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Beschreibung
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Die erfindung bezieht sich auf Wasserabläufe hydrotechnischer Bauwerke
und betrifft konkret Wasserabläufe von Staumauern.
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Die vorliegende Erfindung kann man zum Reinigen des durch das hydrotechnische
Bauwerk durchbelassenen Wassers von flotierburen Schmutzstoffen sowie zur Belüftung
des Wassers nach dem hydrotechnischen Bauwerk verwerten.
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Bekannt sind Einrichtungn Is. US-PS Nr, 3461674 und Nr. 3893924/,
die zur Belüftung des Wassers in Wasserbecken dienen und als ein System von nahe
am Boden des Wasserbeckens verlegten Röhren mit Öffnungen ausgeführt sind, durch
welche die zuvor mit dem Wasser vermischte Luft in die bodennahen Schichten des
Wasserbeckens ausströmt. Die Druckzuführung des Wasser-Luft-Gemisches in diese Rohre
unter einem Wert, der den Druck in den bodennahen Schichten des wasserheckens übersteigt,
wird entweder mit Hilfe eines Mischers /US-PS Nr. 3461674/ gewährleistet, in den
die Luft und das Wasser entsprechend mit Hilfe eines Zters und einer Pumpe unter
Druck gefördert werden, oder durch einen Wasser-Luft-Strahlsauger /US-PS Nr. 3893924/,
in den die Luft mit dem durch die Pumpe unter Druck geförderten Wasser hineingezogen
wird. Doch sind in diesen bekannten Einrichtungen für die Druckzuführung der Luft
in die bodennahen Schichten zusätzliche Energieaufwendungen von einer Fremdquelle
erforderlich, die zum Antrieb der Pumpe und des Lüfters benutzt wird. Diese Energieaufwendungen
werden infolge der ununterbrochenen Arbeit der entsprechenden Sinrichtungen in einem
bestimmten Zeitabschnitt z. B. in einem Jahr recht erhebsich,
Darüber
hinaus sind diese Lösungen konstruktiv nicht geeignet, um sie als Wasserablauf einer
Staumauer zu verwenden.
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Bekannt ist ein Wasserablauf einer Staumauer /s. SU-Urheberschein
Nr. 348678, Klasse E02B 8/06 / in dem zum einbeziehen der Luft in den Strom des
durch den Wasserablauf durchgelassenen Wassers dessen Staudruck verwendet wird,
der infolge des Wasserspiegelgefälles zwischen der Ober- und Unterhaltung entsteht.
In diesem Wasserablauf gelangt die Luft durch die Öffnungen in den mit der Atmosphäre
verbundenen Kanälen, die unter der Wasseroberfläche verlegt sind, in den der Wasserstrom
infolge des Unterdrucks, der durch das an der Ablauffläche strömende Wasser erzeugt
wird. Dank einer derartigen Verwertung der kinetischen Energie des durchgelassenen
Wassers wird in dieser bekannten Einrichtung nicht nur eine Zerstörung der Oberfläche
des Wasserablaufs verhindert, sondern auch eine Belüftung des Wassers - und folglich
dessen Sauerstoffsättigung gewährleistet. Da aber in der bekannten Ebrichtung, die
einen offenen Wasserablauf darstellt, der statische Druck im Wasserstrom dem Atmosphärendruck
annähernd gleich ist, weshalb in den Austrittsöffnungen der Luftzuführungskanäle
kein wesentlicher Unterdruck erzeugt wird, ist der Verbrauch der in den Wasserstrom
eingesaugten Luftmenge gering, so daß die kinetische Energie des Wassers wenig effectiv
verwertet wird.
