DE3403072A1 - Regelvorrichtung fuer eine abflussmenge - Google Patents

Regelvorrichtung fuer eine abflussmenge

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Description

  • Regelvorrichtung für eine Abf lußmenge
  • Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für eine Abflußmenge eines strömungsfähigen Mediums aus einem Speicherbecken o.dgl. Staubehälter mit einer Abflußleitung, einem den Abflußleitungsquerschnitt verändernden Stellglied, einer Meßeinrichtung für eine für den Sollwert der Abflußmenge maßgebliche Führungsgröße und mit einer Ubertragungsanordnung zwischen der Meßeinrichtung und dem Stellglied zur Verarbeitung des Meßergebnisses gemäß einer vorbestimmten Abhängigkeit in eine Stellgrö-Be für das Stellglied.
  • Eine Vorrichtung dieser Art ist aus dem DE-GM 79 14 750 (Pfeiffer) für die Abflußregelung aus einem einer Mischkanalisation zugeordneten Speicherbecken zur nachgeschalteten Kläranlage bekannt, wobei der Auftrieb eines vom Beckenfüllstand abhängigen Schwimmers mittels eines Übersetzungsgestänges auf eine vor der Abflußöffnung im Bekken drehbar gelagerte Drosselblende übertragen wird.
  • Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist die fehlende Selbstkorrektur des eingestellten Abflußquerschnitts, da bei Behinderung des Beckenabflusses durch sperrige Gegenstände u.dgl. oder auch schon bei stärkerer Reibung die allein vom Schwimmer eingeleiteten Antriebskräfte nicht mehr zur Durchführung der Bewegungen der Drosselblende ausreichen.
  • Andererseits kann die aus der DE-PS 26 14 731 bekannte Abflußregelung (Jakobi-Drossel) als Prototyp der bisher bekannten, von Schwimmern betätigten Unterwassersteuerungen gelten. Tatsächlich mißt die Jakobi-Drossel nicht den Abfluß, sondern den Unterwasserstand, wobei hier nicht nur die Ablagerungsgefahr von Schmutz teilen unter den Schwimmern zu berücksichtigen sind, sondern auch Zweifel an der grundsätzlichen Funktionsfähigkeit bestehen, nämlich wie z.B. bei mittleren und großen Stauhöhen die erforderliche Auftriebskraft erzeugt werden soll und auch hinsichtlich der Möglichkeit der Beeinflussung der Beziehung Wasserstand/Abfluß durch den Abflußstrahl.
  • Alle diese schwimmerangetriebenen Systeme können mit ihrer starren Übersetzung der Auftriebs- und damit Antriebskräfte die vom Füllstand abhängigen Einflüsse, einschließlich der Lagerreibung am Verschluß bis hin zu den dynamischen Einflüssen des Strahls, nicht berücksichtigen.
  • In der Abwassertechnik muß der praktische Kanalbetiieb mit sehr vielen Inhomogenitäten des Abflusses fertig werden, wozu beispielsweise sperriges:Kantholz, Steine auch größeren Formates sowie Textilien und Kunststoffabfälle gehören. Die bisherigen schwimmergetriebenen Lösungsvorschläge sind daher allesamt durch die Ablagerungs- und Absetzgefahr von Feststoffen unter den Schwimmern bedroht.
  • Darüber hinaus spielen in der Abflußleitung einer Mischwasserkanalisation unter Umständen auch noch andere Fremdeinflüsse, z.B. Temperaturänderungen oder aggressive Gase eine gewisse Rolle und beeinlussen den mechanischen Abflußvorgang. Wird wie bei Schwimmern nur eine begrenzte Kraft, nämlich die sich ständig ändernde Auftriebskraft ausgewertet, so sind mit zunehmender Betriebsdauer größere Streuungen der Meßgenauigkeit zu erwarten.
  • Demgegenüber ist die Erfindung nicht auf die Regelung des Abflusses von Mischwasser beschränkt, sondern hat ein wesentlich weiteres Anwendungsfeld, nämlich für die Abflußregelung beliebiger strömungsfähiger Medien, z.B.
  • Flüssigkeiten beliebiger Art, z.B. öl oder Chemikalien aus größeren Speicherbecken, oder den Abfluß aus einem Haupt- oder Staukanal in davon versorgte einzelne Bewässerungsgebiete, oder auch die geregelte Abgabe eines Gases aus einem Speicherhälter, wobei die von der Meßeinrichtung ermittelte Führungsgröße, die für die Sollwert-Vorgabe der Abf lußmenge maßgeblich ist, z.B. aus dem Beckenfüllstand oder einer bestimmten zeitabhängigen Vorschrift oder einer von anderen Einflüssen abhängigen Größe bestehen kann, die für das Beispiel der Bewässerung die Sonneneinstrahlung, der Grad der Luftfeuchtigkeit usw. sein können. Selbst auf dem Gebiet der Mischwasserkanalisation sind noch andere Einsatzfälle als derjenige der Abflußregelung aus einem Becken denkbar.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer vom Maß der Füllung des Speichers unabhängigen Regelung der Abflußmenge auf einen zulässigen Höchstwert eine möglichst große Steuergenauigkeit zu erreichen, Störanfäl keiten der Regelvorrichtung im Betrieb zu verringern, insbesondere auftretende Hindernisse oder Verstopfungen im Abfluß zu erkennen und selbsttätig zu beseitigen und die Abflußströmung so zu führen, daß die Gefahr für Ablagerungen oder Verstopfungen gering bleibt.
