DE69714569T2

DE69714569T2 - Hydroelektrische stromversorgungsanlage

Info

Publication number: DE69714569T2
Application number: DE69714569T
Authority: DE
Inventors: Colin Gerald Caro; David Piesold
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2017-02-01
Also published as: WO1997028367A1; EA000652B1; CN1077232C; AP817A; CN1212746A; AP9801327A0; EP0877861B1; CA2278707C; EA199800673A1; GB2324342B; EP0877861A1; GB2324342A8; CA2278707A1; GB9816786D0; DE69714569D1; AU1553997A; GB2324342A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydroelektrische Stromversorgungsanlage.
In einer hydroelektrischen Stromversorgungsanlage fließt Wasser von einem Speicherbereich, wie beispielsweise von einem Staubecken bzw. Reservoir oder einem Flußumleitungssystem, durch einen Einlaß, der mit Sieben versehen sein kann, um das Eindringen von Fremdkörpern in eine Druckleitung zu verhindern. Die Druckleitung lenkt Wasser unter Druck zu einer Turbine, die durch das Wasser gedreht wird, um Elektrizität zu erzeugen. Das Wasser fließt dann durch einen Ablaufstollen aus der Anlage (z. B. Druckschrift US-A-5 167 483).
Turbinentypen, die üblicherweise verwendet werden, sind als Francis-, Kaplan-, Pelton- und Rohrturbinen oder Durchflußturbinen bekannt. Francis- oder Kaplanturbinen werden normalerweise mit vertikalen Schächten angeordnet und haben ein spiralförmiges Gehäuse, das horizontal einströmendes Wasser entgegennimmt und das Wasser radial nach innen zu den sich drehenden Turbinenschaufeln lenkt. Das Wasser verleiht den Schaufeln ein Antriebsdrehmoment und tritt in einer vertikal nach unten weisenden Strömungsrichtung aus. Es fließt in den Ablaufstollen bzw. den Ablaß, der normalerweise einen als ein Saugrohr bekannten sich erweiternden Kanal aufweist. Weil sich das Saugrohr in Stromabwärtsrichtung ausdehnt, wird der Druck am Ausgang der Turbinenschaufeln unter eine Atmosphäre verringert, wodurch Wasser wirksam durch die Turbine gesogen wird. Die Druckhöhe bzw. das Druckgefälle wird auf diese Weise in dem Saugrohr wiederhergestellt, wodurch die Energieausnutzung verbessert wird.
Ein gerades konisches Saugrohr mit ausreichender Länge würde viel Platz benötigen, und es wären im allgemeinen kostspielige Ausgrabungen erforderlich. Es ist daher üblich, das Saugrohr mit einer Knieform zu versehen, die einen vertikalen Abschnitt unterhalb der Turbine und einen aufwärts geneigten Abschnitt stromabwärts davon aufweist.
Die Verwendung eines knieförmigen Saugrohrs stromabwärts der Turbine hat, wenngleich dadurch Platz gespart wird, gewisse Nachteile. Der Druck an der Innenseite der Krümmung ist verringert, wodurch sich eine Neigung ergibt, daß sich die Strömung von der Innenwand der Krümmung ablöst, was zu Energieverlusten infolge von Wirbelturbulenzen führt. Die Strömungsablösung kann auch zu einer Kavitation bzw. Hohlraumbildung an der Innenwand führen, wodurch das Rohr beschädigt werden kann und seine Nutzungsdauer verringert werden kann.
Gewöhnlich ist eine Anzahl von Turbinen zusammen in einer sogenannten Turbinenhalle bereitgestellt. Weil das Wasser unter dem Einfluß der Schwerkraft strömt, muß die Turbinenhalle in einer geringeren Höhe als der Speicherbereich, entweder unter der Erde oder unter der Oberfläche eines Damms, aufgebaut werden. Wenn sich die Turbinenhalle verhältnismäßig nahe bei dem Wasserspeicherbereich befindet, erstreckt sich die Druckleitung vertikal oder hat einen erheblichen abwärtsgerichteten Gradienten. Es ist dann am unteren Ende der Druckleitung eine scharfe Kniekrümmung erforderlich, um die Strömungsrichtung zu der für die Turbine bevorzugten horizontalen Richtung zu ändern. Eine Verwendung einer solchen Krümmung kann zahlreiche Nachteile hervorufen.
