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Regelvorrichtung für die Fließgeschwindigkeit in Absetzbecken Die
Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für die Fließgeschwindigkeit in Absetzbecken,
insbesondere Sandfängen, zur Abtrennung von Stoffen einer einen Grenzwert überschreitenden
Wichte aus einem mittels Stauschilde in seiner Geschwindigkeit regulierbaren Strom.
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Derartige Absetzbecken werden zur Abtrennung mineralischer Stoffe
aus Wasser oder Abwasser verwendet, die meist als offene Rinnen ausgebildet sind
und insbesondere als Sandfänge dienen. Es wird dabei angestrebt, den Absetzbecken
bzw. Rinnen einen solchen Querschnitt zu geben, daß bei jeder Wassermenge im Zufluß
eine annähernd konstante Fließgeschwindigkeit erreicht wird, die bei städtischem
Abwasser nach Imhoff etwa 0,3 m/sec betragen soll, um z. B. Sandkörnungen von 0,1
bis' 1 mm abzuscheiden und den Schlamm weiterfließen zu lassen.
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Die bekannten Absetzbecken bzw. Abscheidegerinne haben alle den Nachteil,
daß sie zum Erreichen einer konstanten Fließgeschwindigkeit in ihrem Gerinnequerschnitt
nur kleinen Schwankungen in der Wassermenge bei städtischen Kläranlagen anpaßbar
sind, ganz zu schweigen von den Schwankungen zwischen Trockenwetterabfluß und dem
fünffachen Trockenwetterabfluß bei starkem Regen. Auch bei industriellen Anlagen
entstehen Abwasserstöße von erheblichem Ausmaß, die durch die Form des Abscheidegerinnes
allein nicht mit konstanter Fließgeschwindigkeit abgeleitet werden können.
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Man hat versucht, die Mängel des Gerinne durch Anwendung fest einstellbarer
Ablaufschilde oder durch bewegliche Ablauf- oder Drosselorgane am Ende des Gerinnes
zu beheben. Man verwendete Pegelmeßgeräte oder Venturigerinne und bewegte den Stauschild
über ein gesteuertes Getriebe. Jedoch wurde auch damit keine befriedigende Lösung
gefunden. Es wurde immer wieder ein großer Teil des Sandes in die Kläranlage weitergeschwemmt,
so daß Schwierigkeiten bei der Schlamm- und Sandentfernung aus den Schlammtaschen
der Absetzbecken oder aus den Faulbehältern auftraten. Nicht minder unangenehm waren
die Störungen an den Pumpen, Absperrventilen, Rohrleitungen, Schlammvorwärmeeinrichtungen
u. dgl. Man hat vielfach drei Gerinne angeordnet, eines für Trockenwetterabfluß,
ein zweites für das Wasser bei maximaler Wasserführung und das dritte als Reservebecken
und auch für Katastrophenregen. Diese Anlagen sind teuer und verlangen viel Bedienung.
Es ist auch bekannt, nur die sandführenden Schichten seitlich abzuführen und zu
behandeln, um so die zu entsandende Wassermenge zu verringern.
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Es ist zwar auch bekannt, die Wasserstandshöhe in einem Kanal od.
dgl. durch einen Schwimmer zu regeln, der bei steigendem Wasserstand über mechanische
oder elektrische Zwischenglieder einen Durchflußquerschnitt vergrößert und bei fallendem
Wasserstand verkleinert. Abgesehen davon, daß derartige Einrichtungen für Absetzbecken
nicht bekannt sind, wird dadurch jedoch lediglich eine bestimmte Stauhöhe konstant
geregelt. Es wird dabei davon ausgegangen, daß bei einem gegebenen Kanalquerschnitt
und einem gegebenen Gefälle sowie bei konstantem Wasserstand auch eine konstante
Fließgeschwindigkeit in dem Kanal gewährleistet ist. Diese Voraussetzungen sind
aber in der Praxis bei der Regelung .der Fließgeschwindigkeit in einem Absetzbecken
und insbesondere in einem Sandfanggerinne zur Abtrennung von -Stoffen einer einen
Grenzwert überschreitenden Wichte aus einem mittels Stauschilde in seiner Geschwindigkeit
regulierbaren Strom nicht gegeben, so daß derartige Vorrichtungen auch zur Überwindung
der vorher genannten Schwierigkeiten nicht verwendet werden können.
