DE483198C - Wasserkraftanlage mit stehenden Turbinen fuer die Ausnutzung stark schwankenden Gefaelles - Google Patents

Wasserkraftanlage mit stehenden Turbinen fuer die Ausnutzung stark schwankenden Gefaelles

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DE483198C
DE483198C DEM101964D DEM0101964D DE483198C DE 483198 C DE483198 C DE 483198C DE M101964 D DEM101964 D DE M101964D DE M0101964 D DEM0101964 D DE M0101964D DE 483198 C DE483198 C DE 483198C
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turbines
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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
    • F03B11/00Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F03B11/004Valve arrangements
    • 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
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Description

  • Wasserkraftanlage mit stehenden Turbinen für die Ausnutzung stark schwankenden Gefälles Es ist bekannt, zur Ausnutzung von Wasserkräften mit stark schwankendem Gefälle Turbinen derart anzuordnen, daß sie bei höherem Gefälle hintereinander, bei niederem Gefälle parallel geschaltet werden. Die Abb. z bis 3 stellen beispielsweise eine Anlage dar, bei der zur einfachen Teilung des Gefälles im Kraftwerk Doppelaggregate aus je zwei stehenden Turbinen aufgestellt sind, die in der Weise miteinander verbunden werden, daß bei Hochgefälle das aus dem Laufrad oder dem Saugrohr der ersten Turbine austretende Wasser dem Laufrad der zweiten Turbine zugeführt wird, dagegen bei Niedergefälle beide Turbinen ihr Wasser unabhängig voneinander erhalten und es ebenso unabhängig voneinander in das Unterwasser ausgießen. Abb. z stellt einen Längsschnitt durch die erste Turbine, Abb. 2 einen Längsschnitt durch die zweite Turbine, Abb. 3 den Grundriß eines solchen Doppelaggregates einer Niederdruckanlage dar, von denen natürlich beliebig viele nebeneinander angeordnet sein können. Dabei bedeutet a den Oberwasserspiegel der ersten Turbine, b ihren Unterwasserspiegel, der zugleich Oberwasserspiegel der zweiten Turbine ist, und c den Unterwasserspiegel der zweiten Turbine. Das aus dem Saugrohr der ersten Turbine d austretende Wasser wird bei Hintereinanderschaltung, wie in den Abbildungen durch die PfeileU"angedeutet ist, zunächst annähernd im rechten Winkel nach oben geleitet und bildet den freien Unterwasserspiegel b. Darauf wird es wiederum annähernd rechtwinklig in die Wagerechte übergeleitet und unter nochmaliger Umlenkung um etwa go° in der Wagerechten dem Laufrad der zweiten Turbine e zugeführt. Diese schroffen Umlenkungen, die bei den bisher bekannten Anordnungen nicht zu vermeiden waren, verursachen große hydraulische Verluste, die anteilmäßig um so größer sind, je kleiner das Gefälle ist.
  • Bei einer derartigen Anlage sind je zwei Turbinen unveränderlich als erste und zweite Turbine einander zugeordnet. Es kann also jede erste Turbine nur mit einer bestimmten zweiten Turbine zusammenarbeiten und umgekehrt. Fällt in einem solchen Doppelaggregat eine der beiden Turbinen aus, dann ist diese Einheit bei hohem Gefälle nicht betriebsfähig. Es kann demnach vorkommen, daß bei einer Reihe von Einheiten die ersten Turbinen, bei einer anderen Reihe die zweiten Turbinen betriebsunfähig werden. Trotzdem dann immer noch die anderen Turbinen, also eine ganze Reihe erster Turbinen und eine Reihe zweiter Turbinen, d. h. die Hälfte aller in diesen Doppelaggregaten vorhandenen Maschinen betriebsfähig sind, können diese Einheiten nicht laufen.
  • Weiter ist bei einer solchen Anordnung von vornherein die Unterteilung des Gefälles in zwei Stufen bestimmt. Es ist später nicht mehr möglich, mehr als zwei Turbinen hintereinanderzuschalten und dadurch weitere Gefällsunterteilungen vorzunehmen.
  • Soll von vorherein der Möglichkeit einer Unterteilung des Gefälles in mehr Stufen Rechnung getragen werden, dann sind Turbinengruppen von je so viel Turbinen, wie Gefällstufen erreicht werden sollen, aufzustellen. Bei der bisherigen Anordnung solcher Gruppen ergibt sich dabei ein weiterer Nachteil, der in Abb. q. gezeigt ist, die die bekannte Anordnung von Gruppen von je drei Turbinen darstellt. Um im Falle der Hintereinanderschaltung aller drei Turbinen das Wasser aus dem Saugrohr der zweiten Turbine e in die Kammer der dritten Turbine g leiten zu können, muß das Saugrohr der zweiten Turbine in der aus der Abbildung ersichtlichen Weise nach dem Unterwasser zu vorgezogen werden. Das Bauwerk wird also in der Fließrichtung des Wassers um so länger, je mehr Turbinen hintereinanderzuschalten sind. Bei noch mehr Turbinen erhält die Anordnung den aus Abb.5 ersichtlichen Grundriß, der viel Grundfläche beansprucht. Außerdem kann auch hier bei Ausfall einer einzigen Turbine während der Hintereinanderschaltung die gewünschte Gefällsunterteilung mit dieser Gruppe nicht erreicht werden.
