DE3305226A1 - Float-controlled regulator for varying the cross-section of a tube - Google Patents
Float-controlled regulator for varying the cross-section of a tubeInfo
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Description
- 5 - Durchflussregulierung - 5 - Flow regulation
Schwimmergesteuerte Regelvorrichtung zur Veränderung des Querschnittes eines RohresFloat-controlled regulating device for changing of the cross section of a pipe
Die Erfindung betrifft eine schwimmergesteuerte Regelvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a float-controlled regulating device according to the preamble of claim 1.
Regen- und Klärbecken sind mit im Bodenbereich angeordneten Abflussrohren versehen, die in eine Kläranlage führen. Während niederschlagsfreien Perioden strömt das Schmutzwasser von einer Eingangsleitung in das Becken und von da direkt durch das Abflussrohr in die Kläranlage.Rain and clarification basins are provided with drainage pipes arranged in the floor area, which lead into a sewage treatment plant. During periods without precipitation, the waste water flows from an inlet pipe into the basin and from there directly through the drain pipe into the sewage treatment plant.
Die Kläranlagen sind so ausgelegt, dass sie auch noch einen Anteil des Meteorwassers aufnehmen können, das bei Regen anfällt. Bei Hochwasser hingegen übersteigt die Kapazität der Kläranlage den Meteorwasseranfall. Das Wasserniveau im Becken steigt bis auf die Höhe eines im Becken angeordneten Ueberlaufes und ein Teil des Wassers fliesst dann unter Umgehung der Kläranlage direkt in einenThe sewage treatment plants are designed in such a way that they can also absorb a portion of the meteor water that is at Rain falls. In the case of floods, however, the capacity of the sewage treatment plant exceeds the amount of meteor water. That The water level in the basin rises to the level of an overflow arranged in the basin and part of the water then flows directly into one by bypassing the sewage treatment plant
Bach oder einen Fluss.Stream or river.
Die aus dem Abflussrohr in die Kläranlage strömende Wassermenge ist gegeben durch den Rohrquerschnitt und das jeweilige Wasserniveau im Becken. Der Rohrquerschnitt muss so gewählt werden, dass bei höchstem Wasserstand (entsprechend dem Ueberlaufniveau) gerade die maximale Wassermenge austritt, für welche die Kläranlage ausgelegt ist. Dies bringt verschiedene Nachteile mit sich. Der Zufluss zur Kläranlage ist nicht konstant und diese ist daher nicht gleichmässig ausgelastet. Der Rohrquerschnitt ist - in Anpassung an das Ueberlaufniveau - relativ klein und kann sich leicht verstopfen. Der kleine Querschnitt wirkt sich insbesondere bei leerem Becken nachteilig aus, wenn nur das Schmutzwasser durchströmt.The amount of water flowing from the drain pipe into the sewage treatment plant is given by the pipe cross-section and the respective water level in the pool. The pipe cross-section must be chosen so that at the highest water level (corresponding to the overflow level) just the maximum amount of water escapes for which the sewage treatment plant is designed is. This has various disadvantages. The inflow to the sewage treatment plant is not constant and this is therefore not evenly utilized. The pipe cross-section is - in adaptation to the overflow level - relatively small and can become clogged easily. The small cross-section has a disadvantage, especially when the tank is empty, if only the dirty water flows through.
Die Erfindung stellt sich nun zur Aufgabe, diese Nachteile zu beseitigen. Es soll ein regulierbarer Abfluss aus dem Flüssigkeitsbecken geschaffen werden, derart, dass der Querschnitt des Rohres in Funktion des Wasserniveaus automatisch variiert werden kann. Insbesondere soll es durch die Erfindung möglich sein, die Durchflussmenge pro Zeiteinheit bei unterschiedlichem Flüssigkeitsniveau konstant zu halten.The invention now has the task of addressing these disadvantages to eliminate. It should be created an adjustable drain from the liquid basin, such that the Cross-section of the pipe can be varied automatically as a function of the water level. In particular, it should go through the invention be possible to keep the flow rate per unit of time constant at different liquid levels to keep.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch die Merkmale, die in der Kennzeichnung des Patentanspruches 1 definiert sind.This object is achieved according to the invention by the features that are defined in the characterization of claim 1.
