DE4007282A1 - Einrichtung und verfahren zur messung und regelung der wasserabflussmenge eines regenueberlaufbeckens - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung sowie ein Verfahren zur Messung und Regelung der Wasserabflußmenge aus einem Regenüberlaufbecken. Regenüberlaufbecken dienen dazu, Mischwasser aus Regenwasser und Abwässern zu speichern und dosiert zu einer Kläranlage weiterzuleiten. Um eine Überlastung der Kläranlage zu verhindern ist es üblich, den Abfluß aus dem Regenüberlaufbecken mittels einer Durchflußmengenmeßeinrichtung zu messen und über einen Regler und einen mit diesem verbundenen Elektroschieber zu regeln. Aus dem Stand der Technik sind sogenannte gedükerte Rohrleitungen für den Abfluß aus dem Regenüberlaufbecken bekannt. Diese gedükerten Rohrleitungen haben den Nachteil, daß bei den bei Trockenwetterabfluß sehr niedrigen Fließgeschwindigkeiten vor dem Düker Ablagerungen auftreten. Dies kann bei längeren Trockenwetterperioden zu Verstopfungen der Rohrleitung führen, deren Beseitigung mit einem hohen Aufwand verbunden ist.

In der DE-PS 29 44 733 wird ein Verfahren und eine Anlage zur Regelung des Nennabflusses in einem an ein Regenüberlaufbecken angeschlossenes Abflußrohr vorgeschlagen, bei dem das den Durchflußmeßbereich aufweisende Abflußrohr ungedükert ist. Die vorgenannte Gefahr der Verstopfung der Rohrleitung bei anhaltender Trockenwetterperiode wird bei dieser Anlage vermieden. Der Nachteil dieser bekannten Anlage besteht jedoch darin, daß sich die Durchflußmengen durch das ungedükerte Abflußrohr nur bei vollgefülltem Durchflußmeßbereich exakt erfassen lassen. Bei länger anhaltenden Trockenwetterperioden beträgt der Abfluß aus dem Regenüberlaufbecken jedoch häufig nur einen Bruchteil des Sollwertes, so daß das Abflußrohr im Durchflußmeßbereich nur zu einem geringen Bruchteil gefüllt ist. Bei dem bekannten Meßverfahren wird von einem vollgefüllten Abflußrohr ausgegangen, so daß die Messung gegebenenfalls mit einem Fehler von mehreren hundert Prozent behaftet ist. Für die Berechnung der Kapazität von Kläranlagen und aus statistischen Gründen ist es heute jedoch erforderlich, die Abflußmengen auch bei Trockenwetterperioden jederzeit genau zu messen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren und eine Anlage der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die (unabhängig vom Anfall an Regenwasser) jederzeit eine genaue Messung der Abflußmenge des Regenüberlaufbeckens sowie die Regelung der Durchflußmenge nach bestimmten Vorgaben ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Einrichtung zur Messung und Regelung der Wasserabflußmenge eines Regenüberlaufbeckens mit den Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. ein Verfahren zur Messung und Regelung der Wasserabflußmenge eines Regenüberlaufbeckens mit den Merkmalen des Anspruchs 7.

Erfindungsgemäß ist ein Meßgerät vorgesehen, mittels dessen kontinuierlich der Wasserstand in dem Stauraum gemessen werden kann, der vor dem Abflußrohr in dem die Durchflußmessung stattfindet, angeordnet ist. Die kontinuierliche Niveaumessung kann z. B. mittels einer im oberen Bereich des Stauraums angebrachten Ultraschallsonde erfolgen oder beispielsweise auch mittels einer im Stauraum unterhalb der Wasseroberfläche angeordneten Drucksonde, die eine Piezo-resistive oder kapazitive Messung des hydrostatischen Drucks ausführt. Erfindungsgemäß steht diese Sonde für die kontinuierliche Messung des Wasserstands im Stauraum vor der Meßrohrleitung mit einem Regler in Verbindung, der als zusätzliche Eingangsgröße das kontinuierliche Meßsignal von der Niveaumessung im Stauraum erhält. Bei Trockenwetter und demzufolge geringen Abflußmengen reduziert dieser Regler in Abhängigkeit von der Füllstandsmessung den Querschnitt der Meßrohrleitung derart, daß das Niveau vor der Rohrleitung immer oberhalb des Rohrscheitels liegt. Dies wird durch ein automatisches Reduzieren des Sollwertes ermöglicht, d. h. der Sollwert wird über den Regler niveauabhängig nachgeführt.

