AT520238B1

AT520238B1 - Spaltsieb

Info

Publication number: AT520238B1
Application number: ATA224/2018A
Authority: AT
Inventors: Höhener Marcel
Original assignee: Marcel Hoehener
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-03-15
Also published as: AT520238A2; CH713881B1; AT520238A3

Abstract

Die erfindungsgemässe Einrichtung umfasst eine abwärts gekrümmte Wasser-Einlaufstrecke (4) sowie ein Sieb (6), wobei dieses Sieb der Wasser-Einlaufstrecke im Wasserflussrichtung folgt. Die Einrichtung weist eine seitlich angeordnete Leitplanke (7) auf, welche das Wasser im Betrieb über die ganze Einrichtung beschleunigen und dann auf das Sieb (6) geneigt leiten kann. Das Sieb enthält Stäbe (2), die parallel zueinander verlaufen und die ein Viertelrundprofil aufweisen, wobei diese Stäbe quer zur Wasserflussrichtung angeordnet sind. Zwischen den Stäben (2) gibt es Spalte (9).

Description

Beschreibung

EINRICHTUNG ZUR WASSERVERSORGUNG UND/ODER WASSERFILTERUNG [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Wasserversorgung und/oder Wasserfilterung, mit einem Sieb.

[0002] Gemäß dem Stand der Technik werden Spaltsiebe als Siebe verwendet, die aus Stäben bestehen. Für die Herstellung von Spaltsieben werden Stäbe mit vorwiegend dreieckigem, trapez- oder keilförmigem Profil verwendet. Mit den genannten Profilen kann eine maximale Menge von Wasser im Abflussspalt zwischen zwei Profilstäben pro Flächeneinheit konstruiert werden. Im Weiteren gibt es auch Spaltsiebe mit Halbrundprofilen, sie beschleunigen beim Absaugen das Wasser über die Rundung des Halbrundprofils zusätzlich, was eine maximale Absauggeschwindigkeit pro Abflussschlitz zur Folge hat. Wegen der höheren Absaugrate kann gegenüber den erstgenannten Profilen ein kleineres Sprunghöhenverhältnis h:s, respektive ein kleinerer Anstellwinkel α gewählt werden um dennoch die Zweitfunktion der Treibgut- Abschwemmung zu erfüllen. Die Spaltsiebe werden in Einrichtungen eingesetzt, die entweder der Fassung des Wassers oder dem Abscheiden von Feststoffen aus dem Abwasser und allgemein der Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten dienen. Der Werkstoff der Spaltsiebstäbe (Profile) ist normalerweise Stahl, kann aber auch ein beliebig anderer adäquater Werkstoff sein.

[0003] Patentdokumente betreffend die Fassung und Filterung von Wasser:

DE 10 2010 037 223 A1 (Wasserfassung)

JP2013151836A (Wasserfassung)

JPH0874232A (Wasserfassung) US9273439B1 (Wasserfassung) US2003167700A1 (Wasserfassung) US2005072738A1 (Wasserfassung) US2005246967A1 (Wasserfassung) US2008101867A1 (Wasserfassung) [0004] Patentdokumente betreffend das Abscheiden von Feststoffen aus dem Abwasser und Filter für Trennung von flüssigen und festen Stoffen:

DE 296 06 097 U1 (Entschlammung Abwasser)

EP 0 002 237 A1

EP 0 385 940 A1 (Entschlammung von Bädern)

EP 0 607 809 A1 (Filtern allgemein)

EP 2 251 072 A1 (Entschlammung von Abwasser)

KR 20120131331A (Filtern allg.) [0005] Ein typischer Anwendungsbereich der Einrichtungen zur Wasserfassung und/oder filterung ist z.B. jener der Kraftwerke für die Erzeugung elektrischer Energie aus Wasserkraft. Bis anhin wurden bei Wasserentnahme - Einrichtungen im speziellen sogenannte „CoandaRechen“ zur Erfüllung der Wasserentnahme - und Wassersiebfunktion eingesetzt. Das spezielle am Coanda ist der Seitenriss der demjenigen eines Flügels ähnlich ist. Über eine Beschleunigungsstrecke wird die Wassergeschwindigkeit vor dem Spaltsieb erhöht. Die Stäbe des Spaltsiebs sind normalerweise im gleichen Abstand und parallel zu einander angeordnet, so dass sich dazwischen ein Schlitz ergibt. Der Abstand der Stäbe, also die Schlitzbreite, kann so gewählt werden, dass der Abstand breit genug ist um die erforderliche Wassermenge zu entnehmen und fein genug, um das darüber strömende Treibgut raus zu filtern.

