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B e s c h r e i b u n g Erfindungsgegenstand ist eine Vorrichtung
zum Messen von Differenzdrücken in Wasser- und Abwasserreinigungsanlagen, vorzugsweise
bei stauerzeugenden Einrichtungen mit einer Ober- und Unterwasserseite.
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Derartige Vorrichtungen werden vorzugsweise zur automatischen Steuerung
von stauerzeugenden Vorrichtungen benutzt. Hierzu gehören automatische Rechenanlagen
und Siebanlagen. Das Wasser durchströmt die Maschine und die Schmutzstoffe werden
von der Maschine aus dem Wasser entfernt. Die Schmutzstoffe belegen einen Teil der
freien Druchströmungsfläche, so daß allein durch diese QuerschnittsverEnderung der
Stau hervorgerufen wird. Andererseits ist der Stau aber auch flor die Aufrechterhaltung
des Strömungsvorgangs durch die DEschine hindurch notwendig.
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Vom Einsatzgebiet her muß eine Vorrichtung zum Messen dieses Staus
außerordentlich robust und einfach sein. Die unterschiedlichsten Verschmutzungen
im Wasser gehören zu den Normalbedingungen und dürfen keinerlei Betriebsstörungen
verursachen. Die Verschmutzungen bestehen entweder aus groben, vom Wasser mitgefuhrten
Stoffen, wie Fasern, Laub,
Sand usw., oder aus gelösten Stoffen.
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In der Wasser- und Abwassertechnik wurden bisher die im folgenden
besohriebenen Gattungen von Meßvorrichtungen eingesetzt, deren Nachteile hier ebenfalls
geunnt sind.
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Die echwlmmergesteuerten Me2vorrichtungen hatten ii Ober-und Unterwasser
jeweils einen Schwimmerschacht, so daß die mit mechanischen Mitteln verbundenen
Sohwi-per ein Messung der Wasserhöhen im Ober- und Unterwasser btwt, des Staus zuließen.
Die schwimmergesteuerte Meßvorrichtung erwies sich bei zunehmender Verschmutzung
des Wassere als ungeeignet, weil die Schwimmerbewegungen durch die Schmutzstoffe
beeinträchtigt wurden. Siebvorrichtungen vor den Schwimmerschächten könnten keine
Abhilfe schaffen, weil diese selbst durch die Treibstoffe verlegt wurden. Außerdem
stellten die Schwimmerschächte ein aus hygienischen Gründen nicht zufriedenstellendes
Totwasser dar.
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Im deutschen Gebrauchsmuster 1 878 990 wurde ein Sifferenzdruckmesser
beschrieben, welcher an einem Verbindungsstutzen zwischen Ober- und Unterwasser
aufgeflanscht war und welcher mit zwei Membranen gegenüber Ober- und Unterwasser
eine Druck-und Meßkammer bildet. Die Auslenkung der beiden Uber einen Druckstab
miteinander verbundenen Membranen wurde gemessen und der Meßwert elektrisch nach
außen geführt. Die Membranen
unterlagen Jeweils der Druckbeanspruchung
des Wasserdrucks aus der Ober- und Unterwasserseite gegenüber der Druck- und Meßkammer.
Da die Auslenkung der beiden Membranen durch den genannten Druckstab gleich groß
war, wurde die mit dem geringeren Druck belastete Membrane zusätzlich auch noch
elastisch beansprucht. Da die Membranen auch ständig aggresiven Angriffen ausgesetzt
sind und durch das schwankende Druckspiel ständig mechanisch beansprucht wurden,
waren diese Meßvorrichtungen für den Dauerbetrieb nicht befriedigend. Ein einfacher
Austausch der ganzen Vorrichtung im Falle einer Membranzerstörung war kompliziert.
Der durch den Austausch entstandene freie Druchfluß zwischen Ober- und Unterwasser
mußte zusätzlich abgesohiebert werden.
