EP1717373A2 - Wasserkraftanlage - Google Patents

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EP1717373A2
EP1717373A2 EP06112017A EP06112017A EP1717373A2 EP 1717373 A2 EP1717373 A2 EP 1717373A2 EP 06112017 A EP06112017 A EP 06112017A EP 06112017 A EP06112017 A EP 06112017A EP 1717373 A2 EP1717373 A2 EP 1717373A2
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EP
European Patent Office
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power plant
inlet
water channel
channel
fluid
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EP06112017A
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English (en)
French (fr)
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EP1717373A3 (de
EP1717373B1 (de
Inventor
Siegfried Jank
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Publication of EP1717373A3 publication Critical patent/EP1717373A3/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B3/00—Engineering works in connection with control or use of streams, rivers, coasts, or other marine sites; Sealings or joints for engineering works in general
    • E02B3/02—Stream regulation, e.g. breaking up subaqueous rock, cleaning the beds of waterways, directing the water flow
    • E02B3/023—Removing sediments
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B8/00—Details of barrages or weirs ; Energy dissipating devices carried by lock or dry-dock gates
    • E02B8/02—Sediment base gates; Sand sluices; Structures for retaining arresting waterborne material
    • E02B8/023—Arresting devices for waterborne materials
    • E02B8/026—Cleaning devices

Definitions

  • the invention relates to a hydropower plant with a power plant inlet, at least one drive water channel and at least one rinse water channel and a Spippowasserkanal if necessary opening and shut-off gate valve according to the preamble of claim 1, and a method for discharging sediment material in hydropower plants, comprising a power plant inlet, at least a drive water channel and at least one flushing water channel and a flushing water channel if necessary opening and shut-off gate valve according to the preamble of claim 12th
  • River power plants which are equipped, for example, with Francis or Kaplan turbines, are also used in shallow terrain to convert the kinetic energy of the water via generators into electrical energy.
  • the water removal from the riverbed necessary for driving the turbines takes place by means of water sockets, which usually consist of a frame structure with subsequent power plant inlet for desanding.
  • the frame construction often includes a foundation weir with lying coarse rake ("Tyrolean weir") or a vertical rake, which serve to catch gravel washed with the water masses and flotsam.
  • Tyrolean weir lying coarse rake
  • vertical rake which serve to catch gravel washed with the water masses and flotsam.
  • the water enters a power plant feed leading to the drive water channel, where at a greatly reduced flow rate the remaining solids, referred to below as sediment, can settle out.
  • These are generally solids with particle sizes greater than 0.5 mm.
  • the sediment depositing in the power plant inlet must be purged continuously or at regular intervals in order to maintain the functioning of the power plant inlet. If too much sediment has accumulated in the power plant inlet, a gate valve occluding a flushing water channel is usually opened and the attachment is flushed out in the direction of the flushing water channel.
  • the basic principle of flushing is to use the natural drag voltage of the water to flush out the deposited bedding from the power plant inlet. This flushing operation is initiated either manually or by arranged in the sole of the power plant inlet pressure sensors.
  • the river water entering the service water channel and subsequently to the turbine wheels should be as free as possible of sand and suspended matter in order to ensure a largely abrasion-free turbine operation.
  • An excavator device for removing deposits formed in waterways, in particular sand and mud.
  • a plurality of running at the bottom of the waterway tubes are provided, which is provided with a plurality of openings through which the water / sediment mixture is permanently extracted with a pumping station.
  • the same tubes are provided with parallel pressure lines, which are fed by a pump with pressurized water and by means of nozzles directed at the openings of the tubes to protect those openings from clogging.
  • a drive water channel, a flushing water channel and a gate valve or a loosening of bed load for the purpose of discharge via a flushing water channel / gate valve are in the US 4 074 535 A not revealed.
  • the object of the present invention to provide an apparatus and method for discharging sediment material which ensures rapid and efficient flushing of the sediment deposited in the power plant feed and in which the gate valve leading to the flushing water channel is kept open only for the shortest possible time during the flushing process, otherwise it remains closed.
  • a device having the characterizing features of claim 1.
  • Provision of at least one fluid channel which is suitable to transport pressurized fluids such as air or water, and having at its bottom at the bottom of the power plant inlet outlet openings, an effective and adaptable to the particular shape ratios of the system flushing of bedding can be ensured
  • the at least one fluid channel is arranged substantially transversely to the flow direction and extends transversely across the power plant inlet in the direction of the gate valve.
  • the loading of the fluid channel with media such as air or water causes at the designated outlet openings a jerky emergence of the medium, so as a result of this kinetic effect deposited sediment from Geschiebefang or the sole of the power plant inlet dissolved and this for removal in the leading back into the riverbed Spülwasserkanal is released.
  • outlet channels having fluid channels at arbitrary locations of the water intake sediment bedding volumes deposited in the bank or edge area are detected by the flushes.
  • Deposition-endangered zones with lower flow rates can be effectively controlled and kept free from sediment due to the inventive measures.
  • a bed load catch is provided in the area of the sole of the power plant inlet, in which the at least one fluid channel is arranged.
  • a plurality of channels are arranged at intervals extending parallel to each other and preferably each have different lengths.
  • Any width sections of the Geschiebefanges or the power plant inlet can be equipped with fluid channels and certain predisposed areas for the deposition of suspended matter may be protected from slagging by more extensive arrangement of fluid channels.
