DE2643029A1

DE2643029A1 - Abwasserdrossel

Info

Publication number: DE2643029A1
Application number: DE19762643029
Authority: DE
Inventors: Hansjoerg Dr Brombach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-09-24
Filing date: 1976-09-24
Publication date: 1978-03-30
Also published as: CH627219A5; ATA619777A; FR2365713A1; FR2365713B3; AT366129B; DE2643029C3; DE2643029B2

Description

Anmelder: Dr.Hansjörg Brombach

Im Schule 31

7000 Stuttgart - 1

Abwasserdrossel

Die Erfindung "betrifft eine Abwasserdrossel zur Verminderung des Durchflusses von verschmutzten, insbesondere Pestkörper enthaltenden Abwässern in geschlossenen Rohrleitungen, Kanälen und dergleichen.

Haushalte und Industrie erzeugen erhebliche Mengen von Abwasser, die aus Gründen des Umweltschutzes nicht unbehandelt in den natürlichen Wasserkreislauf zurückgegeben werden dürfen. Wegen der besonderen Stoffeigenschaften des Abwassers treten hydraulische Probleme in den Kanalisationen, Speichern und Kläranlagen auf. Abwasser ist aggressiv, führt Festkörper und Faserstoffe mit und transportiert große Mengen organischer und anorganischer

809813/0233

A 16 148/9 -JT-

Substanzen.

Besondere Schwierigkeiten 'treten in einem Abwassersystem dort auf, wo der Durchfluß gedrosselt werden muß. Man kennt dazu zwei Methoden: Die Verengung des Fließquerschnittes durch blenden-oder düsenähnliche Vorrichtungen und die Erzeugung von Reibungsverlusten durch lange Drosselstrecken. Alle diese Vorrichtungen versagen in der Praxis, wenn der Durchfluß auf kleine Werte herabgedrosselt werden muß. Die Vorrichtungen verstopfen, versanden oder verschlammen und können die Kalibrierung nicht halten. Es wurde nun gefunden, daß hier eine Wirbeldrossel geeigneter Ausbildung Abhilfe schaffen kann. Die Drosselwirkung eines solchen Gerätes entsteht durch den Dralleffekt einer Wirbelströmung. Dazu werden weder wesentliche Quersohnittseinengungen noch lange Reibungswege noch bewegliche Teile erforderlich. Wirbeldrosseln zum Erzeugen von Druckverlusten in Fluiden sind an sich bekannt, so z.B. aus der deutschen Patentschrift 507 713. Sie werden auch verschiedentlich in der Technik eingesetzt, dort jedoch für saubere Fluide, wo die bei feststoffhaltigen, stark verschmutzten Abwässern auftretenden Probleme gar nicht angesprochen werden.

Die Abwasserdrossel nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine im wesentlichen rotationssymmetrische flache Wirbelkammer aufweist, in deren Außenmantel eine gegenüber der radialen Richtung parallel versetzte Eingangsdüse mündet und an deren Unterseite im Kammerboden eine Ausgangsblane vorgesehen ist.

Es hat sich herausgestellt, daß eine derartig einfache Wirbelkammerdrossel zur Drosselung des Durchflusses bei Abwassersystemen hervorragend geeignet ist. Besondere Steuerungsmöglichkeiten, wie z.B. durch Steuerdüsen, sind nicht erforderlich. Man kommt mit einer einzigen Eingangsdüse und einer Ausgangsblaue aus. In der Regel wird die Wirbel-

