DE7629891U1 - Abwasserdrossel - Google Patents
AbwasserdrosselInfo
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Description
Anmelder: Dr.Hansjörg Brombach
Im Schule 31
7000 Stuttgart - 1
Abwasserdrossel
Die Erfindung betrifft eine Abwasserdrossel zur Verminderung
des Durchflusses von verschmutzten, insbesondere Pestkörper enthaltenden Abwässern in geschlossenen Rohrleitungen,
Kanälen und dergleichen.
Haushalte und Industrie erzeugen erhebliche Mengen von Abwasser, die aus Gründen des Umweltschutzes nicht unbehandelt
in den natürlichen Wasserkreislauf zurückgegeben werden dürfen. Wegen der besonderen Stoffeigenschaften
des Abwassers treten hydraulische Probleme in den Kanalisationen, Speichern und Kläranlagen auf. Abwasser
ist aggressiv, führt Pestkörper und Faserstoffe mit und transportiert große Mengen organischer und anorganischer
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Substanzen.
Besondere Schwierigkeiten treten in einem Abwassersystem
dort auf, wo der Durchfluß gedrosselt werden muß. Man kennt dazu zwei Methoden: Die Verengung des Fließquerschnittes
durch blenden-oder düsenahnliche Vorrichtungen
und die Erzeugung von Reibungsverlusten durch lange Drosselstrecken. Alle diese Vorrichtungen versagen in
der Praxis, wenn der Durchfluß auf kleine Werte herabgedrosselt werden muß. Die Vorrichtungen verstopfen, versanden
oder verschlammen und können die Kalibrierung nicht halten. Es wurde nun gefunden, daß hier eine Wirbeldrosael
geeigneter Aasbildung Abhilfe schaffen kann. Die Drosselwirkung eines solchen Gerätes entsteht durch den Dralleffekt
einer Wirbelströmung. Dazu werden weder wesentliche Querschnittseinengungen noch lange Reibungswege noch bewegliche Teile
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luctcn in FluicLcn cixicL — ~~ ^1" ■u-°--"^+ ξ~ ζ B ""ξ cL°i*
deutschen Patentschrift 507 713. Sie werden auch verschiedentlich in der Technik eingesetzt, dort jedoch für saubere
Fluide, wo die bei feststoffhaltigen, stark verschmitzten
Abwässern auftretenden Probleme gar nicht angesprochen werden.
Die Abwasserdrossel nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine im wesentlichen rotationssymmetrische flache Wirbelkammer aufweist, in deren Außenmantel eine
gegenüber der radialen Richtung parallel versetzte Eingangsdüse mündet und an deren Unterseite im Kammerboden eine
Ausgangsbleue vorgesehen ist.
Es hat sich herausgestellt, daß eine derartig einfache Wirbelkammerdrossel
zur Drosselung des Durchflusses bsi Abwassersystemen hervorragend geeignet ist. Besondere Steuerungsmöglichkeit en, wie z.B. durch Steuerdüsen, sind nicht erforderlich.
Man kommt mit einer einzigen Eingangsdüse und einer Au3gangsblerüe aus. In der Regel wird die Wirbel-
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kammer in horizontaler Lage angeordnet. In besonderen Fällen ist es auch möglich, eine Schräglage vorzusehen, solange
gewährleistet ist, daß die Feststoffe aus der Kammer ausgetragen werden. Durch die gegenüber der radialen Richtung
versetzte Zuleitung, insbesondere durch eine tangentiale Zuleitung des Abwassers, entsteht in der Wirbelkammer eine
Drallströmung mit starker Ploeßbeschlexmigung zum Ausgang
hin. Die hohe Pließgeschwindigkeit im Bereich der Ausgangsblatie
ist verantwortlich für die Drosselwirkung. Die Zentrifugalkräfte des Abwassers formen einen hohlen Wirbelkern. Wird
der Wirbelkern belüftet, kann der Einfluß eines Rückstaus aus der Ableitung vermindert werden. Die Wirbelströmung ist
äußerst turbulenzarm, die Strombahnen sind Spiralen. Wegen der Gleichmäßigkeit des Geschwindigkeitsfeldes eines Wirbels
werden Faserstoffe, Schwebestoffe und auch Pestkörper sicher
zum Ausgang befördert. Es gibt keinerlei Ablagerungen in der Kammer. Selbst sperrige Störkörper wie Steine, Holzstücke
usw. werden einwandfrei abgeführt. Dieser störungsfreie Betrieb ist insbesondere bei starker Belastung der Drossel durch
Festkörper auf eine Eigentümlichkeit der Wirbeldrossel zurückzuführen, nämlich auf den sog. Selbstreinigungseffekt. Jede
Störung der Wirbelströmung durch Fremdkörper schwächt den Drall und läßt den Durchfluß so lange ansteigen, bis die
Fremdkörper ausgeworfen ist. Die klassichen Drosseln in Abwassersystemen tun genau das Gegenteil. Wenn sie zu verstopfen
drohen, verringern sie den Durchfluß.