  • the length of at least one fluid channel corresponds substantially to the width of the power plant inlet. This is to ensure that the entire flow width of the inlet is covered by the measures according to the invention.
  • the at least one fluid channel in the form of a tube made of polymeric material is designed to meet the requirements of elasticity and aging resistance.
  • the fluid delivered under pressure to the water in the power plant inlet is air.
  • air can be compressed into a state capable of producing the desired kinetic effect on the buildup of debris.
  • the characterizing features of claim 8 describe a connection of the at least one fluid channel with a compressor or a pump device. Activation of the compressor causes in the fluid channel a transport of compressed air, which at the designated outlet openings jerky emerges and as a result of this kinetic effect deposited sediment triggers the catch and releases this for removal into the leading back into the riverbed flushing water channel.
  • the same loosening and dissolution effect on the attachment can be achieved instead of the medium air with the medium of water.
  • To achieve the described effect is also a feed of the fluid channels with pressurized water conceivable. The necessary water pressure is built up in such case via pumps or related fluidic systems.
  • the outlet openings are arranged at regular intervals along the at least one fluid channel. Equally possible, however, is an arbitrary arrangement of the same. Preferably, at least one outlet opening is provided in the region of the gate valve.
  • the outlet openings of the fluid channel to shut-off valves, which can be controlled by a control station.
  • This measure allows a precise control of the outlet openings, so that for example an exact coordination of this process can be done with the opening and closing of a leading to the flushing water passage gate valve.
  • the control station is coupled to arranged in the bottom of the power plant inlet pressure sensors. If the quantum of sediment accumulation exceeds a control maximum, this is registered by weight calibrated sensors and a signal is sent to the control station. The signal that has occurred can also automatically lead to the automatic initiation of a flushing operation including opening the gate valve. This measure is the danger An overloading of the power plant inlet or Geschiebefanges counteracted with unnoticed deposits.
  • the characterizing features of claim 12 are directed to a method for discharging debris in a hydropower plant comprising a power plant inlet, at least one drive water channel and at least one flushing water channel and the flushing water channel on demand opening and shut-off gate valve. It is envisaged that a gaseous or liquid medium is passed under pressure from the region of the sole of a power plant inlet in the direction of the river water and blown there to loosen deposited sediment, dissolve and dissipate through the Spülwasserkanal. The impact of the medium occurring as a result of the pressure generated causes a force attack on the attachment to move it away from a location where it has been undesirably deposited.
  • the characterizing features of claim 15 in this method describe a preferential blowing first at a position closest to the gate valve, followed by a deferred blowing at positions further away relative to the gate valve. This measure allows a continuous and controlled removal of sediment accumulation, so that turbulence and congestion on the gate valve are stopped by abruptly dissolved material masses.
  • the opening and closing of a gate valve which clears the way to the flushing water channel, coordinated in time with the blow-out.
  • the otherwise tightly closed gate valve is opened at short notice if necessary and a blow-out initiated in places arbitrary order.
  • the sediment deposited in the bedding catch or in the power plant inlet is released from the ground and can be carried away by the suction of the water now flowing in the direction of the flushing water channel.
  • the gate valve is closed again.
  • a plant for the collection of water from a river bed 17 is shown schematically, as it is usually established to provide water for driving turbines 14 and 15 of a hydroelectric power plant.
  • the water stream 10 removed from the river bed 17 subsequently passes into a power plant inlet 1, where the remaining solids, referred to below as bedding 4, can sediment at a greatly reduced flow rate. These are generally grain sizes over 0.5 mm.
  • the sediment 4 depositing in the power plant inlet 1 must be flushed out at regular intervals, before an overburden of the power plant inlet 1 or solidification of the bed 4 on the ground, via a flushing water channel 5, where it flows into the river bed 17 again.
  • Figures 2 and 3 show a detailed view of a power plant inlet 1 including Geschiebefang 2 under Buffalo of fluid channels 7 according to the invention with outlet openings 8, (not shown) are attached to which shut-off valve 9 and which extend in the direction of the gate valve 6.
  • the arrows provided with reference numeral 10 in Figure 2 illustrate the flow direction of the water flow 10 in the power plant inlet 1 and subsequently to the drive water channel 3, the arrows provided with reference numeral 11 in Figure 3 show the flow direction of a branched off from the water flow 10 water flow 11 in the direction the Spülwasserkanals 5 with open gate valve. 6
  • the fluid channels 7 are connected to a compressor 16 or a pumping station which can be positioned at the bank edge in FIG.
  • Activation of the compressor 16 causes in the fluid channel 7 a transport of fluids 12, preferably compressed air or O 2 , which jerkily emerge at the designated outlet openings 8 and so loosen sediment 4 from Geschiebefang 2 and this for removal in the back into the riverbed 17th release the leading flushing water channel 5.
  • fluids 12 preferably compressed air or O 2
  • the use of water is also possible, which is likewise pressurized via suitable devices such as pumps and transported into the fluid channels 7.
  • a plurality of fluid channels 7 are arranged at intervals to one another, which preferably have different lengths (see Figure 1).
  • the respective circumstances of a water detection system are met.
  • any width sections of the Geschiebefanges 2 and the power plant inlet 1 can be equipped with fluid channels 7 and certain vulnerable to the deposition of suspended matter areas can be protected by slurries arrangement of fluid channels 7.