Nachfolgend werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments are described below with reference to the drawings the invention explained in more detail. Show it:
Fig. 1 schematisch eine Ansicht auf die Vorrichtung zur Verstellung des Durchflussquerschnittes eines
Rohres,1 schematically shows a view of the device for adjusting the flow cross section of a
Pipe,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die an der Beckenwand
montierte Vorrichtung gemäss Fig. 1,Fig. 2 shows a cross section through the on the pool wall
assembled device according to Fig. 1,
Fig. 5 die Geometrie der Regelvorrichtung bei negativer Exzentrizität,5 shows the geometry of the control device with negative eccentricity,
Fig. 4 die Geometrie der Regelvorrichtung bei positiver Exzentrizität,4 shows the geometry of the control device with positive eccentricity,
Fig. 5 ein Diagramm "A" mit hydraulischen Durchflusskurven, 5 shows a diagram "A" with hydraulic flow curves,
Fig. ö ein Diagramm "B" mit aus der Geometrie der Regelvorrichtung entstandenen Schlicsskurveri,6 shows a diagram "B" with the geometry of the control device resulting Schlicsskurveri,
Fig. 7 die aufeinander gelegten Diagramme "A" und "B" gemäss den Fig. 5 und 6,7 shows the superimposed diagrams "A" and "B" according to FIGS. 5 and 6,
Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, Fig. 9 ein als Segment ausgebildetes Verschlussorgan,8 shows a further embodiment of the invention, FIG. 9 shows a closure member designed as a segment,
Fig.10 eine perspektivische Ansicht auf ein Detail der Regelvorrichtung, undFIG. 10 is a perspective view of a detail of FIG Control device, and
Fig.11 den Rahmen mit dem Schieber im Detail.Fig. 11 the frame with the slide in detail.
Im Bodenbereich der Wand 1 eines Klärbeckens ist eine Durchflussöffnung 2 angeordnet, deren Oeffnungsquerschnitt mittels eines Schiebers 3 variiert werden kann. Der Schieber 3 ist in zwei vertikalen seitlichen. Führungen 5 eines Rahmens 4 zwischen einer unteren und einer oberen Endstellung 21, 22 höhenverstellbar gelagert. In der Fig. 1 ist der Schieber 3 in der unteren Lage eingezeichnet und die obere Lage ist gestrichelt angedeutet.In the bottom area of the wall 1 of a clarifier there is a throughflow opening 2, the opening cross section of which can be varied by means of a slide 3. The slide 3 is in two vertical lateral. Guided tours 5 a frame 4 between a lower and an upper end position 21, 22 is mounted adjustable in height. In the Fig. 1 shows the slide 3 in the lower position and the upper position is indicated by dashed lines.
Zur Verstellung des Schiebers 3 ist ein Kurbelmechanismus vorgesehen. Dieser weist eine teleskopartig verlängerbare und mittels einer Manschette 6 in der Lange fixierbareA crank mechanism is provided for adjusting the slide 3. This has a telescopically extendable and fixable in length by means of a cuff 6
Kurbelstange .7 auf, deren unteres Ende gelenkig (Gelenk 8) mit einem am Schieber 3 angeordneten Zapfen 9 verbunden ist.Crank rod .7, the lower end of which is articulated (joint 8) with a pin 9 arranged on the slide 3.