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Bekannt ist ein i'Jasserablauf einer Staumauer zum Wasserdurchlnß
von der Ober- in die Unterhjltung /SU-Urheberschein Nr. 34u735, Klasse EO2B 7/00/*
enthaltend eine
Verdichtungseinrichtung der Atmosphärenluft mit
Hilfe des durchgeflossenen Wassers. In diesem Wasserablauf, in dem der Wasserdurchlaßkanal,
der durch eine senkrecht angeordnete Mischkammer mit einem zur Atmosphäre offenen
Eintrittsquerschnitt sowie durch einen horizontal angeordneten Diffusor gebildet
ist, gleichzeitig eine Luftverdichtungseinrichtung darstellt, wird die kinetische
Energie des Wassers effektiver verwertet. Im Laufe des Wasserdurchflusses reißt
dessen abfallender Strom die Luft in die Mischkammer durch den zur Atmosphäre offenen
Eintrittsquerschnitt der Mischkammer mit sich. Infolgedessen wird ein gewisser Teil
der kinetischen Energie des abfallenden Wassers der Luft übermittelt. Da der gesamte
Strom des durchfließenden Wassers an der Einbeziehung der Luft teilnimmt, erreicht
der Luftverbrauch durch den Wasserablauf einen merklichen Wert, so daß im Austrittsquerschnitt
der Mischkammer ein Wasser-Luft-Gemisch gebildet wird.
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Die zusbftzliche Energie des Wassers wird der Luft im Diffusor beim
Bremsen des Wasser-Luft-Gemisches übermittelt, wodurch der Druck des Gemisches und
folglich auch der darin enthaltenen Luft den Atmosph.irendruck übersteigt. Das ermöglicht
die Luftzufuhr in der Zusammensetzung des Wasser-Luft-Gemisches in die Unterhaltung
auf eine gewisse Tiefe durchzufuhren. Aus dem Wasser-Luft-Gemisch, das s in die
Unterhaltung ausströmt, entweichen die darin enthaltenen Luftbläschen, welche;mit
sich an die Oberfläche der Unterhaltung<die im Wasser enthaltenen flotierbaren
Schmutzstoffe> hinaustragen. Auf diese Weise wird in dieser bekannten Einrichtung
dank der Verwertung der kinetischen energie des Wassers gleichzeitig mit dem Wasserdurchfluß
dessen Belüftung und Sauerstoffsättigung sowie eine Luftverdichtung
durch
das Wasser gewährleistet.
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Demnach wird in dieser bekannten Einrichtung der Effekt der Bildung
eines Wasser-Luft-Gemisches mit einem Ueberdruck sowie das Austragen der im durchgeflossenen
Wasser enthaltenen flotierbaren Schmutzstoffe an die Oberfläche der Unterhaltung
durch die Luftbläschen überhaupt nicht zur Wasserreinigung verwertet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wasserablauf
einer Staumauer zu schaffen, dessen konstruktive Ausführung die Möglichkeit bietet,
eine Reinigung des durch die Staumauer durchgelassenen Wassers von flotierbaren
Schmutzstoffen sowie eine zusätzliche Belüftung des Wassors in der Unterhaltung
durch Verwendung des Uberdrucks, den die Verdichtungseinrichtung der Luft durch
das durchgeflossene Wasser erzeugt, durchzuführen.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Wasser ablauf
einer Staumauer zum Durchlassen des Wassers von der Oberhaltung in die Unterhaltung,
enthaltend eine VerdichtungsT einrichtung der Atmosphärenluft durch das durchfließende
Wasser, erfindungsgemäß mi.t einer Flotationskammer ausgerüstet ist, enthaltend
einen an die Luftverdichtungseinrichtung angeschloF reinen, sich erweiternden Schaumscheiderraum
mit einer unteren gleichmäßigen Wandung, die die Form einer / konkaven Profilkurve
hat, einen Schaumfänger, der im oberen Teil des Schaumscheiderraums angeordnet ist,
über dem Wasserspiegel der Unterhaltung liegt und als Rohrleitung mit einem Längsschlitz
ausgeführt ist, der zum Schaumscheiderraum offen ist, einen auf dem Schaumfänger
angeorclneten Block von Wasserspreng- und Entschäumer düsen, die mit der Oberhaltung
verbunden sind, sowie perforierte
Luft leiter, die in der Unterhaltung
angeordnet und hinter dem Düsenblock an den oberen Teil des Schaumfängers angeschlossen
sind.
