EP0237481A2 - Hydraulischer Heber für Wasserüberlaufschwelle an einem Wasserbauwerk - Google Patents

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EP0237481A2
EP0237481A2 EP87810112A EP87810112A EP0237481A2 EP 0237481 A2 EP0237481 A2 EP 0237481A2 EP 87810112 A EP87810112 A EP 87810112A EP 87810112 A EP87810112 A EP 87810112A EP 0237481 A2 EP0237481 A2 EP 0237481A2
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hydraulic lifter
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03F—SEWERS; CESSPOOLS
    • E03F5/00—Sewerage structures
    • E03F5/20—Siphon pipes or inverted siphons
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B7/00—Barrages or weirs; Layout, construction, methods of, or devices for, making same
    • E02B7/16—Fixed weirs; Superstructures or flash-boards therefor
    • E02B7/18—Siphon weirs
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03F—SEWERS; CESSPOOLS
    • E03F5/00—Sewerage structures
    • E03F5/12—Emergency outlets

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic lifter on a water overflow threshold on a hydraulic structure according to the preamble of claim 1.
  • Wastewater structures have overflow thresholds for flood relief, via which the amount of water in excess of the capacity of the wastewater structure can be drained off directly.
  • the known lifter has the disadvantage that the suction of the water can only begin when the water level in the upper water has risen above the top of the lifter and the air has been swept down by the free overflow and the lifter is completely filled with water . Then the suction of the suction lifter starts suddenly. As soon as air can enter the underpressure in the siphon due to the sinking of the upper water, when the water level has fallen below the opening on the upper water side, its effect is suddenly interrupted again. This can damage the drain pipes. In addition, a balanced withdrawal that adapts to the feed and the discharge is not possible.
  • the invention has for its object to provide a hydraulic lifter with which water can be metered and discharged without sudden insertion and aborting the removal and, in contrast to the free hold-up, can be discharged in a predetermined amount.
  • a larger amount of water can be drained off without extending the overflow threshold and sucked off at a water level below the response point of a conventional lifter, which can then be increased with increasing inflow to the building.
  • Figure 1 is a sewage structure 1 made of concrete, e.g. a relief basin 7 or a channel (only indicated in dash-dotted lines in FIG. 1), with an overflow threshold 3 of length L and height h 1, an inlet 5 into the relief basin 7, an outlet 9 at the bottom of the relief basin 7, an overflow collecting channel 11 with a drain l3 (it could also be a natural body of water) and a diving wall l5, which can also be designed as a sieve and prevents large objects from reaching threshold 3.
  • a drain l3 it could also be a natural body of water
  • a diving wall l5 which can also be designed as a sieve and prevents large objects from reaching threshold 3.
  • overflow threshold 3 are a plurality of covers 20, 20 ′, 20 ′′, 20 façade which are essentially composed of curved plates l7 and adjoining flat plates l9, each forming a lifter, wherein the plates l9 can also have a curvature, so that their lower edges either towards the base of the overflow threshold or directed away from it (indicated in broken lines in FIG. 2).
  • the covers 20, 20 ', 20 “, 20 ′′′ run parallel and at a constant distance from one another, so that the cross sections of the between the covers 20, 20'; 20 ', 20"; 20 “, 20 ′′′; or between the overflow threshold 3 and the cover 20 lying curved spaces 2l, 2l ', 2l” and 2l ′′′ is always constant. It goes without saying that due to different distances between the covers one above the other 20 ... 20 ′′′ the quantity characteristics can be changed. Laterally, the rooms 2l, 2l ', 2l ", 2l are closed by the two walls 23 and 24 of the relief basin 7 or by covers of another design.
  • the curved plates l7 have openings l8 through which the trapped air rises when the In order to avoid the failure of the entire lifter due to clogging by floating material, this can be divided into partial lengths.
  • the rooms 2l ... 2l ′′′ are divided by one or more vertical partition walls 25.
  • the suction power of each level of the jack is the same (if the different heights h2 ... h5 the thigh are neglected).
  • the plates 19 of the outer covers 20 are longer than the inner ones and thus increase the Suction power of the outer lifter sections.
  • the outer covers 20 are made shorter than the inner ones. As a result, the amount of water discharged remains the same or even decreases when the headwater rises.
  • the distance to the outside can also be increased to increase the suction volume, so that larger levers are created. If the distance is reduced, the effect of the jack is reduced accordingly.