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So haben sich in der letzten Zeit sogenannte pneumatische Druckmeßvorrichtungen
eingeführt. Sie arbeiten auf dem Prinzip des Lufteinperlverfahrens. Bei einem unten
offenen, in das Wasser eingetauchten und mit Druckluft beaufschlagten Rohr stellt
sich bei geeigneter Wahl der Druckbeaufschlagung in dem Rohr ein Druck von der Größenordnung
der Eintauchtiefe ein. Wenn man Je ein solches Einperltauchrohr in der Ober-und
Unterwasserseite anordnet und mit den Drcken der beiden Rohre die Vorder- und Rückseite
einer Membrane in einer Druck kammer beaufschlagt, kann man an der Auslenkung der
Membrane den Differenzdruck messen und abgreifen. Üblicherweise wird der Druck in
den beiden Rohren durch ei getrennte Xleinkompressoren
oder mit
einem Kleinkompressor und mittels eines Düsensystems erzeugt, Das lüsensystem ist
einer sehr empfindliche Schwachstelle der Meßvorrichtung. Bei den extrem kleinen
Luftmengen und bei den relativ kleinen Drucken, welche zur Messung benötigt werden,
spielen schon die geringsten Änderungen oder Abweichungen in der Justierung eine
erhebliche Rolle. Auoh die Länge der Pneumatikleitungen ist relativ aufwendig, was
sich einerseits auf ihren Preis andererseits auf die Gefahr von Wassertassen oder
Vereisungen bezieht.
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Erfindungsaufgabe war daher, eine Vorrichtung zum Messen von Differenzdrücken
zu schaffen, die besser als die bekannten Vorrichtungen zur den speziellen Einsatzfall
in Wasser- und Abwasserreinigungsanlagen geeignet ist und gegebenenfalls weitere,
bisher bei derartigen Vorrichtungen unbekannte Vorteile aufweist.
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Die Erfindungsaufgabe wird dadurch gelost, daß die Vor richtung als
Druokkammer ausgebildet ist, daß sie einerseits teilweise mit einer Membrane abgeschlossen
ist, welche mit einem Weg-Meßwert-Umformer mechanisch gekoppelt ist, daß sie andererseits
mit einer am Ende offenen Pneumatikleitung verbunden ist, in welche zusätzlich der
Druck stutzen einer Luftversorgungsanlage mündet, und daß die Vorrichtung im Oberwasser
und daß das offene Ende der
Pneumatikleitung im Unterwasser und
in der Höhe der Vorrichtung angeordnet wird.
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Die Erfindung ist in der Abbildung in Form eines schematischen Schnitts
durch die stauerzeugende Einrichtung dargestellt. Das Wasser oder Abwasser bildet
beim Durchgang durch die stauerzeugende Einrichtung 3 in Druchströmungsrichtung
12 ein Oberwasser 1 und ein Unterwasser 2, In beliebiger Höhe, zum Bei- -spiel P
1, ist im Oberwasser 1 die Vorrichtung zum Messen des Differenzdrucks eingehängt.
Sie besteht in der Hauptsache aus einer Druckkammer 4, die mit der Membrane 5 gegenüber
dem Oberwasser 1 abgedichtet ist. Aus der Druckkammer 4 führt eine Pneumatik leitung
7 um die stauerzeugende Einrichtung 3 herum in das Unterwasser 2. Das freiende t4
der Pneumatikleitung 7 ist in der gleiohen geodätischen Höhe H angeordnet wie die
Membrane 5 der Druckkammer 4.
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Durch die Pneumatikpumpe 8 wird in der Pneumatikleitung ein Druck
aufgebaut, welcher der Eintauchtiefe P 2 des freien Endes 14 der Pneumatikleitung
7 im Unterwasser 2 entspricht Dieser Druck im Unterwasser P 2 wird über die Pneumatikleitung
7 auch auf das Innere der Druckkammer 4 übertragen, so daß mit der Membrane 5 ein
aus dem Differenzdruck sich ergebender Weg-Meßwert abgegriffen werden kann. Hierzu
ist ein Weg-Meßwert-Umformer 6 vorgesehen, welcher durch eine Leitung 13 mit einem
Verstärker 9, Regler 10 und gegebenenfalls Schreiber 11 verbunden ist. Bei der beschriebenen
Anordnung der Membrane 5 und des freien Endes 14 der Pneumatikleitung 7
in
einer geodätischen Höhe H ist die Messung des Differenzdrucks unabhängig von dem
tatsächlichen Wert der geodätischen Höhe H. Der Differenzdruck DP stellt sich immer
als Differenz der beiden Eintauohtiefen bzw. DrUcke P 1 und P 2 im Ober-und Unterwasser
ein.
