Die Erfindung bezieht sich auf einen Grundablass mit einem durch einen Betriebsverschluss absperrbaren Stollen, in dem mindestens eine Blende angeordnet ist.
Grundablässe werden am Grund von Stauseen angeordnet und dienen der Wasserabfuhr. Wegen der grossen Höhendiffe renz zur Wasseroberfläche treten beim Betrieb hohe kinetische Energien auf, die schwer zu beherrschen sind. Der Energieverzehrung muss deshalb besonderes Augenmerk geschenkt werden.
Bei den bisher bekannten Grundablässen sind meist nur unterwasserseitig des Betriebsverschlusses sogenannte Energievelzehrer, also Einrichtungen zur Umwandlung der kinetischen Energie des Wassers in Wärme, vorgesehen. Üblicherweise ist dabei der Betriebsverschluss, also der die Wasserabfuhr regelnde Verschluss, am Ende des Grundablasses angeordnet. Der austretende Strahl wird vollkommen belüftet und mündet meist in einem ganz im Freien liegenden Tosbecken.
Während bei dieser Art der Energieverzehrung das Auftreten von Kavitationserscheinungen leicht vermeidbar ist, ergibt sich andererseits der Nachteil. dass ein grosses und entsprechend teures Tosbecken vorgesehen werden muss. Ausserdem können starke Erschütterungen auftreten. Für den Ausnahmefall, dass der Betriebsverschluss nicht am Ende des Grundablasses vorgesehen ist, wurde bereits vorgeschlagen, die Energieverzehrung in einem unterwasserseitig des Betriebsverschlusses vorgesehenen eingestauten Tosbecken vorzunehmen (vgl. ÖP 266 156).
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, Blenden in Form von mit Durchlässen versehenen Platten im Stollen anzuordnen, um den Stollenraum zur Umwandlung der Strömungsenergie heranzuziehen. Bei der französischen Patentschrift Nr. 944 883 sind solche Platten nach dem am Stolleneingang liegenden Betriebsverschluss angeordnet. In der DDR-Patentschrift 27 974 (Ludewig) wurde vorgeschlagen, vor dem Betriebsverschluss von Rohrleitungen in gewissen Abständen gelochte Bleche anzuordnen, die den Rohrquerschnitt nur zum Teil freigeben und das Wasser verwirbeln. Unter den bei Grundablässen herrschenden Bedingungen haben solche Lochplatten bzw. Lochbleche jedoch verschiedene Nachteile, die ihre Anwendung praktisch ausschliessen.
Insbesondere ist es notwendig, die Bleche sehr massiv auszubilden, wenn die durch das Druckgefälle im Energieverzehrungsbereich bedingten Kräfte nicht zur Zerstörung führen sollen. Zudem ist die Beherrschung der Kavitationsgefahr im Bereich der einzelnen Löcher schwierig. Schliesslich ist bei Verwendung von Lochplatten bzw. -blechen der für Grundablässe wesentliche Geschiebetransport behindert.
Um diese Nachteile zu vermeiden, sieht die Erfindung vor, dass die Blende als Querschnittseinschnürung des Stollens mit zusammenhängender Durchflussfläche und einer scharfen Abreisskante beim kleinsten Querschnitt ausgebildet ist.
Eine Erweiterung des durchschnittlichen Stollenquerschnittes wird durch die Erfindung nicht notwendig, da dieser immer wesentlich grösser ist, als dies für die Wasserabfuhr aus dem gefüllten Stausee notwendig ist.
Die erfindungsgemässe Ausgestaltung bedingt einerseits Kosten für den Einbau der Energieverzehrung und für die Vergrösserung des Betriebsverschlusses. Dem steht als technischer Vorteil gegenüber, dass die Energie des aus dem Betriebsverschluss austretenden Strahles nun auch bei Stauseen grösster Höhe sicher beherrschbar wird und dass durch die Verkleinerung der benötigten Tosbecken ein bedeutender wirtschaftlicher Vorteil entsteht, der die aufzuwendenden Kosten weit überwiegt.
Die Anwendung der Erfindung ist sowohl bei Neubauten als auch bei bestehenden, nicht voll befriedigenden Anlagen möglich.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anschliessend anhand der Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 und 2 zeigen schematische Längsschnitte durch zwei
Grundablässe,
Fig. 3 und 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Energie verzehrers,
Fig. 5 und 6 ein zweites Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 und 8 ein drittes Ausführungsbeispiel, jeweils von der
Seite bzw. von oben.
Der in Fig. 1 dargestellte Grundablass besteht im wesent lichen aus einem Druckstollen 3 mit einem Einlauf 1, der sich am Grund eines Stausees befindet, und einem Betriebsver schluss 4, der den Wasserablauf regelt; unterwasserseitig des
Betriebsverschlusses 4 befinden sich in üblicher Weise nicht dargestellte Energieverzehrer, z.B. ein Tosbecken. Im Druck stollen 3 sind Einbauten 2 angeordnet, deren engster Quer schnitt eine Blende bildet. Die Innenwandungen 5 der Einbau ten 2 laufen zunächst in Fliessrichtung stetig zusammen und enden in scharfen Abreisskanten 6, hinter denen Verwirbelung des Wassers eintritt, wodurch kinetische Energie in Wärme umgewandelt wird. Zwischen Energieverzehrern und Betriebs verschluss herrscht auf jeden Fall ein wesentlicher Überdruck, das Problem von Kavitations- und Schwingungserscheinungen stellt sich daher überhaupt nicht.
