DE3435477C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entleeren eines mit Flüssigkeit gefüllten Behälters nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Vorrichtungen dieser Art werden beispielsweise in der allgemeinen Verfahrenstechnik bei der gedrosselten Entleerung von Behältern angewendet, die mit schwierig zu handhabenden Flüssigkeiten gefüllt sind.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist bereits bekannt (Prospekt: HYDRO-BRAKE LIQUID FLOW CONTROLS). Diese bekannte Abwasserdrossel weist eine Wirbelkammer mit einem flachzylindri­ schen Gehäuse auf, das im Querschnitt etwa die Form einer log­ arithmischen Spirale aufweist. Im Bereich der Unterseite ist in der zylindrischen Außenwand eine im Querschnitt rechteckige Öffnung angeordnet, durch die Flüssigkeit in das Innere der Wirbelkammer eintreten kann. Die Außenwand der Wirbelkammer verläuft unmittelbar hinter der Einlaßöffnung horizontal.

Eine vertikal aufgestellte Wirbelkammer für den Ablauf aus Gullies ist ebenfalls bekannt (DE-OS 22 15 565). Hierbei handelt es sich um eine Kombination aus einem intermittierend arbeitenden Flüssigkeitsheber mit einer nachgeschalteten Wirbeldrossel, aus der der Ablauf seitlich herausführt und dann nach unten zeigt. Die Wirbelkammer enthält einen nach innen gerichteten Vorsprung als Luftstabilisator, der die in der Wirbelkammer enthaltene Luft anfänglich teilweise festhalten soll. Dadurch ergibt sich eine Abflußkurve mit einer stark ausgeprägten Hysterese.

Ebenfalls bekannt ist eine flache, horizontal oder leicht schräg liegende Wirbelkammer (DE-PS 26 43 029). Diese Abwasserdrossel ist nur für die trockene Aufstellung in einem separaten Schacht hinter einem Regenbecken und nicht in einem Regenbecken geeignet. Die Drossel weist eine zentrische Belüftung auf. Die Wirbelkammer ist normalerweise zylindrisch, ihr Außenmantel kann jedoch auch bogenförmig ausgebaucht sein.

Weiterhin bekannt ist eine Vorrichtung zum Behindern des Rück­ strömens von Gas oder Flüssigkeit (DE-PS 5 07 713), die eine horizontal angeordnete flachzylindrische Wirbelkammer mit einem tangentialen und einem axialen Stutzen aufweist. Die Vorrichtung wird in ein Leitungssystem eingebaut. Sie wird im Normalfall derart durchströmt, daß die Flüssigkeit bzw. das Gas axial eintritt und tangential austritt.

Ebenfalls bekannt ist eine einstellbare Rückstromdrossel (DE-OS 17 50 851) mit einem spiralförmigen Gehäuse und einem tangentia­ len und einem axialen Anschluß. Der axiale Anschluß ist exzen­ trisch angeordnet.

Weiterhin bekannt ist eine Wirbelkammereinrichtung mit einer trichterförmigen Wirbelkammer, bei der die Konusachse ebenfalls horizontal verlaufen kann. Auch diese Vorrichtung ist zur trocke­ nen Aufstellung gedacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist, d. h. bei unverändertem Querschnitt von Flüssigkeitsein- und -auslaß einen kleineren Durchfluß aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Drossel im Inneren des Behälters, der Flüssigkeit angeordnet ist, daß die kreisförmige Querschnittsfläche der Wirbelkammer mit der Flüssigkeitsoberfläche einen Winkel von etwa 90° bildet, und daß der Flüssigkeitseinlaß von einem tangential zur Wirbelkammer verlaufenden Rohrstutzen gebildet ist, der bezüglich der Flüssigkeitsoberfläche mit einem Winkel zwischen 15 und 45°, von der tiefsten Stelle der Wirbelkammer aus nach unten geneigt ist. Ein derart angeordneter Rohrstutzen führt zu einer besser geführten Flüssigkeitsströmung in der Wirbelkammer und daher zu einem höheren Wirkungsgrad, d. h. zu einer stärkeren Verminderung des Durchflusses der Flüssigkeit bei unverändert großen Einlaß- und Auslaßöffnungen. Gleichzeitig wird durch die von der Erfindung vorgeschlagene Vorrichtung die Störanfälligkeit gegenüber Festkörpern verbessert. Aufgrund des schrägen Rohrstut­ zens ist die Eingangsöffnung beidseitig von nach unten abfallen­ den Flächen begrenzt, so daß Gegenstände aus der Wirbelkammer wieder herausgelangen können. Der kreisrunde Querschnitt erzeugt gegenüber dem Querschnitt einer angenäherten logarithmischen Spirale einen verbesserten Wirkungsgrad.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Rohrstutzen an seiner der Wirbelkammer zugewandten Seite eine den Querschnitt in Strömungs­ richtung allmählich vermindernde einseitige Einschnürung aufweist, die nach Art eines Spoilers oder einer Rampe wirkt. Auch dies führt zu einer verbesserten Flüssigkeitsführung in der Wirbelkammer und damit zu einer stärkeren Verminderung des Durchflusses durch die Anordnung.