Erstens wird, wie vorstehend mit Bezug auf das Saugrohr erklärt wurde, der Druck auf der Innenseite der Krümmung verringert, was zu einer Strömungsablösung und zu durch Wirbelturbulenzen hervorgerufenen Energieverlusten führt. Weiterhin können Probleme hinsichtlich einer Kavitation auftreten. Diese Effekte können durch Vergrößern des Krümmungsradius verringert werden, dies führt jedoch dazu, daß die Turbinenhalle weiter entfernt von dem Wasserspeicherbereich angeordnet werden muß, und zu einer Erhöhung der Gesamtlänge der Druckleitung, wodurch sich Energieverluste infolge von Rohrreibung ergeben.
Weiterhin wird das Geschwindigkeitsprofil der Strömung durch das gekrümmte stromabwärts gelegene Ende der Druckleitung schräg, wobei die Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe der Außenwand der Krümmung größer ist. Es ist bekannt, daß hydroelektrische Turbinen besser funktionieren, wenn das Geschwindigkeitsprofil "stumpf" oder so gleichmäßig wie möglich ist, und daß das schräge Geschwindigkeitsprofil der aus dem gekrümmten Rohr austretenden Strömung zu einer unwirksamen Energieerzeugung der Turbine führt. Um zu ermöglichen, daß sich die Strömung von ihrem schrägen Geschwindigkeitsprofil "erholt", ist es gewöhnlich erforderlich, zwischen dem Ende der Druckleitung und der Turbine ein als Abstandsrohr bekanntes gerades Rohrstück bereitzustellen, wodurch wiederum die Gesamtrohrlänge stromaufwärts der Turbine vergrößert wird, was zu Reibungsenergieverlusten führen kann.
Die Erfindung sieht eine hydroelektrische Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1 vor.
Weil der rohrförmige Abschnitt in drei Dimensionen gekrümmt ist, führt dies leicht zur Entwicklung einer Wirbelströmung.
Es wurde herausgefunden, daß unter diesen Umständen das axiale Geschwindigkeitsprofil der Strömung über den rohrförmigen Abschnitt gleichmäßiger oder "stumpfer" wird, wobei die Strömungsgeschwindigkeit an der Außenseite der Krümmung geringer ist, als dies bei einer ähnlichen Strömung in einem zweidimensional gekrümmten Rohr der Fall wäre, und wobei die Geschwindigkeit an der Innenseite größer ist. Demgemäß ist das Geschwindigkeitsprofil in der Nähe der Wand um den rohrförmigen Abschnitt herum in Umfangsrichtung gewöhnlich gleichmäßiger, wenn es eine planare Geometrie aufweist, als dies bei einer planaren Geometrie der Fall wäre. Eine solche Strömung hat in Zusammenhang mit Druckleitungen und Ablaufstollen mehrere Vorteile.
Weil das Geschwindigkeitsprofil der Strömung gleichmäßiger ist, gibt es eine verringerte Tendenz zum Auftreten einer Ablösung an der Innenwand der Krümmung. Dies führt dazu, daß durch Wirbelturbulenz verursachte Energieverluste weniger hervorgerufen werden. Es kann daher in der Druckleitung ein verringerter Druckverlust erzielt werden, wenn diese einen dreidimensional gekrümmten rohrförmigen Abschnitt und eine höhere Rückgewinnung der Druckhöhe in dem Ablaufstollen aufweist, falls sich darin ein solcher rohrförmiger Abschnitt befindet. Demgemäß können durch das Versehen der Druckleitung oder des Ablaufstollens mit einem rohrförmigen Abschnitt, der in drei Dimensionen gekrümmt ist, eine wirksamere Energieerzeugung und erhebliche wirtschaftliche Vorteile erzielt werden. Vorzugsweise weisen sowohl die Druckleitung als auch der Ablaufstollen einen solchen rohrförmigen Abschnitt auf, um maximale Vorteile zu erhalten.
Ein weiterer Vorteil der verringerten Tendenz zur Strömungsablösung ist eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung durch Kavitation. Dies gilt sowohl für die Druckleitung als auch für den Ablaufstollen.