[0006] Wasserentnahme-Einrichtungen, deren Spaltsieb mit Keil-, Trapez- oder Dreiecksprofilen ausgestattet sind, beschleunigen das Wasser über die aktive Absaugfläche nicht. Die Abflussmenge Q wird lediglich über die Kraft der Erdanziehung und die Spaltfläche bestimmt. Dies

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AT 520 238 B1 2020-03-15 österreichisches patentamt hat zur Folge, dass das Schwellenhöhen Verhältnis h:s > 0.75 oder der horizontale Anstellwinkel α > 41° sein sollte, weil sonst die Reinigungsfunktion (Treibgut wegzuschwemmen) nicht mehr erfüllt werden kann. Ein hoher Anstellwinkel bei einem Wasserkraftwerk zur Stromerzeugung weniger Fallhöhe zur Folge hat und somit Energieverlust eintritt. Halbrundprofile über deren Rundung das Wasser beim Abfließen zwar zusätzlich beschleunigt, brauchen jedoch auch bei minimalem Durchmesser, wenn sie aneinander gereiht sind, mehr Platz als das bei den anderen herkömmlichen Profilen der Fall ist. Bei dem gesteigerten Platzbedarf an Spaltsiebfläche wird ebenfalls der Materialaufwand entsprechend grösser.

[0007] Die Aufgabe der Erfindung ist, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen.

[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß so gelöst, wie dies im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definiert ist.

[0009] Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

[0010] Fig. 1: eine Ansicht der vorliegenden Einrichtung mit einem Spaltsieb aus Stäben, [0011] Fig. 2: eine Seitenansicht des Viertelrundprofils eines einzelnen Stabes, [0012] Fig. 3: in einer Seitenansicht das Spaltsieb mit darüber strömendem Wasser, [0013] Fig. 4: in einer Seitenansicht die Einrichtung mit dem Spaltsieb, einer Einlaufstrecke und mit Leitplanken, [0014] Fig. 5: in einer Draufsicht die Einrichtung mit Spaltsieb und der Einlaufstrecke, [0015] Fig. 6: eine Teilansicht des Spaltsiebes und der Einlaufstrecke, [0016] Fig. 7: eine vergrösserte Ansicht des Spaltsiebes und der Einlaufstrecke aus Fig. 6 und [0017] Fig. 8: eine Draufsicht des Spaltsiebes und der Einlaufstrecke.

[0018] Das Spaltsieb 6 ergibt sich, indem beliebig viele Viertelrundprofil - Stäbe 2 aneinandergereiht werden. Die Breite b des Spaltsiebs 6 kann beliebige Zahlenwerte annehmen. Die Viertelrundprofil - Stäbe 2 sind so angeordnet, dass sie dazwischen einen Spalt 9 mit dem Abstand d haben. Die Stäbe 2 haben zum jeweils darauffolgenden Stab 2 einen Versatzwinkel so, dass das darüber strömende Wasser 10 vom jeweils darauffolgenden Stab 2 in Abflussrichtung zur runden Seite 3 des Stabes 2 abgelenkt wird. Der Sinn dieser Ausführung besteht darin, dass das quer darüber strömende Wasser 10 von Stab 2 zu Stab 2 abgeschert wird und über die runde Seite 3 des Stabes 2 abfließt. Unter abscheren versteht man den sogenannten Raspel Effekt, auch Aquashear - Effekt genannt. Der Abstand d kann entsprechend dem Anwendungsgebiet so gewählt werden, dass die gewünschte Wassermenge entnommen werden kann und/oder die Feststoffe nach gewünschter Feinheit mit dem Restwasser darüber weggeschwemmt werden, respektive kleinere Teile rausgefiltert werden können. Beim Abfließen wird das Wasser über die runde Seite 3 zusätzlich beschleunigt und tritt so mit einer erhöhten Geschwindigkeit v aus, bevor es dann im freien Fall in ein darunterliegendes Auffangbecken gelangt. Die Abflussmenge Q ist die gesamte Abflussmenge des vom Spaltsieb abgesogenen Teils des darüber strömenden Wassers 10. Der Werkstoff der Stäbe 2 ist normalerweise Stahl, kann aber auch ein beliebig anderer adäquater Werkstoff sein.

