DE2643029B2

DE2643029B2 - Abwasserdrossel

Info

Publication number: DE2643029B2
Application number: DE19762643029
Authority: DE
Inventors: Hansjoerg Dr. 7000 Stuttgart Brombach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-09-24
Filing date: 1976-09-24
Publication date: 1980-02-28
Also published as: CH627219A5; ATA619777A; FR2365713A1; FR2365713B3; AT366129B; DE2643029A1; DE2643029C3

Description

17. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 16, ίο dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrnantel (2)

der Kammer im vertikalen Querschnitt nach außen bogenförmig ausgebaucht ist

18. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelkammer (1) eine Einrichtung 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 Wirbelkammer (1)

einsetzbaren Brett (It) besteht

20. Drossel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet daß als Einrichtung zur Störung des Dralles eine mit einem Ventil (13) versehene Spülleitung (12) angeordnet ist, die tangential, aber in entgegengesetztem Drehsinn wie die Eingangsdüse (3) in die Wirbelkammer (I) mündet

21. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet daß in der Zuleitung zur Eingangsdüse (3) n.indestens eine Rohröffnung (14) zur Ausbildung einer vorzugsweise pneumatisch arbeitenden Meßstelle angeordnet ist

Die Erfindung betrifft eine Abwasserdrossel zur Verminderung des Durchflusses von verschmutzten, insbesondere Festkörper enthaltenden Abwässern in geschlossenen Rohrleitungen, Kanälen u. dgl., insbesondere in Abflußleitungen von Abwasserbecken.

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 Substanzen.

Besondere Schwierigkeiten treten in eine·¹ 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

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dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsblende (7) durch ein Rohrstück (8) nach unten verlängert ist

13. Drossel nach einem der Anspriiche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (1) einen Rachen abnehmbaren Deckel (4} hat.

14. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Kammerdeckel eine Belüftungsöffnung (5) angeordnet ist.

15. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsblende (7) im Kammerboden (6) entsprechend der

Vorrichtungen verstopfen, versanden oder verschlammen und können die Kalibrierung nicht halten. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Durchfluß insbesondere von mit Feststoffen versetztem Abwasser wirkungsvoll und präzise zu drossein.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Abwasserdrossel eine liegende im wesentlichen rotationssymmetrische flache Wirbelkammer ist, in deren Außenmantel eine gegenüber der radialen Richtung versetzte Eingangsdüse mündet und in deren Kammerboden ein mit einer Ausgangsbiende

versehener Abfluß angeordnet ist

Es hat sich herausgestellt daß eine derartige 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 Ausgangsdüse aus. In der Regel wird die Wirbelkammer in horizontaler Lage angeordnet In besonderen Fällen ist es auch möglirh, eine Schräglage vorzusehen, solange gewährleistet ist, daß die Feststoffe aus der Kammer aasgetragen werden. Durch die gegenüber der radialen Richtung versetzte Zuleitung insbesondre durch eine tagentiale Zuleitung des Abwassers, intsteht in der Wirbelkammer eine Drallströmung mit stark Fließbeschleunigung zum Ausgang hin. Die höh-. Fließgeschwindigkeit im Bereich der Aus_Si;i»tr^l knde ist verantwortlich für die Drosselv.irkunr ¹^k Zentrifugalkräfte des Abwassers formen eine, .oh'en Wirbelkern. Wird der belüftet, kann der F' ifluö eines Rückstaus aus der Ableitung vermindert we: V·. Die Wirbelströmung ist äußerst turbulenzarm, die Strombahnen sind Spiralen. Wegen der Gleichmäßigkeit des Geschwindigkeitsfeldes 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 Wirbeidrossel zurückzuführen, nämlich auf den sog. Selbstreinigungseffekt. Jede Störung der Wirbelströmung durch Fremdkörper schwächt den Drall und läßt den Durchfluß so lange ansteigen, bis die Fremkörper ausgeworfen sind. Die klassichen Drosseln in Abwassersystemen tun genau das Gegenteil. Wenn sie zu verstopfen drohen, verringern sie den Durchfluß. Wirbeldrosseln zum Erzeugen von Druckverlusten in Fluiden sind an sich bekannt, so z. B. aus der deutschen Patentschrift 5 07713. Sie werden auch versd 'edentlich in der Technik eingesetzt, dort jedoch für saubere Fluide, wo die bei feststoffhaltigen, stark verschmutzten Abwässern auftretenden Probleme gar nicht angesprochen werden.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 2i.

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 hersteilbaren Bauformen in der Regel dort eingesetzt wo es auf die letzten Prozente des Wirkungsgrades der Drosselwirkung nicht ankommt Durch strömungstechnisch günstige Ausbildung der Wirbelkammer können jedoch Wirkungsgrade bis zu 90% erzielt werden (Drosselung des Durchflusses auf 10%, der ohne

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt bzw. zeigen F i g. 1 die Draufsicht auf eine Wirbelkammerdrossel,

Fig.2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Ausführung nach F i g. 1,

F ig. 3 bis 5 Ergänzungsmöglichkeiten für die Ausführungsform nach Fig. 1 und

Fig.6 bis 12 Äbwandlungsmöglichkeiten für die obigen Ausführungsformen.

