DE2643029C3

DE2643029C3 - Abwasserdrossel

Info

Publication number: DE2643029C3
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: 1980-10-23
Also published as: DE2643029A1; FR2365713A1; AT366129B; DE2643029B2; FR2365713B3; ATA619777A; CH627219A5

Description

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.

-,n Besondere Schwierigkeiten treten in einem Abwassersyslem 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 Reibungsver-

■J5 lusten 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. Der

bo Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Durchfluß insbesondere von mit Feststoffen versetztem Abwasser wirkungsvoll und präzise zu drosseln.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Abwasserdrossel eine liegende, im

ι,- wesentlichen rotationssymmetrische flache Wirbelkammer ist, in deren Außenmantel eine gegenüber der radialen Richtung versetzte Eingangsdüse mündet und in deren Kamnierboden ein mit einer Ausgangsblende

versehener Abfluß angeordnet ist.

Es hat sich herausgestellt, daß eine derartige einfache Wirbeikammerdrossel 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 möglich, eine Schräglage vorzusehen, solange ι ο gewährleistet ist, daß die Feststoffe aus der Kammer ausgetragen werden. Durch die gegenüber der radialen Richtung versetzte Zuleitung, insbesondere durch eine tagentiale Zuleitung des Abwassers, entsteht in der Wirbelkammer eine Drallströmung mit starker Fließbeschleunigung zum Ausgang hin. Die hohe Fließgeschwindigkeit im Bereich der Ausgangsblende ist verantwortlich für die Drosselwirkung. Die Zentrifugalkräfte des Abwassers formen einen hohlen Wirbelkern. Wird der belüftet, kann der Einfluß eines Rückstaus aus der Ableitung vermindert werden. 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 2τ 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 jo Eigentümlichkeit der Wirbeldrossel zurückzufühien, 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 sind. Die 3"> klassischen 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 07 713. 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.

V/eitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand 4^r> der Ansprüche 2 bis 21.

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 können jedoch Wirkungsgrade bis zu 90% erzielt werden v-, (Drosselung des Durchflusses auf 10%, der ohne Drosselung einträte).

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt bzw. zeigen wi

F i g. 1 die Draufsicht auf e^;ne Virbelkammerdrossel,

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

Fig. 3 bis 5 Ergänzungsmöglichkeiten für die Ausführungsform nach F i g. 1 und w·,

Fig. 6 bis 12 Abwandlungsmöglichkeiten für die obigen Ausführungsformen.

Bei der in der Zeichnung in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform einer Abwasserdrossel ist eine flache zylindrische Wirbelkammer 1 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 Belüftungsöffnung 5 bildenden Belüftungsstutzen mit einem Innendurchmesser von 50 mm versehen ist. Diesei Durchmesser ist kleiner als der Durchmesser des Lufckerns, 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 ein axial nach unten gerichtetes Rohrstück 8 mündet, das in etwa gleich groß ist wie der größte Durchmesser der Ausgangsblende 7. Das Rohrstück 8 ist kurz unterhalb der Kammer horizontal abgebogen, wo es in eine Rohrleitung oder in eine offene Leitung (nicht dargestellt) mündet. Der Durchmesser bzw. Querschnitt der Ausgangsblende 7 ist durch auswechselbare Blendenringe 9 veränderbar, und zwar von ca. dem 0,5fachen 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 Drosselwirkung, d. h. der Widerstand der Drossel, ist dabei abhängig von der Verweilzeit des Wassers in der Kammer, die wiederum vom Durchmesser der Eingangsdüse 3 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 Wirkungsgrad kann durch Variation des Durchmessers der Ausgangsblende beeinflußt werden.

Durch die Belüftungsöffnung 5 kann beim Betrieb der Drossel infolge des über der Ausgangsbiende 7 befindlichen Unterdrucks Luft angesaugt werden, die zur Sauerstoffanreicherung des Abwassers dient. Auch ermöglicht die Belüftungsöffnung 5 eine optische und akurtische 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 umgt. virbelt 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 Durchflußwiderstand auf, die die großen Festkörper wegspült und die Kammer automatisch durchputzt, 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 l,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 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 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 durch 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 Spülvorgängc gewünscht sind, ist es auch möglich, eine besondere Spülleitung 12 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 Öffnen 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 Durchfiußwiderstand der Kammer erniedrigt. Wie in Fi ε. 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 F i g. 6 zeigt.daß 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 Drosselgröße. Diese

■> Bauart ist in der Fertigung günstiger als die nach Fig. 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

ίο der Ausgangsblende 7, wie sie in Fig.7 dargestellt ist, kann umgekehrt eine Verbesserung der Drosselwirkung gegenüber der Ausführungsform nach F i g. 1 erzielt werden. Hier ist die Ausgangsblende aus dem Zentrum des Kammerbodens 6 ungefähr um den halben Durchmesser der Ausgar.gsblende 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 getragen. 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 Ausführungsformen nach den F i g. 8 und 9 lassen sich mit Vorteil als Gußteile herstellen.
Auch in 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 Ausführungsform 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 Ausgangsbiende 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 m³.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. 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.

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

(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 Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß 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 wie der Durchmesser der Eingangsdüse (3).

7. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsdüse (3) im wesentlichen die gleiche Höhe 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 Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (1) einen Durchmesser von ca. 0,5 Meter bis 2 Meter, vorzugsweise 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.

11. 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.

12. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsblende (7) durch ein Rohrstück (8) nach unten verlängert ist.

13. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (1) einen flachen 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 Exzentrizität des Wirbels exzentrisch angeordnet ist.

16. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (2) der Kammer entsprechend der natürlichen Spiralform des Wirbels unter Einschluß der Eingangsdüse (3) im horizontalen Querschnitt entsprechend einer vorzugsweise logarithmischen spiraligen Windung verläuft.

17. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 16, ίο dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (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 (11) 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 entgegenge-

2^r> setztem Drehsinn wie die Eingangsdüse (3) in die Wirbelkammer (1) mündet.

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