  • Nach dem Grundgedanken der Erfindung ist diese Aufgabe bei einer Regelvorrichtung der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß die Übertragungsanordnung ein Vergleichsglied enthält, dem an getrennten Eingängen einerseits ständig der von der Meßeinrichtung abgeleitete Sollwert und andererseits ein am Stellglied abgenommener Istwert anliegen, und daß stromab hinter dem in seiner Offenstellung vorgespannten Stellglied eine von der Abfluß strömung angetriebene Strömungskraftmaschine angeordnet ist zur Lieferung von Hilfsenergie in einen untergeordneten Regelkreis, der außer dem Vergleichsglied einen Stellmotor für das Stellglied enthält, dem nach Maßgabe der ermittelten Regelabweichung mehr oder weniger Hilfsenergie zugeführt wird bzw. durch Entspannung der Hilfsenergie ein Hilfsenergieabfluß stattfinden kann.
  • Ein wesentliches Merkmal dieses Vorschlages besteht in der fremdenergiefreien Funktionsweise, da die von der Abflußströmung selbst angetriebene Strömungskraftmaschine soviel Energie zur Verfügung stellt, daß alle erforderlichen Bewegungsabläufe behinderungsfrei durchgeführt werden können. Die Stellenergie steht in jeder Betrieb phase gleichermaßen zur Verfügung. Die Integrierung der Strömungskraftmaschine über den untergeordneten Regelkreis in die erfindungsgemäße Regelvorrichtung ermöglicht deren vielseitigen Einsatz bei unterschiedlichsten Bedingungen, wozu beispielsweise im Fall der Abwasserregelung die aus dem dynamischen Abflußvorgang im Kanalnetz erforderlichen Auf/Zu-Steuerungen gehören oder auch die Veränderlichkeit des Ansprechens eing Klärüberlaufes, die Bewegung einer Regenüberlaufklappe beim Rückstau von Unterwasser in der Abfluß leitung oder auch die Ablaufbetätigung in Rückhaltebecken.
  • Die Meßeinrichtung für die meist unabhängige Eingangsgröße kann beliebiger Art sein,z.B. ein Schwimmer, der keine Stellkraft auf das Stellglied auszuüben hat, eine Fotozelle, kapazitive oder induktive Meßfühler oder dergleichen, deren Ausgangssignale gegebenenfalls nach Verstärkung, einem Steuergerät in Form eines Rechners oder Programmsteuergerätes zugeführt werden, um von dort als Steuerbefehle oder Stellinformationen zur Weitergabe an die Übertragungsanordnung zur Verfügung zu stehen. Im Fall der Abflußregelung von Gasen würde als Eingangsgröße zweckmäßigerweise die im Speicher vorhandene Spannung mittels einer geeigneten Druckmeßmethode ermittelt werden.
  • Die Verarbeitung des Meßergebnisses in eine Stellinformation erfolgt beispielsweise bei einer Beckenabflußregelung unter Berücksichtigung hydraulischer Ausflußgesetzmäßigkeiten, wobei die endgültige Stellinformation zusätzlich nach weiteren Gesichtspunkten einer Zeitvorgabe oder dergl. erzeugt worden sein kann.
  • Ein anderes wichtiges Merkmal des Grundgedankens der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der Zwischenschaltung des untergeordneten Regelkreises bzw. des mit seinem Ausgang in diesem Regelkreis liegenden Vergleichsgliedes zwischen der vom Sollwertgeber kommenden Stellanweisung und dem vom Stellglied abgenommenen Istwert. Aus dem vorgegebenen Sollwert und dem aus der Stellung des Verschlußorgangs in der Abfluß leitung abgenommenen Istwert ermittelt das Vergleichsglied die Regelabweichung und erzeugt daraus gleichzeitig ein an den Stellmotor weitergegebenes Signal, mit dem dort die zur Verfügung stehende Hilfs-oder Stellenergie je nach Regelabweichung mehr oder weniger eingesetzt wird, um das Verschlußorgan (Stellglied) entweder entgegen seiner Vorspannung in Richtung seiner Schließstellung zu betätigen oder die Betätigungskraft zu verringern.
