DE202008014037U1

DE202008014037U1 - Autonomous, independent of external energy sources hydroelectric power plant

Info

Publication number: DE202008014037U1
Application number: DE202008014037U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2018-10-22
Also published as: DE102008018998A1

Abstract

Vorrichtung zur Leitung einer Flüssigkeit von einem Reservoir (1) zu mehreren, strömungstechnisch hintereinander geschalteten Turbinen (10), vorzugsweise an Hand des Prinzips verbundener Gefäße, wobei jede Turbine (10) im unteren Bereich eines Fallrohres (Turbinenfallrohr 9) angeordnet ist, wobei jedes Turbinenfallrohr mit einem unteren Ableitungsbogen (11) verbunden ist, an den sich ein weiterer, vorzugsweise gerade gestreckter Rohrabschnitt anschließt, gekennzeichnet durch eine verschließbare Strömungsverbindung (13) zwischen einem Turbinenfallrohr (9) und dem stromabwärts auf den daran angeschlossenen Ableitungsbogen (11) folgenden Rohrabschnitt (12) als Bypass zu der an das betreffende Turbinenfallrohr (9) angeschlossenen Turbine (10).Device for conducting a liquid from a reservoir (1) to a plurality of turbines (10) connected in series, preferably by vessels connected to the principle, each turbine (10) being arranged in the lower region of a downpipe (turbine downpipe 9), each one Turbine downpipe with a lower discharge bend (11) is connected, which is followed by another, preferably straight stretched pipe section, characterized by a closable flow connection (13) between a turbine downpipe (9) and the downstream of the connected thereto derivation sheet (11) pipe section (12) as a bypass to the turbine (10) connected to the respective turbine downpipe (9).

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Leitung einer Flüssigkeit von einem Reservoir zu mehreren, strömungstechnisch hintereinander geschalteten Turbinen, vorzugsweise an Hand des Prinzips verbundener Gefäße, wobei jede Turbine im unteren Bereich eines Fallrohres (Turbinenfallrohr) angeordnet ist, wobei jedes Turbinenfallrohr mit einem unteren Ableitungsbogen verbunden ist, an den sich ein weiterer, vorzugsweise gerade gestreckter Rohrabschnitt anschließt.The The invention is directed to a device for conducting a liquid from one reservoir to several, fluidically behind one another connected turbines, preferably connected to the principle of the principle Vessels, being every turbine in the lower part of a downpipe (turbine downpipe) is arranged, each turbine downpipe with a lower discharge arc is connected, to which another, preferably straight stretched Pipe section connects.

Die Verwendung mehrerer Turbinen hat verschiedene Vorteile: Beim Ausfall einer Turbine können die anderen nach wie vor Energie umsetzen, so dass bspw. eine Stromerzeugung nicht unterbrochen werden muß. Andererseits können mehrere Turbinen auch räumlich voneinander getrennt und daher den Verhältnissen vor Ort besser angepaßt werden. Werden Turbinen strömungstechnisch in Reihe geschalten, kann für jede Turbine ein eigenes Fallrohr vorgesehen sein, um die mechanische Energie in Form des erforderlichen Wasserdrucks bereitzustellen. Allerdings ist die Länge dieser Fallrohre üblicherweise mehr von den örtlichen Gegebenheiten abhängig als von anderen Faktoren. Sie sind daher üblicherweise unterschiedlich lang, mit der Folge, dass die verschiedenen Turbinen unterschiedlich stark angetrieben werden; sie müssen daher auf unterschiedliche Nennleistungen ausgelegt werden. Daher muß jeder Turbinensatz einschließlich Generator und Regelung einzeln dimensioniert werden, was einen nicht unerheblichen Zusatzaufwand bedingt und außerdem ökonomisch keinerlei Vorteile bringt.The Using multiple turbines has several advantages: In case of failure a turbine can the others still implement energy, so that, for example, a power generation does not have to be interrupted. On the other hand several turbines also spatially separated and therefore better adapted to the local conditions. Are turbines fluidically connected in series, can for Each turbine should be provided with its own downpipe to the mechanical Provide energy in the form of the required water pressure. However, the length is these downpipes usually more from the local Conditions dependent as of other factors. They are therefore usually different long, with the result that the different turbines different strongly powered; You need to therefore be designed for different power ratings. Therefore every turbine set has to including Generator and control are individually dimensioned, which is not one insignificant additional expense and also economically no advantages brings.

Andererseits erhöht die Serienschaltung mehrerer Turbinen die Ausfallgefahr, da bereits bei Stillstand einer einzigen Turbine der Wasserstrom insgesamt zum Erliegen kommt und dadurch auch die restlichen Turbinen keine Leistung mehr abgeben können. Es stellt sich daher das Problem, wie die Ausfallgefahr eines gattungsgemäßen Wasserkraftwerks weiter reduziert werden kann.on the other hand elevated the series connection of several turbines the danger of failure, there already at standstill of a single turbine the water flow in total comes to a standstill and thus the remaining turbines no Can give more power. It therefore raises the problem, such as the risk of failure of a generic hydroelectric power plant can be further reduced.