In der Regel wird man die Blenden so anordnen, dass bei geöffnetem Betriebsverschluss etwa die Hälfte der maximalen
Energie in oberwasserseitigen Druckstollen, die restlichen
50% unterhalb des Betriebsverschlusses verzehrt werden. Die
Durchflussfläche des Betriebsverschlusses muss in diesem Fall um ca. 60% gegenüber der theoretischen Minimalfläche bei verlustfreiem Druckstollen vergrössert werden.
Bei nur geringer Öffnung des Betriebsverschlusses ist aller dings mit unbeweglichen Einrichtungen keine hinreichende
Energievernichtung gegeben. Die Energieverluste an diesen
Energieverzehrern hängen nämlich vom Quadrat der Fliessge schwindigkeit und somit vom Quadrat der Wassermenge ab.
Bei kleineren Wassermengen nimmt deshalb die energieverzehrende Wirkung von unbeweglichen Energieverzehrern stark ab und der Druck am Betriebsverschluss erreicht nahezu die volle Grösse. Ein Ausweg besteht in der Verwendung von beweglichen Blenden und veränderlichen Durchflussflächen.
Da bewegliche Blenden vor den Verschlüssen aber schlecht zugänglich sind, sollen sie vorzugsweise nach dem Betriebsver schluss, wie in Fig. 2 dargestellt, verwendet werden. Wie in
Fig. 1 angeordnete - im allgemeinen feste - Blenden finden daher vor allem als Zusatzeinrichtungen zu Anordnungen nach Fig. 2 und zur Verbesserung bereits bestehender Anlagen Verwendung.
Die Anordnung nach Fig. 2 ist dadurch charakterisiert, dass
Blenden nach dem Betriebsverschluss angeordnet sind. In dem in Fig. 2 links, also oberwasserseitig vom Betriebsverschluss 4 befindlichen Teil des Stollens 3 treten nur die unvermeidlichen
Reibungsverluste auf. Die Energieverzehrung erfolgt haupt sächlich in der an den Betriebsverschluss 4 anschliessenden
Toskammer 7 und in dem Stollenteil, in dem durch die Blen den bildenden Einbauten 2 eine starke Verwirbelung des
Wassers stattfindet. Um Luftzutritt zu den Stollen zu vermei den, ist eine kleine Gegenschwelle 5 angeordnet, die den
Stollen einstaut. Ein Auslass 6 in der Gegenschwelle 5 erlaubt eine Entleerung des Stollens und eine kontinuierliche Abfuhr des Geschiebes während des Betriebes.
Die Grösse der erforderlichen Toskammer hängt von dem nach der Toskammer erzeugten Gegendruck ab. Dieser muss auf jeden Fall so gross sein, dass nach dem Betriebsverschluss bei beliebigem Betrieb des Grundablasses keine Kavitation auftritt. Der Gegendruck wird nun bei der dargestellten Ein richtung durch eine kleine Gegenschwelle und die Blenden erzeugt. Bei genügend grosser Stollenfläche ist es dabei möglich, den Querschnitt der Toskammer zu verkleinern, dass er mit dem übrigen Stollenquerschnitt übereinstimmt. Die Toskammer wird dann zu einem Teil des Stollens.
Die Energieverzehrung in einem nach der Toskammer angeordneten Stollen ist sehr wirtschaftlich, da sie mit einfachen Blenden durchgeführt werden kann, deren Kosten in keinem Verhältnis zu den Einsparungen bei der Toskammer und der Gegenschwelle stehen.
Die Blenden können verschiedene Form aufweisen und mit konstanter oder veränderlicher Durchflussfläche ausgebildet werden. In Fig. 3 und 4 ist eine feste Blende dargestellt, die dadurch entsteht, dass ein konisches Rohrstück in die Rohrleitung eingebaut wird. Am First und an der Sohle der Rohrleitung sind kleine Offnungen angeordnet, die eine Entleerung der Rohrleitung ermöglichen und Lufteinschlüsse beim Füllen vermeiden. Die Energieverzehrung erfolgt nicht direkt an der Wand, die dadurch geschont wird.
In Fig. 5 und 6 ist eine feste Blende mit durchgehender Sohle und durchgehendem First zu sehen. Dies ist günstig bei grosser Geschiebefracht. Die Einengung erfolgt seitlich. Die einengenden Flächen können eben, zylindrisch, kegelförmig etc. sein.
In Fig. 7 und 8 ist eine Blende mit veränderlicher Durchflussfläche dargestellt. Die Durchflussfläche einer solchen Blende braucht nur in gewissen Grenzen veränderlich sein. Ein Abschluss ist nicht erforderlich. Dies unterscheidet sie von einem Verschluss. Der Vorteil einer beweglichen Blende gegenüber einer festen liegt darin, dass man die Toskammer und die Verschlüsse kleiner ausführen kann. In der Regel braucht dann die Toskammer gegenüber dem Stollen nicht mehr vergrössert werden. Die Blendendurchflussflächen sollen so festgelegt werden, dass bei maxinialer Durchflussmenge keine Kavitation auftritt.