  • fluid channels 7 is possible not only in the region of a sole 13 of the Geschiebefanges 2, but possibly also on vertical gradations or weir-like elevations at other points of the power plant inlet. 1
  • the fluid channels 7 according to the invention can be designed both as plastic hoses or other external devices which are attached to the sole 13 of the power plant inlet 1, but provision is also possible during the foundation of the plant in that the fluid channels 7 are poured professionally into the liquid concrete become.
  • the latter variant offers the advantage of reduced abrasion.
  • the shut-off valves 9 can be selectively activated via a control station (not shown). During a rinsing process, the shut-off valves 9 closest to the gate valve 6 are now preferably opened, followed by a time-delayed opening of the shut-off valves 9 which are located further relative to the gate valve 6 in order to open the gate To be able to better control the process of sediment transfer.
  • Another measure, not shown, to better regulate the flushing process is the arrangement of pressure sensors 19 in the sole 13 of the power plant inlet 1. In case of exceeding a permissible bed weight, a signal to a control station or directly to the shut-off valves 9 and the gate valve 6 is sent and a Rinsing process can be initiated.
  • the detection of a maximum allowable quantum quantity can also be done via devices that locate quantities of material by sound localization.

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Abstract

Die mit den Wassermassen eines Flusses mitgeführten Feststoffe, Geschiebe (4) genannt, verursachen im Kraftwerkszulauf (1) von Wasserkraftwerken unerwünschte Materialansammlungen. Um ein rasches und wirkungsvolles Ausspülen des im Kraftwerkszulauf (1) abgelagerten Geschiebes (4) zu gewährleisten, wurden im Bereich der Sohle (13) des Kraftwerkszulaufes (1) Fluidkanäle (7) vorgesehen, welche quer zur Strömungsrichtung angeordnet sind und sich quer über den Kraftwerkszulauf (1) in Richtung zum Absperrschieber (6) erstrecken, wobei selbige Fluidkanäle (7) Austrittsöffnungen (8) aufweisen. Durch Aktivierung eines Kompressors (16) werden die Fluidkanäle (7) mit Druckluft beschickt, sodass das Geschiebe (7) dadurch von der Sohle (13) gelöst und über einen Spülwasserkanal (5) zurück ins Flussbett (17) abgeführt werden kann. Im Zuge des Spülvorganges wird ein zum Spülwasserkanal (5) führender Absperrschieber (6) nur über eine möglichst kurze Zeitspanne offengehalten und bleibt ansonsten geschlossen, sodass der Wasserbedarf zum Spülen von Geschiebe (4) möglichst gering gehalten und dem Triebwasserkanal (3) somit vergleichsweise wenig Wasser entzogen wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Wasserkraftwerksanlage mit einem Kraftwerkszulauf, mindestens einem Triebwasserkanal und mindestens einem Spülwasserkanal sowie einem den Spülwasserkanal bei Bedarf öffnenden und absperrenden Absperrschieber gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Abführen von Geschiebematerial bei Wasserkraftwerksanlagen, umfassend einen Kraftwerkszulauf, mindestens einen Triebwasserkanal und mindestens einen Spülwasserkanal sowie einen den Spülwasserkanal bei Bedarf öffenden und absperrenden Absperrschieber gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
  • Die Produktion von elektrischer Energie erfolgt im alpinen Raum zu einem großen Teil durch die Nutzung von Wasserkraft. Auch in flacherem Gelände finden Flusskraftwerke, welche beispielsweise mit Francis- oder Kaplanturbinen bestückt sind, Einsatz, um die kinetische Energie des Wassers über Generatoren in elektrische Energie umzuwandeln.
  • Die zum Antrieb der Turbinen notwendige Wasserentnahme aus dem Flussbett erfolgt dabei durch Wasserfassungen, welche meist aus einem Fassungsbauwerk mit anschließendem Kraftwerkszulauf zur Entsandung bestehen. Das Fassungsbauwerk umfasst oft ein Grundwehr mit liegendem Grobrechen ("Tiroler Wehr") oder einen Vertikalrechen, welche dem Fang von mit den Wassermassen mitgespültem Kies und Treibgut dienen. Anschließend gelangt das Wasser in einen zum Triebwasserkanal führenden Kraftwerkszulauf, wo bei stark reduzierter Fließgeschwindigkeit die noch verbleibenden Feststoffe, im folgenden Geschiebe genannt, absedimentieren können. Dabei handelt es sich im Allgemeinen um Feststoffe mit Korngrößen von über 0,5 mm.
  • Das sich im Kraftwerkszulauf ablagernde Geschiebe muss kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen gespült werden, um die Funktionsweise des Kraftwerkszulaufes aufrechtzuerhalten. Hat sich im Kraftwerkszulauf zuviel Geschiebe angesammelt, wird zumeist ein einen Spülwasserkanal verschließender Absperrschieber geöffnet und das Geschiebe in Richtung des Spülwasserkanals ausgespült. Das Grundprinzip der Spülung besteht darin, dass man die natürliche Schleppspannung des Wassers nutzt, um das abgelagerte Geschiebe aus dem Kraftwerkszulauf auszuspülen. Dieser Spülvorgang wird entweder manuell oder durch in der Sohle des Kraftwerkszulaufs angeordnete Drucksensoren veranlasst.