Bei der in der Zeijhnung in den F ί g. 1 und 2 dargestellten Ausfuhrungsform einer Abwasserdrossel ist eine flache zylindrische Wirbelkammer ί mit horizontaler Anordnung vorgesehen. In den Außenmantel 2 der Kammer 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. Der Durchmesser der Kammer ist fünfmal so groß wie der der Eingangsdüse 3 und beträgt ca. 1 Meter. Die Wirbelkammer 1 weist einen abnehmbaren flachen Deckel 4 auf, der mit einem in der Rotationsachse der Kammer liegenden, eine eine Belüftungsöffnung 5 bildenden Belüftungsstutzen mit einem Innendurchmesser von 50 mm versehen ist Dieser Durchmesser ist kleiner als der Durchmesser des Luftkerns, der normalerweise beim Betrieb der Wirbelkammerdrossel über der Ausgangsblende 7 verbleibt

An der Unterseite, d. h. im Kammerboden 6, ist die Ausgangsblende 7 vorgesehen, die in einen axial nach unten gerichtetes Rohrstück 8 mündet, das in etwa gleich groß ist wie der größte Durchmesser der Ausgangsblende 7. Das Rohrstück ? ist kurz unterhalb der Kammer horizontal abgebogen, wo es in eine Rohrleitung oder in eine offene Leitung (nicht dargestellt) mündet Der Durchmesser bzw. Quei schnitt der Ausgangsblende 7 ist durch auswechselbare Blendenringe 9 veränderbar, und zwar von ca. dem 0,5iachen bis zum 2fachen des Durchmessers bzw. Querschnitts der Eingangsdüse 3. Der Durchmesser der Ausgangsdüse könnte auch kleiner gehalten werden als der Durchmesser der Eingangsdüse 3, doch wird 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 Wirbelkammer 1 hat im Inneren glattflächige Wandungen 10, so daß sich Festkörper nirgends festhalten können und die Fließverluste in den Grenzschichten gering 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 Wirbelkammer 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.

Der Grad der Drosse'wirkung, d. h. der Widerstand der Drossel, ist dabei abhängig von der Verweilzeit des Wassers in der Kammer, die wiederum vom Durchmesser der Eingangsdüse J im Verhältnis zum Durchmesser der Wirbelkammer 1 abhängt Der beste Wirkungsgrad wird bei einem Durchmesserverhältnis von ca. 1 :5 erreicht und liegt dann bei bis zu ca. 90%. Dieser

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der Ausgangsblende beeinflußt werden.

Durch die Belüftungsöffnung 5 kann beim Betrieb der Drossel infolge des über der Ausgangsblende 7 befindlichen Unterdrucks Luft angesaugt werden, die zur Sauerstoffanreicherungjdes Abwassers dient. Auch ermöglicht die Belüftungsöffnung 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 umgewirbelt und aus dieser befördert, ohne daß Verstopfungsgefahr besteht Größere Festkörper bremsen den Wirbel, was bis zum Zusammenbruch des Wirbels fortschreiten kann. Es baut sich dann eine radiale Senkströmung mit hohem Durchfluß und geringem Durchflußwiderstancl auf, der die großen Festkörper wegspült und die Kammer automatisch durchpulzt so daß sich sogleich danach der Wirbel von selbst erneut wieder aufbauen kann.

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 1.75fache.

Weitere Möglichkeiten und Abwandlungen der Wirbelkammerdrossel, die auch miteinander kombiniert werden können, ergeben sich aus den in den F i g. 3 bis 12 dargestellten Ausbildungsmöglichkeiten. Will man beispielsweise die Zu- und Ablei tung 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 Ausgangsblende 7. z. B. tangential, angrenzen kann. Das Einsetzen kann leicht nach Abheben des Kammerdeckels erfolgen. Die Ausbildung eines Wirbels in der Kammer ist dann nicht mehr möglich, so daß das Wasser ungedrosselt durcl die Kammer und durch die Ausgangsblende 7 strömt. Der Durchfluß steigt dabei auf das 6- bis 8fache des gebremsten Durchflusses an.

