Nichtstationäre Vorgänge in den Zuleitungs- und Ableitungskanälen von Wasserkraftwerken: Translationswellen in offenen Kanälen, Wasserschlösser an Druckstollen

Erster Teil Translationswellen in offenen Kanälen.- 1 Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schwallwellen,Beziehungen zwischen Schnelligkeit, Schwallhöhe und Wassermengenänderung.- 1.1 Ableitung der Formeln.- 1.2 Versuchsmäßige Überprüfung der gegebenen Gleichungen.- 1.3 Auflösung des Schwalles in Einzelwellen.- 2 Fortpflanzung der Sunkwellen. Grundlegende Beziehungen.- 2.1 Formbeständiger Sunkkopf.- 2.2 Verformung des Sunkkopfes.- 3 Wellenverlauf bei Berücksichtigung der Reibung.- 3.1 Allgemeines.- 3.2 Die Methode von Favre.- 4 Verformung der Wellen an Querschnittsänderangen, Reflexionen, Durchdringungen.- 4.1 Allgemeines.- 4.2 Verformung an sprunghaften Profilwechseln.- 4.3 Verformung an allmählichen Profilwechseln.- 4.4 Grenzfälle (Verengung auf Null, Erweiterung auf Unendlich).- 4.5 Gegenseitige Durchdringung von Wellen.- 4.6 Verformung von Wellen in kurzen Einengungen oder Erweiterungen.- 4.7 Auslauf von Wellen in Becken.- 4.8 Berücksichtigung der Reibung und der Sohlenneigung.- 4.9 Einfluß der Schließ- und Öffnungszeit auf die Wellenhöhe.- 5 Dämpfung von Schwällen durch seitliche Überläufe.- 5.1 Grundsätzliches. Schrittweises Verfahren.- 5.2 Verfahren von Citrini.- 5.3 Versuche von Gentilini.- 5.4 Zusammenfassung.- 6 Behandlung der beim Kraftwerksbetrieb vorkommenden Fälle.- 6.1 Vorgänge im Oberwasser bei Entlastung (Stauschwall).- 6.11 Kurze Kanäle mit geringem Absolutgefälle.- 6.12 Lange Kanäle.- Schwallverlauf bei offener Abzweigung aus dem Fluß S. 64. —Schwingungsverlauf bei Kanälen mit geschlossenem Oberende S. 69. — Zahlenbeispiel S. 70.- 6.2 Vorgänge im Oberwasser bei Belastung (Entnahmesunk).- 6.21 Schwingungsverlauf bei offener Abzweigung aus dem Fluß.- 6.22 Schwingungsverlauf bei am Oberende geschlossenen Kanälen.- Zahlenbeispiel.- 6.3 Vorgänge im Unterwasser bei Entlastung (Absperrsunk).- 6.31 Schwingungsverlauf bei freier Einmündung in ein großes Becken.- 6.32 Schwingungsverlauf, wenn der Kanal am unteren Ende geschlossen ist.- 6.4 Vorgänge im Unterwasser bei plötzlicher Belastung (Füllschwall).- 6.41 Schwingungsverlauf bei freiem Auslauf des Grabens in ein Becken.- 6.42 Schwingungsverlauf bei abgeschlossenem Kanal.- Zahlenbeispiel.- 6.5 Gleichzeitige Abflußänderung an beiden Haltungsenden.- 6.51 Durchlaufspeicherung.- Zahlenbeispiel.- 7 Translationswellen in Freispiegelstollen. Gemischtes Regime.- 7.1 Allgemeines.- 7.2 Die einzelnen Phasen des Vorganges.- 7.21 Phase I.- 7.22 Phase II.- 7.23 Phase III.- 7.24 Schwallgeschwindigkeit in Phase II.- Schrifttum zum ersten Teil.- Zweiter Teil Wasserschlösser an Druckstollen.- A Allgemeines.- 1 Anordnung und Zweck des Wasserschlosses.- 2 Grundsätze für die Wasserschloßberechnung.- 3 Bezeichnungen.- 4 Voraussetzungen und Annahmen.- 5 Grundgleichungen, Schwingungsformen.- 6 Allgemeine Differentialgleichung, Lösungsmöglichkeiten.- B Verfahren zur Bestimmung der Schwingungsweiten, Bemessungsverfahren.- 1 Ungedrosseltes Wasserschloß mit konstanter Fläche an verlustfreiem Stollen.- 1.1 Plötzliche Entlastung.- 1.2 Plötzliche Belastungsvergrößerung.- 1.3 Lineare Belastungsvergrößerung.- 2 Ungedrosseltes Wasserschloß, Stollenverluste berücksichtigt.- 2.1 Entlastung.- 2.11 Vollständige Entlastung, konstante Wasserschloßfläche.