  • Ein anderes wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in der Überwachung der in den Regelkreis eingespeisten Hilfsenergie über die Strömungskraftmaschine. Diese dient im allgemeinsten Fall als Detektor für das Vorhandensein der angenommenen Abflußmenge. Im Fall einer Störung durch Verstopfung der Abflußleitung wird die Energieerzeugung in der Kraftmaschine unterbrochen, so daß aufgrund des eingetretenden Druckabbaus keine Betätigungskraft mehr zur Verfügung steht, um das Stellglied gegen seine Vorspannung in irgendeiner bestimmten den Abflußquerschnitt verengenden Stellung zu halten. Folglich kehrt in diesem Fall das Stellglied automatisch in seine Offen stellung zurück. Die Abflußleitung bleibt solange geöffnet, bis die Verstopfung selbsttätig ausgespült worden ist. Die Strömungskraftmaschine kann zur Kontrolle dahingehend eingesetzt werden, ob die der Stellung des Verschlußorganes entsprechende Abflußmenge tatsächlich abfließt.
  • Mit der von der Strönungskraftmaschine, beispielsweise einem in die Abflußströmung eintauchenden Wasserrad, erzeugten Hilfsenergie zur Regelung lassen sich auch zusätzliche Aufgaben aus anderen ähnlichen Anwendungsgebieten lösen, wie die Höhenanpassurgeines Kärüberlaufes, der Antrieb eines Beckenräumers, elektrische Stromerzeugung, Belüftung des Abwassers auf einer Zwischenstrecke, Spülung von Kanalabflüssen während Trockenwetterperioden, Reinigungsvorgänge im Regenwasser z.B. durch Filtration, Mikrosiebe oder mit Hilfe eines Rechens vor dem Klärüberlauf. Auf diese Weise entsteht eine netzunabhängige Energieversorgung für die Lösung von Aufgaben in Bereichen, in denen eine elektrische Stromversorgung nicht ohne weiteres verfügbar ist, z.B. im dazu gehörenden Kanalnetz oder in dessen Nachbarschaft.
  • Bei einer Regelvorrichtung für den Abfluß einer gespeicherten Flüssigkeit besteht zweckmäßigerweise die Meßeinrichtung aus einem Schwimmer und der Sollwertgeber aus einer unter Ausnutzung der Schwimmer-Auftriebskraft verstellbaren Steuerkurve, an deren Steuerkante eine den einen Eingang des Vergleichsgliedes bildende Antriebsstange geführt ist. Da bei der erfindungsgemäßen Konzeption die Stellenergie aus der fließenden Strömung entnommen wird und folglich die Eingangsgröße für die Abflußsteuerung lediglich gemessen zu werden braucht, bietet sich bei Flüssigkeiten als einfachste Lösung ein Schwimmer an, da seine Auftriebskraft unter allen Umständen die zur Erzeugnung und zur Weiterleitung des Meßergebnisses notwendige Energie liefern wird.
  • Anstelle eines Schwimmers kann auch eine Druckmeßeinrichtung eingesetzt werden, die ebenfalls keine Versorgung mit Fremdenergie benötigt und die sowohl bei Flüssigkeiten als auch bei Gasen den für die Berechnung des Abflusses benötigten Druckwert liefert.
  • Darüberhinaus ist auch jede andere Füllstandshöhenabtastung denkbar, da über die von der Strömungskraftmaschine erzeugte Hilfsernergie entweder direkt oder auch gespeichert zur Verfügung steht.
  • Das Vergleichsglied ermittelt aus dem eingegebenen Sollwert und dem aus der Stellung des Verschlußorgans in der Abflußleitung abgenommenen Istwert die Regelabweichung, die als Stellanweisung oder Regelbefehl an den untergeordneten Regelkreis weitergegeben wird, um mit der von der Strömungskraftmaschine her verfügbaren Stellenergie den Stellmotor mehr oder weniger zu beaufschlagen und damit die ermittelten Regelabweichungen rückgängig zu machen. Dabei wird das Verschlußorgan (Stellglied) entweder entgegen seiner Vorspannung in Richtung seiner Schließstellung betätigt oder die Betätigungskraft wird verringert, damit das Stellglied sich selbsttätig in Richtung auf seine Offenstellung hin bewegen kann.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht der Stellmotor aus einem Hydraulikzylinder und das Vergleichsglied aus einem dem Zylinder nachgeschalteten Steuerventil mit zwei zueinander relativ beweglichen Ventilteilen zur Änderung der Spaltweite einer Durchlaßöffnung für einen Hilfsenergie-Olstrom, wobei der erste Ventilteil mit dem Sollwertgeber und der zweite Ventilteil mit dem Stellglied in Verbindung steht, um von diesem den Istwert abzunehmen. Die beim Vergleich von Sollwert und Istwert festgestellte Regelabweichung drückt sich mechanisch in einer Anderung der öffnungsspaltweite des Ventils und daraus folgend hydraulisch in Druckänderungen der im Hydraulikzylinder wirksamen Hilfsenergie aus. Dadurch können am Stellglied ständig die von sich ändernden Sollwerteingaben (z.B. aufgrund von Zuflußänderungen zum Becken) verursachten Regelabweichungen ausgeglichen werden.