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Mit der Regelvorrichtung gemäß der Erfindung kann die Fließgeschwindigkeit
in Absetzbecken so geregelt werden, daß ein Abscheiden der schweren Teile auch bei
schwankendem Wasserspiegel auf alle Fälle gewährleistet wird. Diese Regelvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, daß im Gerinne ein der Strömungskraft und einer entgegengesetzten
Kraft unterworfener Staukörper angeordnet ist, dessen Bewegungen, die beim Abweichen
der Fließgeschwindigkeit vom Sollwert auftreten, mittels an sich bekannter elektrischer
Mittel, wie Ohmscher oder dergleichen Widerstände, in eine sich ändernde elektrische
Größe
umgewandelt werden, die als Steuergröße für einen Regler dienen, der den elektromotorischen
Antrieb des oder der Stauschilde öffnend bzw. schließend regelt.
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Gemäß der Erfindung wird also die jeweilige Stellung der Stauschilde
unmittelbar in Abhängigkeit von der Fließgeschwindigkeit im Gerinne gebracht. Es
kann dabei als Staukörper beispielsweise ein Floß verwendet werden, das in einem
geraden Gerinne von mindestens 10 m Länge untergebracht ist.
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Als elektrisches Mittel kann gemäß der Erfindung vorteilhafterweise
eine in einer Wechselstrombrücke angeordnete Selbstinduktionsspule mit reibungslos
beweglichem Eisenkern dienen, an dessen einem Ende der Staukörper und an dessen
anderem Ende die entgegengesetzte Kraft, z. B. in Form von an einem Hebelarm angeordneten
Gegengewichten, angeordnet ist. Die Brückenmeßwerte werden dann gemäß der Erfindung
von einem Stufen- bzw. Grenzwertregler aufgenommen, der zum Steuern eines Schützes
dient, das den Antriebsmotor der Stauschilde im öffnenden oder schließenden Sinne
unter Strom setzt.
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Die am Staukörper angreifende Kraft besteht vorteilhafterweise aus
einem Gegengewicht, das mittels eines über Umlenkrollen geleiteten Seils am Staukörper
angreift. Mit diesem Gegengewicht, das durch ,Benutzung von Beilagescheiben vermehrt
oder vermindert werden kann, ist eine feinfühlige Belastungsänderung möglich.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, den Staukörper mit quer zur Längsachse
des Gerinnes verstellbaren Leitrollen über der Wasserspiegellinie zu versehen. Es
können dadurch Klemmungen des Staukörpers im Gerinne vermieden werden.
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Um Veränderungen der Höhe des Wasserspiegels mitberücksichtigen zu
können, derart also, daß bei gleicher Fließgeschwindigkeit durch eine Veränderung
der Wasserspiegelhöhe keine Veränderung der an den Regler für den elektromotorischen
Antrieb abgegebene Steuergröße erfolgt, kann gemäß der Erfindung weiterhin der Staukörper
auch an den verschiebbaren, am anderen Ende durch austarierte Gegengewichtsplatten
od. dgl. belasteten Eisenkern einer zweiten Selbstinduktionsspule angeschlossen
sein, die in Abhängigkeit von den wechselnden Wasserspiegelhöhen auf den Stufen-
bzw. Grenzwertregler einwirkt, der zusätzlich den Stauschild auf eine vorgegebene
Abfiußmenge einregelt.
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Gemäß der Erfindung kann im übrigen die elektrische Steuerung auch
dadurch gekennzeichnet sein, daß als elektrisches Mittel ein in einer Gleichstrommeßbrücke
angeordneter Drehwiderstand dient, an dessen Hebel ein in das Gerinne eintauchender
Schwimmer angeordnet ist, und daß ein die Brückenmeßwerte aufnehmender Stufen- bzw.
Grenzwertregier, der ein Schütz steuert, das den Antriebsmotor der Stauschilde im
öffnenden bzw. schließenden Sinne unter. Strom setzt.
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Man kann ferner vorteilhafterweise zwischen dem Grenzwertregler und
dem elektromotorischen Antrieb eine die Laufzeit des Antriebes unabhängig von dem
Grenzwertregler steuernde Vorrichtung, insbesondere eine Schaltuhr, anordnen.