- 2.12 Teilweises plötzliches Schließen bei konstanter Wasserschloßfläche.- 2.13 Lineare Entlastung, konstante Wasserschloßfläche.- 2.14 Schrittweise Lösung.- 2.15 Wasserschloß mit Überlauf.- Grundgleichungen S. 154. — Geschlossene Berechnung S. 154. — Schrittweise Berechnung, graphisches Verfahren S. 155.- 2.2 Belastungsvergrößerung.- 2.21 Allgemeines, Wasserverbrauch.- 2.22 Konstanter Wasserverbrauch.- 2.23 Veränderlicher Wasserverbrauch.- Wasserbedarf sinkt mit abnehmender Fallhöhe S. 161. — Wasserbedarf steigt mit abnehmender Fallhöhe (konst. Leistung) S. 164. — Linearer Anstieg des Wasserverbrauches S. 165.- 2.24 Graphisches Verfahren.- Zeitveränderlicher Wasserverbrauch bei konst. Wasserschloßfläche S. 166. — Linearer Anstieg der Leistung S. 167.- 2.3 Rhythmischer Lastwechsel.- Zahlenbeispiele.- 3 Das Kammerwasserschloß.- 3.1 Idealisiertes Kammerwasserschloß.- 3.11 Vollständige plötzliche Entlastung.- 3.12 Plötzliche Belastungsvergrößerung.- 3.2 Wasserschloß mit offenen Kammern.- 3.21 Plötzliche vollständige Entlastung.- 3.22 Belastungsvergrößerung.- 3.3 Wasserschloß mit abgetrennten Kammern.- 3.31 Obere Kammer mit Überfallschwelle, vollständige Entlastung.- 3.32 Belastungsvergrößerung, untere Kammer mit Saugschwelle und Tauchwand.- Die Saugschwelle S. 193. — Die Tauchwand S. 196.- 3.33 Plötzliche Belastungsvergrößerung, konstante Leistung.- 3.34 Allmähliche Belastungsvergrößerung von Null auf Vollast.- 3.4 Das Einkammer-Wasserschloß.- 3.41 Wasserschloß von Schüller.- 3.42 Kammer mit konstanter Fläche.- Zahlenbeispiel.- 4 Das gedrosselte Wasserschloß.- 4.1 Allgemeines über gedrosselte Typen.- 4.2 Ermittlung des Drosselwiderstandes.- 4.3 Grundgleichungen.- 4.4 Plötzliche vollständige Entlastung.- 4.5 Plötzliche Belastungsvergrößerung.- 4.51 Wasserverbrauch konstant.- Optimale Drosselung S. 221. — Beliebige Drosselung S. 221.- 4.52 Leistung konstant.- 4.6 Allmähliche Belastungsvergrößerung.- 4.61 Öffnungszeiten sind kurz.- 4.62 Langsame Vollbelastung von Null aus, wenn das Wasserschloß für Belastungssteigerung von n auf 1 entworfen ist.- 4.7 Gedrosseltes Schachtwasserschloß mit Überlauf.- 4.8 Gedrosseltes Kammerwasserschloß.- 4.9 Schrittweises Verfahren.- 4.91 Numerische Integration.- 4.92 Graphisches Verfahren.- Vollständige plötzliche Entlastung S. 227. — Belastungsvergrößerung auf konstante Leistung, veränderliche Wasserschloßfläche S. 230.- 4.10 Rhythmischer Lastwechsel.- 5 Das Differentialwasserschloß.- 5.1 Allgemeine Anordnung, Bezeichnungen.- 5.2 Wirkungsweise und Grundgleichungen.- 5.21 Belastungszunahme.- 5.22 Entlastung.- 5.3 Geschlossene Berechnung.- 5.31 Entlastung.- 5.32 Belastungszunahme.- Wasserverbrauch konstant S. 239. — Leistung konstant S. 240 — Allmähliche Belastungsvergrößerung S. 240.- 5.4 Die Sonderform von Vogt.- 5.5 Die Sonderform von Ebner.- 5.6 Schrittweise Verfahren.- 5.61 Numerische Integrationen.- Belastungsvergrößerung S. 243. — Entlastung S. 245.- 5.62 Graphisches Verfahren.- Belastungsvergrößerung S. 249. — Entlastung S. 251.- Zahlenbeispiel.- 5.71 Belastungsvergrößerung.- 5.72 Vollständige plötzliche Entlastung.- 6 Zusammenfassende Kritik der verschiedenen Wasserschloßtypen.- 7 Besondere Wasserschloßanlagen.- 7.1 Oberwasserstollen mit mehreren Wasserschlössern.- 7.11 n Wasserschlösser.- 7.12 Zwei Wasserschlösser.- Grundgleichungen S. 260. — Numerische Integration S. 260.- 7.2 Das Y-Schema mit Zwischenschacht.- 7.21 Beharrungszustand.- 7.22 Schwingungsgleichungen.