Das obere Ende der Kurbelstange 7 ist über ein Kugelgelenk TO mit einem Kurbelarm 11 verbunden und mit der weiteren Manschette 6 in der Länge fixierbar. Da die Längen und/oder die Angriffspunkte der Kurbelstange 7 bzw. des Kurbelarmes 11 variierbar sind, können die entsprechenden Hebelarme a, b beliebig eingestellt werden. Die Ausbildung der Manschette 6 erlaubt, den Mittelpunkt 10 bis auf die Achse 12 und darüberhinaus zu stellen.The upper end of the connecting rod 7 is via a ball joint TO is connected to a crank arm 11 and can be fixed in length with the further sleeve 6. Since the lengths and / or the points of application of the connecting rod 7 or the crank arm 11 are variable, the corresponding lever arms a, b can be adjusted as desired. The training of the cuff 6 allows the center 10 to the axis 12 and beyond to deliver.
Das innere Ende der Kurbelstange 11 ist an einer horizontalen Achse 12 befestigt, welche in einem Lagerblock 13 untergebracht ist. Dieser Lagerblock 13 ist in zwei horizontalen Führungen 14 des Rahmens 4 querverschiebbar angeordnet, derart, dass die Exzentrizität e variiert werden kann.The inner end of the connecting rod 11 is attached to a horizontal axis 12 which is housed in a bearing block 13 is. This bearing block 13 is arranged to be transversely displaceable in two horizontal guides 14 of the frame 4, in such a way that that the eccentricity e can be varied.
Die Exzentrizität e ist wie folgt definiert: Eine Senkrechte durch den Schieberzapfen 9 bzw. den Angriffspunkt 8 der Kurbelstange 7 sei mit 15 bezeichnet. Eine weitere Senkrechte, die durch die Schwenkachse 12 geht, trage die Referenznummer 16. der Abstand dieser beiden, in der EbeneThe eccentricity e is defined as follows: A perpendicular through the slide pin 9 or the point of application 8 of the The connecting rod 7 is denoted by 15. Another vertical which goes through the pivot axis 12, carry the reference number 16. the distance between these two, in the plane
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des Rahmens 4 liegenden Senkrechten 15, 16 voneinander ist dann die Exzentrizität e.of the frame 4 lying perpendiculars 15, 16 from one another is then the eccentricity e.
'Die Achse 12 durchdringt eine oberhalb der Abflussöffnung 2 angeordnete Ausnehmung 17 in der Wand 1 und führt in das ßeckeninnere. Die Durchführung ist in nicht näher dargestellten Weise abgedichtet.The axis 12 penetrates one above the drainage opening 2 arranged recess 17 in the wall 1 and leads into the inside of the corner. The implementation is not shown in detail Way sealed.
Im Innern des Beckens ist ein Schwimmer 18 vorgesehen, der am äusseren Ende einer parallel zur Beckenwand verschwenkbaren Schwimmerstange 19 verschiebbar und feststellbar angeordnet ist. Das innere Ende 20 der Schwimmerstange 19 ist lösbar an der Achse 12 fixiert, derart, dass der Winkeloc zwischen der Schwimmerstange 19 und dem Kurbelarm 11 eingestellt werden kann.In the interior of the basin, a float 18 is provided, which can be pivoted at the outer end of a float parallel to the basin wall Float rod 19 is arranged displaceably and lockable. The inner end 20 of the float rod 19 is releasably fixed on the axis 12 such that the Winkeloc between the float rod 19 and the crank arm 11 can be set.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, wird bei einer Veränderung des Wasserniveaus H mittels des Schwimmers 18 und des Kurbelmechanismus der Schieber 3 in der Höhe verstellt. As can be seen from FIG. 1, when the water level H changes by means of the float 18 and the crank mechanism of the slide 3 is adjusted in height.
Gemäss der Fig. 1 befindet sich der Schieber beim oberen Wusserniveau H, in einer unteren, teilweise geschlossenen Stellung und beim unteren Wasserniveau H1 in einer oberen,According to FIG. 1, the slide is located at the upper water level H, in a lower, partially closed position and at the lower water level H 1 in an upper,
offenen Stellung, wobei er um die Höhe Ah angehoben worden ist.open position, being raised by the amount Ah has been.