  • the suction power of the lifting system according to the invention can thus be designed as a function of or independent of the water level from above and below water.
  • a system independent of the water level finds e.g. Use at a branch if a constant amount of water has to be taken from a pool or flowing water regardless of the upper water level.
  • the edges of the covers on the inlet side are arranged at the same height and can be immersed down to the lowest possible water level in the basin, from which water can still be removed.
  • Both the water level-dependent and the -independent lifting system can be used not only on a straight overflow edge, but also on a cylindrical drain as shown in FIGS. 4/5.
  • FIG. 6 shows a schematic diagram to illustrate the increasing amount of water that can be removed with a water level-dependent lifting system.
  • the dash-dotted line shows the amount discharged per unit of time in the case of a free hold-up without a lifter, the dashed line the amount with a single lifter and the solid line the amount with that in sections split lifter system according to the invention according to the example of FIG. 3.
  • the lifting system can also be used as a regulating device, e.g. constant water withdrawal from a basin or flowing water with constant or changing upper water level.

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Abstract

Der hydraulische Heber an einer Ueberlaufschwelle (3) eines Wasserbauwerkes (l) ist in eine Mehrzahl von Heberabschnitten aufgeteilt, die bei steigendem Oberwasserstand nacheinander einsetzen. Je nach Ausbildung der einlaufseitigen Kanten (24...24"") und der Länge (X) der auslaufseitigen Platten (l9...l9"") kann die Leistung des Hebers linear, wachsend oder abnehmend ausgelegt werden.

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein hydraulischer Heber an einer Wasserüberlaufschwelle an einem Wasserbauwerk gemäss Oberbe­griff des Patentanspruches l.
  • Abwasserbauwerke weisen zur Hochwasserentlastung Ueberlauf­schwellen auf, über die die Leistung des Abwasserbauwerkes übersteigende Wassermenge direkt abgeführt werden kann.
  • Bei starken Regenfällen kann die Wassermenge kurzfristig der­art stark ansteigen, dass das Ableitungsvermögen der Ueberlauf­schwelle nicht genügt, wodurch der Wasserspiegel weiter an­steigt und einen Rückstau in der Zuleitung bewirkt.
  • Zur Erhöhung der Abflussmenge ohne Verlängerung der Ueberlauf­schwelle ist aus der Schweizer Patentschrift Nr. 570 5l3 ein hydraulischer Heber bekannt, der aus einem die Ueberlauf­schwelle eines Sammelbeckens in einem Abstand überwölbenden halben Rohr besteht, das überlaufseitig mit einer bis unter den Entnahmespiegel reichenden Platte verbunden ist.
  • Der bekannte Heber hat den Nachteil, dass das Absaugen des Wassers erst beginnen kann, wenn der Wasserspiegel im Ober­wasser über den Scheitel des Hebers angestiegen ist und durch den freien Ueberlauf die Luft aus dem Heber nach unten mitge­rissen worden und der Heber vollständig mit Wasser gefüllt ist. Dann setzt die Saugwirkung des Absaughebers schlagartig ein. Sobald durch das Absinken des Oberwassers wieder Luft in den Unterdruck im Heber eintreten kann, wenn der Wasserspiegel un­ter die oberwasserseitige Oeffnung des Hebers gefallen ist, wird dessen Wirkung schlagartig wieder unterbrochen. Dies kann zu Schäden an den Ablaufrohren führen. Zudem ist eine ausge­glichene Entnahme, die sich der Zufuhr und dem Ablauf anpasst, nicht möglich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Heber zu schaffen, mit dem Wasser dosiert und ohne schlagarti­ges Einsetzen und Abbrechen der Entnahme abgeführt werden kann und im Gegensatz zum freien Ueberfall in vorgebbarer Menge ab­führbar ist.
  • Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gemäss den kennzeich­nenden Merkmalen des Patentanspruches l gelöst.
  • In vorteilhafter Weise ist es nun möglich, die Wirkung des hy­draulischen Hebers stufenweise ein- und auszuschalten und auch die Menge der vom Heber abgesaugten Wassermenge dem jeweiligen Oberwasserspiegel anzugleichen.
  • Durch Aufteilen des Hebers in eine Mehrzahl von kleinen Heber­abschnitten kann einerseits ohne Verlängerung der Ueberlauf­schwelle eine grössere Wassermenge abgeführt und schon bei einem Wasserstand unter dem Ansprechpunkt eines herkömmlichen Hebers abgesaugt werden, welche sich dann mit zunehmendem Zu­fluss zum Bauwerk steigern lässt.