Als Alternative, die besonders dann bevorzugt ist wenn häufiger Spülvorgänge gewünscht sind, ist es auch möglich, eine besondere Spülleitung ί2 vorzusehen, wie dies im Bild 4 dargestellt ist Die Spülleitung 12 mündet ebenfalls im wesentlichen tangential aber in entgegengesetztem Drehsinn wie die Eingangsdüse 3 in die Kammer. Durch Ötfnen eines in der Spülleitung 12 « vorgesehenen Ventils 13 kann ein Strom aus der Zuleitung in die Spülleitung 12 abgezweigt werden, der den Wirbel in der Kammer zerstört und so den Durchflußwiderstand der Kammer erniedrigt Wie in F i g. 5 gezeigt kann in der Zuleitung zur Eingangsdüse 3 noch eine Druckmeßstelle in Rohröffnungen 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 zeigtdaß die Zuleitung 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 im Vergleich zur Tangentialen versetzt wird, um so schwächer wird der Drall in der Drossel bei sonst gleichbleibender Drosselgroße. Diese Bauart ist in der Fertigung günstiger als die nach F i g. 1, weil eine steilere Zuleitung an der Kammerwand leichter zu montieren ist Sie wird allerdings nur dort eingesetzt, wo auf eine maximale Drosselung kein Wert gelegt werden braucht. Durch exzentrische Anordnung der Ausgangsblende 7, wie sie in F i g. 7 dargestellt ist, kann umgekehrt eine Verbesserung der Drosselwirkung gegenüber der Ausführungsform nach F i g. I erzielt werden. Hier ist die Ausgangsblende aus dem Zentrum des Kammerbodens 6 ungefähr um den halben Durchmesser der Ausgang^blende 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 Rechnung getragea Noch weiter verbessert werden kann die Drosselwirkung, wenn der Außenmantel 2 der Kammer selbst der ersten Windung der Spirale entsprechend in etwa spiralig ausgebildet ist (F i g. 8).

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

Auch ii. der Gestaltung des Kammerbodens 6 und der Ausgangsblende 7 sind Variationen möglich. Ein zur Ausgangsblende 7 geneigter Kammerboden 6, wie er in F i g. 10 dargestellt ist, erleichtert den Ausstoß schwerer Festkörper. Diese Ausführungsfoi m wird bei starkem Geschiebeanfall bevorzugt Der Kammerboden 6 kann auch konvex oder konkav gewölbt sein. Die Wirbelkammer 1 hat an sich schon eine geringe Niveaudifferenz zwischen Eingangsdüse 3 und Ausgangsblende 7. In besonderen Fällen, wo die 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 Ausgangsblende anschließende Rohrstück 8 syphonartig wieder auf die Höhe der Eingangsdüse 3 hochgebogen werden. Wie auch bei anderen Ausführungsformen, bei denen sich an die Ausgangsblende 7 ein geschlossenes Rohr anschließt ist bei dieser Ausführungsform eine Belüftungsöffnung 5 am Kammerdeckel 4 zweckmäßig, um eine rückwirkende Beeinflussung der Drallströmung zu vermeiden. Anders ist dies, wenn die Ausgangsblende 7 direkt ins Freie mündet wie dies in Fig. 12 schematisch dargestellt ist bzw. wenn lediglich ein kurzes, richtungsweisendes Rohrstück 8 an der Ausgangsblende 7 vorgesehen ist Hier sind keinerlei Rückwirkungsmöglichkeiten gegeben, d. h. die Wirbelkammer 1 arbeitet völlig unabhängig von der Art und Weise, wie das Abwasser hinter der Wirbelkammer 1 weiterfließt Deshalb ist diese Ausführungsform besonders bevorzugt

Die Abwasserdrossel ist besonders geeignet zur Verwendung in Verbindung mit Rückhaltebecken von ca. 1 bis 4 m Höhe und einem Rauminhalt von 100 bis 1000 nA

Hieizu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

26 43 02Q

I. Abwasserdrossel zur Verminderung des Durchflusses von verschmutzten, insbesondere Festkörper enthaltenden Abwässern in geschlossenen Rohrleitungen, Kanälen u.dgL, insbesondere in Abflußleitungen von Abwasserbecken, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine liegende, im wesentlichen rotationssymmetrische flache Wirbelkammer (1) ist, in deren Außenmantel (2) eine gegenüber der radialen Richtung versetzte Eingangsdüse (3) mündet und in deren Kammerboden

(6) ein mit einer Ausgangsblende (7) versehener Abfluß angeordnet ist

Z 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 Kammerboden (6) der Wirbelkammer (1) in Richtung zur Ausgangsblende

(7) senkt.

4. Drossel jach 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 Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, da3 die Ausgangsblende (7) in der Rotationsachse der Wirbelkammer (1) liegt

6. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Wirbelkammer (1) mindestens zwei-, vorzugsweise mindestens vier- bis sechsmal so groß ist wieder Durchmesser der Eingangsdüse (3).

7. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, aaß c .e Eingangsdüse (3) im wesentlichen die gleiche Hohe hat wie die Wirbelkammer (1).

8. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Ausgangsblende (7) 0,5- bis zweimal so groß, vorzugsweise in etwa gleich groß wie der Durchmesser der Eingangsdüse (3) ist

9. Drossel nach einem der Anspriiche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (1) einen Durchmesser von cn 0 ** M^isr ^*^c "^ ^Aa*mvorzugsweise von ca. 1 Meter hat

10. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsblende (7) von einer Öffnung im Kammerboden (6) gebildet wird.

II. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Ausgangsblende (7) vorzugsweise mit Hilfe von auswechselbaren und lose einlegbaren Blendenringen (9) veränderbar ist.

15

Exzentrizität des Wirbels exzentrisch angeordnet ist

16. Drossel nach einem der Anspriiche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (2) der Kammer entsprechend der natürlichen Spiral-

form des Wirbels unter Einschluß der Eingangsdüse (3) im horizontalen Querschnitt entsprechend einer vorzugsweise logarithmischen spiraligen Windung verläuft