Die Kinematik des Regelmechanismus lässt sich beliebig variieren, um insbesondere eine gewünschte konstante Durchflussmenge innerhalb eines bestimmten Niveaubereichs Δ H in Abhängigkeit vom sich ändernden Wasserniveau H einzustellen. Dazu müssen folgende Parameter eingestellt werden: Die Lage des Schwimmers 18 auf der Schwimmerstange 19, der Winkel °c , die Länge des Kurbelarmes 11 und der Kurbelstange 17, die Exzentrizität e, der Abstand k.The kinematics of the control mechanism can be varied as desired, in particular to achieve a desired constant Flow rate within a certain level range Set Δ H as a function of the changing water level H. To do this, the following parameters must be set: The position of the float 18 on the float rod 19, the angle ° c, the length of the crank arm 11 and the Connecting rod 17, the eccentricity e, the distance k.
Die Kinematik der Regelvorrichtung geht aus den Fig. 3 und 4 hervor, wobei gemäss der Fig. 3 der zwischen den Anschlägen 21, 22 verstellbare Schieber 3 zur Regelung der Durchflussöffnung 2 dient. In der Fig. 3 ist die Exzentrizität e negativ, währenddem sie bei der Fig. 4 positiv ist.The kinematics of the control device can be seen in FIGS. 3 and 4, wherein according to FIG. 3 the between the Stops 21, 22 adjustable slide 3 for regulating the flow opening 2 is used. In Fig. 3 is the eccentricity e negative, while it is positive in FIG. 4.
Um nun die Regelvorrichtung so einzustellen, dass die Durchflussmenge im wesentlichen konstant ist, unabhängig vom iVasserniveau, wird wie folgt vorgegangen:In order to now adjust the control device so that the flow rate is essentially constant, independently from the water level, the procedure is as follows:
Zuerst werden die hydraulischen Diagramme "A" (Fig. 5) berechnet. Die mit V1 , ν2> ν, angegebenen Linien sind Kurven konstanten Wasserdurchflusses (Menge pro Zeiteinheit) bei gegebenem Rohrquerschnitt, in Funktion des Wasserniveaus H im Becken und in Funktion der Schieberhöhe h ab Unterkante des Rohres. Zweckmässigerweise werden für verschiedene Rohre entsprechende Diagramme "A" mit den zugehörigen hydraulischen Kurvenscharen V1, V2, v, ausgewertet und auf Transpartentpapier aufgezeichnet.First the hydraulic diagrams "A" (Fig. 5) are calculated. The lines indicated with V 1 , ν 2 > ν, are curves of constant water flow (amount per unit of time) for a given pipe cross-section, as a function of the water level H in the basin and as a function of the valve height h from the lower edge of the pipe. Appropriately, corresponding diagrams "A" with the associated hydraulic families of curves V 1 , V 2 , v are evaluated for different pipes and recorded on transparent paper.
Anschliessend werden die Diagramme "B" berechnet und aufgezeichnet. In diesen Diagrammen ist wieder die Ordinate die Schieberhöhe h und die Abszisse das Wasserniveau H im Becken. Je nach der gewählten Exzentrizität e, der Hebellängen a, b, 1 und des Schwenkwinkels cC , usw. wirken sich die durch den Schwimmer auf die Regelvorrichtung übertragenen Bewegungen unterschiedlich auf den Schieber 3 aus. Die in Abhängigkeit der Kinematik der Regelvorrichtung berechneten Schliesskurven S1, S2, s, werden in das Diagramm "B" eingezeichnet, wobei für verschiedene Exzentrizitäten e und für verschiedene Rohrdurchmesser solche Kurvenscharen entstehen. In den Diagrammen "B" entspricht der rechte Kurvenast einer negativen Exzentrizität e und der linke Kurvenast einer positiven Exzentrizität e.The diagrams "B" are then calculated and recorded. In these diagrams, the ordinate is again the valve height h and the abscissa is the water level H in the basin. Depending on the selected eccentricity e, the lever lengths a, b, 1 and the pivot angle cC, etc., the movements transmitted by the float to the control device have different effects on the slide 3. The closing curves S 1 , S 2 , s, calculated as a function of the kinematics of the control device, are drawn in diagram "B", such families of curves being created for different eccentricities e and for different pipe diameters. In the diagrams "B", the right branch of the curve corresponds to a negative eccentricity e and the left branch of the curve corresponds to a positive eccentricity e.
