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Verfahren und Vorrichtun zum Messen des
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Durchflusses in offenen insbesondere von Abwasser durchflpssenen
Gerinnen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Durchflusses in offenen,
insbesondere von Abwässern durchflossenen Gerinnen mit einem Strömungsmesser sowie
Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
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Unter Abwässern sind im folgenden die Abwässer von Haushaltungen und
Industriebetrieb;en zu verstehen, die Feststoffe und dergleichen zum Teil als Schwebeteilchen
mit sich führen, die sich vorzugsteise im Totwasserbereich von Kanälen, offenen
Gerinnen und gezielt in Klärschlaminbecken usw. absetzen. Weiterhin sind darunter
die Abwasser von Kohlenwäschen sowie die Abwasser von Flotationsanlagen für die
Erzaufbereitung, die Abwasser von Papiermiihlen usw, zu verstehen.
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Im folgenden sind unter Strömungsmessern solche auf dem magnetisch-induktiven
Prinzip ?bzw. Ultraschallprinzip, Turbinen und solche Strömungsmesser die auf dem
Sorrelationsprinzip beruhen, zu verstehen.
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Die Durchflussmessung von klaren Abwässern, d.h. von Abwasser ohne
Sink- und Schwebestoffe ist im allgemeinen problemlose Die bekannten magnetisch-induktiven
Durchflußzähler bestehen aus einem von der Flüssigkeit durchflossenen
Rohrabschnitt,
das senkrecht zu seiner Achse von einem Magnetfeld durchsetzt.wird. Das die üblichen
Abwässer stets eine elektrische Leitfähigkeit haben, die die Voraussetzung fflr
den Ansatz derartiger Durchflvßmesser ist, wird an den an der Rohrinnenwandung angeoruneten
Elektroden eine induzierte Spannung abgegriffen, die gemäß der Formel Q= v .A= K.
Uind (A = Meßquerschnitt, v = Strömungsgeschwindigkeit, K a durch eine Eichung festzulegende
Konstante, Wind. = induz.ierte Spannung) dem freien Querschnitt proportional ist.
Bei einer Sedimentation von Feststoffen im Rohr wird folglich das Meßergebnis verfälscht.
Der Einsatz derartiger Durchflußmesser setzt bei offenen Gerinnen den Bau von Dükern
voraus, die exakt auszuführen sind und erhebliche Kosten verursachen.
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Komplikationen ergeben sich durch die Schwebe- bzw. Sinkstoffe, die
einen erheblichen Reinigungs- und Wartungsaufwand erfordern. Zudem muß während der
Reinigungsarbeit das Abwasser entweder gestaut oder im Bypass an dem Düker umgeleitet
werden, sodaß während dieser Reinigungszeit ein Messen des Durchflusses nicht möglich
ist.
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Die bekannten Ultreschall-Durchflußmessverfahren setzen ebenfalls
einen Rohrabschnitt voraus, in dem mindestens ein Ultraschallsender und ein Ultraschallempfänger
angeordnet sind. Es wird die Abhängigkeit der Fortpflanzungs geschwindigkeit der
Ultraschallwellen von der btrömungsgeschwindigkeit
benutzt. Werden
zwei Ultraschallsender mit Frequenzen erregt, die von der Laufzeit der zugehörigen
Ultraschallwellen abhängen, dann ergibt sich die Strömungsgeschwindigkeit proportional
zar Frequenzdifferenz der beiden Sender, wobei die Richtung der Achsen der beiden
Sender, d.h. der von ihnen eingeschlossene Winkel das Ergebnis beeinflußt. Da ebenfalls
die Geschwindigkeit in einem Rohrabschnitt gemessen wird, ergibt sich, daß sich
absetzende Schwebe- und Sinkstoffe das Ergebnis erheblich verfälschen können. Dies
gilt duch dann, wenn die Dopplerverschiebung gemessen wird. Entsprechendes gilt
für die anderen Strömungsmesser.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren der eingangs
erwähnten Art zu schaffen, das praktisch wartungsfrei ist, dessen eventuelle Stillstandszeiten
sehr kurz sind und das keine kostspieligen Baumaßnahmen voraussetzt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem offenen
Gerinne von bekanntem Querschnitt ein mit dem Abwasserspiegel höhenverstellbarer
Strömungsmesser und eine Vorrichtung zum Erfassen der Höhe des Abwasser spiegels
angeordnet werden und daß aus dem Ausgangssignal des Strömungsmessers und aus dem
aus der Höhe des Flüssigkeitsspiegels bestimmten durchströmten Querschnittsbereich
des offenen Gerinnes der Durchfluß des offenen Gerinnes bestimmt wird. Erfindungswesentlich
ist, daß der Strömungsmesser sich in seiner Arbeitshßhe mit dem Ansteigen bzw.