Wegen des stumpferen Geschwindigkeitsprofils wirkt die im rohrförmigen Abschnitt strömende Flüssigkeit weiterhin in der Art eines Kolbens und entfernt gewöhnlich jeglichen Schutt, wie Sand und Schlamm, der sich während einer langsamen Strömung (beispielsweise während Zeiträumen einer geringen elektrischen Last) an der Wand des Rohrs abgelagert haben kann. Diese "Kolbenströmung" bedeutet, daß der rohrförmige Abschnitt in gewissem Maße selbstreinigend ist, was vorteilhaft ist.
Durch das stumpfere Geschwindigkeitsprofil wird der Abrieb an der Außenseite der Krümmung durch Sand oder Schlamm verringert, weil in diesem Bereich eine verringerte Strömungsgeschwindigkeit auftritt.
Durch das stumpfere Geschwindigkeitsprofil werden die Wandbeanspruchungen des rohrförmigen Abschnitts verringert, indem verhindert wird, daß Biegebeanspruchungen zu Umfangsspannungen oder Ringspannungen hinzukommen.
Die erwähnten Vorteile gelten sowohl für die Druckleitung als auch für den Ablaufstollen.
Es sei unter besonderem Bezug auf die Druckleitung bemerkt, daß es möglich ist, die Turbine in der Nähe des Wasserspeicherbereichs anzuordnen, ohne eine scharfe, planare Kniekrümmung mit den damit verbundenen Energieverlusten zu verwenden. Durch Positionieren der Turbine in der Nähe des Wasserspeicherbereichs kann die Länge der Druckleitung, in der Wasser mit hohen Geschwindigkeiten strömt, auf Kosten eines Erhöhens der Länge des Ablaufstollens, in dem Wasser mit niedrigen Geschwindigkeiten fließt, verringert werden, woraus sich Vorteile für die Gesamtenergie ergeben.
Weiterhin sei hinsichtlich der Druckleitung bemerkt, daß es dann, wenn das Geschwindigkeitsprofil stumpfer ist, weniger erforderlich ist, stromaufwärts der Turbine ein gerades Rohrstück bereitzustellen, in dem sich die Strömung von einem asymmetrischen bzw. schrägen Geschwindigkeitsprofil "erholen" kann. Demgemäß kann ein kürzeres gerades Rohrstück verwendet werden, und falls dies geschieht, kann die Druckleitung näher bei der Turbine angeordnet werden, wodurch die Gesamtlänge des Rohrstücks stromaufwärts der Turbine verringert wird, woraus sich Energieeinsparungen ergeben.
Die Druckleitung kann einen im wesentlichen geraden Abschnitt und den einen besagten rohrförmigen Abschnitt aufweisen, wobei der rohrförmige Abschnitt zwischen dem geraden Abschnitt der Druckleitung und der Turbine bereitgestellt ist. Demgemäß kann die Druckleitung einen vertikalen oder stark geneigten geraden Fallschacht aufweisen, dem der dreidimensional gekrümmte rohrförmige Abschnitt stromabwärts davon folgt. Ein gerades Stück des Abstandsrohrs kann zwischen dem rohrförmigen Abschnitt und der Turbine bereitgestellt werden, dies ist jedoch in Hinblick auf das vom rohrförmigen Abschnitt erzeugte stumpfe Geschwindigkeitsprofil möglicherweise nicht notwendig.
Benachbarte Enden des geraden und des rohrförmigen Abschnitts der Druckleitung können im wesentlichen axial ausgerichtet sein. Alternativ kann der rohrförmige Abschnitt seitlich von dem geraden Abschnitt abzweigen. In einem solchen Fall kann der gerade Abschnitt einen erheblich größeren Durchmesser als der rohrförmige Abschnitt aufweisen, woraus sich wahrscheinlich die Situation ergibt, daß Strömung in dem geraden Abschnitt laminar ist und daß Strömung in dem rohrförmigen Abschnitt turbulent ist. Diese Anordnung wäre bei hydroelektrischen Schemata moderater Größe geeignet. Es kann mehr als ein rohrförmiger Abschnitt von dem geraden Abschnitt abzweigen, wobei jeder rohrförmige Abschnitt eine jeweilige Turbine speist.
Eine Druckleitung mit einem geraden Abschnitt kann an dem stromaufwärts gelegenen Ende des geraden Abschnitts einen rohrförmigen Abschnitt aufweisen. Demgemäß kann eine planare Krümmung an dem stromaufwärts gelegenen Ende vermieden werden. Der Einlaß in den stromaufwärts gelegenen rohrförmigen Abschnitt kann trompetenförmig sein. Alternativ kann eine Biegung an dem stromaufwärts gelegenen Ende des geraden Abschnitts vollständig vermieden werden, indem eine Dammwand geformt wird, die im wesentlichen senkrecht zu dem geraden Abschnitt verläuft, wobei der Einlaß in den geraden Abschnitt dann vorzugsweise mit einer Trompetenform versehen wird.
