DE2708310A1 - Brunnenanordnung - Google Patents
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Description
Brunnenanordnung
Die Erfindung betrifft eine Brunnenanordnung bzw. ein Brunnensystera und insbesondere die automatische Regulierung
des Wasserstroms in einen System von Brunnen.
Wenn Bauarbeiten unter der Erdoberfläche ausgeführt werden, ist es erforderlich, das Baugebiet zu entwässern,
Tun durch Entfernen des gesamten Wassers und anderer Flüssigkeiten aus dem Ausschachtungsbereich bzw. aus der
Baugrube trockene Arbeitsbedingungen zu schaffen. Zum Entwässern eines Baugrubengebiets ist es üblich, eine
Vielzahl von Brunnen um den Bereich herum zu bohren und mit jeder der Brunnenstellen eine Pumpe so zu verbinden,
daß das Wasser aus dem die Baugrube umgebenden Bereich abgepumpt wird. Diese Art der Entwässerung hat sich als
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recht zufriedenstellend erwiesen, hat jedoch bestimmte Schwierigkeiten. Da die Brunnen den Wasserspiegel absenken,
neigen die oberen Abschnitte der Brunnenstellen dazu, Luft durch das System zu ziehen, was das Arbeiten
der Pumpen nachteilig beeinflußt. Dieses Problem kann in bestimmtem Maße durch ausgeklügelte Ventileinrichtungen
und große Vakuumpumpen eingeschränkt werden, bei dieser Praxis ist es jedoch erforderlich, Abstimmventile an
einem Pumpensammelsystera von Hand zu schließen. Dies ist dann besonders schwierig, wenn die verschiedenen, die
Baugrube umgebenden Brunnenstellen auf verschiedene Tiefen abgesunken sind. Wenn eine Reihe von Brunnen in
gleichmäßigem Abstand auf den gleichen Tiefen angeordnet sind, ist gewöhnlich bei einigen das Wasser im unmittelbaren
Bereich abgepumpt, während bei einer benachbarten Brunnenstelle das Wasser noch nicht vollständig abgezogen
ist, was von dem Aufbau des Bodens und der Ergiebigkeit des Bodens an Flüssigkeit abhängt. Die Luft
ziehenden Brunnen müssen von den Sammelleitungsabzweigungen getrennt werden, so daß eine Pumpvorrichtung keine
Luft ansaugen kann. Wenn diese Brunnenstellen abgetrennt sind, ist es wichtig, zu wissen, wann und ob der Wasserspiegel
steigt, so daß die Brunnen wieder an das System angeschlossen werden können. Da jeder Brunnen nicht
dauernd überwacht werden kann, war es erforderlich, eine Einrichtung zum Ausschließen des freien Eintritts von
Luft in eine Zentrifugalpumpe zu entwickeln, wobei eine Vakuumpumpe als ein wesentlicher Teil der Anordnung vorgesehen
wurde. Dies genügte jedoch nicht, um ohne Abstimmung von Hand das Problem der Abstimmung des Luftvolumens
bei den Brunnenpumpen zu lösen.
Ein Grund, warum man Automatische Abstimmventile in den
Brunnenstellen anstatt über der Erde installiert hat, besteht darin, daß das Wasserniveau dazu benutzt wird,
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die Strömung so wirken zu lassen, daß Luft ausgeschlossen wird, und die Strömung wieder so eingestellt wird, daß
die Brunnenstelle wieder angeschlossen wird, wenn der Wasserspiegel steigt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Brunnenanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden,
daß die Nachteile der bekannten Anordnungen vermieden werden und das Ansaugen von Luft automatisch mit
Sicherheit ausgeschlossen wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Brunnensystem dadurch gelöst, daß der Fluidstrom durch jede Steigleitung automatisch reguliert
wird, um eine einzelne Steigleitung abzutrennen, wenn der Wasserspiegel unter den der Brunnenstelle der
speziellen Steigleitung fällt. Die automatische Regulierung des Wasserstroms wird über der Erdoberfläche gesteuert
und hat ein Schwimmer-betätigtes Ventil, welches verhindert, daß die Pumpe Luft ansaugt. Das Schwimmer-betätigte
Ventil hat einen Schwimmer, der mit einem Schwenkhebel verbunden ist, welcher zwei Ventilsitze zum Schließen
eines Paares von öffnungen betätigt, sowie eine gesteuerte Entlüftung zum Entleeren der Steigleitung, so daß das
Wasser das Ventil absetzen kann, wenn das Wasser um den Brunnen steigt.
Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß das automatische Abstimmventil für die Brunnenstellen über
dem Erdboden in der Steigleitung zwischen der Brunnenstelle und der Verteilerleitung angeordnet werden kann,
um eine spezielle Steigleitung und eine Brunnenstelle abzutrennen, wenn in der Brunnenstelle eine Luftansaugung
einsetzt. Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert:
Fig. 1 zeigt perspektivisch ein Brunnenstellensystem mit
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einem automatischen Abstimm- bzw. Absperrventil in jeder Steigleitung.
Fig. 2 ist ein Schnitt durch ein Abstimmventil längs
der Linie 2-2 von Fig. 1.
Fig. 3 zeigt in einer Schnittansicht den Ventilmechanismus.
Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 2.
Fig. 5 zeigt in einer Schnittansicht wie Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Ventilmechanismus.
Das in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Brunnenstellensystem hat einen Pumpenmotor 11, der eine Pumpe 12 antreibt,
sowie eine herkömmliche Ansaugeinrichtung 13, wobei diese Bauelemente auf einer Basis 14 sitzen. Die Ansaugvorrichtung
ist mittels einer Leitung 15 mit einer Brunnenstellensammelleitung 16 verbunden, die an eine Vielzahl
von Steigleitungen 17 angeschlossen ist, welche zu einer Vielzahl von Brunnenstellen 18 führen, die unter
der Erdoberfläche liegen. Jede Steigleitung 17 hat ein automatisches Brunnenabsperrventil 20, das in der Steigleitung
angeordnet ist. Im Betrieb wird jede Brunnenstelle 18 in der Umgebung einer Baugrube bis zu einer vorgegebenen
Tiefe gebohrt. Jede Brunnenstelle 18 hat eine Steigleitung 17, mit der sie über die Sammelleitung 16
mit dem Pumpsystem verbunden ist, um Wasser aus der die Baugrube umgebenden Erde abzupumpen, um den Baugrubenbereich
wasserfrei zu halten.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsforra eines automatischen
Absperrventils 20 mit einer Einlaßleitung 21 und einer Auslaßleitung 22. Die Leitungen 21 und 22 sind mit dem
Hauptventilgehäuse 24 verbunden. Die Einlaßleitung 21
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und die Auslaßleitung 22 sind jeweils mit einer Seite der Steigleitung 17 von Pig. 1 verbunden. In dem Gehäuse
24 ist eine Wand 23 angeordnet und an den Seiten des Gehäuses durch Klebstoff und Schrauben 25 oder auf
andere Weise befestigt. So können Gehäuse und Wand als einstückiger Formkörper hergestellt werden. Die Wand 23
hat eine erste Ventilöffnung 26 und eine zweite Ventilöffnung 27, die durch sie hindurchgehen, sowie eine
Entlüftung 28. Die Entlüftung 28 kann einen Durchmesser von 1/10.000 Zoll haben, so daß durch die Wand 23 Luft
mit einem Volumenstrora von 30-80 cm /min. (2-5 in /min.) hindurchgehen kann. An der Wand 23 kann durch eine
Schraube 31 oder durch Klebstoff oder auf andere Weise eine Schwenkarmhaiterung 30 befestigt werden. Die Schwenkarmhalterung
30 hat ein Joch 31 an einem Ende, an dem ein Schwenkzapfen 32 einen Schwenkarm 33 schwenkbar auf
dem Zapfen 32 trägt. Ein einen Schwimmer tragender Arm ist mit einem Zapfen 35 an dem Schwenkarm 33 gehalten und
trägt einen Schwimmer 36 auf der Seite der Wand 23, die dem Schwenkarm 33 gegenüberliegt, wobei der Arm 34 durch
die öffnung 26 hindurchgeht. Der Schwimmer 36 hat ein Basisteil 37, Seiten 38 und eine Oberseite 40 mit einem
daran befestigten Gewicht 39. Die Oberseite 40 ist durch Muttern 41 mit einem Gewindeabschnitt des Arms 34 verbunden.