Die Lösung dieses Problems gelingt durch eine verschließbare Strömungsverbindung zwischen einem Turbinenfallrohr und dem stromabwärts auf den daran angeschlossenen Ableitungsbogen folgenden Rohrabschnitt als Bypass zu der an das betreffende Turbinenfallrohr angeschlossenen Turbine.The solution This problem is achieved by a closable flow connection between a Turbine downpipe and the downstream of the connected thereto Discharge arc following pipe section as a bypass to the at the Turbine downfall turbine associated turbine.

Bei verschlossener Bypass-Verbindung kann an der betreffenden Turbine die maximale Leistung erzeugt werden. Wird die Bypass-Verbindung teilweise geöffnet, so reduziert sich die von der betreffenden Turbine erzeugbare Leistung. Bei vollständig geöffneter Bypass-Verbindung kann die betreffende Turbine vollständig abgeschaltet werden, da die gesamte Strömung nun über die Bypass-Verbindung fließen kann. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn der Querschnitt der Bypass-Verbindung sich in der Größenordnung des Querschnitts des betreffenden Hauptströmungsabschnitts befindet, also beispielsweise mehr als 50% desselben, vorzugsweise mehr als 60% desselben, insbesondere mehr als 80% desselben, weil solchenfalls die übrigen Turbinen der Anlage in ihrem Leistungsumsatz nicht beeinträchtigt werden.at Closed bypass connection can be made to the relevant turbine the maximum power will be generated. Will the bypass connection partially open, this reduces the power that can be generated by the turbine in question. At complete open Bypass connection can completely shut off that particular turbine be, since the entire flow now over the bypass connection can flow. For this purpose, it is advantageous if the cross section of the bypass connection in the order of magnitude is the cross section of the main flow section concerned, ie for example more than 50% of the same, preferably more than 60% same, in particular more than 80% of the same, because then the remaining Turbines of the plant are not affected in their performance.

Es hat sich als günstig erwiesen, dass der auf einen Ableitungsbogen folgende Rohrabschnitt als Steigrohr ausgebildet ist mit einer Ausströmöffnung, die sich auf einem höheren Niveau befindet als die Einströmöffnung des betreffenden Steigrohrs, wobei eine verschließbare Strömungsverbindung zwischen einem Turbinenfallrohr und dem stromabwärts direkt folgenden Steigrohr als Bypass zu der an das betreffende Turbinenfallrohr angeschlossenen Turbine. An dieser stelle kann eine Bypass-Verbindung mit einer minimalen Länge hergestellt werden.It has been considered favorable proved that the pipe section following a discharge bend as Riser is formed with an outflow opening, which is located on a higher Level is located as the inflow opening of the respective riser, wherein a closable flow connection between a Turbine downpipe and the downstream directly downstream riser as a bypass to the turbine connected to the respective turbine downfall pipe. At this point, a bypass connection with a minimum Length produced become.

Sofern ein Steigrohr vertikal ausgerichtet ist, befindet sich seine Ausströmöffnung vertikal oberhalb seiner Einströmöffnung.Provided a riser is vertically aligned, its discharge port is vertical above its inflow opening.

Eine Bypass-Strömungsverbindung sollte sich zwischen dem Turbinenfallrohr einerseits und dem oberen Bereich des Steigrohrs andererseits erstrecken, so dass der Strömungspfad bei geöffneter Bypass-Verbindung insgesamt minimal ist und ein maximaler Energieanteil in den übrigen Turbinen umgesetzt werden kann.A Bypass flow connection should be between the turbine downpipe on the one hand and the upper one Range of the riser pipe on the other hand extend, so that the flow path with open bypass connection total is minimal and a maximum proportion of energy in the other turbines can be implemented.

Aus dem selben Grund kann eine Bypass-Verbindung einem horizontalen Verlauf folgen.Out For the same reason, a bypass connection can be a horizontal one Follow the course.

Um bei geöffneter Bypass-Verbindung eine Turbine reparieren zu können, muß dieselbe von Druck frei sein; dies läßt sich erreichen durch wenigstens ein Absperrventil, das sich in dem von einer Bypass-Strömungsverbindug überbrückbaren Hauptströmungskanalabschnitt, bestehend aus Turbinenfallrohr, Ableitungsbogen und daran anschließendem Rohrabschnitt, insbesondere Steigrohr, befindet, vorzugsweise deren zwei.Around when open Bypass connection to repair a turbine, it must be free of pressure; this can be done reach through at least one shut-off valve located in the of a bypass flow connection bridgeable Main flow channel portion, consisting of turbine downpipe, discharge elbow and subsequent pipe section, in particular riser, is located, preferably the two.

Wenn sich – wie die Erfindung weiterhin vorsieht – je ein Absperrventil in dem von einer Bypass-Strömungsverbindug überbrückbaren Hauptströmungskanalabschnitt stromaufwärts der betreffenden Turbine befindet, ein anderes Absperrventil desselben Hauptströmungskanalabschnitts dagegen stromabwärts derselben, so kann bei geschlossenen Absperrventilen die Wasserleitung in der Umgebung der betreffenden Turbine vollständig entwässert werden, so dass die Turbine repariert oder gar ausgebaut werden kann. Das Entwässern kann bspw. über ein Entwässerungsventil an einem Ableitungsbogen erfolgen; bevorzugt verfügt daher jeder Ableitungsbogen über ein Entwässerungsventil.If, as the invention further envisages, one shut-off valve is located upstream of the turbine in the main flow passage section bridged by a bypass flow connection, and another shut-off valve of the same main flow passage section downstream thereof, with closed shut-off valves the water line in the vicinity of the relevant turbine can be complete be dehydrated so that the turbine can be repaired or even expanded. The dewatering can take place, for example, via a drain valve on a discharge bend; Preferably, therefore, each derivative has bend over a drain valve.