Die erfindungsgemäße Meß- und Regeleinrichtung weist somit einerseits den Vorteil der Regenüberlaufbecken mit ungedükerter Abflußleitung auf, da kein ansteigender Teil der Rohrleitung vorhanden ist, vor dem sich Ablagerungen bilden können. Andererseits ist erfindungsgemäß aber auch der Vorteil der Anlagen mit gedükerten Abflußrohrleitungen gegeben, da eine ständige Vollfüllung der Meßrohrleitung gegeben und somit eine kontinuierliche exakte Durchflußmengenmessung gewährleistet ist.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Einrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 eine Anlage mit Meßsonde zur kontinuierlichen Messung der Niveauhöhe im Stauraum gemäß einer Variante der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Regenüberlaufbeckens mit einer erfindungsgemäßen Durchflußmengenmeß- und Regeleinrichtung.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Die Darstellung zeigt ein Regenüberlaufbecken 30 mit einem Stauraum 2, der über den Zufluß 1 gespeist wird. Der Wasserstand 3 im Stauraum 2 liegt erfindungsgemäß immer oberhalb des Scheitels des Abflußrohrs 27. In dem ungedükerten Abflußrohr 27 ist eine magnetisch induktiv arbeitende Durchflußmengenmeßeinrichtung 5 angeordnet. Im Anschluß an die Meßeinrichtung 5 ist ein Elektroschieber 6 angeordnet, mittels dessen die Einstellung der jeweiligen Abflußmenge des Stauraums vorgenommen wird. Der Auslaßquerschnitt des Schiebers 6 wird dabei erfindungsgemäß so geregelt, daß vor dem Abflußrohr 27 ein künstlicher Anstau erzeugt wird, so daß auch bei Trockenwetter eine Vollfüllung im Meßbereich des Durchflußmeßgeräts gegeben ist. Die kontinuierliche Messung des Wasserstands im Stauraum 2 erfolgt gemäß dieser Variante der Erfindung über eine Ultraschallsonde 4a, die im Stauraum 2 so angeordnet ist, daß sie auch bei maximalem Wasserstand oberhalb der Wasseroberfläche liegt.

Der Ablauf der erfindungsgemäßen Messung und Regelung der Durchflußmenge geht aus dem Diagramm gemäß Fig. 2 und der nachfolgenden Beschreibung hervor. Die erfindungsgemäße Einrichtung weist ein (induktives) Durchflußmeßgerät 5 als Meßwertgeber für den Durchfluß und einen motorgetriebenen Schieber 6, 8 als Stellorgan auf. Beide Teile sind in einem nichtgedükerten Abflußrohr 27 des Regenbeckens eingebaut. Das Durchflußmeßgerät 5 wirkt über einen Regler 9 und die Steuerung 14 auf das Stellorgan 6, 8.