  • Die Erfindung soll diese Mängel beseitigen, indem sie eine Anordnung angibt, die folgende Eigenschaften hat z. Alle Turbinen der Anlage können parallel laufen.
  • s. Alle Turbinen können hintereinandergeschaltet laufen.
  • 3. Alle Turbinen der Anlage können zu beliebigen Gruppen zusammengefaßt werden, innerhalb deren sie hintereinandergeschaltet sind, während die Gruppen parallel laufen.
  • q.. BeiAusfall einzelner Turbinen einer Gruppe können andere Turbinen zur Vervollständigung der Gruppe herangezogen werden.
  • 5. Schroffe Wasserumlenkungen sind vermieden.
  • 6. Die Grundfläche der Anlage ist möglichst klein.
  • Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung ein über die ganze Länge des annähernd senkrecht zur Stromrichtung liegenden Krafthauses sich erstreckender Verbindungskanal mit Abschlußvorrichtungen nach und zwischen den einzelnen Turbinenkammern angeordnet, der es ermöglicht, jede Turbine der Anlage mit jeder anderen unter Umgehung der dazwischenliegenden Turbinen zu verbinden. ,Weiter werden die Turbinen samt ihren Zu- und Abläufen in völlig gleicher Ausführung nebeneinander in einer Linie annähernd senkrecht zur Fließrichtung des abströmenden Wassers angeordnet, wobei der Saugrohraustrittsquerschnitt jeder Turbine so weit nach der nächsten Turbine hin verlegt ist, daß eine günstige Wasserführung sowohl für den unmittelbaren Auslauf aus dem Saugrohr als auch für die Überleitung des Wassers zur nächsten Turbine erreicht wird. Diese Überleitung kann dabei in einem offenen Kanal oder in einer geschlossenen Leitung vor sich gehen.
  • In den Abb. 6 und 7 ist eine solche Anordnung beispielsweise im Schnitt und Grundriß dargestellt.
  • Es bedeuten hl, h2. . . die nebeneinanderliegenden Turbinen, die in Kammern k1, k2... sitzen, denen das Wasser in der durch die Pfeile T gekennzeichneten Richtung zuströmt.
  • il, i2.. . stellen die Saugrohre dar, die die aus den Abbildungen ersichtliche Gestaltung mit nach der nächsten Turbine hin verlegtem Austritt haben, so daß ein von scharfen und schädlichen Umlenkungen freier Wasserweg entsteht. Am Austritt j edes Saugrohres sitzt eine Klappe h, L2. . ., die je nach ihrer Stellung das Wasser aus dem Saugrohr in das Unterwasser oder in die Kammer der folgenden Turbine strömen läßt. Der oberwasserseitige Verbindungskanal wird durch die Einlaufschützen n1, n2. . . der Turbinenkammern und die Dammbalkenverschlüsse P1, p2. . . gebildet. An die Stelle der letzteren können natürlich auch Schützen treten. Die vor den einzelnen Turbinenkammern liegenden Strecken des Verbindungskanals können durch Abschlußorgane ml, m2. . . gegen die übrigen Teile des Verbindungskanals abgeschlossen werden. Es liegt also vor jeder Turbinenkammer ein auf allen vier Seiten mit Abschlußorganen versehener Raum, durch den bei geöffneter Einlaufschütze ia und offenem Dammbalkenverschluß P das Wasser in die Turbinenkammer strömt und der durch Öffnen seiner Abschlußorgane m nach den benachbarten Turbinenkammern hin mit diesen in Verbindung tritt.
  • Bei der geschilderten Anordnung nach Abb. 6 und 7 ist es möglich,.alle in der Anlage enthaltenen Turbinen parallel zu schalten. Zu diesem Zwecke werden die Abschlußorgane l aller Saugrohre in diejenige Stellung gebracht, in der sie die Verbindung zu der benachbarten Turbinenkammer k abschließen, wie in Abb. 6 ausgezogen &ezeichnet ist. Die Abschlußorgane m des Verbindungskanals zwischen den einzelnen Turbinenkammern werden geschlossen, die Einlaufschützen n der Turbinenkammern geöffnet, ebenso die Verschlüsse p. Das Wasser strömt durch die Einlaufschützen in die Turbinenkammern ein, durchströmt die Turbinen und verläßt das Krafthaus durch die Saugrohre.