Bevorzugt ist ein Turbinenfallrohr mit einem oberen Zuleitungsbogen verbunden. Ein solcher Zuleitungsbogen kann den an einen unteren Ableitungsbogen folgenden Rohrabschnitt mit dem Zuleitungsbogen des in Strömungsrichtung nächsten Turbinenfallrohrs verbinden.Prefers a turbine downpipe is connected to an upper supply arc. Such a supply sheet can be connected to a lower discharge elbow following pipe section with the supply sheet of the flow direction next Connect turbine downpipe.

Ein Entlüftungsventil im Bereich eines Zuleitungsbogens erlaubt das jederzeitige Entlüften der Anlage.One vent valve In the area of a supply line, this allows venting the system at any time.

Indem die Länge mehrerer Turbinenfallrohre gleich groß ist, wird im Normalbetrieb für alle Turbinen etwa die gleiche Energiemenge zur Verfügung gestellt, und diese können allesamt für die selbe Nennleistung ausgelegt werden. Damit können für alle Turbinensätze einschließlich Generatoren und Regelung völlig identische Komponenten verwendet werden, was den Konstruktionsaufwand reduziert.By doing the length several turbine downpipes is the same size, is in normal operation for all Turbines about the same amount of energy provided, and these can all for the same rated power are designed. This allows for all turbine sets including generators and regulation completely identical components are used, reducing the design effort reduced.

Außerdem sind oftmals mit der mehrfachen Anschaffung identischer Komponenten wirtschaftliche Vorteile verknüpft, bspw. in Form von Rabatten, Reduzierung der Transport- und Installationskosten, etc.Besides, they are often with the multiple purchase of identical components economic Benefits linked eg in the form of discounts, reduction of transport and installation costs, etc.

Es hat sich als günstig erwiesen, dass ein Turbinenfallrohr mit einem oberen Zuleitungsbogen verbunden ist sowie mit einem unteren Ableitungsbogen. Damit wird das gesamte, zur Verfügung stehende Gefälle zwischen diesen beiden Bögen als weitestgehend gerade gestrecktes Fallrohr verwendet.It has been considered favorable proved that a turbine downpipe connected to an upper supply arc is as well as with a lower derivation arc. This will make the whole, to disposal standing slope between these two bows used as a largely straight downpipe.

Indem zwischen dem Ableitungsbogen eines Turbinenfallrohrs und dem Zuleitungsbogen des in Strömungsrichtung nächsten Turbinenfallrohrs ein gerade gestreckter Rohrabschnitt (Verbindungsrohr) vorgesehen ist, der diese beiden Bögen miteinander verbindet, ergeben sich miteinander verbundene Gefäße, in denen sich ein gemeinsamer Wasserstand einstellt, da eine Überströmungsmöglichkeit besteht.By doing between the discharge bend of a turbine downpipe and the supply elbow in the flow direction next Turbine downpipe straight straight pipe section (connecting pipe) provided is who those two bows connects together, resulting in interconnected vessels in which there is a common water level, because a Überströmungsmöglichkeit consists.

Dabei darf ein Verbindungsrohr durchaus als Steigrohr ausgebildet sein, dessen Ausströmöffnung sich auf einem höheren Niveau befindet als seine Einströmöffnung. Denn der von dem Ausfluß eines strömungstechnisch vorgeschalteten Fallrohres gelieferte Wasserdruck ist in der Lage, das Wasser in einem solchen Steigrohr nach oben zu treiben, ohne dass es dafür einer Hilfsenergie bedürfte.there a connection pipe may well be formed as a riser, the outflow opening itself at a higher level Level is as its inflow opening. Because of the outflow of a fluidic water pressure supplied upstream of downpipe is capable of to drive the water in such a riser up without it for it an auxiliary energy would need.

Wenn – wie die Erfindung weiterhin vorsieht – der Abstand mehrerer Turbinen vom oberen Ende des betreffenden Turbinenfallrohrs jeweils gleich groß ist, so lassen sich die Turbinen für gleiche Nennleistungen auslegen.If - like that Invention also provides - the Distance of several turbines from the upper end of the relevant turbine downpipe each is the same size, This is how the turbines can be used for design the same rated power.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Turbinenfallrohr der ersten, d. h. stromaufwärtigsten Turbine, länger ist als die Länge des nächstfolgenden Turbinenfallrohrs zuzüglich des Außenradius des dazwischen angeordneten Zuleitungsbogens. Dadurch wird an dem ersten, unteren Strömungsbogen stets der zulaufseitige, statische Wasserdruck den ablaufseitigen, statischen Wasserdruck überwiegen, so dass für eine konstante Strömungsrichtung vom Zulauf des ersten Turbinenfallrohrs bis zum Ablauf des letzten Turbinenfallrohrs gesorgt ist.It is within the scope of the invention that the turbine downpipe of the first, d. H. upstream turbine, longer is as the length of the next turbine downpipe plus of the outer radius the intermediate arranged Zuleitungsbogens. This will be on the first, lower flow arc always the inlet side, static water pressure the drain side, outweigh static water pressure, so for a constant flow direction from the inlet of the first turbine downpipe to the end of the last one Turbine downpipe is ensured.