Da ein induktives Durchflußmeßgerät nur dann korrekte Meßwerte liefert, wenn es voll mit dem Meßmedium gefüllt ist, muß die Steuerung und der Regler diesen Umstand berücksichtigen. Dem Regler 9 wird der Durchfluß-Sollwert 12 und der Durchfluß-Istwert 10 zugeführt. Der Regler bildet daraus eine Differenz und aus dieser Differenz einen Schrittimpuls für die Steuerung. Die zeitliche Länge dieses Schrittimpulses ist abhängig von der Differenz zwischen Durchfluß-Sollwert 12 und Durchfluß-Istwert 10, bei großer Differenz ist der Schrittimpuls länger, bei kleiner Differenz ist der Schrittimpuls kürzer. Ist der Istwert größer als der Sollwert, gibt das Regelsignal 13 über die Steuerung 14 den Motorbefehl 15 aus, den Schieber in Richtung auf den unteren Endschalter 17 zu fahren. Wenn der Istwert kleiner ist als der Sollwert, gibt das Reglersignal 13 über die Steuerung 14 den Motorbefehl 15 aus, den Schieber in Richtung oberen Endschalter 16 zu fahren.

Um nun zu gewährleisten, daß das induktive Durchflußmeßgerät 5 immer gefüllt ist, muß dem Regler 9 außerdem der Meßwert des Niveaus 11 des Wasserstandes 3 im Stauraum 2 zugeführt werden. Der Regler 9 verknüpft den Durchfluß-Sollwert 12 und den Niveaumeßwert 11 derart, daß zwischen einem ersten Wasserstand 22 und einem zweiten oberen Wasserstand 23 der Durchfluß-Sollwert 12 linear abhängig ist vom Niveaumeßwert 11 des Wasserstandes 3 im Stauraum 2 des Regenbeckens. Die Höhe des unteren Wasserstandmeßwertes 22 ist ca. 3 bis 6 cm über den Rohrscheitel des Abflußrohres 27 gelegt, damit eine Vollfüllung des induktiven Durchflußmeßgerätes 5 gewährleistet ist.

Der untere Wasserstand 22 und der obere Wasserstand 23 dienen somit der Kalibrierung des niveauabhängigen Sollwerts, der dem Regler 9 zugeführt wird, wobei der dem oberen Wasserstand 23 entsprechende Sollwert dem Maximalabfluß (Nennabfluß) des Regenüberlaufbeckens entspricht. Der untere Wasserstand 22 entspricht hingegen einem Durchfluß-Sollwert von Null. Bei Erreichen des unteren Wasserstands 22 wird jedoch das Abflußrohr 27 durch den Schieber 6 nicht vollständig abgesperrt. Vielmehr wird über den Schieberstellungsgeber 20 und den Schieberstellungsmeßwert 21 die Steuerung 14 veranlaßt, den Schieber in eine Stellung zu bringen, bei der immer noch ein minimaler Abfluß 7 vorhanden ist. Diese Schieberstellung wird durch einen zusätzlichen Endschalter 26 definiert, der je nach Anlagebedingungen ca. 1 bis 2 cm oberhalb des unteren Endschalters 17 liegt.

Wenn der Zufluß 1 längere Zeit gering war, so daß der Schieber 6 in dieser unteren Stellung steht, und die Steuerung 14 z. B. durch Blitzeinwirkung außer Betrieb gesetzt wird, ist dennoch ein Abfluß 7 möglich, so daß bei steigendem Wasserstand 3 ein frühzeitiges Ansprechen des Überlaufes verhindert wird.

Steigt der Wasserstand 3 vom unteren Wasserstand 22 auf den oberen Wasserstand 23, erhöht sich auch der Durchfluß- Sollwert 12 auf den maximalen Sollwert 7. Oberhalb des oberen Wasserstandes 23 hat der Niveaumeßwert 11 keinen Einfluß auf den Durchfluß-Sollwert 12.

Bei dieser Variante der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung erfolgt die Messung des Wasserstandes 3 im Stauraum mittels einer unter der Wasseroberfläche angeordneten Drucksonde 4, die z. B. eine kapazitive Messung des hydrostatischen Drucks vornimmt und ein entsprechendes Signal als Niveaumeßwert 11 an den Regler 9 gibt.

Nachfolgend wird eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Regelung beschrieben, die zum einen als Schutz des Schiebers 6 dient und zum anderen eine zusätzliche Sicherung gegen die Verschmutzung des Abflußrohrs 27 bietet.