Ebenfalls kann vorgesehen sein, daß der Stutzen kurz ausge­ gebildet ist und die Kanten seines freien Endes in einer senk­ recht zur Flüssigkeitsoberfläche verlaufenden Ebene liegen. Damit wird der Stutzen also schräg abgeschnitten ausgebildet, so daß die Ein­ laßöffnung scheinbar vergrößert ist. Der Stutzen kann dabei so kurz ausgebildet sein, daß er an seiner kürzesten Seite nur noch etwas über den kreisförmigen Außenumfang des Wirbel­ kammergehäuses vorsteht.

In Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß der Außenmantel der Kammer im Längsschnitt nach außen bogenförmig ausgebaucht ist. Dies führt zu einer verbesserten mechanischen Stabilität der Wirbelkammer und ebenfalls zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades.

Eine besonders günstige Form der Wirbelkammer ist dann ge­ geben, wenn, wie die Erfindung ebenfalls vorschlägt, der Außenmantel der Kammer die Form zweier spiegelbildlich an­ geordneter zusammengesetzter gewölbter Halbschalen aufweist.

Die Erfindung sieht vor, daß die Wirbelkammer im Bereich ihrer höchsten Stelle ein Lüftungsloch aufweisen kann, das vorzugsweise gegenüber der höchsten Stelle in einer der Einströmrichtung der Flüssigkeit entgegengesetzten Richtung etwas versetzt angeordnet ist. Dies bedeutet, daß es in Richtung der Wirbelströmung, die an der Oberseite entgegenge­ setzt zur Einlaßströmung verläuft, versetzt ist. Durch dieses Lüftungsloch wird beim Ansteigen des Wassers das Ausströmen der in der Kammer enthaltenen Luft ermöglicht, so daß ein Hysterese-Effekt vermieden wird. Dies führt zu genauen re­ produzierbaren Verhältnissen.

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht bei einem mittleren Flüssigkeitsstand;

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht bei überfluteter Drossel;

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Wirbelkammer der Drossel nach Fig. 1 bis 3;

Fig. 5 eine Aufsicht auf die Drossel von oben;

Fig. 6 einen der Fig. 4 entsprechenden Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Drossel;

Fig. 7 die Anordnung einer Drossel in einem mit Flüssigkeit gefüllten Schacht.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Wirbelkammer 11, die gewölbt ausgebildet ist und aus zwei spiegelsymmetrischen Hälften zusammengesetzt ist. Die Symmetrieebene ist durch die Linie 12 angedeutet. An ihrer in Fig. 1 rechten hinteren Flachseite enthält die Wirbelkammer 11 einen etwa mittig angeordneten seitlich herausführenden Flüssigkeits­ auslaß 13 in Form eines Rohres.

Die Wirbelkammer 11 ist im Prinzip zur Längsmittelachse des Flüssigkeits­ auslasses 13 rotationssymmetrisch ausgebildet.