Konstruktionstechnische Vorteile lassen sich erzielen, wenn die Rohre, insbesondere die Turbinenfallrohre, in einer gemeinsamen, vertikalen Fläche, vorzugsweise Ebene, angeordnet sind. Dann können die Drehachsen der daran angekoppelten Turbinen allesamt etwa lotrecht zu dieser Ebene ausgerichtet sein, so dass diese auch auf engem Raum vorzugsweise parallel zueinander angeordnet werden können.Ventilation construction Advantages can be achieved if the pipes, in particular the Turbine downpipes, in a common, vertical surface, preferably Level, are arranged. Then can the axes of rotation of the connected turbines are all approximately perpendicular be aligned to this level, so that they also on narrow Space preferably can be arranged parallel to each other.

Die Erfindung empfiehlt, den Turbinenfallrohren einen in dem (gesamten) Bereich oberhalb der betreffenden Turbine von oben nach unten abnehmenden Querschnitt zu erteilen. Demzufolge nimmt die Strömungsgeschwindigkeit von oben nach unten zu, und am Ort der Turbinen ergibt sich eine hohe Strömungsgeschwindigkeit, welche in der Lage ist, die Turbinen mit einer großen Drehzahl anzutreiben.The Invention recommends that the turbine downpipes in the (entire) Decreasing area above the turbine in question from top to bottom Cross section. As a result, the flow rate decreases from top to bottom, and at the location of the turbines results in a high flow velocity, which is capable of turning the turbines at a high speed drive.

Die Rohre können einen runden, elliptischen oder etwa rechteckigen Querschnitt aufweisen.The Pipes can have a round, elliptical or approximately rectangular cross-section.

Ein etwa rechteckiger Querschnitt läßt sich dadurch realisieren, dass die Rohre durch zwei gemeinsame Platten begrenzt werden, welche einen Abstand aufweisen.One approximately rectangular cross-section can be characterized Realize that the tubes are bounded by two common plates be, which have a distance.

Bei dieser Anordnung kann der Querschnitt bspw. dadurch verändert werden, dass die Platten nach oben voneinander divergieren, so dass also ihr Abstand am oberseitigen Zulauf größer ist als am unteren Ablauf. Um den Rohrverlauf zwischen den beiden Platten vorzugeben, sind diese ferner durch zwei mäanderförmig gebogene Flächen begrenzt, welche bspw. stumpf zwischen die beiden Platten eingefügt und fluiddicht mit denselben verbunden, bspw. verklebt oder verschweißt, sind.at In this arrangement, the cross section can be changed, for example, by that the plates diverge upwards from each other, so so that their distance at the top inlet is greater than at the bottom drain. To specify the pipe run between the two plates are this further by two meandering curved surfaces limited, which, for example, blunt inserted between the two plates and fluid-tight connected to the same, for example, glued or welded, are.

Bei Rohren mit kreisrundem Querschnitt kann ein variierender Querschnitt der Fallrohre bspw. dadurch erreicht werden, dass diese einem konischen Verlauf folgen und sich von oben nach unten verjüngen. Die Steigrohre sollten dann eine vergleichbare Geometrie aufweisen, d. h., sich von unten nach oben konisch erweitern. Die oberen Rohrbögen haben dann einen größeren Querschnitt als die unteren.at Tubes with a circular cross section may have a varying cross section the downpipes, for example, be achieved in that they are a conical Follow course and rejuvenate from top to bottom. The risers should then have a comparable geometry, i. h., from below expand conically upwards. The upper bends then have a larger cross-section as the bottom ones.

Bei der Erfindung sollte sich das Wasserreservoir, woraus die Turbinen gespeist werden, auf einem höheren Niveau befinden als dieselben, so dass ein natürlicher Höhenunterschied die Wasserströmung antreiben kann, sofern dieselbe einmal in Gang gesetzt ist.In the invention, the Wasserre should Servoir, from which the turbines are fed, are at a higher level than the same, so that a natural difference in height can drive the flow of water, once it is set in motion.

Dieser Effekt ist um so deutlicher ausgeprägt, je höher sich das Wasserreservoir befindet. Deshalb sollte das Wasserreservoir auf einem höheren Niveau liegen als die Mitte aller Turbinenfallrohre.This Effect is all the more pronounced, the higher the water reservoir located. Therefore, the water reservoir should be at a higher level lie as the center of all turbine downpipes.

Sofern der Zulauf des ersten Turbinenfallrohrs höher liegt als das Wasserreservoir, dient eine Pumpe zum Anheben der Flüssigkeit von dem Reservoir bis oberhalb des oberseitigen Zulaufs des ersten Turbinenfallrohrs. Indem diese Pumpe als Tauchpumpe ausgebildet ist, kann ein plötzlicher Trockenlauf wie beim Abreißen einer angesaugten Wassersäule sicher vermieden werden.Provided the inlet of the first turbine downpipe is higher than the water reservoir, A pump serves to lift the liquid from the reservoir to above the top inlet of the first turbine downpipe. By this pump is designed as a submersible pump, a sudden Dry running as in tearing off a sucked water column safely avoided.