  • Es versteht sich, daß bei Anwendung einer anderen Energieform der von der Strömungskraftmaschine aus der Abfluß strömung zurückgewonnenen Energie, z.B. Elektrizität, das Vergleichsglied ein elektrischer Widerstand oder eine Hochfrequenzdrossel sein kann und der Stellmotor als Hubmagnet oder Elektromotor verwirklicht würde.
  • Ein anderes wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Strömungskraftmaschine als zusätzliche Uberwachungseinrichtung mit der Meßeinrichtung für die Eingabegröße gekoppelt ist, um von dieser auf eine dem Sollwert der Abf lußmenge proportionale Leistungsabgabe eingestellt zu werden, damit die bei Abweichung des Beckenabflusses vom Sollwert eintretende Änderung der erzeugten Hilfsenergiemenge als Korrekturwert dem Stellmotor für das Verschlußorgan der Abflußleitung zugeführt wird. Auf diese Weise bietet sich die Möglichkeit für eine einfach zu praktizierende Feinregulierung, soweit diese im Hinblick auf die der Regelvorrichtung eigene Ansprechdynamik (Hilfsenergie) im Regelkreis über eine stillstehende Zahnradpumpe abbaut und damit die Vorspannung am Stellglied überwiegt. Die Detektorfunktion der Strömungskraftmaschine hat Bedeutung für die Überwachung eines überhaupt stattfindenden Abflusses, solange der Speicher gefüllt ist. Bei einer Verstopfung oder bei einer anderen Betriebsstörung der Vorrichtung ist die Energieerzeugung unterbrochen. Dadurch öffnet die am Stellglied angreifende systeminterne Vorspannung den Verschluß solange, bis die Verstopfung selbsttätig ausgespült worden ist.
  • Dies Selbstregelungsverhalten der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist auch wirksam im Fall von Verstopfungen am Stellglied der Abflußleitung, da die Spülkraft alle durch Abseztung aufgebauten Hindernisse wieder beseitigt. Um hängengebliebene Hindernisse in der Abfluß leitung vor der Strömungskraftmaschine zu beseitigen, kann deren Gewicht nahezu ausgeglichen sein und ihre Kupplung mit einer als Sollwertgeber wirkenden Steuerkurve aus einer teleskopisch ausgeführte Stellstange bestehen.
  • Gemäß einer zweiten grundsätzlichen Ausführungsform einer Regelvorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in der Übertragungsanordnung stromab hinter dem in seine Offen stellung vorgespannten Stellglied eine von einem Sollwertgeber auf eine bestimmte Eintauchtiefe in die Abfluß leitung eingestellte Strömungskraftmaschine vorgesehen ist, welche die in ständigem Vergleich mit der vorhandenen Abflußströmung ermittelte Regelabweichung als einen in Stellenergie umgewandelten Regelbefehl für das Stellglied weitergibt.
  • Durch diesen Vorschlag entsteht eine baulich einfachere Lösung, da der Umstand ausgenutzt wird, daß die zu regelnde Größe , d.h. die Abflußmenge, dynamischer Art ist. Deshalb kann hier das bei der oben vorgeschlagenen Lösung notwendige untergeordnete Regelsystem für die Hilfsenergie entfallen.
  • Die in die Abflußströmung eintauchende Kraftmaschine, z.B.
  • ein Flügelrad, Wasserrad oder eine Pelton-Turbine, wirkt als Vergleichsglied zur Differenzbildung zwischen Istwert und Sollwert der der Ablflußströmung proportionalen Drehzahl. Das Ausgangssignal ist folglich eine Drehzahländerung, die über eine angeschlossene ölpumpe weitergegeben wird als Regelbefehl in Form eines sich ändernden öldruckes an den Stellmotor des Stellgliedes. Selbstverständlich können auch hier andere Energieübertragungsmedien mit entsprechenden Stellmotoren zur Anwendung kommen.
  • Die als Vergleichsglied wirkende Strömungskraftmaschine zieht zwar eine etwas ungenauere trägere Regelung nach sich, da die innerhalb der Abflußströmung stattfinden Änderungen gedämpft (mit Schlupf) auf die Kraftmaschine und damit auf die Druckölförderung einwirken. Außerdem erfolgen im Unterschied zur erstbeschriebenen Lösung Messung und Vergleich stromab hinter dem Stellglied. Dennoch sind zahlreiche Anwendungsfälle vorhanden, in denen es auf eine noch preiswertere und praktisch wartungsfreie Konstruktion ankommt, während die Anforderungen an die Genauigkeit und das schnelle Ansprechverhalten der Regelung eine untergeordnete Rolle spielen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele von Regelvorrichtungen anhand der Zeichnungen. Es zeigen Fig. 1 eine Prinzipskizze einer ersten Ausführungsform einer Regelvorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Übersicht einer praktischen Ausführungsform einer Regelvorrichtung ähnlich Fig.1, Fig. 3 eine andere Prinzipdarstellung der Regelvorrichtung nach Fig. 2, und Fig. 4 eine schematische Übersicht über eine zweite Ausführungsform einer Regelvorrichtung nach der Erfindung.