809813/0233

A 16 148/9 -,

kammer in horizontaler Lage angeordnet. In besonderen Fällen ist es auch möglich, eine Schräglage vorzusehen, solange gewährleistet ist, daß die Peststoffe aus der Kammer ausgetragen werden. Durch die gegenüber der radialen Richtung versetzte Zuleitung, insbesondere durch eine tangentiale Zuleitung des Abwassers, entsteht in der Wirbelkammer eine Drallströmung mit starker Fließbeschleunigung zum Ausgang hin. Die hohe Pließgeschwindigkeit im Bereich der AusgangsblHile ist verantwortlich für die Drosselwirkung. Die Zentrifugalkräfte des Abwassers formen einen hohlen Wirbelkern. Wird der Wirbelkern belüftet, kann der Einfluß eines Rückstaus aus der Ableitung vermindert werden. Die Wirbelströmung ist äußerst turbulenzarm, die Strombahnen sind Spiralen. Wegen der Gleichmäßigkeit des Creschwindigkeitsf eldes eines Wirbels werden Faserstoffe, Schwebestoffe und auch Festkörper sicher zum Ausgang befördert. Es gibt keinerlei Ablagerungen in der Kammer. Selbst sperrige Störkörper wie Steine, Holzstücke usw. werden einwandfrei abgeführt. Dieser störungsfreie Betrieb ist insbesondere bei starker Belastung der Drossel durch Festkörper auf eine Eigentümlichkeit der Wirbeldrossel zurückzuführen, nämlich auf den sog. Selbstreinigungseffekt. Jede Störung der Wirbelströmung durch Fremdkörper schwächt den Drall und läßt den Durchfluß so lange ansteigen, bis die Fremdkörper ausgeworfen ist. Die klassichen Drosseln in Abwassersystemen tun genau das Gegenteil. Wenn sie zu verstopfen drohen, verringern sie den Durchfluß.

Die Abwasserdrossel nach der Erfindung kann im einzelnen verschiedenartig ausgebildet sein, wobei im wesentlichen stets die gleiche Funktionsweise beibehalten wird. Dabei werden die einfacheren und leicht herstellbaren Bauformen in der Regel dort eingesetzt, wo es auf die letzten Prozente des Wirkungsgrades der Drosselwirkung nicht ankommt. Durch strömungstechnisch günstige Ausbildung der Wirbelkammer, worauf später noch eingegangen wird, können jedoch Wirkungsgrade bis zu 90 #:erzielt werden. (Drosselung des Durchflusses auf 10 fi, der ohne Drosselung einträte).

8098 13/0 233

A 16 14Ö/9 _n —<-

Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen. In der Zeichnung zeigen

Pig. 1 eine Draufsicht auf eine Wirbelkammerdrossel nach der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Ausführung nach Fig. 1, die

Fig. 3 bis

c- Ergänzungsmöglichkeiten für die Ausführungs-

form nach Fig. 1 und
die

Fig. 6 bis

.. P Abwandlungsmöglichkeiten für die obigen Ausführungsformen.

Bei der in der Zeichnung in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist eine flache zylindrische Wirbelkammer 1 mit horizontaler Anordnung vorgesehen. In den Außenmantel 2 der Kammer 1 mündet tangential nur eine Eingangsdüse 3· Diese ist als Rohrstutzen mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, dessen Durchmesser ca. 200 mm beträgt und der nur wenig kleiner ist als die lichte Höhe der Kammer 1. Der Durchmesser der Kammer ist fünfmal so groß wie der der Eingangsdüse 3 und beträgt ca. 1 Meter. Die Kammer 1 weist einen abnehmbaren flachen Deckel 4 auf, der mit einem in der Rotationsachse der Kammer 1 liegenden BeIUftun^sstutzen 5 mit einem Innendurchmesser von 50 mm versehen ist. Dieser Durchmesser ist kleiner als der Durchmesser des Luftkerns, der normalerweise beim

809813/0233

A 16 148/9 Q

Betrieb der Wirbelkammerdrossel 1 über der Ausgangsblende 7 verbleibt.

An der Unterseite, d.h. im Kammerboden 6 ist eine Ausgangstilende 7 vorgesehen, die in einen axial nach unten gerichteten Rohrstutzen 8 mündet, der in etwa gleich groß ist wie der größte Durchmesser der Ausgangsblende 7 Der Rohrstutzen 8 ist kurz unterhalb der Kammer horizontal abgebogen, wo er in eine Rohrleitung oder in eine offene Leitung (nicht dargestellt) mündet. Der Durchmesser bzw. Querschnitt der Ausgangsblenle 7 ist bei der dargestellten Ausführungsform durch auswechselbare Blendenringe 9 veränderbar und zwar von ca. dem 0,5-fachen bis zum 2-fachen des Durchmessers bzw. Querschnitts der Eingangsdüse 3. Der Durchmesser der Ausgangsdüse könnte auch kleiner gehalten werden als der Durchmesser der Eingangsdüse 3, doch ist bevorzugt, ihn größer zu halten, damit Festkörper, die durch die Eingangsdüse in die Kammer gelangen, auf jeden Fall auch durch die Ausgangsdüse wieder aus der Kammer heraus können. Die Kammer 1 hat im Inneren glattflächige Wandungen 10, so daß sich Festkörper nirgends festhalten können und die Fließverluste in den Grenzschichten .^erinf; bleiben.