Es kann eine Rücklaufleitung vorhanden sein, insbesondere vom Ausfluß des letzten Turbinenfallrohrs, oder von einem dort angeordneten Sammelbehälter, so dass die Anlage bspw. auch zur Energiespeicherung verwendet werden kann. Solchenfalls sollte sich die Speisepumpe komplett unterhalb einer ggf. vorhandenen Rücklaufleitung befinden, so dass die Anlage bereits mit einer geringen, zurückfließenden Wassermenge wieder betreibbar ist.It can be a return line be present, in particular from the outflow of the last turbine downpipe, or from a collecting container arranged there, so that the system eg. can also be used for energy storage. such Falls should the feed pump completely below any existing Return line so that the plant already with a small, back-flowing amount of water is operable again.

Die Speisepumpe durch einen Bypass überbrückbar sein, bspw. durch Öffnen eines Ventils, Schiebers oder einer Klappe, um die Anlage – sofern die Wasserströmung in Gang gekommen ist und sodann selbsttätig in Bewegung bleibt – nicht zu behindern.The Feed pump can be bridged by a bypass, eg by opening a valve, gate valve or flap to the plant - if the water flow has started and then automatically keeps moving - not to hinder.

Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass zwischen zwei benachbarten Turbinenfallrohren eine Absperrmöglichkeit vorgesehen ist, bspw. in Form eines Ventils, Schiebers oder einer Klappe. Damit kann eine Entlüftung durch oberseitige Luftauslaßventile an den oberen Bögen vorgenommen werden, ohne dass dabei die Wassersäule zu den stromabwärtigen Wassermassen abreißt und dadurch evtl. die kontinuierliche Strömung unterbrochen werden könnte.Finally corresponds It is the teaching of the invention that between two adjacent turbine downpipes a shut-off option is provided, for example. In the form of a valve, slide or flap. This can be a vent through top air outlet valves on the upper arches be made without causing the water column to the downstream masses of water tearing off and thereby possibly the continuous flow could be interrupted.

Weitere Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Beschreibung. Deren einzige Figur zeigt einen schematischen Verrohrungsplan für eine erfindungsgemäße Anlage.Further Features, characteristics, benefits and effects on the basis of Invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment the invention and the description. Their only figure shows a schematic piping plan for a system according to the invention.

Aus einem Wasserreservoir 1 wird ein Rohrsystem 2 gespeist.From a water reservoir 1 becomes a pipe system 2 fed.

Dazu fördert eine Tauchpumpe 3 innerhalb des Wasserreservoirs 1 – vorzugsweise in Nähe von dessen Boden 4 installiert – in ein Steigrohr 5.To promote a submersible pump 3 inside the water reservoir 1 - preferably near its bottom 4 installed - in a riser 5 ,

Am oberen Ende des Steigrohrs 5 schließt sich ein Bogen 6 an, welcher einer Biegung um einen Zentrumswinkel α von vorzugsweise 90° oder mehr folgt, so dass das stromabwärts sich anschließende Rohr 7 nach abwärts geneigt verläuft.At the upper end of the riser 5 closes a bow 6 which follows a bend about a center angle α of preferably 90 ° or more so that the downstream adjoining tube 7 is inclined downwards.

Wenn der Bogen 6 um etwa 180° gebogen ist, erstreckt sich das an den zweiten Bogen anschließende Rohr 7 vertikal nach unten. Dieses verzweigt sich schließlich in einen Seitenzweig 8a und das eigentliche Turbinenfallrohr 9a.If the bow 6 is bent by about 180 °, the adjoining the second arc tube extends 7 vertically down. This finally branches into a side branch 8a and the actual turbine downpipe 9a ,

Darin fällt das geförderte Wasser vertikal nach unten bis zu einer Turbine 10a im Bereich des unteren Endes des Turbinenfallrohrs 9a. Dieses hat eine Länge l_f,1.In it, the pumped water falls vertically down to a turbine 10a in the area of the lower end of the turbine downpipe 9a , This has a length l _{f, 1} .

Am seinem unteren Ende mündet das Turbinenfallrohr 9a in einen 180°-Bogen 11a. Dessen stromabwärtiges Ende ist verbunden mit einem ersten, vertikal nach oben ragenden Steigrohr 12a mit der Länge l_s,1. Darauf folgt an seinem oberen Ende ein oberer 180°-Bogen 13a.At its lower end opens the turbine downpipe 9a in a 180 ° bend 11a , Its downstream end is connected to a first, vertically upstanding riser 12a with the length l _{s, 1} . This is followed at its upper end by an upper 180 ° bend 13a ,

An diese erste Stromerzeugungseinheit 14a schließen sich mehrere im Wesentlichen gleiche Stromerzeugungseinheiten 14μ an, μ = a, b, c, ..., wobei jede Stromerzeugungseinheit 14μ jeweils ein Turbinenfallrohr 9μ der Länge l_f,μ samt Turbine 10μ, unterem 180°-Bogen 11μ, ein Steigrohr 12μ der Länge l_s,μ sowie einen oberem Bogen 13μ umfaßt. Dabei gilt stets: l_f,μ+1 = l_s,μ einerseits und für μ = b, c, d, ...: l_s,μ = l_f,μ andererseits.To this first power generation unit 14a close several substantially identical power generation units 14μ an, μ = a, b, c, ..., where each power generation unit 14μ one turbine downpipe each 9μ of length l _{f, μ} including turbine 10μ , lower 180 ° bend 11μ a riser 12μ the length l _{s, μ} and an upper arc 13μ includes. In this case, the following always holds: 1 _{f, μ + 1} = 1 _{s, μ} on the one hand and for μ = b, c, d, ...: 1 _{s, μ} = 1 _{f, μ} on the other hand.