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Absenken des Abwasserspiegels insert. Da die Sink- und
Schwebe
stoffe im allgemeinen im unteren Bereich der Strömung mitgeführt werden, bleibt
der otrömunsmesser weitgehend frei von Sink- und Schwebe stoffen. Prinzipiell kann
durch die erfindungsgemäße Anordnung des Strömungsmessers erreicht werden, daß im
Bereich der Meßstelle keine Sedimentationen vorkommen. Um nun den Durchsatz des
offenen Gerinnes bei den sich einstellenden unterschiedlichen Abwasserspiegeln bestimmen
zulkönnen wird gleichzeitig der Abstand des iüssigkeitsspie'gels von dem Boden des
offenen Gerinnes bestimmt. Daraus ergibt sich in einfacher Weise der JJurchströmte
Querschnittsbereich des offenen Gerinnes.
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Aus diesen Grunde hat im einfachsten Falle das offene GerirEne einen
rechteckigen Querschnitt, der auch trapezförmig, halbelliptisch, parabelförmig tsw.
sein kann. Aus dem durchflossenen Querßchnittsbereich und der von dem btrösich mungsmesser
bestimmten Ströungsgeschwindigkeit ergibt der Durchfluß des offenen Gerinnes in
einfacher mathematischer Weise.
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Erfindungsgemäß ergibt sich eine einfache Höhenverstellung des Strömungsmessers
in der Weise, daß er an einem oder mehreren Schwimmern befestigt ist, die auf bzw.
in dem Abwasser schwimmen und dem Abwasserspiegel folgend, die Höhenverstellung
des btrömungsmessers vornehmen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Gestänge vorgesehen,
das an dem einen Ende an dem Schwimmer und an dem anderen Ende an dem offenen Gerinne
angelenkt ist und dessen Auslenkung ein Maß für die Flüssigkeitshöhe ist. Eine besonders
einfache Meßmethode der
Flüssigkeitshöhe ergibt sich dadurch, daß
das Gestänge an einem an der offenen Rinne befestigten Profil drehbar gelagert ist
und der Winkel zwischen dem Gestänge und dem Profil gemessen wird. Ein sicheres
Messen dieses Winkels ergibt sich dadurch, Aa3 mit dem Gestänge und dem Profil ein
absoluter Winkelschrittgeber in an sich bekannter Bauart gekoppelt ist (Firma Stegmann,
Prospekt).
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Derartige absolute WinkelschrXttgeber ordnen jeder otellung eine eindeutige
Größe absolut zu, d.h. es muß bei Betriebsstörungen der Winkelschrittgeber nicht
zuvor in einer Nullage wieder abgeglichen werden.
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Ein weiteres Ausführungsprinzip ist erfindungsgemäß gekennzeichnet
durch eine Traverse quer zur Strömungsrich tung, die oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
mit zwei schwimmern verbunden ist und an ihren Enden geführt ist.
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Eine einfache Führung ergibt sich durch den Einsatz von U-Profilen.
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Erfindungsgemäß kann zusätzlich die Höhenlage der Traverse eine Anzeige
für den Flüssigkeitsstand sein, indem das eine U-Profil eine Zahnstange aufweist
und mit einem auf der Traverse angeordneten absoluten Winkelschrittgeber in Eingriff
steht. Durch diese Maßnahmen ist ein besonders einfacher, kaum störungsanfälliger
und leicht zu wartender Durchflußmesser geschaffen, der zudem den wesentlichen Vorteil
hat, daß er den Strömungsverlauf aufgrund seines geringen Strömungswiderstandes
kaum beeinflußt und von daher die Meßwerte nicht verfälscht. Zur erleichterten
Durchführung
der Wartungsarbeiten ist in einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung stromabwärts
unterhalb des Durchflußmessers im offenen Geririne eine Bodenschwelle zur Freihaltung
der Meßstelle von Sedimentationen und zur Vorgabe der ochleichmenge vorgesehen.
Durch die Bodenschwelle wird erreicht, daß aufgrund des Strömungsprofils im Bereich
der Meßstelle und zwar im Bereich des Rinnenbodens ein Absetzen der Sink- und oehwebestoffe
vermieden wird und dies unterhalb der Meßstelle erfolgt, wo durch die gute Zugärglichkeit
der Wartungsarbeiten schnell durchgeführt werden können.