In die Wirbelkammer mündet tangential ein Rohrstutzen 14 ein, der den Flüssigkeitseinlaß bildet. Dieser Rohrstutzen 14 verläuft tangential zur Außenseite der Wirbelkammer 11 und ist gegenüber einer waagrechten Linie und daher auch gegenüber der Flüssigkeitsoberfläche um einen Winkel von 30° von der tiefsten Stelle der Wirbelkammer 11 aus nach unten geneigt. Der Rohrstutzen 14 ist schräg abgeschnitten, so daß die Kante 15 des freien Endes des Rohrstutzens 14 in einer senk­ rechten Ebene liegt und etwa die Form einer Ellipse aufweist. Der Rohrstutzen 14 ist sehr kurz ausge­ bildet, so daß er an seiner Oberseite 16, an der er am kürzesten ist, praktisch nur unbedeutend über die Oberfläche der Wirbelkammer 11 vorsteht. Durch diese Anordnung des Rohrstutzens 14 wird der Zulaufstrom an die Außenseite des Wirbelkammerinneren gelenkt, was eine Vergrößerung des Anfangs­ radius der Wirbelströmung und damit eine Verbesserung des Fließwiderstandes bewirkt.

An der Oberseite der Wirbelkammer 11 enthält diese ein Lüftungsloch 17, das in der durch die Linie 12 angedeuteten Symmetrieebene liegt und leicht gegenüber der höchsten Stelle der Wirbelkammer 11 versetzt ist. Diese Öffnung 17 erlaubt das Entweichen und Nachströmen von Luft. Dies gibt dem Gerät eine hysteresefreie, reproduzierbare und stationäre Abschluß­ charakteristik.

In der Mitte der Seitenwand der Wirbelkammer 11 befindet sich der Flüssigkeitsauslaß 13. Dieser Auslaß dient dem Anschluß an die weiterführende Rohrleitung. Die Verbindung zur weiter­ führenden Rohrleitung kann z. Bsp. durch Einstecken und Ab­ dichten mit Hilfe eines O-Ringes erfolgen. Der Flüssigkeitsauslaß 13 kann, bündig mit der seitlichen Kammerwand, eine austausch­ bare Ausgangsblende 22 aufweisen, mit der sich der Fließwider­ stand der Drossel stufenlos verstellen läßt.

Die Wirbelkammer 11 enthält an ihrer äußeren Oberfläche eine gürtelartige Markierung 18, die von der Seite her gesehen als horizontal verlaufende Linie ausgebildet ist. Mit Hilfe dieser Markierung läßt sich die Drossel in der korrekten Stellung montieren, und die Kontrolle ihrer exakten Positionierung wird erleichtert.

Nach der Erfindung wird die Drossel in einem Schacht montiert, der normalerweise teilweise mit Wasser gefüllt ist. Das Wasser strömt durch den Stutzen 14 in das Innere der Wirbelkammer 11 und von dort aus durch den Auslaß 13 in eine weiterführende Leitung. Da der Flüssigkeitsaus­ laß 13 höher liegt als der Rohrstutzen 14, ist die Drossel stets knapp zur Hälfte ins Wasser eingetaucht. Sie wirkt so gleichzeitig als Geruchsverschluß, als Schwimmstoff- und Ölsperre.

Fig. 2 zeigt die Drossel bei einem mittleren Wasser­ stand, der schematisch bei 19 angedeutet ist. Der äußere Wasserstand 19 liegt bei dem dargestellten Beispiel in der Höhe der Markierung 18. Die Wirbelkammer 11 ist teilgefüllt. Das Wasser strömt, wie durch die Pfeile 21 angedeutet, senk­ recht zu der durch die Kante 15 des Rohrstutzens 14 gebildeten Fläche ins Innere der Wirbelkammer 11, in der sich ein nicht­ rotationssymmetrischer Wasserkörper 20 einstellt. Trotz des tangentialen Eingangsimpulses der Wasserströmung findet keine Rotation des Wassers statt. Das Wasser strömt aus der Wirbelkammer 11 durch den Flüssigkeitsauslaß 13 in eine weiter­ führende Rohrleitung. Das Wasser steht innerhalb der Wirbel­ kammer 11 nicht ganz so hoch, wie außerhalb.

Steigt das Wasser innerhalb der Wirbelkammer 11 weiter an, so kann die Luft aus dem eingeschlossenen Inneren durch das Lüftungsloch 17 entweichen. Bei höherem Wasserstand stellt sich die in Fig. 3 dargestellte Lage ein, bei der die Wirbelkammer 11 vollständig überflutet ist, die Wasserhöhe ist ebenfalls mit 19 angedeutet. Das Innere der Wirbelkammer 11 ist vollständig frei von Luft, und es stellt sich eine kräftige und stabile Wirbelströmung ein. Da in diesen über­ stauten Zustand ein geringes Druckgefälle vom Außenwasser zur Wirbelkammer hinein entsteht, wird das Lüftungsloch 17 leicht von außen nach innen von Wasser durchströmt. Falls es dabei zu einer Verstopfung dieses Loches kommt, wird diese spätestens beim nächsten Anstau von der nach außen drückenden Luft wieder ausgeblasen.

