Wasserkraft - Wasserschlösser

Question 1

Einführung

Text

Answer 1

Ein Wasserschloss dient dazu, den Druckstoß in der Rohrleitung einer Wasserkraft-anlage
zu vermindern, der beim Schließen oder Öffnen der Armaturen in der Leitung entsteht.
Das Wasserschloss wird als ein wasserdichter Schacht am oberen Ende der Rohrleitung
ausgeführt. In seinem Inneren kann sich der Wasserspiegel für den Druckausgleich frei
auspendeln

Question 2

Einführung

Punkte

Answer 2

• Kammerwasserschloss
• Schachtwasserschloss
• Differentialwasserschloss
• Drosselwasserschloss

Question 3

Wasserschlösser und
Schwallkammern

Freistehendes Wasserschloss

Answer 3

• Einlauf
• Verschlussorgane
• Damm
• Wasserschloss
• Verschlussorgane
• Verschlussorgane
• Turbine
• Unterwasser

Question 4

Wasserschlösser und
Schwallkammern

Wasserschloss im Berg

Answer 4

• Speicher
• Wasserschloss
• Druckstollen
• Einlauf
• Verschlusskammer
• Druckrohrleitung / Fallschacht
• Verschlussorgane
• Turbine
• Unterwasser

Question 5

Wasserschlösser und
Schwallkammern

Schwallkammer

Answer 5

• Einlauf
• Verschlussorgane
• Turbine
• Schwallkammer
• Unterwasser

Question 6

Typen und Bauweisen

Becken- bzw. Schachtwasserschlösser

Answer 6

Die große Öffnung erlaubt ein ungehindertes Hin- und Herfluten der
Wassermassen. Aufgrund der großen Oberfläche findet eine vollständige
Reflexion der Druckwelle statt.

Question 7

Typen und Bauweisen

Kammerwasserschlösser

Answer 7

Begrenzung des Wasserspiegelanstiegs- bzw. -abfalls. Hieraus ergeben sich
geringer Bauhöhen als im Fall eines Schachtwasserschlosses, allerdings
steigen die Baukosten im Vergleich an.

Question 8

Typen und Bauweisen

Gedrosselte Wasserschlösser

Answer 8

In Schacht und Kammerwasserschlössern werden Energieverluste nur durch
Rohrreibung abgebaut. Eine hohe Dämpfung lässt sich durch eine Drossel
zwischen Triebwasserleitung und Wasserschloss erreichen. Die
Drosselwirkung darf aber nicht zu stark sein, um die Wasserschlosswirkung
nicht zu beeinträchtigen.

Question 9

Typen und Bauweisen

Differentialwasserschlösser

Answer 9

Differentialwasserschlösser bestehen aus einem System von zwei gekoppelten
Schwallkammern.

Question 10

Differentialwasserschloss im

Unterwasser

Answer 10

• Obere Kammer
• Überlaufstollen
• Steigschacht
• Ruhespiegel
• Hauptschacht
• Gedrosselter Verbindungsstollen
• Untere Kammer
• Maschinen
• Unterbecken

Question 11

Wasserschlösser und

Schwallkammern

Answer 11

Wasserschlössern und Schwallkammern lassen sich prinzipiell vier
Aufgabengebiete zuordnen:

1. ) Hydraulische Trennung des Zuleitungsstollens von der Fallleitung
2. ) Dämpfung der Druckstoßentwicklung
3. ) Verbesserung der Regelung
4. ) Beschleunigter Ausgleich der Wassermengen

Question 12

Typen und Bauweisen

nach der baulichen Ausbildung

Answer 12

• Wasserschloss-Hochbauten
• Schacht-/Stollen-/Kavernenwasserschlösser
• gemischte Bauweisen

Question 13

Typen und Bauweisen

nach der hydraulischen Funktionsweise

Answer 13

• einfache Becken- bzw. Schachtwasserschlösser
• Kammerwasserschlösser
• gedrosselte Wasserschlösser
• Differentialwasserschlösser
• Windkessel-Wasserschlösser

Question 14

Einführung

Answer 14

Druckstöße treten beim Schließen bzw. Öffnen von Druckrohrleitungen auf. Beim Öffnen
entsteht ein Unterdruck, beim Schließen ein Überdruck, die sich in der Druckrohrleitung
ausbreiten. Dadurch kann ein Vielfaches des normalen Betriebsdruckes entstehen.
Rohrleitungen sind insbesondere an Nähten, Verschluss- und Regelorganen nicht auf
diese hohen Drücke ausgelegt und können bersten. Daher wird ein Wasserschloss
zwischen Stollen und Druckschacht angeordnet. Nur noch der Druckschacht selber ist
dann gegen die hohen Drücke zu schützen.

Question 15

Druckausbreitung

Answer 15

Druckstöße breiten sich mit einer Geschwindigkeit von fast 1000m/s im Wasser
aus. Die Druckausbreitungsgeschwindigkeit a hängt dabei von folgenden
Parametern ab:
- Elastizitätsmodul von Wasser EW
- Elastizitätsmodul der Rohrleitung ER
- Durchmesser der Rohrleitung d
- Wandstärke s

Question 16

Annahmen für Druckstoßtheorie

Annahmen für Herleitung der Druckstoßtheorie

Answer 16

• Geschwindigkeit und Druck sind über die Fließfläche gleichmäßig verteilt!
• Die Rohrlänge ist voll gefüllt
• Die Geschwindigkeitshöhe v2
  /2g&raquo_space; Druckstoßhöhe ha
• Die Wasserspiegelhöhe in dem Behälter, aus dem die Leitung gespeist
  wird, ändert sich nicht.

Question 17

Annahmen für Druckstoßtheorie

Druckstoßtheorien

Answer 17

• Theorie der starren Wassersäule

- Theorie der elastischen Wassersäule

Question 18

Hydraulische Berechnung
- Grundlagen -

Äußere Kräfte

Answer 18

• Druckkräfte
• Reibungskräfte
• Elastizitätskräfte
• Kapillarkräfte
• Schwerkraft

Question 19

Hydraulische Berechnung
- Grundlagen -

Beschleunigung

Answer 19

b = dv / dt

Question 20

Hydraulische Berechnung
- Grundlagen -

Trägheitskräfte

Answer 20

F,T = -m * b

Question 21

Theorie der starren Wassersäule

Annahmen

Answer 21

• ideale Flüssigkeit (reibungsfrei / inkompressibel)

- Rohrleitung ist starr

Question 22

Theorie der starren Wassersäule

s.22

Answer 22

• Schießen
• Öffnen
• Druckstoßkraft am regelorgan
• Toricelli
• Regelfunktion
• Ermittlung der max. Druckstoßhöhe

Question 23

Theorie der starren Wassersäule

Theorie

Answer 23

Für T → 0 geht ha → ∞ : unrealistisch!

Die Theorie ist nur anwendbar, wenn T(s) > L(km) ist. Für alle T(s) < L(km) sollte
die Theorie der Elastischen Wassersäule und die Druckstoßberechnung nach
Allievi angewandt werden.