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Durch die Regelvorrichtung nach der Erfindung kann also die Geschwindigkeit
in einem Abscheidegerinne mit Hilfe des. Grenzwertreglers auf einen Wert reguliert
werden, bei dem die abzuscheidenden Stoffe während des Fließvorganges absinken und
in einen Sandsumpf gelangen. Es können dabei Gerinne verwendet werden, die auf einen
Streckenabschnitt, der mit einem Abstand hinter dem Staukörper beginnt und am Sandsumpf
endet, einen gegenüber dem übrigen Rinnenquerschnitt verkleinerten Querschnitt aufweisen.
In dem angegebenen Streckenabschnitt wird die Fließgeschwindigkeit gegenüber der
einregulierten Geschwindigkeit erhöht, so daß der in den Streckenabschnitt hineingelangende,
abgeschiedene Sand am Boden weitertransportiert und in den Sandsumpf hineingespült
wird, über dem die Schleppkraft nachläßt, weil sich hier der Durchflußquerschnitt
wieder vergrößert.
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Weiterhin kann die Regelvorrichtung nach der Erfindung bei Anordnungen
angewendet werden, bei denen dem eigentlichen Abscheidegerinne sogenannte Stau-
oder Rückhaltegerinne vorzuschalten sind, die nach oben sehr stark verbreitert sind,
um nach oben genügend Speichervolumen zu erzielen. Nach unten sind sie zu einem
schmalen Gerinne, etwa in Form eines Dreiecks, verengt, in welchem z. B. das Schlamm-Sand-Gemisch
zum eigentlichen Sandabscheidegerinne weiterHießt. In den Stau-oder Rückhaltegerinnen
werden zweckmäßigerweise Drossel- oder Staublenden bzw. Schieber zur groben Vorregelung
des Abflußvorganges eingesetzt.
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Die Erfindung und ihre Einzelheiten sind beispielsweise an Hand der
Zeichnungen erläutert.
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Die A b b. 1 zeigt als Anordnungsprinzip einen Längsschnitt durch
ein Abscheidegerinne. Es ist 1 der Boden des Gerinnes 2 und 3 ein tiefer als der
Boden des Gerinnes 2 liegender Sandsammelraum, 4 ist der Stauschild, 5 die
Antriebssäule mit dem Getriebe 6 und 7 der am Getriebe angeflanschte Antrieb. Auf
der Wasseroberfläche des Gerinnes 2 schwimmt ein Staukörper 8, der an einem Seil
9 befestigt ist, welches unter Zwischenschaltung eines Eisenkernes 10, einer Selbstinduktionsspule
11 und einer Feder 12 über Umlenkrollen 13,14 an einem Hebelarm 15
des mit Gewichten 16, 17 belasteten Hebelsystems 18 angehängt ist. Die am Staukörper
8 angreifende Strömungskraft und die durch das Hebelsystem 18 ausgeübte, in entgegengesetzter
Richtung wirkende Kraft sind auf die Sollfließgeschwindigkeit im Gerinne 2 eingestellt.
Das Seil 9 trägt Anschlagscheiben 19, 20. Mit 21 ist die Steuereinrichtung bezeichnet,
die aus einer Wechselstrommeßbrücke, einem Grenzwertregler und Schaltschützen besteht.
Die Meßleitung zur Meßbrücke trägt die Ziffer 22, die Stromleitung von den Schaltschützen
zum Antrieb 7 die Ziffer 23.
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Am Staukörper 8 kann, wie strichpunktiert gezeichnet, noch ein zweites,
durch ein Gegengewicht 24 belastetes Seil 25 angeschlossen sein, das über eine Rolle
26 geführt ist.. Mit diesem Seil 25 ist der Eisenkern 27 der Selbstinduktionsspule
28 verbunden, die analog der Spule 11 Steuervorgänge in Abhängigkeit von der Wasserspiegelhöhe
im Gerinne 2 auslöst und den Antrieb 7 beeinflußt sowie eine Steuerung im Sinne
einer Mengenregelung bewirkt, wie durch einen zum Antrieb weisenden Pfeil angedeutet
ist.