Die Ausgangsblende 22 ist so angeordnet, daß sie auch nach­ träglich ausgewechselt werden kann.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die Wirbelkammer 11 der Anordnung nach Fig. 1 bis 3. Der Querschnitt ist durch die Symmetrieebene gelegt, die in Fig. 1 bis 3 durch die Linie 12 angedeutet ist. Der Außenumfang 23 des Querschnittes der Fig. 4 ist kreisförmig, mit Ausnahme des Rohrstutzens 14. Der Flüssigkeitsauslaß 13, der ebenfalls kreisrund ist, ist konzentrisch zum Außenumfang 23 angeordnet.

Die Unterkante 24 des den Flüssigkeitseinlaß bildenden Rohrstutzens 14 verläuft untereinem Winkel von etwa 30° gegenüber der Flüssigkeitsoberfläche bzw. der Horizontalen. Der Rohrstutzen 14 ist an seinem freien Ende 25 schräg abgeschnitten, wobei die Schnittebene senkrecht verläuft. Die Wasserströmung tritt etwa senkrecht zu der Ebene des freien Endes 25 des Rohrstutzens 14 ein und wird damit gegen die Innenseite des Außenumfanges 23 der Wirbelkammer 11 geleitet. Der Rohrstutzen 14 ist so kurz, daß er an seiner Oberseite 16, an der er am kürzesten ist, praktisch unmittelbar neben dem kreisförmigen Außenumfang 23 der Wirbelkammer 11 aufhört.

Die Lüftungsöffnung 17 ist in der gleichen Richtung gegenüber der höchsten Stelle der Wirbelkammer 11 versetzt, in der die Flüssigkeitsströmung an dieser Stelle strömt. Da die Flüssigkeitsströmung an der Unterseite in Fig. 4 nach rechts gerichtet ist, ist sie auf der Oberseite nach links gerichtet, so daß also die Lüftungsöffnung 17 in Fig. 4 nach links gegen­ über der höchsten Stelle versetzt ist.

Fig. 5 zeigt nun eine Aufsicht auf die Anordnung in Fig. 4 von oben, aus der die flache Form der Wirbelkammer 11 zu sehen ist. Die in Fig. 1 bereits angesprochene Linie 12, die die Symmetrieebene der Wirbelkammer 11 darstellt, ist gleichzeitig die Verbindungsstelle der beiden symmetrisch ausgebildeten Hälften der Wirbelkammer 11. Das Lüftungsloch 17 liegt auf dieser Linie 12. Die Form der beiden Hälften der Wirbelkammer 11 ist so gewählt, daß sie einen mittleren Bereich 26 mit kleinerer Krümmung aufweisen. Zum Randbereich 27 hin wird die Krümmung dann größer bzw. der Radius kleiner. An der Verbindungsstelle gehen die beiden Halbschalen glatt ineinander über.

Diese gewölbte Form der Wirbelkammer 11 hat den Vorteil, daß sie sehr stabil ist. Die Wandstärken bei stählernen Drosselgehäusen lassen sich gegenüber den bisher bekannten zylindrischen Wirbelkammern wesentlich verringern. Auch Kunststoffe wie tiefgezogenes Polyäthylen oder PVC oder auch glasfaserverstärktes Polyester können nun trotz ihrer geringeren Festigkeit und ihrer großen Elastizität nun einge­ setzt werden.

Die von der Erfindung vorgeschlagene Vorrichtung weist eine Drossel mit einer gut ausgerundeten Wirbelkammer auf, die wegen fehlender toter Ecken und der vergleichsweise kleineren Oberfläche des Gehäuseinneren strömungsgünstiger ist. Dadurch werden schädliche Reibungseinflüsse verkleinert. Der schräg abge­ schnittene Rohrstutzen ist sehr wirksam. Das Wasser tritt senkrecht zum schrägen Rohranschnitt in den kurzen Rohrstutzen 14 ein und wird dadurch nach außen gelenkt, ohne daß eine Querschnittseinschnürung notwendig wird. Dies führt zu einer Vergrößerung des Anfangsradius der Wirbelströmung und damit zu einer Verbesserung des Fließwiderstandes. Die strömungs­ günstige Form der Wirbelkammer und der Übergang von dem Flüssigkeitsein­ laß in die Wirbelkammer sowie das günstige Verhältnis von Innenwandfläche zu Wasservolumen geben dieser Drossel einen großen Fließwiderstand. Durch den schrägen Anschnitt des Rohrstutzens wird das Verstopfungsrisiko verkleinert. Die Drossel weist eine definierte und reproduzierbare Abfluß­ kurve ohne nennenswerte Hysterese auf.