Dadurch liegen einerseits sämtliche obere 180°-Bögen 13μ auf dem selben Niveau, und sämtliche untere 180°-Bögen 11μ liegen ebenfalls auf einem gemeinsamen Niveau. Aus diesem Grund läßt sich die Anzahl der Stromerzeugungseinheiten 14μ beliebig steigern.As a result, on the one hand, all upper 180 ° bends 13μ at the same level, and all lower 180 ° bends 11μ are also at a common level. For this reason, the number of power generation units can be 14μ increase arbitrarily.

Jeder oberhalb eines Turbinenfallrohrs 9μ abzweigende Seitenzweig 8μ mündet in den oberen Bereich des stromabwärts direkt folgenden Steigrohrs 12μ. Dadurch entsteht eine Bypass-Verbindung zu dem betreffenden Hauptströmungsabschnitt, die aus dem Turbinenfallrohr 9μ, Ableitungsbogen 11μ und Steigrohr 12μ besteht. Die Bypass-Verbindung ist verschließbar durch ein Absperrventil 15μ. Solange dieses Ventil 15μ verschlossen ist, muß die Wasserströmung über die betreffende Turbine 10μ fließen.Everyone above a turbine downpipe 9μ branching side branch 8μ opens into the upper region of the downstream directly following riser 12μ , This creates a bypass connection to the relevant main flow section that emerges from the turbine downfall pipe 9μ , Derivation sheet 11μ and riser 12μ consists. The bypass connection can be closed by a shut-off valve 15μ , As long as this valve 15μ is closed, the flow of water through the turbine in question must 10μ flow.

Unterhalb einer Bypass-Verbindung 8μ ist jedes Turbinenfallrohr 9μ durch ein Absperrventil 16μ verschließbar. Unterhalb einer Bypass-Verbindung 8μ ist jedes Steigrohr 12μ durch ein Absperrventil 17μ verschließbar. Diese Absperrventile 16μ, 17μ sind im Normalbetrieb offen. Im Betrieb der Anlage werden sie nur geschlossen, wenn gleichzeitig die betreffende Bypass-Verbindung 8μ geöffnet ist.Below a bypass connection 8μ is every turbine downpipe 9μ through a shut-off valve 16μ closable. Below a bypass connection 8μ is every riser 12μ through a shut-off valve 17μ closable. These shut-off valves 16μ . 17μ are open in normal operation. During operation of the system they are only closed, if at the same time the bypass connection in question 8μ is open.

Sofern sich in der Wasserströmung Luftblasen bilden, so werden diese stets nach oben treiben bis zu dem Bogen 6 und zu den oberen 180°-Bögen 13μ. Dort werden sie sich ansammeln und können im Laufe der Zeit durch ihre wachsende Größe ein Abreißen des Wasserstroms bewirken. Um dies zu vermeiden, sind in den oberen Bögen 6, 13μ jeweils Luftauslaßventile 18μ angeordnet, die bei Bedarf geöffnet werden können, um die dort angesammelte Luft nach oben entweichen zu lassen. Damit in diesem Moment nicht Luft in das Rohrleitungssystem eingesogen werden kann, können dabei die jeweils stromabwärts unmittelbar folgenden Verschlußklappen 15μ, 17μ geschlossen werden. Werden vor dem Öffnen eines Luftauslaßventils 18μ die stromabwärtigen Klappen 15μ, 17μ geschlossen, und wird bspw. zusätzlich die Pumpe 3 aktiviert, so steigt der Druck in der Flüssigkeit an und drückt die Luftblase durch das Luftauslaßventil 18μ nach außen.If air bubbles form in the water flow, they will always drift up to the arch 6 and to the upper 180 ° bows 13μ , There they will accumulate and, over time, can cause the water stream to break off due to their growing size. To avoid this, are in the upper bows 6 . 13μ each air outlet valves 18μ arranged, which can be opened if necessary, to allow the accumulated air to escape up there. So that at this moment not air can be sucked into the pipeline system, while each immediately downstream downstream flaps 15μ . 17μ getting closed. Be before opening an air outlet valve 18μ the downstream flaps 15μ . 17μ closed, and is, for example, in addition to the pump 3 activated, the pressure in the liquid increases and pushes the air bubble through the air outlet valve 18μ outward.