Generell bestehen die Schliesskurvenausschnitte aus einer sinusähnlichen kinematischen Kurve für den Gelenkhebelmechanismus (im allgemeinen Fall für ein Gelenkvieleck, im speziellen Fall für ein Schubkurbeltrieb). Wenn mit γ der Drehwinkel zwischen der Kurbelstange 7 und dem Kurbelarm 11 bezeichnet wird, ergeben sich folgende Zusammenhänge (siehe Fig. 3 und 4):In general, the closing curve sections consist of a sinusoidal kinematic curve for the articulated lever mechanism (in the general case for a polygonal articulation, in the special case for a slider crank drive). If γ denotes the angle of rotation between the connecting rod 7 and the crank arm 11, the following relationships result (see FIGS. 3 and 4):
h0 = a +1/b2 - e2 h 0 = a + 1 / b 2 - e 2
(f) = h0 -(f) = h 0 -
+Vb (a sin fe)+ Vb (a sin fe)
h = a · cos ^ +Vb - (a · sin f- e)h = a cos ^ + Vb - (a sin f- e)
In Worten: Die Schieberhöhenverstellung Ah in Abhängig keit eines beliebigen Drehwinkels ^f kann ausgedrückt wer den als Funktion der Kurbelarmlänge a, der Kurbelstangen länge b, der Exzentrizität e und des Drehwinkels γ . In words: The slide height adjustment Ah as a function of any rotation angle ^ f can be expressed as a function of the crank arm length a, the connecting rod length b, the eccentricity e and the rotation angle γ.
Damit die beiden Diagramme "A" und "B" miteinander in Verbindung gebracht werden können, muss noch eine Beziehung zwischen dem Wasserstandunterschied ΔΗ = H2 - H1 und dem Drehwinkel j° gefunden werden. Der Drehwinkel (f« entspricht dem Wasserniveau H. und der Drehwinkel ty? dem Wasserniveau H7. Mit ^7T* sei der Winkel zwischen der Senkrechten 16 und dem Schwimmerarm 19 bei höchstem Wasserniveau H2 be-So that the two diagrams "A" and "B" can be related to each other, a relationship between the water level difference ΔΗ = H 2 - H 1 and the angle of rotation j ° has to be found. The angle of rotation (f « corresponds to the water level H. and the angle of rotation ty ? Corresponds to the water level H 7. Let ^ 7 T * be the angle between the vertical 16 and the float arm 19 at the highest water level H 2
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zeichnet. Der Abstand zwischen der Schwenkachse 12 und dem Zapfen 9 ist mit k bezeichnet. Dann gilt:draws. The distance between the pivot axis 12 and the pin 9 is denoted by k. Then the following applies:
H (f) = 1 · cos (^1 ' + f) + kH (f) = 1 * cos (^ 1 '+ f) + k
Die einem bestimmten Rohrquerschnitt entsprechenden hydraulischen Diagramme "A" werden nun auf die Schliessdiagramme "B" gelegt. Meist müssen verschiedene Diagramme ausgewählt werden, um eine optimale Deckung zu finden. Das Schliesskurvenstück, welches innerhalb des gewählten Regelbereiches auf das hydraulische Kurvenstück für den gewünschten Ausfluss pro Sekunde am besten passt, wird nun markiert. Dieses Schliesskurvenstück entspricht bestimmten Parametern für die Hebellängen, Hcbelstellung und die Exzentrizität, die nun an der Regelvorrichtung eingestellt werden, um den konstanten Durchfluss zu gewährleisten bei unterschiedlichem Wasserniveau.The hydraulic diagrams "A" corresponding to a certain pipe cross-section are now added to the closing diagrams "B" placed. Usually different diagrams have to be selected in order to find optimal coverage. The closing curve piece, which within the selected control range on the hydraulic curve piece for the desired Outflow per second fits best is now marked. This closing curve piece corresponds to certain parameters for the lever lengths, lever position and the eccentricity that can now be set on the control device in order to guarantee the constant flow rate with different Water level.