Alternativ dazu, daß die Druckleitung einen geraden Abschnitt aufweist, kann im wesentlichen die gesamte Druckleitung mit einem rohrförmigen Abschnitt versehen werden. Demgemäß wird der Einlaß in den rohrförmigen Abschnitt an dem Staubecken bereitgestellt und kann beispielsweise mit einer Trompetenform versehen werden.
Vorzugsweise bildet der rohrförmige Abschnitt oder jeder rohrförmige Abschnitt einen Teil einer Wendel bzw. Spirale. Falls der beschriebene Drehwinkel von 360º oder einem Vielfachen davon abweicht, was häufig der Fall sein wird, liegen die Mittellinie eines Einlasses zu dem rohrförmigen Abschnitt und die Mittellinie eines Auslasses des rohrförmigen Abschnitts in verschiedenen Ebenen. Dies steht im Gegensatz zu den Mittellinien des Einlasses und des Auslasses eines herkömmlichen zweidimensional gekrümmten Rohrs, die in derselben Ebene liegen.
Falls der Ablaufstollen einen in drei Dimensionen gekrümmten rohrförmigen Abschnitt aufweist, können wegen der verringerten Neigung zur Strömungsablösung weitere Energieeinsparungen erhalten werden. Eine Strömungsablösung kann weiter verringert werden, wenn die Querschnittsfläche des rohrförmigen Abschnitts des Ablaufstollens in Stromabwärtsrichtung zunimmt.
Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen gleicht die Krümmungsrichtung des rohrförmigen Abschnitts in seitlicher Richtung (also in Draufsicht betrachtet) der Krümmungsrichtung im Einlaßabschnitt der Turbine. Dies kann für die Druckleitung und/oder den Ablaufstollen gelten.
Bei kleinen hydroelektrischen Anlagen kann der Durchmesser des die Druckleitung oder einen Teil der Druckleitung bildenden rohrförmigen Abschnitts geringer als 0,5 m sein. Bei größeren Anlagen wird der Durchmesser größer als 0,5 oder 1 m oder 2 m oder 3 m oder 4 m oder 5 m oder 6 m oder 7 m sein. Bei einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform beträgt der Durchmesser 8 m, wenngleich auch größere Durchmesser als 8 m möglich sind.
Die Turbine kann eine umkehrbare Pumpenturbine sein. Eine solche Anordnung ist für ein gepumptes Speichersystem geeignet. Die Energieeinsparungen, die ein vorstehend erörterter dreidimensional gekrümmter rohrförmiger Abschnitt bereitstellt, sind auch beim Pumpen erreichbar. Die Einsparungen können erzielt werden, wenn ein solcher rohrförmiger Abschnitt entweder an dem Pumpeneinlaß oder an dem Pumpenauslaß bereitgestellt ist, es wird jedoch erwartet, daß die maximalen Einsparungen erreicht werden, wenn die rohrförmigen Abschnitte sowohl an dem Einlaß als auch an dem Auslaß bereitgestellt werden.
Bei bestimmten gepumpten Speichersystemen kann das Wasser einem Weg über eine Turbine folgen, um Energie zu erzeugen, und es kann über eine Pumpe einem anderen getrennten Weg folgen, wenn Energie gespeichert werden soll. Unter diesen Umständen kann sich für den über die Pumpe führenden Weg der Vorteil von Energieeinsparungen ergeben, wenn entweder der Einlaß oder der Auslaß der Pumpe mit einem rohrförmigen Abschnitt versehen ist, der dreidimensional gekrümmt ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils einer hydroelektrischen Stromversorgungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenansicht des gekrümmten Rohrs an dem Ende der Druckleitung aus Fig. 1 in einem größeren Maßstab.
Fig. 3 zeigt eine Ansicht entlang der Pfeile III-III in Fig. 1 in dem gleichen Maßstab wie in Fig. 2.
Fig. 4 zeigt eine Ansicht eines entlang den Linien IV- IV aus Fig. 5 vorgenommenen Schnitts durch einen erfindungsgemäß Rohrleitungen aufweisenden Damm.