Die Abwasserdrossel nach der Erfindung kann im einzelnen verschiedenartig ausgebildet sein, wobei im wesentlichen stets
die gleiche Funktionsweise beibehalten wird. Dabei werden die einfacheren und leicht herstellbaren Bauformen in der Regel
dort eingesetzt, wo es auf die letzten Prozente des Wirkungsgrades der Drosselwirkung nicht ankommt. Durch strömungstechnisch
günstige Ausbildung der Wirbelkammer, worauf später noch eingegangen wird, können jedoch Wirkungsgrade bis zu
90 c/o erzielt werden. (Drosselung des Durchflusses auf 10 "/>,
der ohne Drosselung einträte).
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung
mit der Zeichnung und den Ansprüchen. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Wirbelkammerdrossel nach der Erfindung,
Pig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Ausführung nach Pig. 1,
die
Fig. 3 bis
,- Ergänzungsmöglichkeiten für die Ausführungsform nach Fig. 1 und
die
die
Fig. 6 bis
12 Abwandlungsmöglichkeiten für die obigen Ausführungsformen
.
Bei der in der Zeichnung in den Pig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist eine flache zylindrische
Wirbelkammer 1 mit horizontaler Anordnung vorgesehen. In den Außenmantel 2 der Kammer 1 mündet tangential nur eine
Eingangsdüse 3· Diese ist als Rohrstutzen mit kreisförmigem
Querschnitt ausgebildet, dessen Durchmesser ca. 200 mm beträgt und der nur wenig kleiner ist als die lichte Höhe
der Kammer 1. Der Durchmesser der Kammer ist fünfmal so groß wie der der Eingangsdüse 3 und beträgt ca. 1 Meter.
Die Kammer 1 weist einen abnehmbaren flachen Deckel 4 auf, der mit einem in der Rotationsachse der Kammer 1 liegenden
Belüftungsstutzen 5 mit einem Innendurchmesser von 50 mm versehen ist. Dieser Durchmesser ist kleiner als
der Durchmesser des Luftkerns, der normalerweise beim
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Betrieb der Wirbelkammerdrossel 1 über der Ausgangsblende 7 verbleibt.
An der Unterseite, d.h. im Kammerboden 6 ist eine Ausgangstümie
7 vorgesehen, die in einen axial nach unten gerichteten Rohrstutzen 3 mündet, der in etwa gleich
groß ist wie der größte Durchmesser der Ausgangsblende 7 Der Rohrstutzen 8 ist kurz unterhalb der Kammer horizontal
abgebogen, wo er in eine Rohrleitung oder in eine offene Leitung (nicht dargestellt) mündet. Der Durchmesser
bzw. Querschnitt der Ausgangsbteüe 7 ist bei der dargestellten
Ausführungsform durch auswechselbare Blendenringe 9 veränderbar und zwar von ca. dem 0,5-fachen bis zum 2-fachen
des Durchmessers bzw. Querschnitts der Eingangsdüse 3. Der Durchmesser der Ausgangsdüse könnte auch kleiner gehalten
werden als der Durchmesser der Eingangsdüse 3, doch ist bevorzugt, ihn größer zu halten, damit Festkörper,
die durch die Eingangsdüse in die Kammer gelangen, auf jeden Fall auch durch die Ausgangsdüse wieder aus der Kammer
heraus können. Die Kammer 1 hat im Inneren glattflächige
Wandungen 10, so daß sich Festkörper nirgends festhalten können und die Fließverluste in den Grenzschichten gering bleiben.