  • Anhand illustrierter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur l eine perspektivische Darstellung eines Abwasserbau­werkes mit einer Ueberlaufschwelle,
    • Figur 2 einen Querschnitt durch die Ueberlaufschwelle längs Linie II-II in Figur l,
    • Figur 3 einen Querschnitt durch die Ueberlaufschwelle längs Linie II-II in Figur l in einer anderen Ausführungs­form,
    • Figur 4 eine Draufsicht auf eine kreisförmige Ueberlauf­schwelle,
    • Figur 5 einen Querschnitt längs Linie V-V in Figur 4 und
    • Figur 6 ein nicht massstäbliches Diagramm des Verlaufes der der abgeführten Wassermengen.
  • In Figur l ist ein aus Beton hergestelltes Abwasserbauwerk l, z.B. ein Entlastungsbecken 7 oder ein Kanal (in Figur l nur in strichpunktierten Linien angedeutet), mit einer Ueberlauf­schwelle 3 von der Länge L und der Höhe h₁, einem Zulauf 5 in das Entlastungsbecken 7, einem Ablauf 9 am Boden des Entla­stungsbeckens 7, einer Ueberlaufsammelrinne ll mit einem Ab­lauf l3 (es könnte auch ein natürliches Gewässer sein) sowie einer Tauchwand l5, die auch als Sieb ausgebildet sein kann und verhindert, dass grosse Gegenstände zur Schwelle 3 gelan­gen können.
  • Ueber der Ueberlaufschwelle 3 sind mehrere im wesentlichen aus gebogenen Platten l7 und daran anschliessenden flachen Platten l9 zusammengesetzte, je einen Heber bildende Abdeckungen 20, 20′,20",20‴ angeordnet, wobei die Platten l9 auch eine Krüm­mung aufweisen können, so dass deren untere Kanten entweder zum Sockel der Ueberlaufschwelle hin- oder von diesem wegge­richtet sind (andeutungsweise dargestellt in Figur 2 in gebro­chenen Linien).
  • Die Abdeckungen 20,20′,20",20‴ verlaufen parallel und in kon­stantem Abstand zueinander, so dass die Querschnitte der zwischen den Abdeckungen 20,20′; 20′, 20"; 20", 20‴; bzw. zwischen der Ueberlaufschwelle 3 und der Abdeckung 20 liegen­den gekrümmten Räume 2l,2l′,2l" und 2l‴ stets konstant ist. Es versteht sich von selbst, dass durch unterschiedliche Ab­stände zwischen den übereinanderliegenden Abdeckungen 20...20‴ die Mengencharakteristik veränderbar ist. Seitlich sind die Räume 2l,2l′,2l",2l‴ durch die beiden Wände 23 und 24 des Entlastungsbeckens 7 oder durch andersweitig ausgestal­tete Abdeckungen geschlossen. Im Scheitel weisen die gebogenen Platten l7 Oeffnungen l8 auf, durch die die gefangene Luft beim Ansteigen des Wasserspiegels entweichen kann. Zur Ver­meidung des Ausfalls des gesamten Hebers infolge Verstopfung durch Schwemmgut kann dieser in Teillängen aufgeteilt werden. Zu diesem Zweck sind die Räume 2l...2l‴ durch eine oder meh­rere vertikale Zwischenwände 25 aufgeteilt.
  • Wenn im Entlastungsbecken 7 der Wasserspiegel bis zur Höhe h₂ ansteigt, d.h. bis zum Scheitel der Abdeckung 20, so dass der Raum 2l vollständig gefüllt ist, setzt die Heberwirkung der Wassersäule im aussenliegenden Teil des Raumes 2l ein und saugt Wasser aus dem Innern des Entlastungsbeckens 7. Bei wei­tersteigendem Oberwasserspiegel setzt in der Folge ein Heber­abschnitt nach dem anderen ein, sobald jeweils der Scheitel der nächsthöheren Abdeckung 20′...20‴ überflutet wird. Bis zum Einsetzen der Saugwirkung läuft das Wasser jeweils in freiem Ueberfall durch den Heberabschnitt, d.h. durch die Räume 2l...2l‴. Wenn alle Heberabschnitte in Betrieb sind, wird die durch den Querschnitt der Heber und die Länge X des äusseren Schenkels (der Platte l9) des Hebels gegebene maximale Wassermenge gefördert, welche wesentlich über der Menge liegt, die in freiem Ueberfall abführbar wäre. Die Saugwirkung setzt also stufenweise ein, weil anfänglich nur der zuunterst lie­ gende Heber zu arbeiten beginnt. Im Gegensatz zum einräumigen Heber kann beim mehrräumigen Heber bereits bei geringem An­stieg des Oberwasserspiegels durch den ersten Heberabschnitt eine gedeutend grössere Wassermenge abgeführt werden als beim freien Ueberfall im einräumigen Heber bei gleichem Oberwasser­stand.