Die Anlage funktioniert wie folgt:
Zunächst wird zum Starten der Anlage mit der Tauchpumpe 3 solange Wasser von dem Wasserreservoir 1 in das Rohrsystem 2 gefördert, bis die stromabwärts des Bogens 6 hängende Wassermasse schwerer ist als die Wassermenge in dem Steigrohr 5.The system works as follows:
First, to start the system with the submersible pump 3 as long as water from the water reservoir 1 into the pipe system 2 promoted until the downstream of the bow 6 hanging water mass is heavier than the amount of water in the riser 5 ,

Ab diesem Moment kann die Pumpe 3 durch einen nicht dargestellten Bypass überbrückt und sodann abgeschaltet werden, weil nun die Wassermenge in dem Rohrsystem 2 stromabwärts des Bogens 6 durch ihr Gewicht eine beständige Wasserströmung antreibt. Das überschüssige Gewicht der stromabwärtigen Wassermenge jenseits des Bogens 6 läßt sich dabei durch bauliche Maßnahmen derart vorgeben, dass der Stromfluß auch in dem Moment, wenn zusätzlich das Steigrohr 12a zu überwinden ist, nicht zum Stillstand kommt. Dies kann zum einen dadurch erreicht werden, dass das Wasserreservoir möglichst weit nach oben versetzt wird, so dass das Steigrohr 5 relativ kurz ist; andererseits auch dadurch, dass das Steigrohr 5 bspw. einen kleineren Querschnitt aufweist als das Fallrohr 9a. Auch der Querschnitt des Steigrohrs 12a kann kleiner gewählt werden als der Querschnitt des Fallrohrs 9a. Anstelle einer Verringerung des Rohrquerschnittes der Steigrohre 5, 12μ könnten auch die Fallrohre 9μ zumindest in ihrem oberen Bereich einem gewendelten Verlauf folgen bspw. nach Art eines Tauchsieders, so dass – trotz gleicher Höhe h_f _,μ+1 entsprechend der Länge l_f _,μ+1 die Wassermenge – das Gewicht der stromabwärtigen Wassermenge größer ist als das Gewicht der stromaufwärtigen Wassermenge.From this moment the pump can 3 bridged by a bypass, not shown, and then turned off, because now the amount of water in the pipe system 2 downstream of the arch 6 by their weight drives a steady flow of water. The excess weight of the downstream amount of water beyond the arch 6 can be defined by structural measures such that the current flow in the moment when in addition the riser 12a to overcome, does not come to a halt. This can be achieved, on the one hand, by the water reservoir being displaced upwards as far as possible, so that the riser pipe 5 is relatively short; on the other hand also in that the riser 5 for example, has a smaller cross-section than the downpipe 9a , Also the cross section of the riser 12a can be chosen smaller than the cross section of the downpipe 9a , Instead of reducing the pipe cross-section of the riser pipes 5 . 12μ could also be the downpipes 9μ at least in its upper part a coiled course follow, for example. In the manner of an immersion heater, so that - despite the same height h _f _{, μ + 1} corresponding to the length l _f _{, μ + 1} the amount of water - the weight of the downstream amount of water is greater than the weight the upstream amount of water.

Erreicht der Wasserpegel den Bogen 13a, treibt zusätzlich die jenseits desselben hängende Wassermenge die Strömung an. Dadurch wird das Wasser in dem Rohrsystem 2 beständig weiter strömen, von Stromerzeugungseinheit 14μ zu Stromerzeugungseinheit 14(μ + 1), usw.The water level reaches the bow 13a , in addition, drives the flow beyond the same hanging amount of water. This will cause the water in the pipe system 2 Constantly continue to flow, from power generation unit 14μ to power generation unit 14 (μ + 1) , etc.

Dabei muß das Wasser notgedrungen auch an den Turbinen 10μ vorbeiströmen, welche den Wasserstrom zwar bremsen, aber nicht unterbrechen. An diesen Turbinen 10μ kann sodann die Strömungsenergie des Wassers in Rotationsenergie eines Turbinensatzes und schließlich von einem daran gekoppelten Generator in elektrischen Strom umgewandelt werden.At the same time, the water must necessarily also be at the turbines 10μ flow past, which indeed slow the flow of water, but do not interrupt. At these turbines 10μ Then, the flow energy of the water can be converted into rotational energy of a turbine set and finally by a generator coupled thereto into electricity.

Sofern für eine natürliche Auffüllung des Wasserreservoirs 1 gesorgt ist – bspw. durch Wasserzuläufe, Regen od. dgl., kann das Wasser jenseits der letzten Turbine 10x wegfließen. Ist eine natürliche Regenerierung des Wasservorrats nicht gegeben, so läßt sich das Wasser von dem stromabwärtigen Ende des Rohrsystems 2 durch eine Rückleitung 19 zum Wasserreservoir 1 zurückführen und kann sodann dem Rohrsystem 2 wieder zugeführt werden. Dies kann bspw. dadurch geschehen, dass das Steigrohr 12x der letzten Stromerzeugungseinheit 14x kürzer ist als die übrigen Steigrohre 12μ und der letzte, obere Bogen 13x nicht einer Biegung um 180° folgt, sondern nur um etwa 100° ähnlich dem Bogen 6.Unless for a natural replenishment of the water reservoir 1 is worried - for example, by water intake, rain or the like., The water can be beyond the last turbine 10x flow away. If a natural regeneration of the water supply is not given, so can the water from the downstream end of the pipe system 2 through a return 19 to the water reservoir 1 return and can then the pipe system 2 be fed again. This can happen, for example, that the riser 12x the last power generation unit 14x shorter than the other risers 12μ and the last, upper arch 13x not following a 180 ° bend, but only about 100 ° like the bow 6 ,

Sofern ein geschlossener Kreislauf verwendet wird, kann dem Wasser auch ein Additiv hinzugegeben werden, welches die Oberflächenspannung des Wassers erhöht, so dass einem Abreißen der Wassersäule entgegengewirkt wird.Provided A closed circuit can be used to the water as well an additive can be added which determines the surface tension of the Increased water, so that a tear off the water column counteracted.