Die Abwasserdrossel arbeitet in folgender Weise: Abwasser, das Festkörper bis zur Größe des Querschnitts der Zuleitung zur Eingangsdüse bzw. der Eingangsdüse selbst mitführen kann, gelangt tangential in die Kammer 1 und bildet in der Kammer eine spiralförmige Wirbelströmung mit nur sehr geringer Turbulenz aus. Je weniger grobe Festkörper im Abwasser enthalten sind, desto enger ist die Spirale, d.h. desto häufiger dreht sich der eingeleitete Strom, bis er die Kammer am Kammerboden 6 durch die Ausgangsdüse 7 wieder verläßt.

809813/0233

A 16 148/9

Der Grad der Drosselwirkung, d.h. der Widerstand der Drossel, ist dabei abhängig von der Verweilzeit des Wassers in der Kammer, die wiederum vom Durchmesser der liingangsdüse 3 im Verhältnis zum Durchmesser der Kammer 1 abhängt. Der beste Wirkungsgrad wird bei einem Durchmesserverhältnis von ca. 1:5 erreicht und liegt dann bei bis zu ca. 90 $. Dieser Wirkungsgrad kann durch Variation des Durchmessers der Ausgangsblende beeinflußt werden.

Durch den Belüftungsstutzen 5 kann beim Betrieb der Drossel infolge des über der Ausgangsblende 7 befindlichen Unterdrucks Luft angesaugt werden, die zur Sauerstoff beladung des Abwassers dient. Auch ermöglicht der Stutzen 5 eine optische und akustische Kontrolle des Betriebszustandes der Wirbelkammer.

Die Wirbelkammer 1 eignet sich besonders zur Drosselung des Abflusses aus Rückhaltebecken, Regenüberlaufbecken, Fangbecken und Regenüberläufen in Abwässernetzen, da sie wartungsfrei und ohne Energiezufuhr arbeitet.

Kleinere Störkörper, wie Kies, Sand, Papier, Faserstoffe, Metallteile u. dgl. werden mit dem Wasser in der Kammer um- ^ewirbelt und aus dieser befördert, ohne daß Verstopfungsgefahr besteht. G-rößere Pestkörper bremsen den Wirbel, was bis zum Zusammenbruch des Wirbels fortschreiten kann. Es baut sich dann eine radiale Senkströmung mit hohem Durchfluß und geringem Durchflußwiderstand auf, der die großen Festkörper wegspült und die Kammer automatisch durchputzt, so daß sich sogleich danach der Wirbel von selbst erneut wieder aufbauen kann.

80981 3/0233

A 16 148/9

Irgendwelche mechanischen Hilfsmittel sind hierbei nicht erforderlich. Falls erwünscht, können auch zwei oder mehrere Drosseln in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung angeordnet sein. Werden zwei gleiche Drosseln in Serie hintereinander angeordnet, dann führt dies 'beispielsweise zu einer Verstärkung der Drosselung um das 1,75-fache.

Weitere Möglichkeiten und Abwandlungen der Wirbelkammerdrossel, die auch miteinander kombiniert werden können, ergeben sich aus den in den Pig. 3 bis 12 dargestellten Ausbildungsmöglichkeiten. Will man beispielsweise die Zu- und Ableitung der Wirbelkammer 1 zur Reinigung des gesamten Systems einmal mit dem ungebremsten Wasserstrom durchströmen lassen, dann kann man die Drosselwirkung der Wirbelkammer 1 dadurch aufheben, daß man in die Kammer vertikal ein sich über den gesamten Kammerquerschnitt erstreckendes als Drallstörer dienendes Brett 11 einsetzt, das an der Abflußblende 7, z.B. tangential angrenzen kann . Das Einsetzen kann leicht nach Abheben des Kammerdeckels 4 erfolgen. Die Ausbildung eines Wirbels in der Kammer 1 ist dann nicht mehr möglich, so daß das Wasser ungedrosselt durch die Kammer und durch die Ausgangsdüse 7 strömt. Der Durchfluß steigt dabei auf das 6- bis 8-fache des gebremsten Durchflusses an.

