CH713881B1

CH713881B1 - Spaltsieb für eine Einrichtung zur Wasserfassung und/oder Wasserfilterung.

Info

Publication number: CH713881B1
Application number: CH00973/17A
Authority: CH
Inventors: Höhener Marcel
Original assignee: Marcel Hoehener
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2018-12-14
Also published as: AT520238B1; AT520238A3; AT520238A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spaltsieb (6) mit aneinandergereihten Stäben (2), die ein Viertelrundprofil aufweisen und quer zur Wasserflussrichtung (10) angeordnet sind. Das Viertelrundprofil-Spaltsieb kommt in Einrichtungen, die den Zweck des Entnehmens von Wasser aus fliessenden oder stehenden Gewässern erfüllen. In diesem Einsatzgebiet eignet sich die Verwendung des Spaltsiebes in einer Einrichtung (1), die der Wasserentnahme und/oder Filterung dient, wobei diese aus einer abwärtsgekrümmten Wassereinlaufstrecke (4) und dem daran anschliessenden Spaltsieb (6), zusammen die Silhouette eines Entenschnabels bildend, und seitlichen Leitplanken besteht. Das über die Einrichtung (1) entnommene Wasser kann in einem darunterliegenden Auffangbecken gesammelt werden. Durch den Einsatz von Viertelrundprofilen kann das Spaltsieb bis zu über 150 l/s Wasser (Q) pro Quadratmeter aktive Absaugfläche entnehmen. Das Absaugen geschieht über die runde Seite (3) der Viertelrundprofile, das Wasser wird zur Erdbeschleunigung zusätzlich beschleunigt – dadurch entsteht ein Sogeffekt und somit eine erhöhte Abflussgeschwindigkeit. Deswegen kann letztendlich auch die Schwellenhöhe (h) der Einrichtung vermindert werden. Die Vorteile von diesem Spaltsieb (6) liegen also in der Absaugleistung, im Einsparen von Material und in der ökologischen Verträglichkeit; kleineres Hindernis für Fische und andere Wassertiere beim Aufstieg in Fliessgewässer, wegen der tiefen Schwellenhöhe.

Description

Beschreibung

Technisches Gebiet [0001] Die Erfindung betrifft ein Spaltsieb (6), bestehend aus aneinandergereihten Stäben (2), die jeweils als Querschnittsprofil ein Viertelrundprofil aufweisen. Dieses Spaltsieb dient der Fassung, und/oder der Filterung von Wasser. Einsatzgebiet solcher Spaltsiebe (6) sind Einrichtungen, die Wasser aus einem fliessenden oder stehenden Gewässer fassen, wo das Spaltsieb (6) die Aufgabe hat, einen Teil des darüberströmenden Wassers (10) zu entnehmen und das Treibgut (im Wasser mitgeführte Feststoffe) mit dem Restwasser darüberschwemmen zu lassen. Ein anderes Einsatzgebiet des Spaltsiebs (8) sind Einrichtungen, die dem Abscheiden von Feststoffen aus dem Abwasser dienen.

Stand der Technik [0002] Gemäss dem Stand der Technik werden für die Herstellung von Spaltsieben vorwiegend Dreiecksprofile, Trapezprofile oder keilförmige Profile verwendet. Mit den genannten Profilen (Seitenansicht der Siebstäbe), kann eine maximale Menge an Abflussschlitzen (Spalt zwischen den Profilen) 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] Patente von Systemen für die Fassung und Filterung von Wasser:

1. DE 10 2010 037 223 A1 (Wasserfassung)

2. JP 2013 151 836 A (Wasserfassung)

3. JPH 0 874 232 A (Wasserfassung)

4. US 9 273 439 B1 (Wasserfassung)

5. US 2003 167 700 A1 (Wasserfassung)

6. US 2005 072 738 A1 (Wasserfassung)

7. US 2005 246 967 A1 (Wasserfassung)

8. US 2008 101 867 A1 (Wasserfassung) [0004] Patente von Systemen zum Abscheiden von Feststoffen aus dem Abwasser und Filter für Trennung von flüssigen und festen Stoffen.

