für welche zufolge ihrer Bauart die bemerkte Wirkung der Zelleneinlagen von besonderer Bedeutung ist. Die Zelleneinlagen können aber auch bei anderen Wasserradtypen verwendet werden, um die Drehungsgeschwindigkeit zu regeln.
  • Abb. i ist ein senkrechter, Abb. z ein wagerechter Schnitt des Wasserrades und Abb.3 ein später zu erwähnender Einzelteil.
  • Das Wasserrad besteht aus einem Radmantel i, aus den diesen bis zur äußeren Kante der Zellenzwischenwände überragenden. beiden Seitenwänden z und 3, aus den Zellenzwischenwänden 4., aus der Radnabe 5, die auf der Welle 6 festsitzt, aus dem auf dieser angeordneten Antriebsrade 7 und aus den Speichen 8 zwischen Nabe und Radmantel.
  • Wenn der höchste Oberwasserspiegel tiefer liegt als die Welle, was bei kleinen Gefällen (etwa bis zu z m) der Fall sein wird, so kann dem Wasserrade durch Anbringungeines stets oberhalb des Wasserspiegels bleibenden inneren. Radmantels die Form eines offenen Zylinders gegeben werden, so daß die @A'elle sichtbar bleibt. In allen übrigen Fällen bildet der Radmantel mit den beiden Seitenwänden (abg eschen von ihrer die Zel:enseitenw ände bildenden Verlängerung über den Radmantel hinaus bis zu den äußeren Kanten der Zellenzwischenwände) einen allseits geschlossenen Zylinder, dessen Inneres wasserdicht abgeschlossen ist. Um allfällige Undichtigkeiten leicht feststellen und das eingedrungene Wasser beseitigen zu können, ist der Radmantel an zwei einander begenübergelegenen Stellen mit den verschließbaren Durchlochuhgen 9 versehen.
  • Die Zelleneinlagen i o, i i sind der Rundung des Zellenbodens (d. i. der Außenfläche des Radmantels) und in der Länge und -Breite dem Querschnitte der Zellen in der betreffenden Tiefenlage angepaßte Holzbretter oder Holzbohlen, die sich mittels einer einfachen Befestigungsvorrichtung (in Abb. -- angedeutet durch die Flügelschrauben 12) in den Zellen befestigen lassen, um die Zellentiefe zu verringern. Es können eine oder mehrere übereinander einzulegende Reihen von Zelleneinlagen verwendet werden. Auch bei nur einer Reihe von Zelleneinlagen kann verschiedenen Wasserständen Rechnung getragen werden, indem entweder alle Zellen leer gelassen oder alle Zelleneinlagen eingelegt «-orden oder nur jede zweite oder dritte Zelle eine Einlage erhält oder nur jede dritte Zelle ohne Einlage gelassen wird usw. In Abb. i sind zwei Reihen von Zelleneinlagen io und i i vorgesehen (in Abb. 2 sind dieselben, da dieser Schnitt durch zwei Zel'.enzwischenwände geht, durch dünne Striche nur angedeutet).
  • Das Wasserrad bewegt sich innerhalb eines Rahmens, der aus einem unteren plattenförmigea Teile 13 und den Ständern 14 und 15 besteht. Die obere Fläche der Rahmenplatte 13 ist .entsprechend dem äußeren Umfang der Seitenwände des Wasserrades ausgebogen, und ihre Bre-itc reicht von Mitt-- zu Mitte der Zellenzwischenwände, so daß in dem Augenblick, in welchem sich bei der, Drehung des Rades die eine Zellenzwischenwand .1 von der Platte zu entfernen beginnt, die nächstfolgende Z--ll1enzwischenwand bereits über die Platt 13 gelangt ist.
  • Bei den einen geschlossenen Zylinder (wie in Abb. i und 2) darstellenden Wasserrädern sind in den Ständern 14, 15 die Lager für die Welle des Wasserrades vorgesehen. Bei Wasserrädern in der Form eines offenen Zylinders macht die Unterbringung der Wellenlager außerhalb des Rahmens keine Schwierigkeit.