An dem Arm 34 ist mittels einer Mutter 43 ein Ventilsitzelement 42 befestigt und durch eine Sicherungsmutter
44 arretiert. Das Ventilsitzelement 42 hat eine Weichkautschukscheibe 45, welche die öffnung 26 abdichtet,
wenn das Ventilsitzelement 42 und die Scheibe gegen die Oberseite eines Ansatzes 49 der Wand 23 gezogen
werden und zwar ansprechend auf ein Fallen des Schwimmers 36, wodurch der Schwenkarm 33 um den Schwenkpunkt 32 verschwenkt
wird. Dadurch wird ein Zug auf einen Ventilelementarm 46 ausgeübt, der mit einem Zapfen 47 an dem dem
Zapfen 35 gegenüberliegenden Ende des Schwenkarms 33 an-
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geordnet ist. Der Arm 46 hat einen Gewindeabschnitt 48 und geht durch die Öffnung 27 in der Wand 23 hindurch.
Durch eine Mutter 51 und gesichert durch eine Arretiermutter 52 ist an dem Gewindeabschnitt 48 des Arms 46
ein Ventilelement 50 gehalten, das auf der dem Schwenkarm 33 gegenüberliegenden Seite der Wand 23 angeordnet
ist. Las Ventilsitzelement 50 eine abdichtende Weichkautschukschicht 53 zum abdichtenden Verschließen der
öffnung 27, wenn der Schwimmer 36 fällt und über den Schwenkarm 33 das Ventilsitzelement 42 nach unten auf
die Öffnung 26 und das Ventilsitzelement 50 nach oben gegen den Ansatz 59 der Öffnung 27 gezogen wird. Die
Öffnung 27 ist größer als die Öffnung 26. Der Arm 33 ist durch den Zapfen 32 so gehalten, daß das Ventilsitzelement
50 ein zusätzliches Hebelmoment hat. Die Ventilsitzeleraente 42 und 50 müssen für ein gutes Zusammenwirken
der Abdichtung der Öffnungen 26 und 27 zusammenwirken. Diese Einstellungen können mittels der Muttern
43 und 51 schnell und einfach vorgenommen werden.
Die Basis 37 des Schwimmers 36 ist quadratisch, hat abgerundete Ecken 54, wie dies in Pig. 4 gezeigt ist, und
steht über die zylindrische Außenwand 38 des Schwimmers ▼or. Die Größe der Basis 37 ist so bemessen, daß ein
kleiner Abstand zwischen den Ecken 54 und der Innenwand des Gehäuses 24 verbleibt. Dadurch wird der Schwimmer 36
ohne Führungen und Ausrichteinrichtungen in einer mittigen
Ausrichtung in dem Gehäuse 24 gehalten und kann nicht seitwärts kippen und dadurch arretiert werden. Pig. 4
zeigt den Schwimmer mit der Oberseite 40 und dem Arm 34, der durch die Mutter 41 befestigt ist.
Pig. 3 zeigt die Wirkungsweise des Ventilmechanismus von Pig. 2 mit einem Teil des Gehäuses 24 und der Wand 23 mit
der Entlüftung 28 sowie den Vent Hoffnungen 26 und 27 sowie
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dem Schwenkarmhalter 30 mit einem Joch 31 und einem Zapfen 32, der den Schwenkarm 33 hält, welcher seinerseits
Arme 46 und 34 aufweist, die über Zapfen mit dem Arm 34 verbunden sind, der den Schwimmer 36 hält. Bei
dieser Ausführungsform ist anstelle der Ventilelemente 42 und 43 ein Ventilelement in Form einer Weichkautschukkugel
55 an dem Arm 34 befestigt, und wird daran von einer Mutter 57 zum Verschließen der Öffnung 26 gehalten.