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ie Erfindung ist in der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen
erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein offenes Gerinne im Querschnitt mit einem ersten
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig.2 eine Draufsicht auf
das Ausführungsbeispiel in Fig.1 Fig. weitere Ausführunsbeipiele in der Darstellung
und 4 der Fig. 1 und Fig.
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Fig.5 ein Blockschaltbild für die Auswertung der Meßwerte (Ausführungsbeispiel.
).
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In Fig.1 ist das im Querschnitt dargestellte offene Gerinne mit 1
bezeichnet, das von dem Abwasser 2 durchflossen wird.Die erfindungsgemäße Vorrichtung
3 besteht aus einer Traverse 4, die über Profile 7 und 8 mit den Schwimmer 5 bzw.
6 verbunden ist, wobei an dem Flachprofil 9
der Traverse ein an
sich bekannter magnetsich- induktiver Strömungsmesser 10 befestigt ist, der in das
Abwasser eintaucht.bie Vorrichtung wird durch die Veranierungseinrie,htluig bzw.
das Gestänge 11 am Abdriften ve,rhindertdie besteht aus den beiden Profilabschnitten
12 und 13, die einerseits an der Traverse 4 angelenkt und andererseits an einer
Achse 14 befestigt sind.EJie Achse ist in Lagern 15, 16 verschwenkbar gelagert,
die in Profilen 17 bzw.
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18 der Rinne angeordnet sind.Die Auslenkung der Verankerungseinrichtung
,d.h. der Drehwinkel der Welle ist ein Niaß für die Höhe des Flüssigkeitsspiegels.Der
Drehwinkel wird mittels eines absoluten Winkelschrittgebers bestimmta der im Bereich
des Lagers 16 mit der Achse gekoppelt ist.Aus der Breite des offenen Gerinnes und
der Höhe des Abwasserspielgels ergibt sich der vom Abwasser bzw. der Flüssigkeit
durchflossene Querschnittsbereich des offenen Gerinnes.Aus der vom Strömungsmesser
bestimmten Strömungsgeschwindigkeit und dem durchflossenen Querschnittsbereich ergibt
sich dann die Durchflußmenge des offnen Gerinnes.
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Fig.3 zeigt eine Abwandlung der Fig.1, 2 in der Weise, daß die Enden
der Traverse in lotrecht angeordneten Profilen ,d.h. U-Profilen 20,21 geführt sind.Gleiche
Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.An dem U-Profil 20 ist eine Meßlatte
22 angeordnet, die optoelektronisch von der Einrichtung 23 in an sich bekannter
Weise abgetastet wird, die auf der Traverse ,angeordnet ist.
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Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel.Die Traverse weist
eine Führung (nicht dargestellt) für zwei Schlitten 24 und 25 auf, die jeweils an
ein Profil 26 bzw. 27 angelenkt sind.D¢e Profile sind in den Lagern 28 bzw. 29 verschwenkbar
geSagert.Bei einer Änderung der Höhe des Flüssigkeits- bzw.'Abwasserspiegels werden
die Schlitten entsprechend verschoben , wobei die Profile entsprechend verschwenkt
werden .Mit der Schwenkachse des Profils 26 ist ein absoluter optoelektronischer
Winkelschrittgeber 30 gekoppelt, der die Höhe des Flii.ssigkeits- bzw. des Abwasserspiegels
anzeigt.
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Fig.5 zeigt ein Blockschaltaild für die Auswertung der Meßwerte.Sie
besteht aus deW Meßwertumformer 31 für den Strömungsmesser (Fig.1 z.B) , dem Meßwertumformer
32 für den absoluten optoelektronischen Winkelschrittgeber (Fig.
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1) bzw. die optoel*ltronische Einrichtung (Fig.3).Dem Meßwertumformer
31 ist ein Folgeverstsrker 33 nachgeschaltet, dessen Ausgangswerte mit den Ausgangswerten
des Meßwertumformers 32 dem Rechner 34 zugeführt werden, der aus den Meßwerten die
jeweilige Durchflußmenge des offnen Gerinnes bestimmt und z.B. auf dem Anzeigeinstrument
35 anzeigt.
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Durch die erfindungsgemäßen'Maßnahmen werden die bisher üblicherweise
hohen Ausgaben für Einer usw. vermieden.