Fig. 5 zeigt eine schematische Draufsicht der Rohrleitungen aus Fig. 4.
Fig. 6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Rohrleitungen aus Fig. 4.
Fig. 7 zeigt eine schematische Draufsicht der auf eine weitere hydroelektrische Stromversorgungsanlage angewendeten Erfindung.
Fig. 8 zeigt eine schematische Seitenansicht der in Fig. 7 dargestellten Rohrleitungen.
Fig. 9 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Rohrleitungen aus Fig. 7.
Fig. 10 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Damms, worin eine herkömmliche Druckleitungskonstruktion dargestellt ist.
Fig. 11 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Damms, der eine erfindungsgemäße Druckleitung aufweist.
Fig. 12 zeigt eine schematische Draufsicht einer Druckleitung, die zur Verwendung in dem Damm aus Fig. 11 geeignet ist,
Fig. 13 zeigt eine schematische Seitenansicht der Druckleitung aus Fig. 12.
Fig. 14 zeigt eine schematische Draufsicht von unten auf ein Saugrohr.
Fig. 15 zeigt eine schematische Seitenansicht des Saugrohrs aus Fig. 14.
Fig. 1 zeigt einen Teil einer hydroelektrischen Stromversorgungsanlage des eine unterirdische Turbinenhalle 2, die von einem Wasserspeicherbereich gespeist wird, aufweisenden Typs. Die Turbinenhalle enthält Turbinen 4 und Generatoren 6, wenngleich jeweils nur eine bzw. einer davon der Klarheit halber dargestellt ist. Eine Druckleitung 8 verbindet den Wasserspeicherbereich mit der Turbinenhalle, und Wasser, das die Turbinen angetrieben hat, fließt in einen Ablaufstollen 10 und von dem Kraftwerk weg.
An dem unteren Ende der Druckleitung 8 befindet sich ein rohrförmiger Abschnitt 12, der so ausgebildet ist, daß dieser in drei Dimensionen gekrümmt ist, wie klarer in den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist.
Wenn Wasser beim Betrieb durch den rohrförmigen Abschnitt 12 strömt, folgt es einem Wirbelweg, und hierdurch wird, wie vorstehend beschrieben wurde, ein Strömungsgeschwindigkeitsprofil erzeugt, das von demjenigen verschieden ist, das durch eine Einlaßleitung erzeugt werden würde, die nur in zwei Dimensionen gekrümmt ist. Durch die Wirbelströmung und die sich ergebende Änderung in einem Geschwindigkeitsprofil ergeben sich mehrere Vorteile. Insbesondere kann die Verwendung einer Leitung, die in drei Dimensionen gekrümmt ist, zu einem verringerten Druckverlust führen und dadurch den Gesamtwirkungsgrad des Kraftwerks erhöhen. Weiterhin wird dadurch ermöglicht, daß die Turbinenhalle in der Nähe des Wasserspeicherbereichs bereitgestellt wird, ohne daß ein planarer Kniekrümmer verwendet wird. In diesem Fall kann der Druckleitungsschacht durch eine Hebebohrung eingebracht oder nach oben ausgegraben werden, und der sich ergebende Schutt kann durch die bereits ausgegrabene Turbinenhalle entfernt werden.
In den Fig. 4 bis 6 ist die Verwendung eines schraubenförmig gekrümmten rohrförmigen Abschnitts 22 als Druckleitung einer in einem Damm 20 angeordneten hydroelektrischen Stromversorgungsanlage dargestellt. Der rohrförmige Abschnitt 22 ist über ein Ventil 32 mit einer Turbine 34 verbunden. Ein Ablaufstollen 36 führt von der Turbine fort und führt stromabwärts des Damms 20 ab.
Der rohrförmige Abschnitt 22 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in durchgezogenen Linien dargestellt, und eine herkömmliche Druckleitung 24 mit planaren Kurven ist in den Fig. 4 und 5 in gestrichelten Linien dargestellt. Aus Gründen der Klarheit ist die herkömmliche Druckleitung 24 in Fig. 4 so dargestellt, daß sich ihr Eingang bei dieser Ausführungsform der Erfindung eine gewisse Strecke oberhalb des Eingangs des rohrförmigen Abschnitts 22 befindet, in Wirklichkeit würden sich beide Eingänge jedoch auf der gleichen Höhe befinden.