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In A b b. 2 ist eine Variante der Gewichtsbelastung des Staukörpers
B. gezeigt. Das Seil 9 mit den Anschlagscheiben 19, 20, das über die Rollen 13 und
14 geführt ist, ist mit dem. veränderbaren Gegengewicht 29 gespannt. Am Staukörper
8 hängt ein zweites,
über Rollen 31, 32 geführtes Seil 30, das mittels
eines veränderbaren Gewichtes 33 gespannt wird. Ein Austarieren der Belastungen
schafft eine beliebige Empfindlichkeit der Regelung.
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Die A b b. 3 bis 5 zeigen in Ansicht, in der Draufsicht und im Querschnitt
ein Beispiel eines als Staukörper 8 dienenden Schwimmers. Er besteht aus dem eigentlichen
Schwimmkörper und vier Leitrollen 34, die an verschiebbaren Armen 35 mit Längsschlitzen
36 angeordnet sind. Die Feststellung erfolgt mittels Schrauben 37. Um dem Schwimmer
einen gewünschten Tiefgang zu geben, kann in den in seinem Innern vorgesehenen Hohlraum
durch mit Stopfen 38 verschließbare Öffnungen eine angemessene Menge einer Beschwerungsmasse
gefüllt werden.
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In A b b. 6 ist schematisch die Selbstinduktionsspule 11 mit dem Eisenkern
10 und die Meßbrücke mit dem angeschlossenen Stufen- bzw. Grenzwertregler gezeigt.
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Die Selbstinduktionsspule 11 besteht aus einem Isolierkörper 39, dem
beweglichen Eisenkern 10, an dem der Staukörper hängt, einer Primärwicklung 40 und
einer Sekundärwicklung 41. Beide Wicklungen sind in der im Schaltschema gezeigten
Weise an den Stromversorgungstransformator 42 und an die Brücke angeschlossen, die
in an sich bekannter Weise aus Widerständen 43, 44, 45 und einer Drossel 46 besteht.
In der einen Brückendiagonale liegt ein Gleichrichter 47, und an ihn ist der Stufen-
bzw. Grenzwertregler 48 angeschlossen. Der Regler ist eine an sich bekannte Konstruktion,
die nach dem Fallbügelprinzip arbeitet, hat ein Meßwerk, einen Meßwertzeiger, einen
Sollwertzeiger, einen Tasthebel mit Schaltwerk und eine Quecksilberschaltröhre.
Bei dem Regler nach dem Failbügelprinzip werden Istwerte und Sollwerte der Regelgröße
an der Brücke abgenommen und periodisch miteinander verglichen. Bei Abweichungen
des Meßwertes vom Sollwert wird die Queeksilberschaltröhre betätigt, und diese löst
Steuervorgänge an den Schaltschützen des Antriebsmotors 7 aus. Der Antrieb des Schaltwerkes
dieses Reglers erfolgt durch einen selbstlaufenden Synchronmotor, und dieser bewegt
über eine Kurvenscheibe einen Tasthebel, der die Zeigerstellung periodisch abtastet.
Verwendbar sind auch andere bekannte Regler, die die Meßwerte der Brücke in Regelimpulse
für die Schaltschützen umwandeln. Die Schaltschützsteuerung als solche ist in an
sich bekannter Weise derart beschaffen, daß sie bei einer Anzeige des Grenzwertreglers
48' unterhalb des Sollwertes den Motor in die eine Drehrichtung und bei einer Überschreitung
des Sollwertes in die andere Drehrichtung schaltet. Um die Dauer eines Kommandos
für den Antrieb 7 zu regeln, ist es vorteilhaft, in die Steuerleitung 49 zu den
Schaltschützen eine Schaltuhr 50 einzufügen.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung wirkt in folgender Weise: Sobald
das Gerinne 2 durchflossen und der Stauschild 4 geöffnet wird, stellt sich, je nach
den gegebenen Umständen, eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit ein. Sie wird mittels
des Stauschildes 4 möglichst auf die Sollgeschwindigkeit eingestellt. Der Staukörper
8 würde mit der Fließgeschwindigkeit abgetrieben werden, wenn er nicht über das
Seil 9 und das Hebelsystem 18 nach A b b. 1 bzw. den Gewichtsausgleich nach A b
b. 2 festgehalten würde. Die der Strömungskraft entgegengesetzten Kräfte am Hebelsystem
18 werden so eingestellt, daß der Staukörper bei der Sollgeschwindigkeit praktisch
stillsteht und der Eisenkern 10 in der Selbstinduktionsspule 11 einen angemessenen
Brükkenstrom fließen läßt, der durch das Meßwerk des Grenzwertreglers angezeigt
wird. Auf diesen Sollwert wird der Sollwertanzeiger des Grenzwertreglers eingestellt.