In Fig. 8 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die Regelvorrichtung vollständig im Inneren des Beckens angeordnet ist. Es wird gezeigt, wie durch Variierung der Länge 1 der Schwimmerstange 19 der maximale Schwenkbereich/3 vergrössert oder verkleinert werden kann. Die einstellbare und drehfest fixierbare Ver-In Fig. 8 an embodiment of the invention is shown, in which the control device is arranged completely inside the basin. It is shown how by varying the length 1 of the float rod 19, the maximum pivoting range / 3 is increased or decreased can be. The adjustable and non-rotatable lockable
bindung zwischen der Schwimmerstange 19 und dem Kurbelarm erfolgt mittels einer Lochscheibe 23 und Stiften 24. Damit die Strömung nicht abreisst und Wirbel erzeugt, kann an der Unterkante des Schiebers 3 eine gegen die Strömung gerichtete, strömungsleitende Nase 26 angeordnet sein. Dadurch wird auch verhindert, dass Fäden, Lumpen, längliche Schmutzstoffe um die .Unterkante gewickelt werden.The connection between the float rod 19 and the crank arm takes place by means of a perforated disk 23 and pins 24. So that the flow does not break off and creates eddies, a counter-flow can be installed on the lower edge of the slide 3, be arranged flow-guiding nose 26. This also prevents threads, rags, elongated contaminants from getting around the lower edge to be wrapped.
Bei der Fig. 9 ist statt des Schiebers 3 ein Segmentverschluss 25 vorgesehen, der verschwenkbar am Ende von zwei Lagerböcken 30 gelagert ist. Das Ende der Kurbelstange 7 greift in den Segmentverschluss 25 ein, um diesen zu verschwenken. Der Schwenkbereich ist wieder durch zwei Anschläge 21, 22 begrenzt. Das Segment wird vorteilhafterweise als geschlossener Körper ausgeführt.In FIG. 9, instead of the slide 3, a segment lock 25 is provided which can be pivoted at the end of two bearing blocks 30 is stored. The end of the connecting rod 7 engages in the segment lock 25 in order to pivot it. Of the The pivoting range is again limited by two stops 21, 22. The segment is advantageously considered to be closed Body running.
Aus den perspektivischen Detailansichten der Fig. 10 und 11 gehen weitere Einzelheiten der Regelvorrichtung hervor. Es wird gezeigt, wie die beiden Anschläge 21, 22 verstellbar am Rahmen 4 befestigt sind und mit einem Vorsprung 27 zusammenwirken, der am Schieber 3 angeordnet ist (Fig. 11).From the perspective detailed views of FIGS. 10 and 11 further details of the control device emerge. It is shown how the two stops 21, 22 are adjustable are attached to the frame 4 and cooperate with a projection 27 which is arranged on the slide 3 (Fig. 11).
Gemäss der Fig. 10 ist ersichtlich, wie die Kurbelstange 7 mittels des Kugelgelenkes 10 mit dem Kurbelarm 11 verbundenAccording to FIG. 10 it can be seen how the connecting rod 7 connected to the crank arm 11 by means of the ball joint 10
ist und wie der letztere und die Schwimmerstange 19 mittels Manschetten 28 auf der Achse 12 befestigt sind* Der Schwimmer 18 ist durch eine Halterung 29 auf der Schwimmerstange 19 verschiebbar angeordnet.and how the latter and the float rod 19 are attached to the axle 12 by means of cuffs 28 * The float 18 is arranged displaceably on the float rod 19 by means of a holder 29.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: NILL, WERNER, WINTERTHUR, CH |
|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |