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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung soll diese Mängel beseitigen, indem sie eine Anordnung
angibt, die folgende Eigenschaften hat z. Alle Turbinen der Anlage können parallel
laufen.
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s. Alle Turbinen können hintereinandergeschaltet laufen.
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3. Alle Turbinen der Anlage können zu beliebigen Gruppen zusammengefaßt
werden, innerhalb deren sie hintereinandergeschaltet sind, während die Gruppen parallel
laufen.
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q.. BeiAusfall einzelner Turbinen einer Gruppe können andere Turbinen
zur Vervollständigung der Gruppe herangezogen werden.
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5. Schroffe Wasserumlenkungen sind vermieden.
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6. Die Grundfläche der Anlage ist möglichst klein.
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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.
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In den Abb. 6 und 7 ist eine solche Anordnung beispielsweise im Schnitt
und Grundriß dargestellt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.