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iür eine zusätzliche Zerkleinerung der Luftbläschen zwecks einer
Erhöhung der Flotationsfähigkeit des Wasser-Luft-Gemisches ist es vorteilhaft, daß
der Wasserablauf der Staumauer mit einer Reihe von Gittern ausgerüstet wird, die
im Eingangsabschnitt des Schaumscheiderraums anzuordnen sind.
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Für eine Optimierung der Arbeit der Blotationskammer bei Änderungen
/ des Wasserspiege) der Ueber und Unterhaltung ist es vorteilhaft, daß der Schaumfänger
mit einem Absperrorgan versehen ist.
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Im folgenden wird die Erfindung durch Beschreibung eines konkreten
Ausführungsbeispiels unter Bezug auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: eine
eines Fig.1/erfindungsgemäße Konstruktion / Wasserablaufs einer tumauer im Längsschnitt;;
eine eines Fig. 2/erfindungsgemaße Konstruktion / Schaumfängersin Seitenansicht
der Unterhaltung.
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Der vorliegende Wasserablauf, der das Oberwasser 1 (Fig.
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1) mit dem Unterwasser 2 verbindet, die durch eine stabile <->.die
Staumauer 3 voneinander getrennt sind, besteht aus/im Körper der Staumauer 3 hintereinander
angeordnet sind !einer Verdichtungseinrichtung der Atmosphärenluft durch das Durchflußwasser
und einer Blota-tionskamme. Die Verdichtungseinrichtung der Luft durch das Wasser
enthält Düsen 4 für die Wasserzuführung, eine Vorkammer 5, die durch Luftzufuhrkanäle
6 mit der Atmosphäre verbunden ist, eine Mischkammer 7 und einen Diffusor 8.
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Die Flotationskammer enthalt einen an den Austrittsquerschnitt
des
Diffusors 8 angeschlossenen, sich erweiternden Schaum scheide raum 9, einen Schaumfänger
10, einen Düsenblock 11 und perforierte Luftleiter 12. Im Eingangsabschnitt des
Schaumscheiderraums 9 ist eine Gitterreihe 13 aus strömungsungünstigen Elementen
angeordnet. Die obere Wandung 14 des Schaumscheiderraums 9 ist mit einem anstieg
in Strömungsrichtung ausgeführt, während seine untere Wandung 15 die Form gleichmäßigen
einer / konkaven Profilkurve hat. ber Schaumfänger 10 ist im oberen Teil des Schaumscheiderraums
9 angeordnet, wobei ar über ciem Wasserspiegel der Unterhaltung 2 liegen kann.
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Der Schaumfänger 10 ist als Rohrleitung mit einem Langsschlitz 16
ausgeführt, der parallel zum Wasserspiegel verläuft und zum Schaumscheiderraum 9
offen ist.
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Auf dem Schaumfänger 10 ist ein Block von Wasserspreng und Entschäumerdüsen
11 angeordnet, der durch die Wasserzuführungsleitung 17 mit der Oberhaltung 1 verbunden
ist.
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Hinter dem Düsenblock 11 (Fig. 2) sind an den oberen Teil des Schaumfängers
10 perforierte Luftleiter 12 angeschlossen, die in der Unterhaltung 2 angeordnet
sind. Im Ausgangsabschnitt 10 des Schaumfängers/ist ein regelbares Absperrorgan
18 angeordnet, der Schaumfänger 10 ist zu einem Absetzbecken 19 geneigt.