[0019] Zur Entnahme von Wasser aus stehenden oder fließenden Gewässern kann das Spaltsieb 6 in einer dem Coanda Rechen ähnlichen Einrichtung 1 zur Wasserentnahme eingesetzt werden. Wegen der dem Seitenriss eines Entenschnabels entsprechenden Form, wird diese Einrichtung 1 auch „Bec de Canard“ genannt. Diese Vorrichtung 1 hat vor dem Spaltsieb 6 eine gekrümmte Einlaufstrecke 4. Über diese Fläche 4 wird das Wasser inklusive der mitgeführten Feststoffe beschleunigt über das Spaltsieb 6 gespült. Weil das Wasser beschleunigt über den Rechen 6 fließt, wird auch die Vereisungsgefahr kleiner. Damit das Wasser auch über das ganze Spaltsieb strömt, werden an den Seiten der Einrichtung 1 passende Leitplanken 7 mon

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AT 520 238 B1 2020-03-15 österreichisches patentamt tiert. Wegen der zusätzlichen Beschleunigung über die Runde Seite 3 der Stäbe 2 wird das Wasser mit zusätzlich erhöhter Geschwindigkeit v abgesogen. Dies bringt nebst der höheren Abflussmenge Q auch den Vorteil der minimalen Schwellenhöhe h mit sich - siehe „Aufgabe der Erfindung“. Für die Einrichtung 1 zur Wasserentnahme genügt ein Sprunghöhenverhältnis von (h:s < 0.75) respektive einen Anstellwinkel (α <41°).

[0020] Im optimalen Fall sind die Stäbe 2 zwischen der runden Seite 3 und der flachen Seite 8 wo das Wasser darüber strömt mit einer runden Entgrätung 5 versehen. Die Stäbe 2 werden so in das Spaltsieb 6 eingebaut, dass die Entgrätung 5 der darüber fließenden Wasserströmung entgegenwirkt und das abgeleitete Wasser, ergonomisch auf die runde Seite 3 des Stabes 2 abgeleitet wird. Das nicht abgeschiedene darüber strömende Wasser 10 fließt über die flache Seite des Profils 8 bis zur nächsten Entgrätung 5 oder dann als Restwasser über das Spaltsieb 6 hinaus. Der den Aquasheareffekt erzeugende Versatzwinkel der aufeinanderfolgenden Stäbe 2 kann beliebig sein.

[0021] Die Aufgabe des Spaltsiebs 6 mit quer zur Wasserflussrichtung angeordneten Stäben 2 die ein Viertelrundprofil aufweisen, ist es Wasser aus einem Kreislauf zu entnehmen oder Feststoffe rauszufiltern. Dies bei einem geringen Baumaterialaufwand, einer minimalen Arbeitsfläche des Spaltsiebs 6 und einer minimalen Schwellenhöhe h. Demzufolge können solche Spaltsiebe 6 in Einrichtungen zur Wasserentnahme in Fließ- oder stehenden Gewässer insbesondere im Bereich der Stromerzeugung oder in Anlagen zum Abscheiden von Feststoffen aus dem Wasser eingebaut werden. Die Erfindung erfüllt im Bereich der Stromerzeugung die zusätzliche Aufgabe des minimalen Energieverlusts bei der Wasserfassung und gewährt durch die minimale Schwellenhöhe h der Einrichtung den Wassertieren in einem Fließgewässer einen einfacheren Aufstieg.

[0022] Schwellenhöhe h ist der vertikale Abstand zwischen der Wassereinlaufstelle in die Einrichtung oben und Restwasserablaufstelle aus der Einrichtung unten. Technisch verbindlich gilt hier das Schwellenhöhenverhältnis (auch Sprunghöhenverhältnis genannt); Schwellenhöhe h (auch Sprunghöhe genannt) zur Einbautiefe s. Der horizontale Anstellwinkel α ändert sich proportional zum Schwellenhöhenverhältnis.

h/s = tg α

Die Abflussmenge Q, ist die Anzahl n der Spalte 9 mal die Spaltfläche A mal die Absauggeschwindigkeit v. Die gesamte Spaltfläche A, also die Summe aller Einzel Spaltflächen, wird auch aktive Absaugfläche genannt. Die Absauggeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit des Wassers kurz vor dem freien Fall nach überstreifen der runden Seite 3 von einem Stab 2:

Q = η · A · v

Die gesamte Spaltfläche A ergibt sich durch Spaltbreite d mal Seitenlänge b

A = d · b [0023] Eine maximale Abflussrate über die gesamte Spaltfläche A (aktive Absaugfläche): Das Wasser wird über den Runden Teil 3 des Stabes 2 zusätzlich beschleunigt. So wird das Wasser, im Vergleich zu herkömmlichen Modellen, mit einer höheren Geschwindigkeit v abgesogen. Durch den entstandenen Sog, fließt mehr Wasser Q pro minimale gesamte Spaltfläche A ab. Durch diese Eigenschaft senken sich auch die Anschaffungs- und Herstellungskosten gegenüber den herkömmlichen Modellen und der Platzbedarf im Gewässer wird minimal.

[0024] Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass es halb so viel Platz (Siebfläche) wie ein Spaltsieb mit Halbrundprofilen braucht. Bei gleicher Abflussmenge Q braucht es höchstens gleich viel Platz wie die anderen herkömmlichen Ausführungen mit den unter „Stand der Technik“ beschriebenen Profilvarianten.