Fig. 6 zeigt eine teilweise abgeänderte Ausführungsform, bei der der Flüssigkeitseinlaß durch einen etwas längeren Rohrstutzen 28 gebildet ist. Der Rohrstutzen 28 verläuft wiederum unter einem Winkel von etwa 30° gegenüber der Flüssigkeitsober­ fläche bzw. der Horizontalen. Auf seiner der Wirbelkammer 11 zugewandten Seite 29 enthält er eine Einschnürung 30. Diese ist derart angeordnet und ausgebildet, daß sie in Strömungsrichtung gesehen eine allmähliche Verringerung des Innenquerschnitts des Rohrstutzens 28 bildet, so daß sie wie ein Spoiler wirkt. Die Strömung wird dadurch verstärkt in Richtung auf die Außenwand der Wirbelkammer 11 gelenkt.

Fig. 7 zeigt die Anordnung der Vorrichtung nach der Erfindung. In einen Schacht 31, beispielsweise aus Beton, mündet von der Seite her ein Abwasserrohr 32. Tiefer als das Abwasserrohr 32 ist in dem Schacht 31 eine wegführende Leitung 33 angeordnet, auf die von der Innenseite des Schachtes 31 her die Drossel mit ihrer Wirbelkammer 11 aufgesetzt ist. Der Schacht 31 ist normalerweise bis etwa zur Mitte der Leitung 33 ständig mit Wasser gefüllt, wobei sich auf dem Boden Schlamm absetzen kann. Mit Hilfe der Markierung 18 läßt sich die exakte Ausrichtung der Wirbel­ kammer 11 überprüfen. Die Drossel mit der Wirbelkammer 11 kontrolliert den Auslauf des Wassers aus diesem Schacht durch die Leitung 33.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Entleeren eines mit Flüssigkeit, insbesonde­ re mit verschmutzten Abwässern, gefüllten Behälters mit einer zur Verminderung des Durchflusses der Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsauslaß des Behälters angeordneten Drossel, die eine flache, im Querschnitt kreisförmige Wirbelkammer (11) sowie einen tangential zur Wirbelkammer (11) verlaufen­ den Flüssigkeitseinlaß und einen mittig in der seitlichen Wirbel-Kammerwand angeordneten Flüssigkeitsauslaß (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel im Inneren des Behälters, in der Flüssigkeit angeordnet ist, daß die kreisförmige Querschnittsfläche der Wirbelkammer (11) mit der Flüssigkeitsoberfläche einen Winkel von etwa 90° bildet, und daß der Flüssigkeitseinlaß von einem tangential zur Wirbelkammer verlaufenden Rohrstutzen (14; 28) gebildet ist, der bezüglich der Flüssigkeitsoberfläche mit einem Winkel zwischen 15 und 45°, von der tiefsten Stelle der Wirbelkam­ mer (11) aus nach unten geneigt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstutzen (28) an seiner der Wirbelkammer (11) zugewandten Seite (29) eine den Querschnitt in Strömungsrichtung allmäh­ lich vermindernde einseitige Einschnürung (30) aufweist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstutzen (14) kurz ausgebildet ist und die Kanten (15) seines freien Endes (25) in einer senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche verlaufenden Ebene liegen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel der Wirbelkammer (11) im Längsschnitt nach außen bogenförmig ausgebaucht ist (Fig. 5).

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel der Wirbelkammer (11) die Form zweier zusammengesetzter identischer Halbschalen aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (11) im Bereich ihrer höch­ sten Stelle ein vorzugsweise entgegen der Einlaßrichtung der Strömung versetztes Lüftungsloch (17) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (11) auf ihrer Außen­ seite eine waagrecht verlaufende Markierung (18) aufweist.