  • Andererseits ist es möglich, beliebig viele Turbinen hintereinanderzuschalten, wie an Hand der Abb. 6 und 7 für vier Turbinen erläutert sei. Zu diesem Zweck werden die Saugrohrklappen h, 1" 1, der hintereinanderzuschaltenden Turbinen außer der letzten dieser Turbinen so gestellt, daß sie die Auslaßöffnungen der Saugrohre abschließen und die Verbindungen zu den Kammern der Nachbarturbinen öffnen, wie in Abb. 4 gestrichelt eingezeichnet ist. Bei der letzten der hintereinandergeschalteten Turbinen ist die Saugrohrklappe l4 in solcher Stellung, daß die Verbindung zur nächsten Turbine unterbrochen und der Saugrohrauslauf geöffnet ist. Die Absperrorgane ml bis m, zwischen den Turbinenkammern sind geschlossen. Von den Einlaufschützen ya ist nur die Schütze n1 der ersten Turbine geöffnet, diejenigen, sag, n3, n4, der übrigen Turbinen sind dagegen geschlossen. Das Wasser strömt in die Einlaufkammer k1 der ersten Turbine hl ein, fließt durch die erste Turbine und durch ihr Saugrohr il, von dort in sanftem Bogen nach aufwärts geführt in die Einlaufkämmer der zweiten Turbine h2 usf., bis es durch das Saugrohr i4 der letzten hintereinandergeschalteten Turbine ins Unterwasser abströmt. Ebenso ist es natürlich möglich, Gruppen von anderer Turbinenzahl arbeiten zu lassen. Es können also entweder sämtliche Turbinen der Anlage hintereinandergeschaltet oder eine beliebige Anzahl von Gruppen gebildet werden, die unter sich parallel arbeiten.
  • Durch die Anordnung ist es weiter ermöglicht, das Arbeiten der Turbinen aufrechtzuerhalten, auch wenn eine oder mehrere Turbinen infolge Störungen an der Turbine selbst oder am mit der Turbine gekuppelten Generator außer Betrieb gesetzt sind. In diesem Falle wird der Leitapparat der nicht betriebsfähigen Turbine geschlossen und das in die Einlaufkammer der Turbine aus dem Saugrohr der vorgeschalteten Turbine strömende Wasser durch den Verbindungskanal unmittelbar in die Einlaufkammer der nächsten oder einer beliebigen anderen Turbine geleitet, wobei die Leitapparate oder Verschlüsse p derjenigen Turbinen, an denen das Wasser vorbeigeführt wird, geschlossen gehalten werden.
  • Ist beispielsweise bei Hintereinanderschaltung der vier Turbinen hl, h2, h,3 h4 am elektrischen Teil des Maschinensatzes h3 eine Störung vorhanden, dann wird der Leitapparat der Turbine h3 geschlossen, die Klappe 1" hochgeschwenkt und der Verschluß m4 geöffnet. Das Wasser fließt dann aus k3 durch die Schützenöffnung m4 hindurch nach k4, wird in h4 verarbeitet und kann aus i4 zur nächsten Turbine geleitet werden, die an die Stelle der ausgefallenen tritt. Ist die Turbine h3 selbst betriebsunfähig, dann wird der Leitapparat der Turbine h2 abgeschlossen, bei Turbine h3 der Verschluß P3 eingesetzt und die Klappe 1, höchgeschwenkt, und die Verschlüsse in3 und m4 werden geöffnet. Das aus dem Saugrohr i1 nach k, strömende Wasser fließt am geschlossenen Leitapparat vorbei, weiter zwischen den Verschlüssen n3 und P3 hindurch an k3 vorbei nach k4, wird in Turbine h4 verarbeitet und kann zu zwei weiteren Turbinen geleitet werden, die an die Stelle der beiden ausgefallenen treten.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: z. Wasserkraftanlage mit stehenden Turbinen für die Ausnutzung stark schwankenden Gefälles, dadurch gekennzeichnet, daß ein über die ganze Länge des annähernd senkrecht zur Stromrichtung liegenden Krafthauses sich erstreckender Verbindungskanal mit Abschlußvorrichtungen nach und zwischen den einzelnen Turbinenkammern angeordnet ist, der es ermöglicht, jede Turbine der Anlage mit jeder anderen unter Umgehung der dazwischenliegenden Turbinen zu verbinden.
  2. 2. Wasserkraftanlage nach Patentanspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal auf der Oberwasserseite des Krafthauses liegt und außer den Abschlußorganen nach den Turbinenkammern und zwischen ihnen nach dem Oberwasser vor jeder Turbinenkammer eine Einlaufschütze enthält.
  3. 3. Wasserkraftanlage nach Patentanspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Turbinen samt ihren Zu- und Abläufen in völlig gleicher Ausführung nebeneinander in einer Linie angeordnet werden, die annähernd senkrecht zur Richtung des abströmenden Wassers liegt, wobei der Austrittsquerschnitt jeder Turbine so weit nach der Seite der nächsten Turbine verlegt wird, daß eine günstige Wasserführung sowohl für den unmittelbaren Auslauf aus dem Saugrohr als auch für die Überleitung des Wassers zur nächsten Turbine erreicht wird.
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