Steht der Schieber 6 nach dem letzten Regenereignis 24 Stunden still, wird von der Steuerung 14 ein Kurzprogramm gestartet, welches den Schieber 6 in die Absperrstellung auf den unteren Endschalter 17 fährt. Wird der untere Endschalter 17 nicht erreicht, spricht der vorgeschaltete untere Drehmomentschalter 19 an, weil z. B. durch Versandung oder Verschlammung des Abflußrohres 27 der Schieber 6 mechanisch überlastet würde. Dann fährt der Schieber 6 in Richtung oberen Endschalter 16. Das Kurzprogramm in der Steuerung 14 versucht nun noch ein zweites und drittes Mal den unteren Endschalter 17 anzufahren. Erreicht er dies nicht, wird nach einer Stunde das Kurzprogramm erneut gestartet. Erreicht der Schieber 6 den unteren Endschalter 17 beim ersten, zweiten oder dritten Mal, wird das Kurzprogramm abgebrochen. Der Schieber bleibt dann auf der Position des unteren Endschalters 17 stehen. Diese hat einen Anstieg des Wasserstandes 3 zur Folge.

Dieses Kurzprogramm bewirkt zweierlei:

Dadurch, daß der Schieber 6 alle 24 Stunden bewegt wird, ist die Gefahr ausgeschlossen, daß der Schieber durch Korrosionsstillstand in seiner Funktion ausfällt.

Dadurch, daß der Schieber 6 alle 24 bewegt wird, wird das Abflußrohr 27 durch den Anstieg des Wasserstandes 3 einer Spülung unterzogen, die die Gefahr der Versandung oder Verschlammung stark unterdrückt, so daß die Wartung des gesamten Abflußorgans auf ein Minimum beschränkt werden kann.

Beim Betrieb des Schiebers 6 im Handbetrieb 25 kann es vorkommen, daß das Abflußrohr 27 vollständig leerläuft. Der Wasserstand 3 sinkt dabei unter den Wasserstand 24. Beim Umschalten von Handbetrieb 25 in den Automatikbetrieb der Steuerung 14 wird oberhalb des Wasserstandes 24 die Regelung wieder eingeschaltet. Dadurch wird eine Vollfüllung des Abflußrohres 27 und zwangsläufig eine korrekte Durchflußmessung mit dem Durchflußmeßgerät 5 sichergestellt.

Claims (11)

1. Einrichtung zur Messung und Regelung der Wasserabflußmenge aus einem Regenüberlaufbecken, mit einem dem Durchflußmeßbereich des an das Regenüberlaufbecken angeschlossenen Abflußrohrs zugeordneten Meßgerät sowie einem stromabwärts des Meßgerätes dem Abflußrohr zugeordneten motorisch verstellbaren Drosselorgan, wobei das den Durchflußmeßbereich aufweisende Abflußrohr ungedükert ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Stauraum (2) an den das Abflußrohr (27) angeschlossen ist, ein Meßgerät (4, 4a) vorgesehen ist, mittels dessen der Wasserstand (3) im Stauraum (2) kontinuierlich meßbar ist, und daß dieses Meßgerät (4, 4a) mit einem Regler (9) in Verbindung steht, der über ein Drosselorgan in Abhängigkeit von der Füllstandsmessung im Stauraum den Querschnitt der Meßrohrleitung (27) jeweils so einstellt, daß der Wasserstand vor der Rohrleitung (27) immer oberhalb des Rohrscheitels liegt.

2. Einrichtung zur Messung und Regelung der Wasserabflußmenge aus einem Regenüberlaufbecken gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät für die kontinuierliche Messung des Wasserstands (3) im Stauraum (2) eine Drucksonde (4) ist, die den hydrostatischen Druck im Stauraum mißt.