- 7.23 Schrittweise numerische Lösung.- 7.3 Das Y-Schema ohne Zwischenschacht.- 7.31 Beharrungszustand.- 7.32 Schwingungsgleichungen.- 7.4 Das V-Schema (2 Stollen an gemeinsamem Wasserschloß).- 7.41 Beharrungszustand.- 7.42 Schwingungsgleichungen.- 7.43 Schrittweise numerische Lösung.- 7.5 Veränderlicher Stollenquerschnitt.- 7.6 Wasserschloß im Unterwasser.- 7.61 Allgemeines.- 7.62 Grundgleichungen.- 7.63 Geschlossene Lösungen.- Vollständige Entlastung S. 269. — Plötzliche Belastungsvergrößerung S. 270.- 7.64 Schrittweise Lösungen.- Numerische Integration S. 270. — Belastungszunahme, konstante Leistung, graphisch S. 270. — Teilentlastung bei z-veränderlicher Entnahme S. 272. — Linearer Leistungsanstieg, graphisch S. 272.- 7.7 Wasserschlösser am Anfang und Ende des Stollens.- 7.71 Schwingungsgleichungen, Ausgangsspiegellage.- 7.72 Reduktion auf das einfache Wasserschloßschema.- 7.73 Betriebliche Gesichtspunkte.- 7.8 Wasserschloß im Oberwasser eines Pumpwerkes.- 7.9 Wasserschloß im Unterwasser eines Pumpwerkes.- 7.10 Wasserschloß mit abgeschlossenem Luftraum.- 7.101 Allgemeines.- 7.102 Physikalische und gasdynamische Grundlagen.- 7.103 Beharrungszustand.- 7.104 Schwingungsgleichungen.- 7.105 Schrittweise Lösungen.- Differenzengleichungen S. 283 — Graphische Integration für Belastungsvergrößerung S. 283.- 7.106 Geschlossene Formeln.- Differentialgleichung der Schwingung S. 284. — Verlustfreier Stollen, plötzliche vollständige Entlastung S. 284. — Verlustfreier Stollen, plötzliche vollständige Belastung S. 285. — Stollenverluste berücksichtigt, vollständige plötzliche Entlastung S. 286.- 7.107 Wasserschloß im Unterwasser.- 7.108 Einfluß einer Drosselung.- 7.109 Zusammenfassung.- C Stabilität des Wasserschlosses.- 1 Allgemeines.- 2 Ungedrosseltes Wasserschloß.- 2.1 Kleine Schwingungen.- 2.11 Allgemeine Lösung.- 2.12 Stabilität des klassischen Systems.- 2.13 Berücksichtigung der Druckrohrleitung.- 2.14 Wasserschloß im Unterwasser.- 2.15 Einfluß des veränderlichen Wirkungsgrades.- 2.16 Einfluß der Reglerstatik.- 2.2 Schwingungen mit endlicher Amplitude.- 2.21 Untersuchungen von Frank.- 2.22 Untersuchungen von Jaeger.- 2.23 Untersuchungen von Evangelisti.- 3 Das gedrosselte Wasserschloß.- 3.1 Einfaches gedrosseltes Wasserschloß.- 3.2 Differentialwasserschloß.- 4 Stabilität besonderer Wasserschloßanordnungen.- 4.1 Mehrere Wasserschlösser an einem Stollen.- 4.11 Zwei Wasserschlösser, strenges Verfahren für kleine Schwingungen.- 4.12 Äquivalenzverfahren von Evangelisti für 2 Wasserschlösser.- 4.13 Äquivalenzverfahren für n Wasserschlösser.- 4.14 Einleitung von Wasserläufen in die Zwischenschächte, Äquivalenzverfahren.- 4.15 Wechselndes Stollenprofil.- Zahlenbeispiel.- 4.2 Zwei Stollen an einem Wasserschloß (V-Schema).- 4.21 Geschlossenes Verfahren. für kleine Schwingungen.- 4.22 Wasserlieferung nur aus einem Stollen.- 4.3 Wasserschloß im Oberwasser und im Unterwasser.- 4.31 Grundgleichungen.- 4.32 Geschlossenes Verfahren für kleine Schwingungen.- 4.33 Näherungsverfahren.- 4.4 Verbundbetrieb mit einer nicht schwingungsfähigen Anlage (kleine Schwingungen).- 4.5 Parallellauf zweier Anlagen mit Wasserschlössern.- 4.6 Wasserschloß mit abgeschlossenem Luftraum.- 4.7 Allgemeine Stabilitätstheorie von Evangelisti.- 4.71 Allgemeines.- 4.72 Bezeichnungen.- 4.73 Skizze der strengen Theorie, vereinfachte Betrachtung.- 4.74 Näherungsweise Berücksichtigung des Reglereinflusses.- Zahlenbeispiel.- Schrifttum zum zweiten Teil.