  • Entsprechend Fig. 1 liefert ein Füllstands- oder Druckmesser P beliebiger Art aus einem Speicherbehälter B ständig seine Meßwerte an einen Sollwertgeber SW , an dessen Ausgang entsprechend einer beliebig gewählten Vorgabefunktion ein Sollwertsignal v erscheint, das einem Vergleichsglied oder Komparator K zugeführt wird.
  • In der vom Speicherbehälter B abgehenden Abflußleitung A ist ein Stellglied S in Form eines Schiebers oder Schützes vorgesehen, der von einem Stellmotor M gesteuert wird. Einen gefüllten Speicherbehälter vorausgesetzt, entspricht die jeweilige Stellung des Stellgliedes S dem Istwert der Abf lußmenge. Dieser Istwert x wird demVergleichsglied K als zweiter Eingang zugeführt.
  • Stromab hinter dem Stellglied S ist eine von der Abflußströmung angetriebene Strömungskraftmaschine WR angeordnet, mit der Hilfsenergie erzeugt und in einen untergeordneten Regelkreis zum Antrieb des Stellmotors M eingespeist wird. Die im Vergleichsglied K festgestellte Differenz zwischen Soll-und Istwert wird als korrigierender Stellbefehl y an den Stellmotor M weitergegeben. Im Sinne der allgemeinen Regeltechnik findet die Differenzbildung, Feststellung der Regelabweichung und daraus Erzeugung eines Regelbefehls innerhalb des eigentlichen "Reglers" statt, der in Fig. 1 mit unterbrochenen Linien umrandet an der Stelle R angedeutet ist.
  • Die Funktion der soweit beschriebenen Regelfunktion läßt sich allgemein dahingehend beschreiben, daß das Verschlußorgan oder Stellglied S in Abhängigkeit vom Füllstand oder Druck im Speicherbehälter B dauernd nachgeregelt und in seinen Stellbewegungen durch aus der Abflußströmung direkt entnommene Energie angetrieben wird. Darüber hinaus ist eine Abflußabhängigkeit in sofern vorhanden, als bei Verstopfungen oder überhaupt abnehmender Abflußmenge die Hilfsenergieerzeugung entsprechend nachläßt oder aufhört und dadurch das Stellglied durch die systeminterne Vorspannung automatisch in die Offenstellung gelangt.
  • Wenn die Strömungskraftmaschine WR über die Verbindung z gemäß Fig. 1 in der Weise an den Sollwertgeber SW angeschlossen ist, daß es eine dem Sollwert entsprechende Eintauchtiefe in die Abflußleitung A erhält, so erfolgt durch die vom Behälterfüllgrad und von dem zugeordneten Ausflußgesetz bestimmte Vorgabe die Verstellung auf eine entsprechende Eintauchtiefe, die der Erzeugung einer bestimmten Hilfsenergiemenge proportional ist. Insoweit steht in gewissem Umfang eine Korrekturregelgröße zur Verfügung, die weitgehend von den tatsächlichen Bedingungen der Abflußströmung der Leitung A abhängig ist. Über die Strömungskraftmaschine WR wird kontrolliert, ob die dem Stand des Verschlusses (Stellglied-Stellung) entsprechende Flüssigkeits- bzw. Gasmenge tatsächlich abströmt.
  • Bei einer praktischen Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird in einem an einem Staubehälter kommunizierend angeschlossenen Meßbehälter 10 der Füllstand 12 von einem Schwimmer 16 gemessen. Der Schwimmer ist über ein Seil 18 und eine Umlenkrolle 20 mit einer auf einer Führung 21 beweglichen ersten Steuerkurve 22 verbunden ist, die mit einer bestimmten Rückstellkraft in Fig. 2 nach rechts vorgespannt ist und als Sollwertgeber eine die entsprechende Ausflußgesetzmäßigkeit berücksichtigende Steuerkante 24 aufweist. Unmittelbar an die erste Steuerkurve 22 ist eine zweite Steuerkurve 26 angeschlosssen, die eine Steuerkante 28 für die Eintauchtiefe der Strömungskraftmaschine bei der jeweiligen Füllstandshöhe im Behälter B besitzt.