Wenn die Fließgeschwindigkeit im Gerinne zu groß wird, z. B. bei mitgeführtem Sand
den Wert von 0,3 m/sec überschreitet, dann bewegt sich der Staukörper in Fließrichtung
und der Kern 10 in der Induktionsspule 11 nach abwärts. Bei zu geringer Fließgeschwindigkeit
von etwa 0,25 m/sec wird der Staukörper durch das Hebelsystem 18 in entgegengesetzte
Richtung gezogen und damit der Kern 10
nach oben verstellt. Es ändert sich
damit der Strom in der Diagonale der Meßbrücke und damit die Anzeige des Meßwertes
des Grenzwertreglers vom eingestellten Sollwert. Bei dem periodischen Vergleich
vom Istwert und Sollwert steuert nun der Grenzwertregler 48 mittels der Quecksilberschaltröhre
die Schaltschütze, und diese schalten den Antrieb 7 ein und aus. Wenn die Fließgeschwindigkeit
im Gerinne zu groß ist, dann wird der Stauschild 4 so weit gedrosselt, daß die Sollfließgeschwindigkeit
im Gerinne wieder erreicht wird. Bei zu kleiner Fließgeschwindigkeit im Abscheidegerinne
erfolgt die Steuerung in umgekehrter Weise. Unter Umständen wird infolge der Länge
der Kommandos, die dem Antrieb 7 vom Grenzwertregeler 48 direkt gegeben werden,
die Fließgeschwindigkeit um den Sollwert erheblich pendeln. Es ist daher vorteilhaft;
durch einen zusätzlichen Zeitregler die Dauer eines Kommandos,. die die Betätigung
des Stauschildes 4 veranlaßt, so festzulegen, daß die Schwankungen der Regelgröße
in tragbaren Grenzen gehalten werden. Der Zeitregler steuert ohne Inanspruchnahme
der Endschalter am Regulierschild die Laufzeiten der Schildbewegungen. Je nach den
örtlichen Verhältnissen können kurze oder lange Laufzeiten eingestellt werden. Die
Endschalter übernehmen dabei nur die am Ende: des Gesamtweges (Hubes) erforderlichen
Sicherungen.
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Auf dem Boden 1 des Abscheidegerinnes scheiden sich die bei der vorgeschriebenen
Sollgeschwindigkeit abzuscheidenden Stoffe ab. Um sie in den Sandsammelraum zu schieben,
wird der Sollwert vorübergehend auf eine große Fließgeschwindigkeit, z. B. 0,8 bis
1,Qm/sec, eingestellt. Die hohe Fließgeschwindigkeit schiebt nun den abgeschiedenen
Stoff geschiebeartig zu dem Sandsumpf und von hier kann er mittels geeigneter Fördereinrichtung
- Druckluftheber, Greifer od. dgl. - hochgefördert werden. Nach Beendigung des Transportvorganges
nach dem Sandsumpf wird der Grenzwertregler wieder auf die Sollgeschwindigkeit zur
Abscheidung zurückgestellt. Sollte der abgeschiedene Stoff noch verschmutzt sein,
so kann man ihn aus der Fördereinrichtung in eine Sandwaschrinne fördern und hier
nochmals auswaschen. Man kann, nachdem die jeweiligen Verhältnisse genau bekannt
sind, auch den Grenzwertregler auf eine Fließgeschwindigkeit einstellen, die den
Sand allmählich zum Boden sinken läßt und gleichzeitig zum Sandsumpf mitführt; dies
ist in den meisten Fällen bei einer Fließgeschwindigkeit von etwa 0,4 bis 0,5 m/sec
möglich. Hierbei scheidet sich der Sand unerwünschter Korngrößen, welche den Faulraum,
die Schlammpumpen u. dgl. gefährden, ab, sinkt bis zum Rinnenende zum Boden und
wird in den Sandsumpf mitgerissen, während die
organischen Beimengungen,
besonders Feinschlamm, Fäkalien u. dgL, zu Kläranlagen Weiterfließen.