Die herkömmliche Druckleitung 24 besteht aus einem kurzen horizontalen Abschnitt 26, einem vertikalen Abschnitt 28 und einem länglichen horizontalen Abschnitt 30, der über ein Ventil 32 mit der Turbine 34 verbunden ist. Der horizontale Abschnitt 30 muß lang genug sein, damit sich die Strömung von ihrem asymmetrischen bzw. schrägen Geschwindigkeitsprofil "erholen" kann, wie vorstehend erörtert wurde. Dadurch muß die Druckleitung in einem gewissen Abstand von der Turbinenhalle positioniert werden, wodurch der Spielraum möglicher Konstruktionen für das Kraftwerk begrenzt wird. Die Abschnitte 26, 28 und 30 sind durch planare 90º-Krümmungen, die als "Knie" bekannt sind, miteinander verbunden, und diese Knie bzw. Winkel erzeugen Druckverluste. Weil die von der Turbine erzeugte Leistung von dem Druck abhängt, mit dem diese versorgt wird, verringert jeder Druckverlust die erzeugte Leistung und damit den Gesamtwirkungsgrad des Kraftwerks.
Der rohrförmige Abschnitt 22 der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist eine einzige dreidimensionale Krümmung auf. In dem rohrförmigen Abschnitt treten keine scharfen Krümmungen auf, was dabei hilft, den Druckverlust zu verringern. Es sei bemerkt, daß selbst eine sehr kleine Verringerung des Druckverlusts zu einer sehr starken Erhöhung der während der Nutzungsdauer des Kraftwerks erzeugten Energiemenge führt.
Weiterhin folgt das Wasser in dem rohrförmigen Abschnitt 22, wie vorstehend erörtert wurde, einem Wirbelweg und hat ein stumpferes Geschwindigkeitsprofil, wodurch ein langer gerader Abschnitt zum Ermöglichen des "Erholens" der Strömung überflüssig gemacht wird. Dies ermöglicht eine größere Freiheit beim Positionieren der Druckleitung und der Turbine.
Wie in Fig. 6 dargestellt ist, kann der Ablaufstollen 36 auch einen dreidimensional gekrümmten rohrförmigen Abschnitt 38 aufweisen. Hierdurch können weitere Energieeinsparungen und andere Vorteile erzielt werden. Falls die Turbine weiterhin umkehrbar ist und beim Betrieb in Gegenrichtung als eine Pumpe wirken kann (beispielsweise zum Gebrauch in einem gepumpten Speichersystem), ist es vorteilhaft, den Ablaufstollen mit einer dreidimensionalen Krümmung zu versehen, so daß die in die - nun als eine Pumpe wirkende - Turbine eintretende Strömung ein stumpfes Geschwindigkeitsprofil aufweist, woraus sich die verschiedenen vorstehend erörterten Vorteile ergeben.
Eine weitere Ausführungsform, die für kleinere Anlagen besser geeignet ist, ist in den Fig. 7 bis 9 dargestellt. In diesem Fall ist ein Fallschacht 50 für Wasser vorgesehen, und zwei rohrförmige Abschnitte 52, 54 der Druckleitung, die in drei Dimensionen gekrümmt sind, führen von dem unteren Teil des Fallschachts zu zwei Turbinen 56, 58. Jede Turbine ist mit einem Ablaufstollen versehen, von denen jeder auch eine dreidimensionale Krümmung aufweisen kann.
Fig. 10 zeigt eine herkömmliche Konstruktion eines Damms und einer Druckleitung. Eine Turbinenhalle 2, die Turbinen 4 enthält (von denen nur eine dargestellt ist), ist an einer rückwärtigen Stelle in dem Damm 20 angeordnet. Eine Druckleitung 8 verbindet einen Vorratsbehälter 1 an dem vorderen Teil des Damms 20 mit der Turbine 4, wobei die Druckleitung zwei planare Kniekrümmer 60 und 61 aufweist, die es ermöglichen, daß Wasser an dem stromaufwärts gelegenen Ende in horizontaler Richtung in die Druckleitung eintritt und an dem stromabwärts gelegenen Ende in horizontaler Richtung in die Turbine eintritt. Stromabwärts der Turbine weist ein Ablaufstollen ein Saugrohr 62 und einen horizontalen Ablaufstollentunnel 63 auf. Ein Überlaufkanal 64 ist zum Ablassen von Flutwasser über dem Damm ausgebildet.