11. DE 29 606 097 U1 (Entschlammung Abwasser)

12. EP 0 002 237 A1

13. EP 0 385 940 A1 (Entschlammung von Bädern)

14. EP 0 607 809 A1 (Filtern allgemein)

15. EP 2 251 072 A1 (Entschlammung von Abwasser)

16. KR 20 120 131 331 A (Filtern allg.) [0005] Ein typischer Anwendungsbereich der Einrichtungen zur Wasserfassung und/oder -filterung (Aufgelistete Patente

1.-7.), ist z.B. jener der Kraftwerke für die Erzeugung von elektrischer Energie aus Wasserkraft. Bis anhin wurden bei Wasserentnahme-Einrichtungen im Speziellen sogenannte «Coanda-Rechen» zur Erfüllung der Wasserentnahme- und Wassersiebfunktion eingesetzt. Das Spezielle am Coanda ist der Seitenriss, der demjenigen eines Flügels ähnlich ist. Über die Beschleunigungsstrecke (4) wird die Wassergeschwindigkeit vor dem Spaltsieb erhöht. Die Stäbe des Spaltsiebs sind normalerweise im gleichen Abstand und parallel zueinander angeordnet, sodass sich dazwischen ein Schlitz ergibt. Der Abstand (d) 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 darüberströmende Treibgut rauszufiltern.

Nachteile bisher [0006] Wasserentnahmeeinrichtungen, 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 hat zur Folge, dass:

a) 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.

b) ein hoher Anstellwinkel bei einem Wasserkraftwerk zur Stromerzeugung weniger Fallhöhe zur Folge hat und somit Energieverlust eintritt.

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c) Halbrundprofile, über deren Rundung das Wasser beim Abfliessen zwar zusätzlich beschleunigt, brauchen jedoch auch bei minimalem Durchmesser, wenn sie aneinandergereiht 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.

Aufgabe der Erfindung [0007] Die Aufgabe des Spaltsiebs (6) mit quer zur Wasserflussrichtung angeordneten Stäben (2), die jeweils 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 Gewässern 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.

Lösung [0008] Die Aufgabe wird durch ein Spaltsieb nach Patentanspruch 1 und eine Einrichtung nach Patentanspruch 7 gelöst!

Vorteile [0009] 1. 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.

[0010] 2. braucht es halb so viel Platz (Siebfläche) wie ein Spaltsieb mit Halbrundprofilen: Bei gleicher Abflussmenge (Q) braucht es höchstens gleich viel Platz wie die anderen herkömmlichen Ausführungen mit den unter «Stand der Technik» beschriebenen Profilvarianten.

[0011] 3. Kleinere Schwellenhöhe der Einrichtung gegenüber herkömmlichen Modellen: Wegen des Sogeffekts 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 herkömmlichen 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, dass die Einrichtung in einem Fliessgewässer eingebaut wird.

Definitionen der Formelbuchstaben (Grössen) [0012] 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 (a) ändert sich proportional zum Schwellenhöhenverhältnis.

h -? s °=·α [0013] Die Abflussmenge (Q), ist die Anzahl Spalte (n) mal Spaltfläche (A) mal Absauggeschwindigkeit (v). Die gesamte Spaltfläche, also die Summe aller Einzelspaltflächen, 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 [0014] Die gesamte Spaltfläche A ergibt sich durch Spaltbreite (d) mal Seitenlänge (b)

A= d · b

Zeichnungen [0015]

Fig. 1: Gesamtansicht 3D der Einrichtung (1)

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Fig. 2: Seitenansicht des Viertelrundprofils eines einzelnen Stabes (2)

Fig. 3: Teilansicht von der Seite des Spaltsiebes (6) mit 6 Stäben (2) und dem darüberströmenden Wasser (10)

Fig. 4: Gesamtansicht von der Seite, einer Einrichtung (1) mit dem eingebauten Spaltsieb (6), der Einlaufstrecke (4) und Leitplanken (7)

Fig. 5: Gesamtansicht der Einrichtung (1) mit Spaltsieb (6) und Einlaufstrecke (4) von oben Fig. 6: Teilansicht 3D des Spaltsiebes (6) und der Einlaufstrecke (4)

Fig. 7: Gezoomte Teilansicht 3D aus Fig. 6 des Spaltsiebes (6) und der Einlaufstrecke (4)

Fig. 8: Teilansicht von oben des Spaltsiebes (6) und der Einlaufstrecke (4)

Technische Ausführung und Funktion [0016] 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 mit dem Abstand (d) haben. Die Stäbe (2) haben zum jeweils darauffolgenden Stab (2) einen Versatzwinkel, so, dass das darüberströmende 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 darüberströmende 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 Aquashare-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 darüberströmenden Wassers (10). Der Werkstoff der Stäbe (2) ist normalerweise Stahl, kann aber auch ein beliebig anderer adäquater Werkstoff sein.

[0017] 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) montiert. 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 a<41°).