  • Die Ansammlung von Geschiebe in großen Massen birgt auch die Gefahr, dass während des Spülens weiter nach unten bewegte Sedimente die Wasserfassungsbauten durch Verstopfung in ihrem Betrieb beeinträchtigen. Desweiteren kann das sich ablagernde Geschiebe zu einer Verringerung des Wasserspeichervolumens führen; man spricht dabei von "Verlandung".
  • Das in den Triebwasserkanal und in weiterer Folge zu den Turbinenlaufrädern gelangende Flusswasser soll hingegen möglichst frei von Sand und Schwebestoffen sein, um einen weitgehendst abrasionsfreien Turbinenbetrieb gewährleisten zu können.
  • Bei Spülvorrichtungen nach dem allgemeinen Stand der Technik erfolgt oft eine permanente Spülung des Geschiebes über einen ständig offenstehenden Spülwasserkanal, der wieder im Flussbett mündet. Ein solches Spülen hat jedoch auch mehr Wasserbedarf zur Folge, was in Konsequenz wiederum mehr Geschiebematerial mit sich zieht, da der Eintrag von Geschiebe im Wesentlichen eine Funktion der Abflüsse ist. Permanentes Spülen ist des weiteren mit einem hohen Verschleiß des Absperrschiebers verbunden.
  • Naturversuche haben gezeigt, dass Material mit einer mittleren Korngröße 2mm < d < 8mm bei Fließgeschwindigkeiten zwischen 1,5 bis 3 m/s transportiert wird. Daraus folgt, dass zur Spülung der feinkiesigen Geschiebemassen ebenso große Geschwindigkeiten erreicht werden müssen, was aber einen entsprechend großen Abzug des für den Turbinenbetrieb gedachten Wasservolumens mit sich bringt. Die Turbine muss im Falle einer Spülung stets gedrosselt werden, was zu einer Verringerung ihrer Leistungskapazität und zu Einbußen in der Energieerzeugung führt.
  • Des weiteren haben einfache intervallartige Gesamtspülungen den Nachteil, dass bei größeren Geschiebemassen Turbulenzen oder gar Verstopfungen herbeigeführt werden können und dass die im Ufer- oder Randbereich abgelagerten Geschiebevolumina durch die Spülungen nicht oder nur unzureichend vom Wasserstrom erfasst werden. Zonen mit geringeren Fließgeschwindigkeiten bieten insofern ideale Voraussetzungen für die Ablagerung von Schwebestoffen.
  • Aus der US 4 074 535 A ist eine Baggervorrichtung zum Entfernen von in Wasserwegen entstandenen Ablagerungen, insbesondere Sand und Schlamm, bekannt. Zu diesem Zweck sind mehrere am Boden des Wasserweges verlaufende Rohre vorgesehen, welche mit einer Vielzahl an Öffnungen versehen ist, über welche das Wasser/Sedimentgemisch mit einer Pumpstation permanent abgesaugt wird. Selbige Rohre sind mit parallel dazu verlaufenden Druckleitungen versehen, welche von einer Pumpe mit unter Druck stehendem Wasser beschickt werden und mittels auf die Öffnungen der Rohre gerichteten Düsen jene Öffnungen vor Verstopfung bewahren. Ein Triebwasserkanal, ein Spülwasserkanal sowie ein Absperrschieber bzw. eine Lockerung von Geschiebe zwecks Abführung über einen Spülwasserkanal/Absperrschieber sind in der US 4 074 535 A nicht offenbart.
  • Da die Effektivität der Spülungstechnik entscheidend für die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit einer Wasserkraftwerksanlage ist, ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abführen von Geschiebematerial zu schaffen, welche ein rasches und wirkungsvolles Ausspülen des im Kraftwerkszulauf abgelagerten Geschiebes gewährleisten und bei welchen der zum Spülwasserkanal führende Absperrschieber nur über eine möglichst kurze Zeitspanne während des Spülvorganges offengehalten wird, ansonsten geschlossen bleibt.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Unter Vorsehung mindestens eines Fluidkanals, welcher tauglich ist, unter Druck stehende Fluide wie Luft oder Wasser zu transportieren, und der an seinem Verlauf an der Sohle des Kraftwerkszulaufes Austrittsöffnungen aufweist, kann eine effektive und an die jeweiligen Formverhältnisse der Anlage adaptierbare Spülung von Geschiebe gewährleistet werden. Hierbei ist der mindestens eine Fluidkanal im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung angeordnet und erstreckt sich quer über den Kraftwerkszulauf in Richtung zum Absperrschieber. Durch diesen Verlauf von Fluidkanälen wird ein zweckmäßiges und direktes Umfassen der für die Geschiebeansammlung relevanten Bereiche des Kraftwerkszulaufes angestrebt.
  • Die Beschickung des Fluidkanals mit Medien wie Luft oder Wasser bewirkt an den dafür vorgesehenen Austrittsöffnungen ein stoßartiges Hervortreten des Mediums, sodass infolge dieser kinetischen Wirkung abgelagertes Geschiebe vom Geschiebefang bzw. der Sohle des Kraftwerkszulaufes gelöst und dieses zum Abtransport in den wieder zurück ins Flussbett führenden Spülwasserkanal freigegeben wird.