Die Abwasserdrossel arbeitet in folgender Weise: Abwasser, das Festkörper bis zur Größe des Querschnitts der Zuleitung
zur Eingangsdüse bzw. der Eingangsdüse selbst mitführen kann, gelangt tangential in die Kammer 1 und bildet in der
Kammer eine spiralförmige Wirbelströmung mit nur sehr geringer
Turbulenz aus. Je weniger grobe Festkörper im Abwasser enthalten sind, desto enger ist die Spirale, d.h. desto
häufiger dreht sich der eingeleitete Strom, tis er die Kammer am Kammerboden 6 durch die Ausgangsdüse 7 wieder verläßt.
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Der Grad der Drosselwirkung, d.h. der Widerstand der
Drossel, ist dabei abhängig von der Verweilzeit des Wassers in der Kammer, die wiederum vom Durchmesser
der Eingangsdüse 3 im Verhältnis zum Durchmesser der s Kammer 1 abhängt. Der beste Wirkungsgrad wird bei
f einem Durchmesserverhältnis von ca. 1:5 erreicht und
liegt dann bei bis zu ca. 90 %. Dieser Wirkungsgrad
kann durch Variation des Durchmessers der Ausgangsblende \ beeinflußt werden.
Durch den Belüftungsstutzen 5 kann beim Betrieb der Drossel infolge des über der Ausgangsblende 7 befindlichen
Unterdrucks Luft angesaugt werden, die zur Sauerstoff beladung des Abwassers dient. Auch ermöglicht der
Stutzen 5 eine optische und akustische Kontrolle des Betriebszustandes der Wirbelkammer.
Die Wirbelkammer i eignet sich besonders zur Drosselung des Abflusses aus Rückhaltebecken, Regenüberlaufbecken,
Fangoecken und Regenüberläufen in Abwässernetzen, da sie wartungsfrei und ohne Energiezufuhr arbeitet.
Kleinere Störkörper, wie Kies, Sand, Papier, Faserstoffe, Metallteile u. dgl. werden mic dem Wasser in der Kammer umgewirbelt
und aus dieser befördert, ohne daß Vers'Copfungsgefahr besteht. Größere Festkörper bremsen den Wirbel, was bis
zum Zusammenbruch des Wirbels fortschreiten kann. Es baut sich dann eine radiale Senkströmung mit hohem Durchfluß und
geringem Durchflußwiderstand auf, der die großen Festkörper wegspült und die Kammer automatisch durchputzt, so daß sich
sogleich dansich der Wirbel von selbst erneut wieder aufbauen
kann.
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Irgendwelche mechanischen Hilfsmittel sind hierbei nicht erforderlich. Falls erwünscht, können auch zwei oder
mehrere Drosseln in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung angeordnet sein. Werden zwei gleiche Drosseln in
Serie hintereinander angeordnet, dann führt dies beispielsweise zu einer Verstärkung der Drosselung um das 1,75-fache.
Weitere Möglichkeiten und Abwandlungen der Wirbelkammerdrossel,
die auch miteinander kombiniert werden können, ergeben sich aus den in den Pig. 3 bis 12 dargestellten Ausbildungsmöglichkeiten.
Will man beispielsweise die Zu- und Ableitung der Wirbelkammer 1 zur Reinigung des gesamten Systems
einmal mit dem ungebremsten Wasserstrom durchströmen lassen, dann kann man die Drosselwirkung der Wirbelkammer 1 dadurch
aufheben, daß man in die Kammer vertikal ein sich über den gesamten Kammerquerschnitt erstreckendes als Drallstörer
dienendes Brett 11 fiinspt7.t. d»pi an Λρτ· A VrP Iu Rhi Rnd e>
7. z.B. tangential angrenzen kann . Das Einsetzen kann leicht nach Abheben des Kammerdeckels 4 erfolgen. Die Ausbildung
eines Wirbels in der Kammer 1 ist dann nicht mehr möglich, so daß das Wasser ungedrosselt durch die Kammer und durch
die Ausgangsdüse 7 strömt. Der Durchfluß steigt dabei auf das 6~ bis 8-fache des gebremsten Durchflusses an.