Konstruktionsmerkmale [0018] Im optimalen Fall sind die Stäbe (2) zwischen der runden Seite (3) und der flachen Seite (8), wo das Wasser darüberströmt, mit einer runden Entgrätung (5) versehen. Die Stäbe (2) werden so in das Spaltsieb (6) eingebaut, dass die Entgrätung (5) der darüberfliessenden Wasserströmung entgegenwirkt und das abgeleitete Wasser ergonomisch auf die runde Seite (3) des Stabes (2) abgeleitet wird. Das nicht abgeschiedene darüberströmende 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 Aquasheareeffekt erzeugende Versatzwinkel der aufeinanderfolgenden Stäbe (2) kann beliebig sein.

Sicherheitsvorkehrungen [0019] 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 [0020] : Einrichtung für Wasserentnahme und/oder Feststoffabscheidung «Bec de Canard»

2: Stab (Viertelrundprofil-Stab)

3: Runde Seite beim Stab (2)

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4: Beschleunigungsstrecke bei der Einrichtung (1)

5: Runde Entgrätung beim Stab (2)

6: Spaltsieb

7: Leitplanke der Einrichtung (1)

8: Flache Seite beim Viertelrundstab (2)

9:

10: Darüberströmendes Wasser (10)

Claims

Patentansprüche

1. Spaltsieb (6) für eine Einrichtung zur Wasserfassung und/oder Wasserfilterung, welches aus Stäben (2), die jeweils als Querschnittprofil ein Viertelrundprofil aufweisen, besteht und wobei die Stäbe (6) quer zur Wasserabflussrichtung mit einem Spalt dazwischen angeordnet sind.
2. Spaltsieb (6) nach Anspruch 1, in welchem die Stäbe (2) mit dem Spalt dazwischen, der die Breite (d) aufweist, parallel zum jeweiligen Nachbar-Stab (2) eingebaut sind, sodass im Betrieb das Wasser über die flache Seite (8) der Stäbe fliessen kann und bei jedem Spalt ein Teil des darüberströmenden Wassers (10) über die runde stromaufschauende Seite (3) des Stabes (2) ableitbar ist, wobei die Breite des jeweiligen Spaltes, der maximalen Wassermenge (Q) pro Spalt und der gewünschten Feinheit der abzuscheidenden Feststoffe vorgebbar ist.
3. Spaltsieb (6) nach den Ansprüchen 1 und 2, in welchem die Stäbe (2), von der Profilseite her betrachtet, mit einem Versatzwinkel der flachen Seite (8) parallel zur Flussrichtung des darüberströmenden Wassers (10) zueinander angeordnet sind, sodass gegenüber dem darüberströmenden Wasser (10) ein Abschereffekt entsteht, welcher bewirkt, dass das fliessende Wasser auf die runde Seite (3) der Stäbe (2) umgeleitet wird.
4. Spaltsieb (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Stäbe (2) jeweils beim Übergang von der runden Seite (3) zur flachen Seite (8) des Stabes (2) eine runde Entgrätung aufweisen, die quer gegen die Flussrichtung des darüberströmenden Wassers (10) stehen, um die entstehende Stauwirkung unmittelbar vor dem Abfliessen über die runde Seite (3) des Stabes (2) minimal zu halten.
5. Stab (2) für ein Spaltsieb (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Querschnittprofil des Stabes ein Viertelrundprofil ist.
6. Stab (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Übergang von der runden Seite (3) zur flachen Seite (8) des Stabes eine runde Entgrätung ist.
7. Einrichtung (1) zur Wasserfassung und/oder Wasserfilterung mit einem eingebauten Spaltsieb (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in der die Seitensilhouette der Einrichtung derjenigen eines Entenschnabels entspricht, wobei die Einrichtung (1) aus einer abwärtsgekrümmten Wasser-Einlaufstrecke (4), dem sich in Wasserflussrichtung (10) darauffolgenden Spaltsieb (6) und der seitlich angeordneten Leitplanken (7) besteht, wodurch das Wasser im Betrieb über die ganze Einlaufstrecke beschleunigt wird und dann geneigt auf das Spaltsieb (6) gelangt, wobei das Wasser beim Darüberfliessen von den Leitplanken (7) in der Bahn gehalten wird, wobei die Einrichtung (1) ein Schwellenhöhenverhältnis von h:s = <0.75 resp. einen Anstellwinkel zur Horizontalen a< 41° aufweist, wobei h die Schwellenhöhe ist, welche der vertikale Abstand zwischen der Wassereinlaufstelle in die Einrichtung (1) oben und der Restwasserablaufstelle aus der Einrichtung (1) unten ist und wobei s die Einbautiefe ist, welche dem horizontalen Abstand zwischen der Wassereinlaufstelle in die Einrichtung (1) oben und der Restwasserablaufstelle aus der Einrichtung (1) unten ist.

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