Eine ähnliche Weichkautschukkugel 58 ist mittels einer Mutter 60 an dem Arm 46 festgelegt und dient zum Abdichten
der Öffnung 27. Die Kugelform der Ventile 56 und 58 ermöglicht ein vollständiges Abdichten der Öffnungen
und 27 infolge der natürlichen Anpassung an die Kreisform der Öffnungen, so daß eine Abdichtung auch dann noch gewährleistet
ist, wenn die Ventilelemente durch wiederholten Gebrauch verschleißen. Das erfindungsgemäße Brunnenstellenabstimm-
bzw. -regulierventil 20 zieht im Normalbetrieb Wasser durch die Steigleitung 17 durch das
Brunnenstellenregulierventil 20 hindurch über die Sammelleitung 16 zur Pumpe 12. Dieser Wasserstrom erzeugt den
Druck zum Anheben des Schwimmers 38 zum öffnen der Ventilöffnungen
26 und 27 für den Wasserstrom. Das Wasser strömt in der gleichen Richtung, wie der Schwimmer zwangsweise
bewegt wird, um so den Schwimmer in einer Öffnungsstellung zu halten.
Wenn eine spezielle Brunnenstelle trocken wird, so daß Luft in das Ventil 20 gesaugt wird, fällt der Schwimmer
36 infolge des Gewichts, wodurch der Schwenkarm 33 verschwenkt wird und die Ventilöffnungen 26 und 27 schließt.
Dadurch wird ein Luftstrom unterbunden, der die Arbeitsweise der Pumpe 12 stören könnte. Wenn die Pumpstelle 18
sich wieder mit Wasser füllt, erzeugt eine geringe Entlüftung 28 gerade genug Druck von der Schwimmerseite der
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Wand 23, um das Wasser in der Steigleitung 17 allmählich ansteigen zu lassen, bis es den Schwimmer 26 wieder anhebt,
worauf der Wasserstrom den Schwimmer weiter so zwangsweise führt, daß der Schwenkarm in einer Stellung
gehalten wird, in der die Ventile und die Öffnungen 26 und 27 offen sind. Die Größe der Entlüftung bzw. des Entlüftungskanals
ist insofern wesentlich, da der Zweck des Ventils darin besteht, den Luftstrom einerseits zu verhindern,
jedoch andererseits einen ausreichenden Luftstrom ermöglichen muß, um einen ausreichenden Druck für die Reaktivierung
der Brunnenstelle zu erzeugen, wenn der Wasserspiegel in dieser Brunnenstelle wieder steigt. Die Luftmengen,
die durch das Ventil entweichen können, liegen im allgemeinen in einem Bereich von 1,6 cm /min. - 160 cm /min.
(1/10 in'/rain. - 10 in'/min.), wobei etwa 30 cm'/min.
(2 in /min.) bevorzugt werden.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsforra sind die Einlaßleitung
21 und die Auslaßleitung 22 mit der Steigleitung eines Brunnenstellensystems verbunden, wobei wieder ein
Gehäuse 24 mit einer Wand 23 und einer Entlüftungsöffnung 28 darin vorgesehen sind. Die Anordnung hat einen Schwimmer
36 mit einer führenden Bodenplatte 37 und Seitenwände 38 sowie eine Oberseite 40 mit einem daran befestigten Gewicht
39. Diese Ausführungsform 61 hat einen mittleren Zapfen 62, der an der Wand 23 befestigt ist und ein gebogenes
hohles Element 63 trägt, das an der Oberseite des Mittelpfostens 62 festgelegt ist. Durch den Kanal in
dem hohlen Element 63 ist ein flexibles, jedoch steifes Kabel oder eine plastische Stange 64 gleitend verschiebbar
geführt, an deren einem Ende der Schwimmer 36 mit Muttern befestigt ist. Die flexible Stange 64 hat eine Scheibe 65,
die mit einer Einstellmutter 67 zum Abdecken der Öffnung verankert ist, sowie eine Scheibe 66, die mittels einer
Mutter 68 einstellbar ist, zum Abdecken der Öffnung 27.