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Das Wasser wird durch die Staumauer 3 (Fig. 1) von der Oberhaltung
in die Unterhaltung 2 dank dem Staudruck durchgelassen, der infolge der Wasserspiegeldifferenz
zwischen der Ober- und Unterhaltung (1 und 2) erzeugt wird. Unter der Wirkung dieses
Staudrucks gelangt das Wasser in die Düsen 4, in welchen es beschleunigt und in
einzelne Strahlen aufgeteilt wird. Die in die Vorkammer 5 einströmenden Wasserstrahlen
erzeugen
in ihr einen Unterdruck, unter dessen Wirkung<>in
die Vorkammer 5 aus der Atmosphäre durch die Kanäle 6<auch Luft> hineingezogen
wird. Das in die Vorkammer gelangte Wasser und die Luft beginnen ihre gemeinsame
Bewegung und treten in unmittelbaren Kontakt miteinander, d. h., daß dabei ein Belüftungsprozeß
des Wassers erfolgt. Aus der Vorkammer 5 reifen die Wasserstrahlen die Luft in die
Mischkammer 7 mit sich, in der die Wasser-Luft-Strahlen zerkleinert werden und ein
Wasser-Luft-Gemisch bilden. Infolge einer derartigen Inensivierung des Belüftungsvorgangs
erfolgt eine gesteigerte Sauerstoffsättigung des Wassers /eine Auf lösung des Luftsauerstoffs
im Wasser und eine Oxydierunf derjenigen im Wasser enthaltenen Schmutzstoffe, welche
durch das Oxydieren entkeimt und unschädlich gemacht werden. Das in der ldischkammer
7 gebildete Wasser-Luft-Gemisch gelangt in den Diffusor 8. Beim Bremsen im Diffusor
8 geht der Hauptteil der kinetischen nergie des Wasser-Luft-Stroms nicht verloren,
sondern verwandelt sich in eine Druckenergie dieser Strömung, wodurch im Austrittsquerschnitt
des Diffusors 8 der statische Druck des Wasser-Luft-Stroms sowie der in ihm enthaltenen
Luft höher wird und den Atmosphärendruck übersteigt. Gleichzeitig werden im Diffusor
8 die Prozesse der Sauerstoffsättigung des Wassers und der Entseuchung der Schmutzstoffe
durch deren Oxydation fortgesetzt. Aus dem diffusor 8 strömt das Wasser-LuSt-Gemisch
mit einem Überdruck in den Schaumscheiderraum 9 aus. Ein geringe@ Teil dieses Drucküberschusses
wird zum Durchfluß des Stroms des Wasser-Luft-Gemisches durch die Gitterreihe 13
verbraucht, um am Eintritt in den Schaumacheiderraum 9 ein Wasser-Luft-Gemisch von
einer feinverteilten Struktur /mit kleinsten Luftbl;
.schen/ zu
schaffen, wodurch die Flotationsfähigkeit des Gemisches gefördert wird. Die feinen
Luftbläschen, die das in den Schaumscheiderraum 9 gelangende Gemisch enthält, adsorbieren
auf ihrer Oberfläche die im Wasser vorhandenen schädlichen, oberflächenaktiven Stoffe
und fangen die flotierbaren Schmutzstoffe ein. Im Schaumscheiderraum 9 steigen dank
dessen erfindungsgemäßen Form unter der Wirkung der Suftriebs- und Schleuderkraft,
die auf der unteren konkaven Wandung 15 entsteht, die Luftbläschen an die Wasseroberfläche
empor reißen und! dabei die Schmutzstoffe mit sich fort. Infolgedessen sammelt /
sich im oberen Teil des Schaumscheiderraums9, der dank Ansteigens dessen Ausdehnung
infolge des / der oberen Wandung 14 entsteht, der die Schmutzstoffe enthaltende
Schaum am Da: gereinigte und den aufgelösten Sauerstoff enthaltende Wasser strömt
an der unteren Wandung 15 des Raums 9 in die Unterhaltung 2 heraus. Unter der Wirkung
des Überdrucks im Schaumscheiderraum 9 steigt der schmutztragende Schaum von im
Vergleich zum Wasser geringerer iichte durch den Längsschlitz 16 in den Schaumfänger
10. Dank dem obenerwähnten Überdruck im £um 9 und der geringen Dichte des schaums
kann der Schaumfänger 10 (Fig. 2) über den Wasserspiegel der Unterhaltung 2 angehoben
werden, wobei die Anordnungshöhe des Schaumfängers 10 derart gewühlt werden kann,
daß das Niveau im Absetzbecken 19, über welchem der Ausgangsquerschnitt des Schaumfängers
10 liegen muß, den Wasserspiegel der Unterhaltung 2 sogar übersteigen kann. Der
im Schaumfänger 10 sich bewegende Schaum wird mit dem Wasser abgelöscht, das durch
den Düsenblock 11 versprengt wird. Zur Verringerung der beim Schaumablöschen verbrauchten
Wassermenge ist es zweckmäßig, Fliehkraftzerstäuberdüsen
zu verwenden,
da sie einen größeren Zerstäubungskegel gewährleisten. In den Düsenblock 11 gelangt
das Wasser aus dem Oberwasser 1 (Fig. 1) durch die Rohrleitung 17 (Fig.