  • Die vom unteren Behälterbereich abgehende Abflußleitung 14 enthält einen Segmentschütz 30, der bei 32 schwenkbar gelagert und mit einem Seil über eine Umlenkrolle 36 an ein Vorspann- oder Belastunqsqewicht 36 angeschlossen ist. Am Seqmentschütz 30 greift als Stellmotor ein feststehender Hydrozylinder 38 mit dem Ende seiner Kolbenstange 40 an.
  • Ein Steuerventil 42 enthält eine einstellbare Öffnung 41, die zwei zueinander relativ bewegbaren Ventilteilen 44, 50 definiert ist. Der eine Ventilteil 44 ist über eine Antriebsstange 46 und eine Folgerolle 48 auf der Steuerkante 24 der ersten Steuerkurve 22 geführt, während der andere Ventilteil 50 über eine in sich starre Verbindung 52 an die Kolbenstange 40 des Stellmotors 38 angeschlossen ist und sich folglich mit dieser und dem Stellglied 30 mitbewegt.
  • Ein stromab hinter dem Segmentschütz 30 angeordnetes Wasserrad WR erzeugt mit seinen in die Abflußströmung eintauchenden Schaufeln eine rotierende Antriebskraft, die über eine Getriebeverbindung 54 und eine Pumpe 56 einen Ölförderstrom erzeugt, der mittels einer Leitung 58 dem Hydrozylinder 38 und von dort mittels einer Leitung 60 dem Steuerventil 42 zugeführt wird, um von dort über eine Rücklaufleitung 62 in einen Vorratsbehälter 64 zu fließen, aus dem die Pumpe 56 ansaugt.
  • In dem aus Pumpe 56, Hydrozylinder 38 , Steuerventil 42 und den Verbindungsleitungen dazwischen und zum Ölbehälter gebildeten Regelkreis R wird bei Drosselung des ölstromes im Steuerventil 42 der Druck in der Leitung 60 erhöht, so daß der Kolben des Hydrozylinders den Schütz 30 solange in Schließrichtung betätigt, bis der Gleichgewichtszustand im Regelsystem wiederhergestellt ist, d.h. bis die durch die Verschiebung der Sollwertkurve 22 am Steuerventil verursachten Anderung der Relativstellung der beiden Ventilteile beseitigt ist und die ursprüngliche Spaltweite vorliegt. Letztere ist durch die Fördermenge der Pumpe 56 und das Belastungsgewicht 34 bestimmt.
  • Das vorzugsweise auf Tragarmen 66 an der Stell 68 schwenkbar gelagerte Wasserras WR ist gewichtsmäßig weitgehend ausgeglichen und steht über eie Stellstange 70 und eine Folgerolle 72 mit der Steuerkante 28 der zweiten Steuerkurve 26 in Eingriff.
  • Die Stellstange 70 besitzt einm teleskopisch federnden Aufbau, so daß die Stellstange und damit das Wasserrad gegenüber mit der Abflußströmung ankommenden Gegenständen nachgiebig ausweichen kann.
  • Fig. 3 veranschaulicht in einer anderen Darstellung das Funktionsschema der in Fig. 2 gezeigten praktischen Ausführungsform einer Reglungsvorrichtung nach der Erfindung. Man erkennt auf der linken Seite in Fig. 3 ein durch senkrecht aufeinanderfolgende Pfeile dargestelltes übergeordnetes Steuersystem, ausgehend von der zu messenden beliebigen unabhängigen Vorgabe-Größe, z.B. dem Füllstand eines Speicherbehälters. Der Meßwert wird in einen Sollwertgeber zu einem Sollwertsignal verarbeitet, das im einfachsten Fall direkt über einen nicht gezeigten Stelltrieb zur Verstellung des Stellgliedes weitergegeben würde, um die Abflußmenge entsprechend zu beeinflussen. Da für den Betrieb der Regelvorrichtung keine Fremdenergie benutzt werden soll und im Fall eines Schwimmers als Meßgerät die Auftriebskraft nicht immer ausreicht, um Behinderungen am Stellglied durch Lagerreibung und Verschmutzung zu beseitigen, wird in die Übertragungsanordnung zwischen Sollwertgeber und Stellglied ein Regelkreis eingeführt, dessen Funktionsschema auf der rechten Seite in Fig. 3 veranschaulicht ist.
  • Der Regelkreis besteht aus einem Vergleichsglied (Ventil), das die Abweichungen des Stellgliedes vom Sollwert unmittelbar in Regelbefehle umsetzt, nach deren Maßgabe dem Stellmotor mehr oder weniger Energie zugeführt wird, um die festgestellte Abweichung rückgängig zu machen. Die ganz rechts in Fig. 3 als Wasserrad angedeutete Kraftmaschine dient als Detektor für das Vorhandensein eines regulär großen Abflusses. Primär erzeugt die Kraftmaschine über die angekuppelte Pumpe die zur Bewegung des Stellmotors notwendige Energie. Bei Verstopfungen wird die Energieerzeugung unterbrochen. Diese Übertragungsanordnung erlaubt eine geradlinige, zügige und schnelle Abführung des Strömungsmediums so, daß die Verstopfungs- und Ablagerungsgefahr minimal ist.