  • Es sind beliebige Verlaufsführungen und Anordnungen der Fluidkanäle möglich, die ganz nach den Erfordernissen einer jeweiligen Anlage ausgestaltet sein können. Ihre Vorsehung ist nicht nur im Sohlenbereich eines Geschiebefanges möglich, sondern gegebenenfalls auch an Wehren und Abstufungen in beliebiger Höhe.
  • Mit der Anordnung von Austrittsöffnungen aufweisenden Fluidkanälen an willkürlichen Stellen der Wasserfassung werden auch im Ufer- oder Randbereich abgelagerte Geschiebevolumina durch die Spülungen erfasst. Ablagerungsgefährdete Zonen mit geringeren Fließgeschwindigkeiten können aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen wirkungsvoll kontrolliert und von Geschiebe freigehalten werden.
  • Den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 zufolge ist im Bereich der Sohle des Kraftwerkszulaufes noch ein Geschiebefang vorgesehen, in welchem der mindestens eine Fluidkanal angeordnet ist. Mit der Einrichtung eines eigenen Geschiebefanges, meist in Form einer quer zur Strömungsrichtung des Wassers verlaufenden Schulter oder Rinne, wird im Kraftwerkszulauf eine Soll-Sammelstelle für sich ablagerndes Geschiebe platziert. Durch die bewusste Bereitstellung eines Raumes, an dem sich das von den Wassermassen mitgeführte Geschiebematerial konzentrieren soll, wird eine bessere Handhabung und Kontrolle ebendieses erreicht.
  • Zufolge den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 3 sind mehrere Kanäle in Abständen parallel zueinander verlaufend angeordnet und weisen vorzugsweise jeweils unterschiedliche Längen auf. Durch diese Anordnung kann auf die spezifischen Gegebenheiten einer Wasserfassungsanlage Rücksicht genommen werden. Beliebige Breitenabschnitte des Geschiebefanges bzw. des Kraftwerkszulaufes können mit Fluidkanälen bestückt werden und bestimmte für die Ablagerung von Schwebestoffen prädestinierte Bereiche können durch umfangreichere Anordnung von Fluidkanälen vor Verschlackung geschützt werden.
  • Die kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 4 besagen, dass die Länge zumindest eines Fluidkanals im wesentlichen der Breite des Kraftwerkszulaufs entspricht. Hiermit soll sichergestellt werden, dass die gesamte Strömungsbreite des Zulaufs von den erfindungsgemäßen Maßnahmen umfasst wird.
  • Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 5 ist der mindestens eine Fluidkanal in Form eines Schlauches aus polymerem Werkstoff ausgeführt, um den Erfordernissen von Elastizität und Alterungsbeständigkeit zu entsprechen.
  • Ebenso ist gemäß Anspruch 6 auch eine Vorsehung der Fluidkanäle während der Fundamentierung einer Anlage möglich, indem diese fachgerecht in den flüssigen Beton eingegossen werden. Eine dauerhafte Einbettung in der Sohle des Kraftwerkszulaufs bietet gegenüber einer externen Anbringung den Vorteil, keinen Angriffspunkt für nachdrängende Geschiebemassen zu bieten und ist insofern verschleißärmer.
  • Den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 zufolge ist das unter Druck an das Wasser im Kraftwerkszulauf abgegebene Fluid Luft. Als universell verfügbares Medium kann Luft in einen Zustand komprimiert werden, in dem es fähig ist, die gewünschte kinetische Wirkung an den Geschiebeansammlungen zu vollbringen.
  • Die kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8 beschreiben eine Verbindung des mindestens einen Fluidkanals mit einem Kompressor oder einer Pumpvorrichtung. Ein Aktivieren des Kompressors bewirkt im Fluidkanal einen Transport von Druckluft, welche an den dafür vorgesehenen Austrittsöffnungen stoßartig hervortritt und infolge dieser kinetischen Wirkung abgelagertes Geschiebe vom Geschiebefang löst und dieses zum Abtransport in den wieder zurück ins Flussbett führenden Spülwasserkanal freigibt. Derselbe Auflockerungs- und Lösungseffekt am Geschiebe kann statt des Mediums Luft auch mit dem Medium Wasser erzielt werden. Zur Erreichung der geschilderten Wirkung ist auch eine Beschickung der Fluidkanäle mit unter Druck stehendem Wasser denkbar. Der hierbei notwendige Wasserdruck wird in solchem Falle über Pumpen oder verwandte strömungstechnische Anlagen aufgebaut.
  • Die Merkmale des Anspruchs 9 erlauben fertigungstechnische Vorteile. Dabei sind die Austrittsöffnungen in regelmäßigen Abständen entlang des mindestens einen Fluidkanals angeordnet. Ebenso möglich ist jedoch auch eine willkürliche Anordnung ebendieser. Vorzugsweise ist mindestens eine Austrittsöffnung im Bereich des Absperrschiebers vorgesehen.
  • Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 10 weisen die Austrittsöffnungen des Fluidkanals Absperrventile auf, welche von einer Kontrollstation ansteuerbar sind. Diese Maßnahme erlaubt ein exaktes Ansteuern der Austrittsöffnungen, sodass beispielweise eine exakte Koordination dieses Vorgangs mit dem Öffnen und Schließen eines zum Spülwasserkanal führenden Absperrschiebers erfolgen kann.
  • Zufolge den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 11 ist die Kontrollstation mit in der Sohle des Kraftwerkszulaufes angeordneten Drucksensoren gekoppelt. Überschreitet das Quantum der Geschiebeansammlung ein kontrollseitig festgesetztes Höchstmaß, wird dies durch auf Gewicht geeichte Sensoren registriert und ein Signal zur Kontrollstation gesendet. Das erfolgte Signal kann auch vollautomatisch zur selbsttätigen Einleitung eines Spülvorganges samt Öffnen des Absperrschiebers führen. Durch diese Maßnahme wird der Gefahr einer Überfrachtung des Kraftwerkszulaufes bzw. Geschiebefanges mit unbemerkten Ablagerungen entgegengewirkt.
  • Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 12 richten sich auf ein Verfahren zum Abführen von Geschiebe im einer Wasserkraftwerksanlage umfassend einen Kraftwerkszulauf, mindestens einen Triebwasserkanal und mindestens einen Spülwasserkanal sowie einen den Spülwasserkanal bei Bedarf öffnenden und absperrenden Absperrschieber. Dabei ist vorgesehen, dass ein gasförmiges oder flüssiges Medium unter Druck aus dem Bereich der Sohle eines Kraftwerkszulaufes in Richtung des Flusswassers geleitet und dort ausgeblasen wird, um abgelagertes Geschiebe aufzulockern, zu lösen und über den Spülwasserkanal abzuführen. Die zufolge des erzeugten Drucks auftretende Stoßwirkung des Mediums bewirkt einen Kraftangriff am Geschiebe, um dieses von einer Stelle, an der es sich unerwünschterweise abgelagert hat, wegzubewegen. In der Folge kann es über den Spülwasserkanal, welcher über den Absperrschieber für die Zeit des Spülvorganges geöffnet wird, ausgeleitet werden. Diese Methode erlaubt ein effizientes und gezieltes Lösen und Abführen von unerwünschtem Geschiebe im Bereich des Kraftwerkszulaufs eines Wasserkraftwerkes.
  • Durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 13, welche das Ausblasen des Mediums an unterschiedlichen Positionen im Kraftwerkszulauf gleichzeitig vorsieht, ergibt sich der Vorteil größerer Flexibilität in Hinblick auf die Lösung des Geschiebes. Bestimmte Problemzonen des Kraftwerkszulaufs, die für Geschiebeablagerungen besonders anfällig sind, können auf diese Weise gezielt angesteuert und kontrolliert werden.
  • Eine noch erweiterte Steuerungsmöglichkeit des Ausblasvorgangs wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 14 erreicht, indem das Ausblasen des Mediums an unterschiedlichen Positionen im Kraftwerkszulauf zu unterschiedlichen Zeiten in einer definierten Zeitabfolge erfolgt. Damit auf die Verteilung von Geschiebematerial über die Breite des Kraftwerkszulaufs noch besser Rücksicht genommen werden.
  • Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 15 beschreiben bei diesem Verfahren ein vorzugsweises Ausblasen zuerst an einer dem Absperrschieber nächstgelegenen Position, gefolgt von einem zeitversetzten Ausblasen an relativ zum Absperrschieber ferner gelegenen Positionen. Diese Maßnahme erlaubt ein kontinuierliches und kontrolliertes Abtragen der Geschiebeansammlungen, sodass Turbulenzen und Stauungen am Absperrschieber durch abrupt gelöste Materialmassen hintangehalten werden.
  • Gemäß den kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 16 erfolgt das Öffnen und Schließen eines Absperrschiebers, der den Weg zum Spülwasserkanal freigibt, zeitlich koordiniert mit dem Ausblasvorgang. Demzufolge wird der ansonsten fest verschlossene Absperrschieber bei Bedarf kurzfristig geöffnet und ein Ausblasen an Stellen willkürlicher Reihenfolge eingeleitet. In der Folge wird das im Geschiebefang bzw. im Kraftwerkszulauf abgelagerte Geschiebe vom Bodengrund gelöst und kann vom Sog des nun in Richtung des Spülwasserkanals abfließenden Wassers wegbefördert werden. Möglichst rasch nach dem erfolgten Abfördern wird der Absperrschieber wieder verschlossen. Mit diesem Verfahren wird der Wasserbedarf zum Spülen von Geschiebe möglichst gering gehalten, dem Triebwasserkanal wird somit vergleichsweise wenig für den Laufwerksantrieb notwendiges Wasser entzogen und die Zeitspanne für eine Turbinendrosselung kann minimiert werden.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt:
    • Fig.1
    eine schematische Darstellung einer Wasserfassungsanlage
    Fig.2
    eine Schnittdarstellung eines Abschnittes eines Kraftwerkszulaufes mit Geschiebefang entlang der Linie XX aus Fig.1
    Fig.3
    eine Schnittdarstellung entlang der Linie AA aus Fig.2
  • In Fig.1 wird eine Anlage zur Wasserfassung aus einem Flussbett 17 schematisch dargestellt, wie sie zur Bereitstellung von Wasser zum Antrieb von Turbinen 14 und 15 eines Wasserkraftwerks üblicherweise errichtet wird. Ein meist vorgeschaltetes Grundwehr mit liegendem oder vertikalem Grobrechen, welche dem Fang von mit den Wassermassen mitgespültem Kies und Treibgut dienen, ist nicht dargestellt.