In Fig. 11 ist dargestellt, wie die Anordnung aus Fig. 10 modifiziert wird, so daß diese eine Druckleitung 8 aufweist, die einen dreidimensional gekrümmten rohrförmigen Abschnitt aufweist. Es sei bemerkt, daß sich die Turbinenhalle 2 näher zu der Vorderseite des Damms 20 hin befindet, so daß die Gesamtlänge der Druckleitung kürzer ist als diejenige aus Fig. 10, woraus sich eine Verringerung der Reibungs-Rohrverluste ergibt. Wenngleich die Länge des Ablaufstollens 63 entsprechend vergrößert werden muß, bewegt sich das Wasser in dem Ablaufstollen mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als in der Druckleitung, und Reibungsenergieverluste sind folglich gering.
Falls die Anordnung aus Fig. 10 durch Bewegen der Turbinenhalle 2 in die in Fig. 11 dargestellte Position modifiziert werden würde, während die Kniekrümmer 60 und 61 noch beibehalten werden, würde die Schärfe der Krümmungen unter damit einhergehenden Energieverlusten zunehmen. Solche Energieverluste summieren sich, beispielsweise bei Dämmen mit einer geringen Fallhöhe infolge der Nähe dieser Krümmungen. Bei der dreidimensional gekrümmten Druckleitung 8 aus Fig. 11 werden solche Verluste in hohem Maße vermieden und die Strömungstrennung verringert oder beseitigt.
Weitere Vorteile des stromaufwärts gelegenen Orts des in Fig. 11 dargestellten Kraftwerks sind eine größere Fundamentabschneidetiefe an dem stromaufwärts gelegenen Ende des Damms, wodurch die Fähigkeit zum Verhindern eines Leckens unter dem Damm verbessert wird und eine Verringerung von Schwingungen und eines Leckens in der Turbinenhalle erzielt wird, falls sich der Überlaufkanal, wie dargestellt, oberhalb befindet.
In den Fig. 12 und 13 ist eine Druckleitung dargestellt, die dafür geeignet ist, in der Anordnung aus Fig. 11 verwendet zu werden. Die Druckleitung 8 läuft von einem trompetenförmigen Einlaß 65 an der Dammwand zu der Turbine 4, die mit einem Generator 6 verbunden ist. Die Druckleitung hat eine wendelförmige Konfiguration, und Punkte 0', 1' bis 15' sind sowohl in den Draufsichten als auch in den Seitenansichten dargestellt, um beim Verständnis der Konfiguration zu helfen. Die Dammwand ist mit einer geformten Niedergeschwindigkeits-Einlaßkammer 66 versehen, und der trompetenförmige Einlaß 65 ist so angeordnet, daß seine Achse parallel zu der Hauptdammwand verläuft. Der trompetenförmige Einlaß 65 öffnet sich an einer geneigten Wand 68 der Einlaßkammer 66 nach außen. Am Punkt 12' ist in gepunkteten Linien entlang der Druckleitung 8 ein alternativer Ort für den trompetenförmigen Einlaß 65 dargestellt, wobei eine Nettoänderung der Richtung des durch die Druckleitung strömenden Wassers um 90º, wenn in Draufsicht betrachtet wird, statt um 450º bei der in durchgezogenen Linien dargestellten Spielart, auftritt. Bei Verwendung der alternativen Anordnung könnte der Druckleitungsabschnitt zwischen den Punkten 12' und 15' in vertikaler Richtung "gestreckt" werden, um eine größere vertikale Fallhöhe bereitzustellen, während noch die gewünschte dreidimensionale Krümmung bereitgestellt wird.
An dem Einlaß 66 sind (nicht dargestellte) Kurs- bzw. Grobsiebe oder Müllgitter und Feinsiebe bereitgestellt, um das Eindringen fester Teile in die Druckleitung zu minimieren. Zusammen mit einem Notabfalltor und/oder Sekundärsteuertoren sind auch Hauptsteuertore bereitgestellt. An dem stromabwärts gelegenen Ende der Druckleitung kann wahlweise ein Drehventil oder Absperrventil 67 als eine Alternative zu Sekundärsteuertoren an dem Dammwandeinlaß 66 bereitgestellt werden. Falls jedoch die Sekundärsteuertore bereitgestellt werden, kann das stromabwärts gelegene Ventil 67 fortgelassen werden, wodurch die Gesamtlänge der Druckleitung vorteilhafterweise verringert wird.