  • In Fig. 4 ist ein vereinfachtes praktisches Ausführungsbeispiel für eine Regelvorrichtung mit einem vereinfachten Aufbau gezeigt, bei der im Gegensatz zu der Bauweise nach Fig. 1 - 3 der Istwert nicht am Stellglied bzw. Verschlußorgan abgenommen wird. Anstelledessen ist eine Strömungskraftmaschine, z.B. Wasserrad WR auf Schwenkarmen 80 mit Gegengewicht 82 weitgehend ausgeglichen auf einer ortsfesten Schwenkachse 84 schwenkbar gelagert. Am Schwenkrahmen 82 greift eine Verbindungsstange 86 an, die mittels einer Folgerolle 88 auf der Steuerkante einer waagerecht beweglichen Steuerkurve 90 geführt ist. Die Steuerkante der Steuerkurve 90 wird entsprechend einer bestimmten Zeitfunktion bewegt, oder aber auch, wie oben beschrieben, in Abhängigkeit vom Füllstand im Behälter B. In der Abflußleitung A ist ein in seiner Offenstellung vorgespanntes Verschlußorgan 92 vorgesehen, das von einem Stellmotor 94 in Schließstellung angetrieben wird.
  • Stromab hinter dem Verschlußorgan 92 wird das Wasserrad WR über die Sollwertkurve 90 und Stellstange 86 auf eine bestimmte Eintauchtiefe in die Abflußleitung A eingestellt.
  • Am Wasserrad wird in ständigem Vergleich mit dem Istwert der vorhandenen Abfluß strömung eine Differenz ermittelt. Diese Differenz tritt als Drehzahländerung gegenüber einer bei der normalen" vorgegebenen Eintauchtiefe in die Abflußströmung erzeugten Drehzahl auf und wird über eine bei 96 angedeutete Getriebeverbindung an eine Ölpumpe 98 weitergegeben, die in einem offenen Hydraulikkreis ständig den Stellmotor 94 mehr oder weniger beaufschlagt. An die Druckleitung der Ölpumpe 98 ist außer dem Stellmotor 94 noch ein zu einem blvorratsbehälter führendes Drosselventil 100 angeschlossen. Dieses Drosselventil 100 läßt sich auf eine bestimmte Durchlaßmenge bei einem bestimmten öldruck einstellen, beispielsweise derart, daß bei Normaldrehzahl des Wasserrades WR der von der Pumpe 98 erzeugte öldruck gerade ausreicht, um den Stellmotor 94 entgegen der Kraft des Gegengewichtes G2 am Stellglied in der jeweiligen Stellung festzuhalten.
  • Bei einer nicht gezeigten Variante kann die in Fig. 4 gezeigte Abflußleitung mit dem Drosselventil fortfallen.
  • Der Ölrückfluß aus dem Stellmotor 94 erfolgt dann lediglich unter der Last des Vorspanngewichtes G2 durch die Pumpe 98 hindurch zum Vorratsbehälter.
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Claims (14)

  1. Ansprüche 1. Regelvorrichtung für eine Abflußmenge eines strömungsfähigen Mediums aus Speicherbecken o.dgl. Staubehälter, mit einer Abflußleitung, einem den Querschnitt der Abflußleitung verändernden Stellglied, einer Meßeinrichtung für eine Führungsgröße, die für einen Sollwert der Abflußmenge maßgeblich ist und mit einer Ubertragungsanordnung zwischen der MeBeinrichtung und dem Stellglied zur Verarbeitung des Meßergebnisses gemäß einer vorbestimmten Abhängigkeit in eine Stellgröße für das Stellglied, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsanordnung ein Vergleichsglied (K) enthält, dem an getrennten Eingängen einerseits ständig der von der Meßeinrichtung abgeleitete Sollwert (w) und andererseits ein am Stellglied (V) aigenommener Istwert (x) anliegen, und daß stromab hinter dem in seine Offenstellung vorgespannten Stellglied (V) eine von der Abflußströmung ange-triebene Strömungskraftmaschine (WR) angeordnet ist zur Lieferung von Hilfsenergie in einen untergeordneten Regelkreis (R), der außer dem Vergleichsglied (K) einen Stellmotor (M) für das Stellglied enhält, dem nach Maßgabe der am Vergleichsglied ermittelten Regelabweichung Hilfsenergie (e) zugeführt wird.
  2. 2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskraftmaschine (WR) als überwachungseinrichtung auf eine dem Sollwert der Abflußmenge proportionale Leistungsabgabe einstellbar ist, so daß die bei vom Sollwert abweichender Abflußmenge eintretende Änderung der erzeugten Hilfsenergie als Korrekturgröße dem Stellmotor (M) anliegt.