  • Für den Wirkungsgrad des Wasserrades ist es von besonders großer Bedeutung, daß der Zwischenraum sowohl zwischen der Rahmenplatte 13 und den äußeren Kanten der Zellenzwischenwände wie auch zwischen den beiden Ständern i ¢, 15 des Rahmens und den Seitenwänden des Wasserrades möglichst klein gemacht wird: er darf jedenfalls nur wenige Millimeter messen. Mit Rücksicht auf die deshalb erforderliche genaue Konstruktion wird der Rahmen zumeist aus Eisen hergestellt werden müssen. Nur bei ganz kleinen Anlagen (etwa bis zu einem Nutzgefälle von 1,5 m bei einem Wasserzuflusse von wenigen hundert Sekundenlitern) kann der Rahmen aus Holz angefertigt oder auch als eigener Bestandteil ganz, weggelassen werden, indem er durch einen der Breite und der Tiefenreichweite des Wasserrades mit einem Zwischenraum von wenigen Millimetern angepaßten Ausschnitt, dessen untere Seite als Rahmenplatte ausgestaltet wird, in der wasserabwärts gelegenen Wand des in diesem Falle aus Holz hergestellten Sammelbehälters ersetzt wird. Bei größeren Anlagen, unter Verhältnissen, bei welchen die Anlage stärkeren Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, wird es mit Rücksicht auf die unvermeidlichen. Volumänderungen notwendig sein, die einzelnen Rahmenteile so einzurichten, daß die in Rede stehenden Zwischenräume nach Bedarf geregelt werden können. In Abb. 3 ist beispielsweise ein verstellbarer Ständer veranschaulicht. Er besteht aus den (zugleich als Träger des Wellenlagers dienenden) beiden senkrechten Schienen 16 und 17, welche durch Klammern 16 miteinander verbunden sind und zwischen denen der bewegliche Teil ig durch zwei oder mehrere von außen zu bedienende Schrauben 2o hervorgedrückt oder in sie hineingezogen wer-' den kann. In Abb.3 ist der bewegliche Teil i9 wasserseitig mit einer schmalen, Leiste 21 versehen; durch dieselbe soll bewirkt werden, daß kleinere Wasserverunreinigungen von dem Zwischenraum abgelenkt werden; beim Abwärtssinken gelan-gen sie schließlich in die zu den Zellen führende Strömung und werden mit dieser abgeführt.
  • Das Wasserrad mit Rahmen ist in einen Sammelbehälter eingesetzt, der aus der Rückwand 22, dem Boden 23, den beiden Seitenwänden 24 und 25 besteht. Der Sammelbehälter soll im Verhältnisse zu dem `Vasserzuflusse möglichst groß sein, weil das Wasser I in. ihm trotz des 'ständigen Zuflusses und Abflusses möglichst wenig in Bewegung sein soll. Bei ganz kleinen Anlagen wird der Sam-' melbehälter nur aus einem großen Holzkasten bestehen können. Der Sammelbehälter fällt weg, wenn das Wasserrad in ein stehendes Gewässer (Teich,. Talsperre, Gebirgssee) oder I auch in ein fließendes .Gewässer (mittel einer Wehranlage) ummittelbar eingebaut wird, in welchem Falle wasserseits nur für die Fernhaltung von Wasserverunreinigungen zu sorgen ist.
  • I Die Zuleitung 26 kann entweder aus einem offenen Oberwassergraben (Abb. i) oder aus einer Röhrenleitung bestehen, die in. den Sammelbehälter oben oder unten eingeführt werden kann.
  • Der Unterwassergraben 27 wird zunächst der Anlage mit Vorteil wesentlich breiter zu halten sein als die Zuleitung.
  • Die Rückstaukammer 28 mit der Schleuse 29 ist, und zwar bis zur vollen Höhe des höchsten Oberwasserspiegels, notwendig, wenn das Wasserrad ohne absperrbaren Vorbau unmittelbar in ein fließendes oder stehendes Gei wässer ,eingebaut ist. Sonst wird eine Rückstaukammer nur dann errichtet werden, wenn j bei Betriebsunterbrechungen das im Sammelbehälter befindliche Wasser nicht nutzlos verlorengehen oder daß eine rasche Anpassung an .einen wechselnden Kraftbedarf, gegebenenfalls auch eine rasche Einstellung der Drehung des Wasserrades, ermöglicht werden soll. Aus' diesen Gründen muß der Fassungsraum der Rückstaukamm er möglichst klein sein. Sie schließt mit den Seitenwänden 3o und 31 an die Wände 2.1, 25 des Sammelbehälters unmittelbar an. Die Querwand 32 ist unten für den Unterwassergraben 27 durchbrochen und für die Aufnahme der Schleuse 29 eingerichtet, mittels welcher der Unterwassergraben nach Bedarf ganz (behufs rascher Stillsetzung des Wasserrades) oder teilweise (behufs Herabminderung der Kraftleitung der Anlage) abgeschlossen wird.
  • Was die Wirkungsweise der Zelleneinlagen anbelangt, so wird bei Wasserrädern mit zwei Reihen von Zelleneinlagen, wie in den Zeichnungen dargestellt, in der Regel nur eine Reihe io benutzt. Steigt der natürliche Wasserzufluß, so werden die Einlagen dieser Reihe je nach Bedarf ,entweder alle oder unter gleichmäßiger Verteilung auf den Radumfang partienweise herausgenommen. 'Venn z. B. eine Zelleneinlage den Fassungsraum einer Zelle um ein Drittel verringert, kann durch Entfernung aller Zelleneinlagen der Reihe io die ausgenutzte sekundliche Betriebswassermenge um die Hälfte gesteigert werden. Geht der übernormale Wasserzufluß wieder zurück, so werden die Zelleneinlagen der Reihe i o auf einmal oder nacheinander wieder eingelegt, so daß bei Wiedereintritt des normalen Wasserstandes der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt ist. Sinkt dagegen der natürliche Wasserzufluß unter das Normale, so würden bei unveränderter Belassung des Fassungsraumes der Zellen die Oberwasserspiegelhöhe und die Drehungsgeschwindigkeit des Wasserrades kleiner werden. Es werden daher entsprechend dem Sinken des natürlichen Wasserzuflusses die Zelleneinlagen der Reihe i i partienweise eingelegt, wodurch die Oberwasserspiegelhöhe und im wesentlichen auch die Drehungsgeschwindigkeit des Wassers unverändert aufrechterhalten werden. Die absolute Leistungsfähigkeit der Anlage ist infolge der Verminderung der sekundlichen Betriebswassermenge selbstverständlich zurückgegangen. Bei der .eben dargestellten Verwendung der Zelleneinlagen i o und i i würden, wenn auch eine Zelleneinlage der Reihe i i den Fassungsraum einer Zelle etwa um ein Drittel verringert, die Oberwasserspiegelhöhe und die Drehungsgeschwindigkeit des Wasserrades noch aufrechterhalten werden können, wenn der natürliche Wasserzufluß auf die Hälfte des normalen Ausmaßes sinkt. Würden dagegen die Zelleneinlagen beider Reihen io und i i nur in Zeiten unternormaler Wasserzufuhr verwendet, also bei Normalwasser das Wasserrad ohne Zelleneinlagen benutzt, so könnten Oberwasserspiegelhöhe und Drehungsgeschwindigkeit noch aufrechterhalten werden, wenn der natürliche Zufluß auf ein Drittel des normalen Wasserstandes sinkt.
  • Einem verringerten Kraftbedarfe kann bei den mit einer Rückstaukanuner ausgestatteten Wasserkraftanlagen in jedem beliebigen Ausmaße dadurch Rechnung getragen werden, daß mittels der Schleuse 29 die üffnung irr Abflußstollen 27 entsprechend verkleinert wird, womit allerdings zufolge der mit dem Ansteigen des Wassers in der Rückstaukammer verbundenen Verringerung des ausgenutzten Gefälles auch die Drehungsgeschwindigkeit des Wasserrades kleiner wird. Ist aber die Anlage mit einer Rückstaukaxnmer nicht ausgestattet oder soll trotz der Herabminderung der Kraftentnahme die Drehungsgeschwindigkeit des Wasserrades aufrechterhalten werden, so läßt sich die Herabminderung der Kraftleistung der Anlage ebenfalls durch Einlegen von Zelleneinlagen erzielen.
  • Eine Steigerung der Leistungsfähigkeit der Anlage bei Aufrechterhaltung der bisherigen Drehungsgeschwindigkeit des Wasserrades durch Entfernung von Zelleneinlagen. ist nur dann möglich, wenn die erhöhte sekundliche Betriebswassermenge gedeckt ist, sei es, daß der natürliche `Wasserzufluß größer geworden ist oder daß eine entsprechende Wasserreserve (so bei den an einen Teich oder an ein. sonstiges stehendes Gewässer angeschlossenen Wasserkraftanlagen) zur Verfügung steht, da andernfalls der Oberwasserspiegel rasch sinken und damit die Drehungsgeschwindigkeit des Wasserrades abnehmen würde.

Claims (1)

  1. PATENT-ANSPRUCH: Vorrichtung zur Regelung der ausgenutzten .sekundlichen Betriebswassermenge bei Wasserrädern, dadurch gekennzeichnet, daß Zelleneinlagen (i o, i i) vorgesehen sind, durch deren Fortlassung oder Einfügung der Fassungsraum der Zellen behufs Erhaltung der Oberwasserspiegelhöhe und der Drehungsgeschwindigkeit des Rades bei Schwankungen in der verfügbaren Betriebswassermenge sowie bei Schwankungen im Kraftbedarfe vergrößert oder verkleinert werden kann.
DEM81306D 1923-05-01 1923-05-01 Vorrichtung zur Regelung der ausgenuetzten sekundlichen Betriebswassermenge bei Wasserraedern Expired DE412549C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006011781A1 (es) * 2004-07-28 2006-02-02 Siller Franco Jose Luis Procedimientos y dispositivos mejorados para extraer la energia potencial que portan las corrientes fluviales

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WO2006011781A1 (es) * 2004-07-28 2006-02-02 Siller Franco Jose Luis Procedimientos y dispositivos mejorados para extraer la energia potencial que portan las corrientes fluviales

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