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2) und wird unter der Wirkung der NiveaudifSerenz zwischen der Oberhaltung
1 (Fig. 1) und der Anordnungshöhe des Düsenblocks 11 versprengt. Das infolge der
Schaumablöschung gebildete fließt Wasser mit einem hohen Gehalt an Schmutzstoffen,/dank
der Anordnung des Schaumfängers 10 über dem Niveau des Absetzbeckens 19 (Fig. 2)
mit einer Neigung zum Absetzbecken 19 im Eigengefälle durch das regelbare Absperrorgan
18 in das Absetzbecken 19 ab. Da der Wasserstand im Absetzbecken 19 über dem Wasserspiegel
der Unterhaltung 2 liegt, kann das Wasser nach dessen Klärung i.m iibsetzbecken
19 im Eigengefälle in die Unterhaltung 2 zurückgeleitet werden. Um eine zusätzliche
Belüftung des gereinigten Wassers, das aus dem Jchaumscheiderraum 9 in das Unterwasser
gelangt, durchzuführen, wird die nach dem Schaumablöschen freigewordene Druckluft
aus dem Schaumfänger 10 in die in der Unterhaltung 2 verlegten perforierten Luftleiter
12 zugeführt. Die zusätzlichen Luftb schen, die aus diesen Öffnungen in das gereinigte
Wasser gelangen, können gemeinsam mit den feinen Luftbläschen, die mit dem gereinigten
Wasser aus dem ochaumscheiderraum 9 ausgetragen werden, mit der Strömung auf bedeutende
Strecken von der Staumauer 3 fortgetrieben werden, was gleichzeitig mit dem im Wasser
aufgelösten Sauerstoff eine Wiederherstellung und aufrechterhaltung der biologischen
Fähigkeit des Wassermediums zur Selbstreinigung gewährleistet.
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In der vorliegenden Konstruktion des Wasserablaufs wird dank der
Anordnung der Flotationskammer hinter der Verdichtungseinrichtung
der
Atmosphärenluft mit liilfe dez durch die Staumauer 3 durchgelassenen Wassers eine
Reinigung des Durchflußwassers von flotierbaren Schmutzstoffen und eine zusätzliche
Belüftung des gereinigten Wassers in der Unterhaltung 2 erreicht. Dank der Schaffung
des vorliegenden, sich erweiternden S Schaumscheiderraums 9 erfolgt in ihm unter
der VAirkung der Auftriebs- und Schleuderkraft, die an der unteren konkaven Wandung
1 5 entsteht, eine Trennung des aus dem Diffusor 8 gelangenden Wasser-Luft-Gemisches
in gereinigtes Wasser, das in die Unterhaltung 2 ausströmt, und in Schaum, der die
flotierbaren Schmutzstoffe mit sich trägt, und sich im oberen Teil des Schaumscheiderraums
9 ansammelt. Infolge des Überdrucks, den die Luftverdichtungseinrichtung durch das
Wasser im geschlossenen Schaumscheiderraum 9 erzeugt, steigt der Schaum in den Schaumfänger
10 auf. Da die Dichte des Schaums bedeutend geringer als die Dichte des Wasser ist,
kann der Schaum unter der Wirkung dieses Überdrucks auf eine bedeutende Höhe aufsteigen,
so daß der Schaumfänger 10 über dem Absetzbecken 19 (Fig. 2) angeordnet sein kann,
in dem sich das Niveau sogar iiber dem Wasserspiegel der Unterhaltung 2 aufrechterhalten
läßt. Die Anordnung des Blocks 11 der Wasser sprengdüsen auf dem Schaumfänger 10
ermöglicht ein Ablöschen des im Schaumfänger 10 sich bewegenden Schaums. Da das
Wasser für die Sprengdüsen aus der oberhaltLmg 1 (Fig. 1) entnommen wird, erfolgt
das Sprengen des Wassers unter der Wirkung des Gefälles zwischen dem Wasserspiegel
der Oberhaltung 1 und dem Niveau der Anordnung des Düsenblocks 11. Infolge der Anordnung
des Schäumfängers 10 über dem Niveau des Absetzbeckens 19
(Fig.