Als Alternative, die besonders dann bevorzugt ist,^wenn häufiger Spülvorgänge gewünscht sind, ist es auch möglich, eine besondere Spülleitung 12 vorzusehen, wie dies im Bild dargestellt ist. Die Spülleitung 12 mündet ebenfalls im wesentlichen tangential aber in entgegengesetztem Drehsinn wie die Eingangsdüse 3 in die Kammer. Durch Öffnen eines in der Spülleitung 12 vorgesehenen Spülschiebers 13 kann ein Strom aus der Zuleitung 3 in die Spülleitung 12 abgezweigt werden, der den Wirbel in der Kammer 1 zerstört und so den

8098 13/0233

A 16 148/9

Durchflußwiderstand der Kammer 1 erniedrigt. Wie in Fig. 5 gezeigt, kann in der Zuleitung zur Eingangsdüse 3 noch eine Druckmeßstelle mit Fühlerrohren 14 vorgesehen sein. Durch Einblasen von luft kann hier in einfacher Weise der Staudruck vor der Wirbelkammer 1 gemessen werden, ohne daß hierzu mechanische Teile oder den Durchfluß störende Teile erforderlich sind. Durch Messen des Staudrucks können hier beispielsweise Rückschlüsse auf den Durchfluß, auf etwaige Verstopfungen oder sonstige Störungen im Zufluß zur Wirbelkammer 1 gezogen werden.

Die Ausbildung nach Fig. 6 zeigt, daß die Zuleitung 3 gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 zur Tangentialen in Richtung zur Kammermitte auch parallel versetzt werden kann. Dieser Versatz läßt eine stufenlose Variation der Drosselwirkung zu, d.h. je weiter die Zuleitung 3 im Vergleich zur Tangentialen versetzt wird, umso schwächer wird der Drall in der Drossel, bei sonst gleichbleibender Drosselgröße. Diese Bauart ist in der Fertigung günstiger als die nach Fig. 1, weil eine steilere Zuleitung 3 an der Kammerwand leichter zu montieren ist. Sie wird allerdings nur dort eingesetzt, wo auf eine maximale Drosselung kein Wert gelegt zu werden braucht. Durch exzentrische Anordnung der Ausgangsblerde 7, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, kann umgekehrt eine Verbesserung der Drosselwirkung gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 erzielt werden. Hier ist die Ausgangsblende aus dem Zentrum des Kammerbodens 6 ungefähr um den halben Durchmesser der Ausgangsblencle 7 entlang einer Linie weg von der Eingangsdüse 3 versetzt, die vom Lot auf die Achse der Eingangsdüse um ca. 15° abweicht. Damit wird der spiraligen Form der Drallströmung in der Kammer 1 Rechnung getragen. Noch weiter verbessert werden kann die Drosselwirkung

80981 3/0233

A 16 148/9

wenn der Außenmantel 2 der Kammer selbst der ersten Windung der Spirale entsprechend in etwa spiralig ausgebildet wird. (Pig. 8).

Eine weitere Verbesserung ergibt sich gemäß der Ausführungsform nach Fig. 9, bei der der Außenmantel 2 der Kammer 1 entsprechend dem Radius der Zuleitung der Eingangsdüse 3 gekrümmt wird. Die Ausführungsformen nach den Fig. 8 und 9 lassen sich mit Vorteil als Gußteile herstellen.

Auch in der Gestaltung des Kammerbodens 6 und der AusgangshTencle 7 sind Variationen möglich. Ein zur Ausgangsblsnde 7 geneigter Boden 6, wie er in Fig. 10 dargestellt ist, erleichtert den Ausstoß schwerer Festkörper. Diese Ausführungsform ist bei starkem Geschiebeanfall bevorzugt. Der Kammerboden kann auch konvex oder konkav gewölbt sein. Die Wirbelkammer nach der Erfindung hat an sich schon eine geringe Niveaudifferenz zwischen Eingangsdüse 3 und Ausgangsfctade 7. In besonderen Fällen, wo Eingangsdüse 3 und das weiterführende Abflußrohr auf gleicher Höhe liegen sollen, beispielsweise dann, wenn in eine bereits bestehende Rohrleitung nachträglich eine Wirbelkammerdrossel eingesetzt werden soll, kann das sich an die AusgangsbleaBe anschließende Rohr 8 syphonartig wieder auf die Höhe der Eingangsdüse 3 hochgebogen werden. Wie auch bei anderen Ausführungsformen, bei denen sich an die Ausgangs blende 7 ein geschlossenes Rohr anschließt, ist bei dieser Ausführungsform eine Belüftung 5 am Kammerdeckel 4 zweckmäßig, um eine rückwirkende Beeinflussung der Drallsttömung zu vermeiden. Anders ist dies, wenn die Ausgangsblende direkt ins Freie mündet, wie dies in Fig. 12 schematisch dargestellt ist, bzw. wenn lediglich ein kurzer richtungsweisender Stutzen 8 an der AusgangsbTende 7 vorgesehen ist. Hier sind keinerlei Rückwirkungsmöglichkeiten gegeben, d.h. die Wirbelkammer 1 arbeitet völlig unabhängig von der Art und Weise,