[0025] Kleinere Schwellenhöhe der Einrichtung gegenüber herkömmlichen Modellen: Wegen dem Sogeffekt über der Runden Seite 3 der Stäbe 2, gleiten das Wasser und die mitgeführten Feststoffe schneller über das Spaltsieb 6 als bei herkömmlichen Spaltsieb - Modellen. Aufgrund dieser Eigenschaft kann die Einrichtung mit einer kleineren Schwellenhöhe h als bei herkömmli

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AT 520 238 B1 2020-03-15 österreichisches patentamt chen Ausführungen aufgebaut werden und dabei die Funktion der Selbstreinigung dennoch aufrechterhalten werden. Im Falle der Stromerzeugung mit Wasserkraft kann durch das verkleinern der Schwellenhöhe h mehr an Fallhöhe und somit Leistung gewonnen werden. Eine kleinere Schwellenhöhe bedeutet auch eine höhere Passibilität für Wassertiere im Falle die Einrichtung in einem Fließgewässer eingebaut wird.

[0026] Die Einrichtung 1 muss mit einem Fundament im Gewässer verankert sein, um ein Wegschwimmen zu verhindern. Die Einrichtung 1 darf keine scharfen Ecken oder Kanten vorweisen, um die Verletzungsgefahr der Lebewesen im Gewässer möglichst gering zu halten.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Einrichtung für Wasserentnahme

2: Stab

3: Runde Seite beim Stab

4: Beschleunigungsstrecke

5: Runde Entgrätung beim Stab

6: Spaltsieb

7: Leitplanke der Einrichtung

8: Erste flache Seite beim Viertelrundstab 2

9: Spalt

10: Darüber strömendes Wasser

18: Zweite flache Seite beim Viertelrundstab 2

Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Wasserversorgung und/oder Wasserfilterung, mit einem Sieb, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb Stäbe (2) enthält, die ein Viertelrundprofil aufweisen, dass diese Stäbe quer zur Wasserflussrichtung angeordnet sind und dass Spalte (9) zwischen den Stäben vorhanden sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe (2) im Sieb parallel zueinander angeordnet sind, dass das Viertelrundprofil (2) zwei rechtwinklig zueinander stehende Flächen (8,18) aufweist, dass sich zwischen den freien Kanten dieser Flächen (8,18) eine runde Fläche (3) des Viertelrundprofils (2) erstreckt, dass die Stäbe (2) im Sieb so orientiert sind, dass im Betrieb das Wasser (10) über die erste der flachen Seiten (8) fließen kann und dass bei jedem Spalt (9) ein Teil des Wassers über die runde und stromaufschauende Seite (3) des Stabes (2) ableitbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des jeweiligen Stabes (2) von der maximalen Wassermenge Q pro Spalt (9) und der gewünschten Feinheit der abzuscheidenden Feststoffe wählbar ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe (2), von der Profilseite her betrachtet, mit einem Versatzwinkel der ersten flachen Seite (8) parallel zur Flussrichtung des darüber strömenden Wassers (10) zueinander angeordnet sind, sodass gegenüber dem darüber strömenden Wasser (10) ein Abschereffekt entsteht, welcher bewirkt, dass das fließende Wasser auf die runde Seite (3) der Stäbe (2) umgeleitet wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (2) beim Übergang von der runden Seite (3) zur ersten flachen Seite (8) des Stabes (2) eine runde Entgrätung (5) aufweist, und dass diese Entgrätung quer gegen die Flussrichtung des darüber strömenden Wassers (10) steht, um die entstehende Stauwirkung unmittelbar vor dem Abfließen über die runde Seite (3) des Stabes (2) minimal zu halten.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine abwärts gekrümmte Wasser-Einlaufstrecke (4) aufweist, und dass das Sieb (6) dieser Wasser- Einlaufstrecke (4) im Wasserflussrichtung folgt, dass die Einrichtung ferner eine seitlich angeordnete Leitplanke (7) aufweist, welche das Wasser im Betrieb über die ganze Einrichtung beschleunigen und dann auf das Sieb (6) geneigt leiten kann.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Schwellenhöhenverhältnis von h:s = < 0,75 resp. einen horizontalen Anstellwinkel Alpha <41° aufweist, wobei h die Schwellenhöhe ist, welche der vertikalen Abstand zwischen der Wassereinlaufstelle in die Einrichtung oben und der Restwasserablaufstelle aus der Einrichtung unten ist, und dass s die Einbautiefe ist, welche dem horizontalen Abstand zwischen der Wassereinlaufstelle in die Einrichtung oben und der Restwasserablaufstelle aus der Einrichtung unten ist.