  • Der aus dem Flussbett 17 entnommene Wasserstrom 10 gelangt in der Folge in einen Kraftwerkszulauf 1, wo bei stark reduzierter Fließgeschwindigkeit die noch verbleibenden Feststoffe, im folgenden Geschiebe 4 genannt, absedimentieren können. Dabei handelt es sich im Allgemeinen um Korngrößen von über 0,5 mm.
  • Um dem Triebwasserkanal 3, welcher die Turbinen 14 und 15 mit einem Wasserstrom 18 zum Antrieb ihrer Laufräder beschickt, möglichst sauberes Triebwasser zuführen zu können, erlangt eine effiziente Technik zur Beseitigung von mit dem Wasserstrom 10 mitgeführtem Geschiebe 4 besondere Bedeutung.
  • Das sich im Kraftwerkszulauf 1 ablagernde Geschiebe 4 muss in regelmäßigen Abständen, noch bevor eine Überfrachtung des Kraftwerkszulaufes 1 oder eine Verfestigung des Geschiebes 4 am Bodengrund zustande kommt, über einen Spülwasserkanal 5 ausgespült werden, wo es wieder in das Flussbett 17 mündet.
  • Die Verlaufsführung des Spülwasserkanals 5 ist ebenso wie jene des Triebwasserkanals 3 rein beispielhaft dargestellt und kann in anderer Ausführung ebenfalls vertikale oder anderweitig gewundene Streckenabschnitte aufweisen.
  • Die Figuren 2 und 3 zeigen eine Detaildarstellung eines Kraftwerkszulaufes 1 samt Geschiebefang 2 unter Vorsehung von erfindungsgemäßen Fluidkanälen 7 mit Austrittsöffnungen 8, an welchen (nicht dargestellte) Absperrventile 9 angebracht sind und welche in Richtung des Absperrschiebers 6 verlaufen. Die mit Bezugsziffer 10 versehenen Pfeile in Fig.2 veranschaulichen dabei die Strömungsrichtung des Wasserstroms 10 im Kraftwerkszulauf 1 und in weiterer Folge zum Triebwasserkanal 3, die mit Bezugsziffer 11 versehenen Pfeile in Fig.3 zeigen die Strömungsrichtung eines vom Wasserstrom 10 abgezweigten Wasserstroms 11 in Richtung des Spülwasserkanals 5 bei geöffnetem Absperrschieber 6.
  • Die Fluidkanäle 7 sind mit einem in Fig.1 am Uferrand angeordneten, aber ebenso auch an anderer Stelle positionierbaren Kompressor 16 oder einer Pumpstation verbunden.
  • Ein Aktivieren des Kompressors 16 bewirkt im Fluidkanal 7 einen Transport von Fluiden 12, vorzugsweise Druckluft oder O2, welche an den dafür vorgesehenen Austrittsöffnungen 8 stoßartig hervortreten und so abgelagertes Geschiebe 4 vom Geschiebefang 2 lösen und dieses zum Abtransport in den wieder zurück ins Flussbett 17 führenden Spülwasserkanal 5 freigeben. Statt der Verwendung des Mediums Luft ist auch der Einsatz von Wasser möglich, welches ebenfalls über geeignete Vorrichtungen wie Pumpen unter Druck gesetzt und in den Fluidkanälen 7 transportiert wird.
  • Dabei sind mehrere Fluidkanäle 7 in Abständen zueinander angeordnet, welche vorzugsweise unterschiedliche Längen aufweisen (siehe Fig.1). Durch diese Anordnung kann den jeweiligen Gegebenheiten einer Wasserfassungsanlage entsprochen werden. So können etwa beliebige Breitenabschnitte des Geschiebefanges 2 bzw. des Kraftwerkszulaufes 1 mit Fluidkanälen 7 bestückt werden und bestimmte für die Ablagerung von Schwebestoffen anfällige Bereiche können durch umfangreichere Anordnung von Fluidkanälen 7 vor Verschlackung geschützt werden.
  • Dem Anwender sind jedoch beliebige Verlaufsführungen und Anordnungen der Fluidkanäle 7 möglich und auch eine Vorsehung der erfindungsgemäßen Maßnahmen in dem Kraftwerkszulauf 1 vorgeschalteten weiteren Filterräumen oder zur Schlacken- und Algenbeseitigung im Triebwasserkanal 3 kann unter Umständen sinnvoll sein und Einsatz finden.
  • Die Vorsehung von Fluidkanälen 7 ist nicht nur im Bereich einer Sohle 13 des Geschiebefanges 2 möglich, sondern gegebenenfalls auch an vertikalen Abstufungen oder wehrartigen Erhebungen an anderen Stellen des Kraftwerkszulaufes 1.
  • Die erfindungsgemäßen Fluidkanäle 7 können sowohl als Kunststoffschläuche oder andere externe Vorrichtungen, die an der Sohle 13 des Kraftwerkszulaufes 1 angebracht sind, ausgeführt sein, ebenso ist aber auch eine Vorsehung während der Fundamentierung der Anlage möglich, indem die Fluidkanäle 7 fachgerecht in den flüssigen Beton eingegossen werden. Letztere Variante bietet den Vorteil verminderten Abriebs.