3. Einrichtung zur Messung und Regelung der Wasserabflußmenge aus einem Regenüberlaufbecken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät für die kontinuierliche Messung des Wasserstands im Stauraum eine Ultraschallsonde (4a) ist, die im oberen Bereich des Stauraums (2) angebracht ist.

4. Einrichtung zur Messung und Regelung der Wasserabflußmenge aus einem Regenüberlaufbecken nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan für die Einstellung des Querschnitts des Abflußrohrs (7) ein Schieber (6) ist.

5. Einrichtung zur Messung und Regelung der Wasserabflußmenge aus einem Regenüberlaufbecken nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterer Endschalter (17) vorgesehen ist, an dem der Schieber in der Absperrstellung anliegt sowie ein diesem vorgeschalteter unterer Drehmomentschalter (19), der anspricht, wenn aufgrund mechanischer Hindernisse der Schieber (6) den unteren Endschalter (17) nicht erreicht.

6. Einrichtung zur Messung und Regelung der Wasserabflußmenge aus einem Regenüberlaufbecken nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Endschalter (26) vorgesehen ist, der wenig oberhalb des unteren Endschalters (17) liegt, wobei der Schieber in der diesem weiteren Endschalter (26) zugeordneten Stellung noch einen minimalen Abfluß aus dem Abflußrohr (27) zuläßt.

7. Verfahren zur Messung und Regelung der Wasserabflußmenge aus einem Regenüberlaufbecken bei dem mit einem einem Durchflußmeßbereich eines ungedükerten Abflußrohres zugeordneten Meßgerät der Durchfluß-Istwert gemessen wird und dieser Wert einem Regler zugeführt wird, wobei dem Regler außerdem ein Durchfluß-Sollwert zugeführt wird und bei dem stromabwärts des Meßgerätes ein dem Abflußrohr zugeordnetes motorisch verstellbares Drosselorgan vorgesehen ist, dessen Stellung mit Hilfe des Reglers in Abhängigkeit von der gewünschten Durchflußmenge durch das Abflußrohr veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmenge unabhängig vom Füllstand des Stauraums (2) ständig geregelt wird, wobei dem Regler (9) ein Durchfluß-Sollwert (12) zugeführt wird, der in Abhängigkeit von einem kontinuierlich im Stauraum (2) gemessenen Wasserstands-Meßwert (11) gebildet wird und der Regler (9) über eine Steuerung (14) jeweils eine solche Einstellung des Drosselorgans (6) bewirkt, daß der Wasserstand (3) im Stauraum (2) vor der Rohrleitung (27) immer oberhalb des Rohrscheitels liegt.

8. Verfahren zur Messung und Regelung der Wasserabflußmenge aus einem Regenüberlaufbecken nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchfluß-Sollwert (12) so gebildet wird, daß dieser zwischen einem ersten unteren Wasserstand (22) und einem zweiten oberen Wasserstand (23) im Stauraum (2) linear abhängig ist vom Niveaumeßwert (11) des Wasserstandes (3) im Stauraum (2).

9. Verfahren zur Messung und Regelung der Wasserabflußmenge aus einem Regenüberlaufbecken nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Absinken des Wasserstands (3) im Stauraum (2) auf den unteren Wasserstand (22) das Abflußrohr (27) über das Drosselorgan (6) nur soweit abgesperrt wird, daß noch ein minimaler Abfluß (7) vorhanden ist.

10. Verfahren zur Messung und Regelung der Wasserabflußmenge aus einem Regenüberlaufbecken nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchfluß-Sollwert (12) oberhalb des oberen Wasserstands (23) vom Niveaumeßwert (11) des Wasserstands (3) im Stauraum unabhängig ist und der maximale Sollwert (7) eingestellt wird.

11. Verfahren zur Messung und Regelung der Wasserabflußmenge aus einem Regenüberlaufbecken gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem eine vorgegebene Zeitdauer überschreitenden Stillstand des als Schieber ausgebildeten Drosselorgans (6) der Schieber automatisch in die untere Absperrstellung fährt.