Als Alternative, die besonders dann bevorzugt ist, wenn häufiger Spülvorgänge gewünscht sind, ist es auch möglich,
eine besondere Spülleitung 12 vorzusehen, wie dies im Bild dargestellt ist. Die Spülleitung 12 mündet ebenfalls im wesentlichen
tangential aber in entgegengesetztem Drehsinn wie die Eingangsdüse 3 in die Kammer. Durch Öffnen eines
in der Spülleitung 12 vorgesehenen Spülschiebers 13 kann ein Strom aus der Zuleitung 3 in die Spülleitung 12 abgezweigt
werden, der den Wirbel in der Kammer 1 zerstört und so den
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Durchflußwideratand der Kammer 1 erniedrigt. Wie in Fig. 5
gezeigt, kann in der Zuleitung zur Eingangsdüse 3 noch eine Druckmeßstelle mit Fühlerrohren 14 vorgesehen sein. Durch
Einblasen von Luft kann hier in einfacher Weise der Staudruck vor der Wirbelkammer 1 gemessen werden, ohne daP hierzu
mechanische Teile oder den Durchfluß störende Teile erforderlich sind. Durch Messen de3 Staudrucks können hier
beispielsweise Rückschlüsse auf den Durchfluß, auf etwaige Verstopfungen oder sonstige Störungen im Zufluß zur Wirbelkammer
1 gezogen werden.
Die Ausbildung nach Fig. 6 zeigt, daß die Zuleitung 3 gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 zur Tangentialen
in Richtung zur Kammermitte auch parallel versetzt werden kann. Dieser Versatz läßt eine stufenlose Variation der
Drosselwirkung zu, d.h. je weiter die Zuleitung 3 im Vergleich zur Tangentialen versetzt wird, umso schwächer wird
der Drall in der Drossel, bei sonst gleichbleibender Drosselgröße. Diese Bauart ist in der Fertigung günstiger als die
nach Fig. 1, weil eine steilere Zuleitung 3 an der Kammerwand leichter zu montieren ist. Sie wird allerdings nur
dort eingesetzt, wo auf eine maximale Drosselung kein Wert gelegt zu werden braucht. Durch exzentrische Anordnung
der Ausgangsblerde 7, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, kann
umgekehrt eine Verbesserung der Drosselwirkung gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 erzielt werden. Hier ist die AusgangsbTende
aus dem Zentrum des Kammerbodens 6 ungefähr um den halben Durchmesser der Ausgangsblsrle 7 entlang einer Linie
weg von der Eingangsdüse 3 versetzt, die vom Lot auf die Achse der Eingangsdüse um ca. 15° abweicht. Damit wird der
spiraligen Form der Drallströmung in der Kammer 1 Rechnung getragen. Noch weiter verbessert werden kann die Drosselwirkung
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wenn der Außenmantel 2 der Kammer selbst der ersten Windung
der Spirale entsprechend in etwa spiralig ausgebildet wird. (Fig. 8).
Sine weitere Verbesserung ergibt sich gemäß der Ausführungsform nach Fig. 9» bei der der Außenmantel 2 der Kammer 1
entsprechend dem Radius der Zuleitung der Eingangsdüse 3 gekrümmt wird. Die Ausführungsformen nach den Fig. 8 und 9
lassen sich mit Vorteil als Gußteile herstellen.
Auch in der Gestaltung des Kammerbodens 6 und der Ausgangs-
hlaoäe 7 sind Variationen möglich. Ein zur Ausgangsbüaxle 7 geneigter
Boden 6, wie er in Fig. 10 dargestellt ist, erleichtert den Ausstoß schwerer Festkörper. Diese Ausführungsform
ist bei starkem Geschiebeanfall bevorzugt. Der Kammerboden 6 kann auch konvex oder konkav gewölbt sein. Die Wirbelkammer 1
nach der Erfindung hat an sich schon eine geringe Niveaudii'ferenz
zwischen Eingangsdüse 3 und AusgangsDJane y. m
besonderen Fällen, wo Eingangsdüse 3 und das weiterführende Abflußrohr auf gleicher Höhe liegen sollen, beispielsweise
dann, wenn in eine bereits bestehende Rohrleitung nachträglich eine Wirbelkammerdrossel eingesetzt werden soll, kann
das sich an die Ausgangsblede anschließende Rohr 8 syphonartig wieder auf die Höhe der Eingangsdüse 3 hochgebogen werden.
Wie auch bei anderen Ausführungsformen, bei denen sich an die AusgangsbTend= 7 ein geschlossenes Rohr anschließt, ist
bei dieser Ausführungsform eine Belüftung 5 am Kammerdeckel 4 zweckmäßig, um eine rückwirkende Beeinflussung der Drallsirömung
zu vermeiden. Anders ist dies, wenn die Ausgangsblende 7 direkt ins Freie mündet, wie dies in Fig. 12 schematisch dargestellt
ist, bzw. wenn lediglich ein kurzer richtungsweisender Stutzen 8 an der Ausgangstüaode 7 vorgesehen ist. Hier sind
keinerlei Rückwirkungsmögiichkeiten gegeben, d.h. die Wirbelkammer
1 arbeitet völlig unabhängig von der Art und Weise,
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wie das Abwasser hinter der Wirbelkammer 1 weiterfließt,
Deshalb ist diese Ausführun^sform besonders bevorzugt.