  • Wenn alle Platten l9 unterwasserseitig im wesentlichen gleich lang sind (Länge X, die selbstverständlich grösser ist als die oberwasserseitige Saughöhe) und unten auf etwa gleicher Höhe h₀ enden, so ist die Saugleistung jeder Stufe des Hebers gleich (wenn die unterschiedlichen Höhen h₂...h₅ der Schenkel vernachlässigt werden). Um die bei starken Regenfällen meist nicht linear, sondern mit zunehmender Geschwindigkeit anstei­gende Wassermenge auch durch eine zunehmende Saugleistung ab­führen zu können oder auch aus regulierungstechnischen Grün­den die Saugleistung zu erhöhen, sind die Platten l9 der aus­senliegenden Abdeckungen 20 länger als die innenliegenden aus­gebildet und erhöhen damit die Saugleistung der äusseren He­berabschnitte.
  • Es kann auch sein, dass unterwasserseitig nicht beliebig viel Wasser zugeführt werden kann. In diesem Fall werden die aus­senliegenden Abdeckungen 20 kürzer als die innenliegenden aus­gebildet. Dadurch bleibt die abgeführte Wassermenge bei stei­gendem Oberwasser gleich oder nimmt sogar ab.
  • Anstelle von mit konstantem Abstand a angeordneten Platten (l7...l7"") und Platten (l9...l9"") kann zur Erhöhung der Ab­saugmenge auch der Abstand nach aussen zunehmend gestaltet werden, so dass grösser dimensionierte Hebel entstehen. Bei Verringerung des Abstandes vermindert sich die Wirkung des Hebers entsprechend.
  • Wenn die aussenliegenden Platten l9 der Heber in das Unter­wasser eintauchen, so wird die dem Unterwasser zugeführte Wassermenge mit steigendem Unterwasserspiegel reduziert und damit eine Regulierung des Zulaufs erreicht.
  • Damit beim Zurückgehen der Zuflussmenge, d.h. bei Absinken des Oberwasserspiegels, das Entlastungsbecken 7 nicht von der durch den hohen Wasserstand beim höchsten Zufluss in Betrieb gesetzten hohen Absaugleistung sehr rasch auf das Niveau h₁ der Schwelle 3 abgesenkt wird und dann schlagartig aussetzt, liegen die Kanten 22...22"" der gebogenen Platten l7...l7"" ansaugseitig nicht auf der Höhe h₁ wie die der am weitesten innenliegenden Abdeckung 20, sondern jeweils auf der Höhe h₃...h₅ des Scheitels der direkt darunter angeordneten Ab­deckung 20...20". Mit dieser Massnahme wird bewirkt, dass beim Absinken des Wasserspiegels unter h₄, d.h. unter den Scheitel der zweitobersten Abdeckung 20‴, Luft durch die Oeffnung in den Heber eintreten kann und diesen ausschaltet. Die Abschal­tung des Hebers erfolgt damit nicht schlagartig, sondern es setzt nur die Wirkung des äussersten Abschnittes aus. Das Was­ ser läuft im äussersten Abschnitt in freiem Ueberlauf dennoch weiter, bis der Wasserspiegel auf h₄ abgesunken ist und nun den zweitäussersten Heber ausser Betrieb setzt, usw.
  • Die Saugleistung des Hebersystems nach der Erfindung kann so­mit von Ober- und Unterwasser wasserstandsabhängig oder -unab­hängig gestaltet werden.
  • Ein wasserstandunabhängiges System findet z.B. Verwendung bei einer Abzweigung, wenn aus einem Becken oder fliessenden Ge­wässer unabhängig vom Oberwasserstand eine stets gleichblei­bende Menge Wasser entnommen werden muss. Zu diesem Zweck sind die einlaufseitigen Kanten der Abdeckungen auf gleicher Höhe angeordnet und können bis zum tiefstmöglichen Wasserstand des Beckens eintauchen, bei dem noch Wasser entnommen werden kann.