  3. 3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Meßeinrichtung (P) mit dem Eingang eines Sollwertgebers (SW) verbunden ist, der das Meßergebnis seinen die Ausflußqesetzmäßigkeiten berücksichtigenden Sollwert (w) umwandelt.
  4. 4. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für den Abfluß einer gespeicherten Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung aus einem Schwimmer (16) und der Sollwertgeber aus einer unter Ausnutzung der Schwimmer-Auftriebskraft verstellbaren Steuerkurve (22) besteht, an deren Steuerkante (24) eine den einen Eingang des Vergleichsgliedes (42) bildende Antriebsstange (44) geführt ist.
  5. 5. Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbare Steuerkurve (22) eine zusätzliche Steuerkante (28) als Sollwertgeber für die Eintauchtiefe der als Wasserrad (WR) ausgebildeten Strömungskraftmaschine in die Abflußströmung aufweist.
  6. 6. Regelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserrad(WR) weitgehend gewichtsentlastet und bezüglich der Abflußströmung höhenverstellbar geführt ist, während seine Lagerung (66) über eine Stellstange (70) mit der Sollwertgeber-Steuerkante gekoppelt ist, und daß die Stellstange (70) teleskopisch ausgeführt ist, so daß das Wasserrad gegenüber in der Abfluß strömung enthaltenen Hindernissen ausweichen kann.
  7. 7. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskraftmaschine (WR) zur Erzeugung von Hilfsenergie, gegebenenfalls über eine Getriebeverbindung (54) mit einer Clhydraulikpumpe (56) gekuppelt ist.
  8. 8. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (M) aus einem Hydraulikzylinder (38) und das Vergleichsglied aus einem dem Stellmotor nachgeschalteten Steuerventil (42) mit zwei relativ zueinander beweglichen Ventilteilen (44, 50) zur Änderung der Spaltweite einer Durchlaßöffnung besteht, von denen der erste Ventilteil (50), insbesondere mittelbar, mit dem Stellglied (V) in Verbindung steht.
  9. 9. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der von der blhydraulikpumpe (56) erzeugte Hilfsenergiestrom innerhalb eines offenen Hydraulikkreises (56, 60, 62, 64) zirkuliert, in dem das Steuerventil (42) hinter dem Hydraulikzylinder (38) in Reihe angeordnet ist.
  10. 10. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied aus einem in die Abfluß leitung eintauchbaren Schieber oder Segementschütz (30) besteht, und daß der den Stellmotor bildende Hydraulikzylinder (38) im Bereich seines mit dem Schütz (30) verbundenen beweglichen Abschnittes (40) über eine in sich starre Stellverbindung (52) mit dem zweiten Ventilteil (50) des Steuerventils (42) verbunden ist.
  11. 11. Regelvorrichtung für eine Abflußmenge eines strömungsfähigen Mediums aus Speicherbecken o.dgl. Staubehälter, mit einer Abfluß leitung, einem den Querschnitt der Abfluß leitung verändernden Stellglied, einer Meßeinrichtung für eine Führungsgröße, die für einen Sollwert der Abflußmenge maßgeblich ist und mit einer Übertragungsanordnung zwischen der Meßeinrichtung und dem Stellglied zur Verarbeitung des Meßergebnisses gemäß einer vorbestimmten Abhängigkeit in eine Stellgröße für das Stellglied, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ubertragungsanordnung stromab hinter dem in seine Offen stellung vorgespannten Stellglied ein von einem Sollwertgeber auf eine bestimmte Eintauchtiefe in die Abflußleitung eingestellte Strömungskraftmaschine vorgesehen ist, welche die in ständigem Vergleich mit dem Istwert der vorhandenen Ablfußströmung ermittelte Regelabweichung als einen in Stellenergie umgewandelten Regelbefehl an einen Stellmotor des Stellglieds weitergibt.
  12. 12. Regelvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskraftmaschine ohne Beeinträchtigung ihrer Stellkopplung zum Sollwertgeber, insbesondere durch teilweisen Gewichtsausgleich, zum Zweck des Ausweichens vor mit der Abflußströmung mitbewegten Hindernissen leicht beweglich aufgehängt bzw. schwenkbar gehalten ist.
  13. 13. Regelvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskraftmaschine eine ölpumpe antreibt, deren Druckleitung an einen Hydraulikstellmotor sowie über ein Drosselventil an eine zum ölbehälter führende Rücklaufleitung angeschlossen ist.
  14. 14. Regelvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung der Ölpumpe (98) an den Hydraulikstellmotor (94) angeschlossen ist und ein Öl-Rücklauf zum ölbehälter nur durch die ölpumpe möglich ist, indem die Strömungskraftmaschine steht oder mit entsprechend niedriger Drehzahl läuft.
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