In den Fig. 14 und 15 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Saugrohrs 62 dargestellt, das beispielsweise zum Gebrauch in der Anordnung aus Fig. 10 geeignet ist. Das Saugrohr 64 weist einen dreidimensional gekrümmten rohrförmigen Abschnitt mit einem Einlaß 70 an der stromabwärts gelegenen (unteren) Fläche der Turbine 4 auf. Zum Erleichtern des Verständnisses der Anordnung sind die Punkte 0", 1" bis 11" sowohl in Fig. 14 als auch in Fig. 15 dargestellt. Sowie das Saugrohr 64 in drei Dimensionen gekrümmt ist, nimmt seine Querschnittsfläche beginnend am Einlaß 70 in Stromabwärtsrichtung zu. Stromabwärts des Punkts 11" setzt sich die Krümmung des Saugrohrs fort, um die Strömung aufwärts zum Ablaufstollen 63 zu übertragen.
Es sei bemerkt, daß bei der Druckleitung aus den Fig. 12 und 13 und bei dem Saugrohr aus den Fig. 14 und 15 die seitliche Krümmungsrichtung (in den Draufsichten der Fig. 12 und 14 betrachtet) der Krümmungsrichtung an dem Einlaßabschnitt der Turbine gleicht. Demgemäß setzt sich die seitliche Krümmung im gleichen Sinne fort.
Wenngleich die vorstehende Beschreibung in Zusammenhang mit bestimmten Ausgestaltungen einer hydroelektrischen Stromversorgungsanlage gegeben wurde, können die dreidimensional gekrümmten rohrförmigen Abschnitte in Druckleitungen und/oder Ablaufstollen in anderen Formen von hydroelektrischen Stromversorgungsanlagen oder ähnlichen Situationen verwendet werden.

Claims

1. Hydroelektrische Stromversorgungsanlage mit einer Turbine, einer Druckleitung oberhalb bzw. stromaufwärts von der Turbine und einem Ablaufstollen bzw. Ablaß unterhalb bzw. stromabwärts von der Turbine, bei der die Druckleitung einen rohr- bzw. röhrenförmigen Abschnitt aufweist, der sich in drei Dimensionen krümmt und eine entlang dessen Länge im wesentlichen konstante Querschnittsfläche aufweist.

2. Hydroelektrische Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, bei der der röhrenförmige Abschnitt der Druckleitung so gestaltet ist, daß es zu einer sich ergebenden Richtungsänderung des durch diesen fließenden Wassers von 90º kommt.

3. Hydroelektrische Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Ablaufstollen bzw. Ablauf einen röhrenförmigen Abschnitt aufweist, der in drei Dimensionen gekrümmt bzw. gebogen ist.

4. Hydroelektrische Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Druckleitung einen im wesentlichen geraden Abschnitt aufweist und der röhrenförmige Abschnitt zwischen dem geraden Abschnitt der Druckleitung und der Turbine vorgesehen ist.

5. Hydroelektrische Stromversorgungsanlage nach Anspruch 4, bei der angrenzende bzw. naheliegende Enden des geraden und des röhrenförmigen Abschnitts im wesentlichen axial ausgerichtet sind.

6. Hydroelektrische Stromversorgungsanlage nach Anspruch 4, bei der der röhrenförmige Abschnitt von dem geraden Abschnitt lateral abzweigt.

7. Hydroelektrische Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der im wesentlichen die gesamte Druckleitung durch einen röhrenförmigen Abschnitt gebildet ist, der sich in drei Dimensionen krümmt und eine entlang dessen Länge im wesentlichen konstante Querschnittsfläche aufweist.

8. Hydroelektrische Stromversorgungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Ablauf einen röhrenförmigen Abschnitt aufweist, der sich in drei Dimensionen krümmt und dessen Querschnittsfläche in der Richtung stromabwärts zunimmt.

9. Hydroelektrische Stromversorgungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der röhrenförmige Abschnitt der Druckleitung einen Teil einer Spirale bzw. Wendel mit konstantem Radius bildet.

10. Hydroelektrische Stromversorgungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Turbine eine umkehrbare Turbinenpumpe bzw. Speicherpumpe ist.