Das Reservoir 1 kann entweder auf natürlichem Weg gespeist werden, also bspw. mittels Regenwasser, aus einem Stausee od. dgl. Parallel dazu kann es auch aus einem Bassin 20 nachgefüllt werden, bspw. über ein Steigrohr 21 und daran angeschlossene Pumpen 22.The reservoir 1 can either be fed by natural means, so for example by means of rainwater, from a reservoir od. Like. In parallel, it can also be from a basin 20 be refilled, for example. Via a riser 21 and connected pumps 22 ,

Claims

Device for conducting a liquid from a reservoir ( 1 ) to a plurality of turbines connected in series ( 10 ), preferably on the principle of connected vessels, each turbine ( 10 ) in the lower part of a downpipe (turbine downpipe 9 ), each turbine downpipe having a lower discharge bend ( 11 ), to which a further, preferably straight, stretched pipe section connects, characterized by a closable flow connection ( 13 ) between a turbine downpipe ( 9 ) and the downstream of the attached arc ( 11 ) following Pipe section ( 12 ) as a bypass to the turbine nozzle ( 9 ) connected turbine ( 10 ).

Device for conducting a liquid from a reservoir ( 1 ) to a plurality of turbines connected in series ( 10 ), preferably on the principle of connected vessels, each turbine ( 10 ) in the lower part of a downpipe (turbine downpipe 9 ), each turbine downpipe having a lower discharge bend ( 11 ), to which a straight stretched pipe section ( 12 ), which is formed as a riser with an outflow opening, which is located at a higher level than the inlet opening of the respective riser ( 12 ), characterized by a closable flow connection ( 13 ) between a turbine downpipe ( 9 ) and the downstream directly downstream riser ( 12 ) as a bypass to the turbine nozzle ( 9 ) connected turbine ( 10 ).

Apparatus according to claim 2, characterized in that the outflow opening of a riser ( 12 ) is located vertically above its inflow opening.

Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the bypass flow connection ( 13 ) between the upper regions of the turbine downpipe ( 9 ) and the riser ( 12 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one, preferably each bypass flow connection ( 13 ) follows a horizontal course.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the by a Bypass Strömungsverbindug ( 13 ) Bridgeable main flow channel section, consisting of turbine downpipe ( 9 ), Derivation sheet ( 11 ) and subsequent pipe section ( 12 ), in particular riser, at least one shut-off valve is located, preferably the two.

Apparatus according to claim 6, characterized in that a shut-off valve in which by a bypass Strömungsverbindug ( 13 On the other hand, another shut-off valve of the same main flow passage section is located downstream of the turbine concerned.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a turbine downpipe ( 9 ) with an upper feed sheet ( 13 ) connected is.

Apparatus according to claim 8, characterized in that an upper feed sheet ( 13 ) to a lower derivation sheet ( 11 ) following pipe section ( 12 ) with the supply sheet ( 13 ) of the downstream turbine downpipe ( 10 ) connects.

Apparatus according to claim 9, characterized in that in the region of a supply sheet ( 13 ) A vent valve is arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between several turbines ( 10 ) from the upper end of the relevant turbine downpipe ( 9 ) is the same size.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the turbines ( 10 ) have the same nominal power.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the turbine downpipe ( 9 ) of the first, ie the most upstream turbine ( 10 ), is longer than the length of the next turbine downpipe ( 9 ) plus the outer radius of the upper supply arc ( 13 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the turbine downpipes ( 9 ), possibly also the riser pipes ( 12 ) as well as those interconnecting arcs ( 11 . 13 ) are arranged in a common, vertical surface, preferably plane.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cross section of the turbine downpipes ( 9 ) in the (entire) area above the relevant turbine ( 10 ) decreases from top to bottom.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tubes ( 9 . 11 . 12 . 13 ) have a round, elliptical or rectangular cross-section.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tubes ( 9 . 11 . 12 . 13 ) are bounded by two common plates which are spaced apart.

Device according to claim 17, characterized in that that the plates diverge upwards from each other.

Device according to one of claims 17 or 18, characterized in that the tubes ( 9 . 11 . 12 . 13 ) are further limited by two meandering curved surfaces.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the water reservoir ( 1 ) is at a higher level than the turbines ( 10 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the water reservoir ( 1 ) is at a higher level than the center of, in particular all turbine downpipes ( 9 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized by a pump ( 3 ) for lifting the liquid from the reservoir ( 1 ) to above the top inlet of the first turbine downpipe ( 9a ).

Device according to claim 22, characterized in that the pump ( 3 ) is designed as a submersible pump.

Device according to one of claims 22 or 23, characterized in that the pump ( 3 ) completely below a possibly existing return line ( 19 ) is located.

Device according to one of claims 22 to 24, characterized in that the pump ( 3 ) Can be bridged by a bypass, eg. By opening a valve, slide or flap.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that between two adjacent turbine downpipes ( 9 ) a shut-off is provided, for example. In the form of a valve, slide or flap.