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Die Vorrichtung nach dem Erfindungsgedanken weist verschiedene Vorzüge
auf. Zunächst wird die eine Meßgröße hydraulisch, das heißt in ihrer natürlichen
Form-abgegrlffen, während die andere pneumatisch mittelbar herangeführt wird. Die
Membrane ist nur mit dem Differenzdruck beaufschlagt und nicht mit einem hiervon
abweichenden, eigenen Druck in der Druckkammer, wie er sich zum Beispiel in dem
deutschen Gebrauchsmuster 1 878 990 beim Zusammenbau des Gerätes sußerhalb des Wassera
nach den Umgebungsbedingungen eingestellt hatte. Die Zuleitung des Unterwasserdrucks
P 2 über die Pneumatikleitung ist mit dem beschriebenen Anschluß der Pneumatikpumpe
8 an die Pneumatikleitung 7 besonders einfach. An sioh kann nach dem Erfindungsgedanken
die Pneumatikpumpe oder im allgemeinen eine andersartige Luft- oder Gasversorgungsanlage
an einem beliebigen Ort angeordnet werden, vorzugsweise Jedoch oberhalb des Wasserspiegels.
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Der Meßwert entsteht Jedoch unmittelbar am Ort der zu messenden Größe,
so daß hieraus im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen weniger Störungen entstehen
können.
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Üblicherweise waren bisher bei den pneumatischenDifferenzdruckmessern
die ganzen Einrichtungen mit Ausnahme der beiden offenen Pneumatikleitungen außerhalb
angebracht, beispielsweise in einem gemeinsamen Schrank und in vielen Fällen gemeinsam
für mehrere Einheiten in einer größeren Anlage. Die Einrichtungen bestanden in den
Meßumformern, welche nicht an der Meßstelle selbst angebracht werden konnten. Die
erheblichen Störungen aus dem Verteilungssystem, gerade bei großen Anlagen, haben
zur Aufgabenstellung geführt. Die jetzt vorliegende elektrische Übertragung es Meßwertes
unmittelbar vom Ort der Meßgröße hin zu einem Schalt- oder Registrierschrank ist
eine besonders für den praktischen Betrieb hoch einzuschätzende Verbesserung.
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Besonders vorteilhaft ist durch die unmittelbare Anordnung der Vorrichtung
an der Meßstelle selbst, daß hiermit die Betriebsbereitschaft der Vorrichtung überwacht
wird. Bei Ausfall der Pumpe kann die volle Aussteuerung der Meßgröße als Notsignal
verwendet werden, daß heißt bei eingeschalteter Vorrichtung existiert ein Signal
"Betrieb" und bei unterbrochenem Betrieb existiert ein gegenteiliges Signal. Da
die Anordnung nach der Erfindung das Düsensystem vesane4idet, entfallen auch Dusenverstopfungen
und die entsprechenden Wartungsarbeiten. Die Justierung entfällt ebenfalls, wodurch
die Störanfälligkeit verringert wird. Vor allem wird der Einsatz von
Membranpumpen,
welche wartungsfrei und billig sind und für hohe Absolutwasserdrücke, zum Beispiel
10 m Wassersäule, geeignet sind, ermdglloht,
Aufstellung der verwendeten
Bezeichnungen 1 Oberwasser 2 Unterwasser 3 stauerzeugende Einrichtung 4 Druckkammer
5 Membrane 6 Weh-Meßwert-Umformer 7 Pneumatikleitung 8 Pneumatikpumpe 9 Verstärker
10 Regler 11 Schreiber 12 Durchströmungsrichtung 13 Leitung 14 freies Ende Pneumatikleitung
P 1 Druck im Oberwasser P 2 Druck im Unterwasser DP Differenzdruck H geodätische
Höhe der Meßstelle