  • Sowohl das wasserstandsabhängige wie auch das -unabhängige Hebersystem kann nicht nur an einer geraden Ueberfallkante angewendet werden, sondern auch an einem zylindrischen Ablauf entsprechend der Darstellung in den Figuren 4/5.
  • Zur Veranschaulichung der mit einem wasserstandsabhängigen Hebersystem abführbaren, ansteigenden Wassermenge zeigt Figur 6 ein schematisches Diagramm. Die strichpunktierte Linie zeigt die abgeführte Menge pro Zeiteinheit bei freiem Ueberfall ohne Heber, die gestrichelte Linie die Menge mit einem einzigen Heber und die ausgezogene Linie die Menge mit dem in Abschnitte aufgeteilten Hebersystem nach der Erfindung gemäss Beispiel von Figur 3.
  • Anstelle von unterschiedlich langen Platten l9...l9‴ könnten zur Regulierung der Saugleistung der Heberabschnitte mechanisch verschliessbare Oeffnungen zum Verkürzen oder Verlängern der Saughöhe (X...X‴) in den Platten l9...l9‴ angebracht sein (keine Abbildung).
  • Bei auf gleicher Höhe angeordneten Kanten 22...22‴ kann das Hebersystem auch als Regulierorgan, z.B. konstante Wasserent­nahme aus einem Becken oder fliessendem Gewässer mit konstantem oder wechselndem Oberwasserstand, verwendet werden.
  • Sofern der Unterwasserstand so weit ansteigt, dass eine oder mehrere der Platten l9...l9‴, d.h. deren Unterkanten, in die­sen eintauchen, so wird, wie bereits erwähnt, die Leistung der jeweiligen Heberabschnitte um die verminderte Saughöhe herab­gesetzt.

Claims (8)

1. Hydraulischer Heber für eine Wasserüberlaufschwelle an einem Wasserbauwerk, bestehend aus einem den Scheitel der Schwelle in einem im wesentlichen konstanten Abstand um­gebenden, aus einer gebogenen Platte und einer unter­wasserseitig daran anschliessenden im wesentlichen fla­chen Platte bestehenden Abdeckung, dadurch gekennzeich­net, dass der den Heber bildende Raum (2l ) zwischen der Schwelle (3) und der Abdeckung (20‴) in mehrere, paral­lel zueinander verlaufende, Heberabschnitte bildende Räume (2l...2l‴) aufgeteilt ist.
2. Hydraulischer Heber nach Anspruch l, dadurch gekennzeich­net, dass sich die einlaufseitigen Kanten (22...22‴) der gebogenen Platten (l7...l7‴) im wesentlichen auf der Höhe (h...h₄) des Scheitels der darunterliegenden Ab­deckung (20...20‴) befinden.
3. Hydraulischer Heber nach Anspruch l, dadurch gekennzeich­net, dass die einlaufseitigen Kanten (22...22‴) der ge­bogenen Platten (l7...l7‴) auf gleicher Höhe sich befin­den.
4. Hydraulischer Heber nach Anspruch l bis 3, dadurch ge­kennzeichnet, dass die Längen (X...X‴) der Platten (l9...l9‴) unterwasserseitig der Abdeckungen (20...20‴) von innen nach aussen zunehmen/abnehmen.
5. Hydraulischer Heber nach Anspruch l bis 3, dadurch ge­kennzeichnet, dass die Längen (X...X‴) der Platten (l9...l9‴) auf der gleichen Höhe h₀ enden.
6. Hydraulischer Heber nach einem der Ansprüche l bis 5, da­durch gekennzeichnet, dass die Räume (2l...2l‴) durch vertikal angeordnete Zwischenwände (24) unterteilt sind.
7. Hydraulischer Heber nach einem der Ansprüche l bis 6, da­durch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den gebo­genen Platten (l7...l7"") und den Platten (l9...l9"") zunimmt/abnimmt.
8. Hydraulischer Heber nach einem der Ansprüche l bis 7, da­durch gekennzeichnet, dass die Platten (l9...l9‴) in das Unterwasser eintauchen.
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EP0237481A3 EP0237481A3 (en) 1987-12-23
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