809813/0233

A 16 48/9

wie das Abwasser hinter der Wirbelkammer 1 weiterfließt. Deshalb ist diese Ausführungsform besonders bevorzugt.

809813/0233

Claims

A 16 148/9

Ansprüche

( 1.J Abwasserdrossel zur Verminderung des Durchflusses von verschmutzten, insbesondere Pestkörper enthaltenden Abwässern in geschlossenen Rohrleitungen, Kanälen u. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß sie eine im wesentlichen rotationssymmetrische flache Wirbelkammer (1) aufweist, in deren Außenmantel (2) eine gegenüber der radialen Richtung parallel versetzte Eingangsdüse (3) mündet und an deren Unterseite im Kammerboden (6) eine Ausgangsblende (7) vorgesehen ist.
2. Drossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (1) die Form eines flachen Zylinders hat.
3. Drossel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Boden (6) der Kammer (1) in Richtung zur AusgangsoTende (7) senkt.
4. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsdüse (3) im wesentlichen tangential in den Außenmantel (2) mündet.
5. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsblende (7) an der Unterseite der Wirbelkammer (1) in der Rotationsachse der Kammer liegt.
6. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Kammer (1) mindestens zwei vorzugsweise mindestens vier- bis sechsmal so groß ist wie der Durchmesser der Eingangsdüse (3).

809813/0233 QRIQtNAL INSPECTED

A 16 148/9
7. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsdüse (3) im wesentlichen die gleiche Höhe besitzt wie die Kammer (1).
8. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Ausgangsblende (7) 0,5 bis 2 mal so groß, vorzugsweise in etwa gleich groß wie der Durchmesser der Eingangsdüse (3) ist.
9. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (1) einen Durchmesser von ca. 0,5 Meter bis 2 Meter, vorzugsweise von ca. 1 Meter besitzt.
10. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsblende (7) von einer Öffnung im Kammerboden (6) gebildet wird.
11. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Ausgangsblenie (7) vorzugsweise mit Hilfe von auswechselbaren vorzugsweise lose einlegbaren Blendenringen (9) veränderbar ist.
12. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsblende (7) durch ein Rohrstück (8) nach unten verlängert ist.
13· Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (1) einen flachen abnehmbaren Deckel (4) besitzt.
14. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kammerdeckel eine B3LÜ ft ungs Öffnung (5) vorgesehen ist.

809813/0233

A 16 148/9 „
15· Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsblende (7) im Kammerboden (6) entsprechend der Exzentrizität des Wirbels exzentrisch angeordnet ist.
16. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerwand (2) entsprechend der natürlichen Spiralform des Wirbels unter Einschluß der Eingangsdüse (3) im horizontalen Querschnitt entsprechend einer vorzugsweise logarithmischen spiraligen Windung ausgebildet ist.
17· Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerwand (2) im vertikalen Querschnitt nach außen bogenförmig ausgebaucht ist.
18. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammer (1) eine Einrichtung (11, 12, 13) zur Störung des Dralles zugeordnet ist.
19. Drossel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Störung des Dralles aus einem quer in die Kammer (1) einsetzbaren Brett (11) besteht.
20. Drossel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Störung des Dralles eine mit einem Ventil (13) versehene Spülleitung (12) vorgesehen ist, die tangential aber in entgegengesetztem Drehsinn wie die Eingangsdüse (3) in die Kammer (1) mündet.

80981 3/0233

A 16 14Ö/9 I₁
21. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung zur Eingangsdüse (3) mindestens eine Rohröffnung (14) zur Ausbildung einer vorzugsweise pneumatisch arbeitenden Meßstelle vorgesehen ist.
22. Verwendung der Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Abflußleitungen von Abwasserbecken.
23. Verwendung nach Anspruch 22 in Verbindung mit einem Rückhalteraum von ca. 1 bis 4 Metern Höhe und einem Rauminhalt von 100 bis 1000 m .

809813/0233