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Die flexible Stange 64 wird in dem gebogenen hohlen Element 63 ansprechend auf die Bewegung des Schwimmers 36
zum öffnen und Schließen der Ventilsitze 65 und 66 gleitend verschoben.
Erfindungsgemäß wird somit ein Brunnenstellensystem mit einem automatischen Regulierventil für die automatische
Einstellung des Wasserstroms durch die Brunnenstellensteigleitungen
geschaffen. Das Ventil kann ein Kunststoff- oder Polymerisatgehäuse aufweisen, wobei nichtkorrodierende
Bauelemente verwendet werden. Die Lippen bzw. Ansätze 49 und 59 verhindern, daß sich Bodenmaterial
unter den Ventilsitzen absetzt, wenn die Ventile geschlossen sind, wodurch Luft an den Ventilen vorbeilecken
könnte.
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Claims (8)
- -10-Patentansprücheί1.)Brunnenanordnung mit einer Pumpe, einer Vielzahl von Brunnenstellen und einer Vielzahl von Steigleitungen, die an den Brunnenstellen befestigt sind und diese mit der Pumpeinrichtung verbinden, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Ventilen 20, welche die entsprechenden Steigleitungen 17 bei fehlendem Wasserstrom absperren, wobei jedes Ventil 20, 61 ein Gehäuse 24 mit einer Öffnung 21, 22 an jeder Stirnseite, eine Wand 23 in dem Gehäuse 24 zwischen den Öffnungen 21, 22 in jeder Stirnseite, die an dem Gehäuse 24 festgelegt ist, einen Schwimmer-betätigten, innerhalb des Gehäuses 24 bewegbar angeordneten Arm 34, 33, 46, 63» 64, einen auf einer Seite der Wand 23 angeordneten und an einem Schwimmerbetätigungsmechanisnus sitzenden Schwimmer 36 und eine Vielzahl von Ventilelementen 42, 50, 65, 66 aufweist, die an dem Schwimmerbetätigungsmechanismus sitzen und eine Vielzahl von Öffnungen 26, 27 in der Wand 23 in der einen Stellung abdecken und in einer zweiten Stellung öffnen, während der Schwimmerbe tätigungsmechanisHus von dem Schwimmer 36 bewegt wird, so daß das Ventil den Wasserstrora durch die Wand 23 unterbricht oder zuläßt, und daß eine Entlüftungseinrichtung 28 vorgesehen ist, durch die Luft durch die Wand 23 entweichen kann, so daß durch diese Entlüftung ein ausreichender Druck für das Anheben des Wassers in der Steigleitung zur Betätigung des Ventils möglich ist.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wand 23 in dem Gehäuse 24 wenigstens zwei Ventilöffnungen 26, 27 hat, die durch die Wand hindurchgehen, und daß der Schwimmer 36 durch einen zum-11-709836/0*80ORIGINAL INSPECTtD-11-77083 MSchwimmerbetätigungsmechanisraus gehörenden Schwimmerhaltearm 34 durch die eine Öffnung 26 hindurchgehend mit einem Schwenkarm 33 verbunden ist und ein Ventilelement 42 trägt.
- 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das an den Schwimraerhaltearm 34 sitzende Ventilelement 42 auf der Seite der Wand 23 sitzt, die dem Schwimmer 36 gegenüberliegt, und daß die andere Ventilöffnung 27 ein Ventilelement 50 aufweist, das an einem durch die Öffnung 27 hindurchgehenden Arm 46 auf der gleichen Seite der Wand 23 wie der Schwimmer 36 sitzt.