  • Die Absperrventile 9 sind über eine (nicht dargestellte) Kontrollstation selektiv aktivierbar. Während eines Spülvorganges werden nun vorzugsweise die dem Absperrschieber 6 nächstgelegenen Absperrventile 9 geöffnet, gefolgt von einem zeitversetzten Öffnen der relativ zum Absperrschieber 6 ferner gelegenen Absperrventile 9, um den Vorgang des Geschiebeabtrages besser kontrollieren zu können. Das Öffnen und Schließen des Absperrschiebers 6, der den Weg zum Spülwasserkanal 5 freigibt, erfolgt zeitlich koordiniert mit der Betätigung der Absperrventile 9, um die Öffnungszeit für den Wasserstrom 11 weitgehends zu minimieren.
  • Eine weitere nicht dargestellte Maßnahme zur besseren Regulierung des Spülvorganges ist die Anordnung von Drucksensoren 19 in der Sohle 13 des Kraftwerkszulaufes 1. Im Falle der Überschreitung eines zulässigen Geschiebegewichts wird ein Signal zu einer Kontrollstation oder direkt zu den Absperrventilen 9 und dem Absperrschieber 6 gesendet und ein Spülvorgang kann eingeleitet werden.
  • Anstelle von Drucksensoren 19 kann die Detektion eines höchst zulässigen Geschiebequantums auch über Vorrichtungen geschehen, die Materialmengen durch Schallortung lokalisieren.

Claims (16)

  1. Wasserkraftwerksanlage mit einem Kraftwerkszulauf (1), mindestens einem Triebwasserkanal (3) und mindestens einem Spülwasserkanal (5) sowie einem den Spülwasserkanal (5) bei Bedarf öffnenden und absperrenden Absperrschieber (6), dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Sohle (13) des Kraftwerkszulaufes (1) mindestens ein Fluidkanal (7) vorgesehen ist, welcher mit mindestens einer Austrittsöffnung (8) versehen ist, über die ein unter Druck stehendes Fluid (12) abgebbar ist und der mindestens eine Fluidkanal (7) im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung angeordnet ist und sich quer über den Kraftwerkszulauf (1) in Richtung zum Absperrschieber (6) erstreckt.
  2. Wasserkraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Fluidkanal (7) im Bereich eines im Kraftwerkszulauf (1) angeordneten Geschiebefangs (2) angeordnet sind.
  3. Wasserkraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Fluidkanäle (7) in Abständen parallel zueinander verlaufend angeordnet sind und vorzugsweise jeweils unterschiedliche Längen aufweisen.
  4. Wasserkraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge zumindest eines Fluidkanals (7) im wesentlichen der Breite des Kraftwerkszulaufs (1) entspricht.
  5. Wasserkraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Fluidkanal (7) in Form eines Schlauches aus polymerem Werkstoff ausgeführt ist.
  6. Wasserkraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Fluidkanal (7) Teil der betonierten Sohle (13) des Kraftwerkszulaufes (1) ist.
  7. Wasserkraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das unter Druck an das Wasser im Kraftwerkszulauf abgegebene Fluid (12) Luft ist.
  8. Wasserkraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Fluidkanal (7) mit einem Kompressor (16) oder einer Pumpvorrichtung (16) verbunden ist.
  9. Wasserkraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (8) in regelmäßigen Abständen entlang des mindestens einen Fluidkanals (7) angeordnet sind und vorzugsweise mindestens eine Austrittsöffnung im Bereich des Absperrschiebers (6) vorgesehen ist.
  10. Wasserkraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (8) Absperrventile (9) aufweisen, welche von einer Kontrollstation ansteuerbar sind.
  11. Wasserkraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Sohle (13) des Kraftwerkszulaufes (1) Drucksensoren (19) zur Messung des Geschiebedrucks vorgesehen sind, wobei vorzugsweise in Abhängigkeit des Geschiebedrucks eine Steuerung der Absperrventile erfolgt.
  12. Verfahren zum Abführen von Geschiebe (4) im einer Wasserkraftwerksanlage umfassend einen Kraftwerkszulauf (1), mindestens einen Triebwasserkanal (3) und mindestens einen Spülwasserkanal (5) sowie einen den Spülwasserkanal (5) bei Bedarf öffnenden und absperrenden Absperrschieber (6), dadurch gekennzeichnet, dass ein gasförmiges oder flüssiges Medium unter Druck aus dem Bereich der Sohle (13) des Kraftwerkszulaufes (1) an das Flusswasser bzw. in das die Sohle (13) des Kraftwerkszulaufes (1) bedeckende Geschiebe ausgeblasen wird und das auf diese Weise gelockerte Geschiebe (4) über den Spülwasserkanal (5) abgeführt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausblasen des Mediums an unterschiedlichen Positionen im Kraftwerkszulauf (1) gleichzeitig erfolgt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausblasen des Mediums an unterschiedlichen Positionen im Kraftwerkszulauf (1) zu unterschiedlichen Zeiten in einer definierten Zeitabfolge erfolgt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausblasen zuerst an einer dem Absperrschieber (6) nahegelegenen Position erfolgt, gefolgt von einem zeitversetzten Ausblasen an relativ zum Absperrschieber (6) ferner gelegenen Positionen.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen und Schließen des Absperrschiebers (6) in zeitlicher Abhängigkeit zum Ausblasvorgang erfolgt.
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