Deshalb ist diese Ausführun^sform besonders bevorzugt.
Claims (22)
1. Abwasserdrossel zur Verminderung des !Durchflusses
von verschmutzten, insbesondere Pestkörper enthaltenden
Abwässern in geschlossenen Rohrleitungen, Kanälen u. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß sie
eine im wesentlichen rotationssymmetrische flache Wirbelkammer (1) aufweist, in deren Außenmantel (2)
eine gegenüber der radialen Richtung parallel versetzte Eingangsdüse (3) mündet und an deren Unterseite
im Kamm er bo den (6) eine Ausgangsbiende (7) vorgesehen
ist.
2. Drossal n^ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wirbelkammer (1) die Form eines flachen Zylinders hat.
3. Drossel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Boden (6) der Kammer (1)
in Richtung zur Ausgangsblfnrle (7) senkt.
4. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsdüse (3) im wesentlichen
tangential in den Außenmantel (2) mündet.
5. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsblende (7)
an der Unterseite der Wirbelkammer (1) in'der Rotationsachse
der Kammer liegt.
6. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der
Kammer (1) mindestens zwei vorzugsweise mindestens vier- bis sechsmal so groß ist wie der Durohmesser
der Eingangsdüse (3).
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ir
• II»»· /
A 16 148/9 - 12 -
7. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsdüse (3)
im wesentlichen die gleiche Höhe besitzt wie die Kammer (1).
8. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Aus-
X gangsblende (7) 0,5 "bis 2 mal so groß, vorzugsweise
\ in etwa gleich groß wie der Durchmesser dex- Eingangs-
\ düse (3) ist.
\
9. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
ι dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (1) einen
Durchmesser von ca. 0,5 Meter bis 2 Meter, vorzugsweise von ca. 1 Meter besitzt.
10. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsblende (7)
von einer Öffnung im Kammerboden (6) gebildet wird.
11. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Ausgangsblaüe (7) vorzugsweise mit Hilfe von auswechselbaren
vorzugsweise lose einlegbaren Blendenringen (9) veränderbar ist.
12. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsblende (7)
durch ein Rohrstück (8) nach unten verlängert ist.
13· Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (1) einen flachen abnehmbaren Deckel (4) besitzt.
14. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kammerdeckel eine
BäüftungsÖffnung (5) vorgesehen ist.
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15. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsblende
(7) im Kammerboden (6) entsprechend der Exzentrizität des Wirbels exzentrisch angeordnet ist.
16. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerwand (2) entsprechend
der natürlichen Spiralform des Wirbels unter Einschluß der Eingangsdüse (3) im horizontalen
Querschnitt entsprechend einer vorzugsweise logarithmischen spiraligen Windung ausgebildet ist.
17. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerwand (2) im
vertikalen Querschnitt nach außen bogenförmig ausgebaucht ist.
18. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammer (1) eine Einrichtung
(11, 12, 13) zur Störung des Dralles zugeordnet ist.
19. Drossel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Störung des Dralles aus
einem quer in die Kammer (1) einsetztaren Brett (11) besteht.
20. Drossel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet daß als Einrichtung zur Störung des Dralles eine
mit einem Ventil (13) versehene Spülleitung (12) vorgesehen ist, die tangential aber in entgegengesetztem
Drehsinn wie die Eingangsdüse (3) in die Kammer (1) mündet.
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A 16 148/9 - 14 -
21. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung zur
Eingangsdüse (3) mindestens eine Rohröffnung (14) zur Ausbildung einer vorzugsweise pneumatisch arbeitenden
Meßstelle vorgesehen ist.
22. Verwendung der Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche in AbfluQleitungen von Abwasserbecken.
23· Verwendung nach Anspruch 22 in Verbindung mit einem
Rückhalteraum von ca. 1 bis 4 Metern Höhe und einem
Rauminhalt von 100 bis 1000 nr*.
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DE7629891U Expired DE7629891U1 (de) | 1976-09-24 | 1976-09-24 | Abwasserdrossel |
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