- 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkarm 33 des Schwimmerbetätigungsmechanismus an einer Schwenkbasis 30, 31 sitzt, die an der Wand 23 im Gehäuse 24 befestigt ist.
- 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmerbetätigungsmechanismus eine flexible Stange 64 aufweist, die in einem hohlen Rohr 63 gleitend verschiebbar ist, das an der Seite der Wand 23 befestigt ist, die dem Schwimmer 36 gegenüberliegt.
- 6. Anordnung für die automatische Regulierung eines Fluidstroms, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Ventilgehäuse 24 mit Öffnungen 21, 22 in jeder Stirnseite, durch eine in dem Gehäuse 24 zwischen den Stirnseiten angeordnete Wand 23t die an dem Gehäuse festgelegt ist und wenigstens eine Ventilöffnung 26, 27 aufweist, durch einen Schwenkarm 33, der an dem Gehäuse 24 für ein Verschwenken angeordnet ist, durch einen an dem Schwenkarm 33 befestigten Schwimmer 36, der in dem Gehäuse 24 durch darin befindliche Flüssigkeit angehoben wird-12-709836/0780-12-und bei Fehlen der Flüssigkeit nach unten fällt, wodurch der Schwenkarm 33 zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung bewegbar ist, durch ein Ventil, das in dem Gehäuse 24 angeordnet und an dem Schwenkarm 33 zum Verschwenken zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Ventilöffnung 26, 27 in der Wand 23 ansprechend auf die Bewegung des Schwimmers 36 und des Schwenkarms 33 befestigt ist, und durch eine Entlüftungseinrichtung für den Durchtritt von Luft durch die Wand 23 unabhängig von der Stellung des Ventils, wodurch die Entlüftung eine vollständige Abdichtung durch die Wand 23 hinsichtlich eines Luftstroms verhindert.
- 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungseinrichtung eine öffnung in der Wand im Gehäuse 24 hat, die 1,6 - 160 cm5/min. (1/10 - 10 in3/min.) Luft hindurchläßt.
- 8. Brunnenanordnung mit einer Pumpeinrichtung, einer Vielzahl von Brunnenstellen und einer Vielzahl von Steigleitungen, die an den Brunnenstellen angeordnet und mit der Pumpeinrichtung so gekoppelt sind, daß jede Pumpstelle mit der Pumpeinrichtung verbunden ist, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Ventilen 20, die jeweils mit einer Steigleitung 17 verbunden sind, um einzelne Steigleitungen bei fehlendem Wasserstrom im wesentlichen abzusperren, wobei jedes Ventil ein Gehäuse 24 mit einem Einlaßabschnitt 21, der mit der Brunnenstellenseite einer Steigleitung verbunden ist, und einem Auslaßabschnitt 22, der mit der Pumpenseite der Steigleitung verbunden ist, einen Schwimmer 36, der in dem Gehäuse 24 in dem Einlaßabschnitt angeordnet-13-709836/0780ist und durch die Flüssigkeit im Gehäuse angehoben wird, eine Schwimmervorspanneinrichtung, die mit dem Schwimmer zum Vorspannen in einer Richtung verbunden ist, und eine Ventilöffnungsabdichtungseinrichtung aufweist, die in dem Gehäuse 24 im Auslaßabschnitt angeordnet, mit dem Schwimmer verbunden und damit bewegbar ist, um die Öffnung in dem Gehäuse bei Fehlen der Flüssigkeit ansprechend auf die Schwimmervorspanneinrichtung im wesentlichen abzudichten, und daß eine Entlüftungseinrichtung angrenzend an die Ventilöffnung vorgesehen ist, die ein Entweichen von Luft an der Abdichtungseinrichtung vorbei ermöglicht, wenn die Ventilabdichtungseinrichtung schließt, daß der Luftkanal ein vollständiges Abdichten der Ventilöffnung verhindert, so daß Flüssigkeit hochsteigen kann, um die Dichtung der Ventildichtungseinrichtung aufzuheben.709836/07B0
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