2) und geneigt zu ihm, kann das schmutzstoffhaltige Wasser, das nach der Schaumablöschung
gebildet wird, in das Absetzbecken 19 im Eigengefälle abfließen. Da man den Wasserstand
im Absetzbecken 19 über dem Wasserspiegel der Unterhaltung 2 aufrechterhalten kann,
läßt sich auch eine Rückführung des Wassers im 'igengefälle in die Unterhaltung
2 aus dem Absetzbekken 19 nach dessen Klärung bewerkstelligen. Da die nach dem Schaum:ablöschen
freigewordene Luft einen Überdruck aufweist, kann sie durch die in der Unterhaltung
2 verlegten perforierten Luftleiter 12 in die Unterhaltung 2 zwecks einer zusätzlichen
Belüftung des bereits gereinigten Wassers abgeleitet werden.
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Die Anordnung einer Gitterreihe 13 (Fig. 1) aus strömungsungünstigen
Elementen im Eintrittsabschnitt des Schaumscheiderraums 9 ermöglicht eine zusätzliche
Zerkleinerung der Luftbläschen, die im Wasser-Luft-Gemish enthalten sind, das in
den Schaumscheiderraum 9 gelangt. Es ist zweckmäßig, die Gitter 13 hintereinander,
quer zur Strömung und in der Querrichtung gegeneinander versetzt anzuordnen, Obwohl
die Anordnung der Gitter 13 eine gewisse Verringerung des Uberdrucks im Schaumscheiderraum
9 hervorruft, läßt sich ihre Verwendung dadurch rechtfertigen, daß sie eine fiteigerung
der Flotationsfähigkeit des Wasser-Luft-Gemisches bewirken. Darüber hinaus ist eine
gewisse Druckverringerung im Schaumscheiderraum 9 in der vorliegenden Konstruktion
zulässig, weil für ein Hochsteigen des Schaums geringer Dichte in den Schaumfänger
10 schon ein geringer Druckanstieg im Schaumscheiderraum 9 gegenüber dem Atmosphärendruck
ausreicht.
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Durch entsprechende Regelung des Absperrorgans 18 (Fig.2),
das
im Austrittsabschnitt des Schaumfängers 10 angeordnet werden kann, wird die erforderliche
Änderung des Überdrucks im Schaumscheiderraum 9 (Fig. 1) gewährleistet, wodurch
die optimale Arbeitsweise der Flotationskammer bei einer Wasserspiegeländerung der
Ober- und Unterhaltung (1 und 2) erreicht wird.
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Der Wasserablauf der vorliegenden Konstruktion bietet die Möglichkeit,
dank der Bildung der Flotationskammer hinter der Luftverdichtungseinrichtung durch
Wasser, neben dem Wasserdurchfluß durch die Staumauer, dank der Verwertung nur des
Staudrucks, der durch das Wasserspiegelgefälle der Oberhaltung 1 und des Unterhaltung
2 erzeugt und durch die Luftverdichtungseinrichtung mi.t Hilfe des Wassers in einen
Überdruck des Wassers-Luft-Gemisches verwandelt wird, noch eine Reinigung des durchgeflossenen
Wassers von flotierbaren Schmutzstoffen durch Sammlung des schmutzhaltigen Schaums,
durch Schaumablöschung und einen Transport der Schmutzstoffe im Eigengefälle in
daa Absetzbecken 19 (Fig. 2), sowie eine zusätzliche Belüftung des gereinigten Wassers
in der Unterhaltung 2 (Fig. 2) mit Hilfe der nach dem Schaumablöschen freigewordenen
Druckluft.