SE425354B - Forfarande och anordning for pumpning av sedimenterat material - Google Patents

Description

7909739-0 ...__ 2 Tillämpningen av föreliggande uppfinning är icke begränsad av vilket slags bäranordníng som användes eller om slampumpningsanordningen är höj- och sänkbar.

Ej heller är uppfinningen beroende av vilken pumptyp som användes.

Vid anordningar_av denna typ där pumpens sugmunstycke avsöker hela bassängens eller dammens botten ingår ett reglersystem med vars hjälp sugmun~ stycket förflyttas över bassängbottnen enligt ett fagtgtäïlt rörelseschema.

Detta reglersystem är ofta anordnat så att sugmunstycket passerar över bassäng- ens inloppsända eller andra delar av bassängen där särskilt stor slammängd kan väntas avsätta sig med tätare mellanrum än i de delar av bassängen där slamavsättningen är liten. Detta kontrollsystem är dock högst otillfresställ~ ande. Avsikten med sedimenteringsbassängen är att ur denna ta en produkt med högsta möjliga fast ämneskoncentration och samtidigt kontinuerligt föra bort' allt tillfört fast material, eftersom bassängen annars skulle helt slamma igen.

Ett kontrollstystem av här nämnd typ måste med nödvändighet dimensíoneras för det maximalt förekommande tillflödet av fastämnespartiklar och därav följer att vid ojämna flöden kommer anordningen att pumpa bort en sedimenterad produkt med betydligt högre vattenhalt än vad som önskas och är praktiskt uppnåeligt vid optimala betingelser.

För att pumpa upp en tjockare sedimenterad produkt har man föreslagit en anordning som innefattar en dränkbar pump upphängd i en lina under en förflytt- bar bäranordning. På grund av motståndet från vätskan och tunnare eller tjockare sedimenterade slammassor kommer pumpen att få en viss eftersläpning i förhållande till bäranordningen och linan intar då en vinkel i förhållande till lodlinjen. Denna vinkel ökar då pumpen kör in i en tätare slambank och detta avkännes med gränslägesbytare för olika stora vinkelutslag på linan vilket ger en impuls till ett reglersystem vilket minskar pumpens frammatnings~ ihastighet. När linans vinkel minskar ökas frammatningshastigheten ånyo. Detta reglersystem har icke visat sig fungera tillfredställande eftersom man får en ökad eftersläpning hos pumpen om denna kör i fasta föremål exempelvis stenar eller sjunktimmer och det har därför varit nödvändigt att komplettera systemet med dyrbara flödesmätare och pulptäthetsmätare. Alternativt mätes pumpmotorns effektförbrukning men det är stora svårigheter att erhålla en noggrann kontroll på detta sätt. Detta system kan även innefatta regleranordningar för att höja och sänka pumpen så att den följer ojämnheter i sedimenteringsdammens botten- kontur. Systemet innefattar mätning av flera olika och av varandra oberoende variabler och det har ej alltid varit möjligt att hindra slam med höga vatten~ halter från att pumpas.

Andra rvglersystem arbetande enligt liknande principer har föreslagits exempelvis indikering av lutningen hos en dränkbar pump på grund av motståndet från det sedimenterade godset och/eller avkänning av djupläget hos sediment- eringsbassängens botten eller en kompakt sedimentbädd på denna. 3 7909739-0 Det är vidare känt att mäta tryckskillnaden mellan tvâ eller flera punkter på olika nivåer exempelvis på sidan av en förtjockare och därnwd få ett medel- värde på fastämneskontentrationen i mellanliggande volym. Metoden förutsätter dock horisontella skikt i förtjockaren med samma fastämneskoncentration och ger ingen exakt uppgift om på vilken nivå fastämneskoncentrationen har ett visst värde och om storleken på fastämneskoncentrationen på en viss punkt. Ändamålet med uppfinningen är att reglera förflyttningen av en rörlig slam- pumpningsanläggning så att man undviker att pumpa vätska med låg fastämnes- koncentration genom avkänning och indikering av en enda variabel.

Detta ändamål uppnås genom att vid en anläggning av föreliggande typ är regleranordningens ingående signal beroende av lutningen på en fritt upphängd mätkropp för avkänning av fastämneskoncentration, vilken mätkropp är fast för- bunden med sugmunstycket och medföljer detta i dess rörelser.

Uppfinningen omfattar också en anordning för avkänning av fastämneskoncen- trationen i form av åtminstone en med sugmunstycket fast förbunden fritt upphängd mätkropp för avkänning av fastämneskoncentration, vilken mätkropp har högre tät- het än vätskan i sedimenteringsbassängen och bringas att luta genom inverkan av endera vätskans och det i denna sedimenterande materialets lyftkraft eller den kombinerade effekten av slamsuspensionens lyftkraft och friktionen mellan det viskösa slammet och mätkroppen, då sugmunstycket och mätkroppen är i rörelse, samt ett indikerande organ vilket avger en signal eller signaler till regler- anordningen beroende på graden av påverkan på mätkroppen, vilken signal åtminstone indikerar att ett visst tröskelvärde eller vissa tröskelvärden över- och/eller underskrides.

Det är fördelaktigt om fastämneskoncentrationen avkännes på åtminstone en punkt som ligger på högre nivå än sugmunstyckets intagsöppning. Vidare är det enligt uppfinningen fördelaktigt att åtminstone en fastämneskoncentration, vid vilken rcgleranordningen ger en impuls som påverkar sugmunstyckets rörelse eller den pumpade slammängden, ligger inom endera kompressionszonen eller över- gångszonen eller språngskiktet däremellan.

Uppfinningen skall i det följande beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar där figur 1 visar de olika zoner som föreligger i en sedimenterings- bassäng, figur 2 visar exempel på dessa zoner vid en ojämn sedimenteringsprofil, figur 3 visar en sedimenteringsbassäng med en slampumpningsanordning inkluderande en anordning enligt uppfinningen samt utformningen av de olika sedimenterings- zonerna i slampumpsanordningens närhet, figur Ä visar en slampumpningsanordning i en sedimenteringsbassäng med ojämn botten inkluderande en anordning enligt uppfinningen samt en särskild bottenavkännande anordning och slutligen figur S visar en detalj av en dränkbar pump med en anordning för avkännande av bassäng- bottnen i anslutning till sugmunstycket. 7909739-o H För att åskådliggöra bakgrunden-till uppfinningen visar figur l de olika zoner som föreligger i en förtjockare eller en sedimenteringsbassäng med en botten l och väggar 2. lärmast vätskeytan 3,är en zon A med en klarad vätska som avrinner över ett bräddavlopp, därunder en zon B i kollektiv sjunkning följt av en övergångszon C till en kompressionszon D, där partiklarna kommit så nära varandra att de stöter ihop. I kompressionszonen D sker ytter- ligare avvattning genom sammanpressning av partiklarna under överliggande slampelares tyngd. När ytterligare sammanpressning ej längre är möjlig går kompressionszonen över i zon E, fast utfylld volym eller kompakt sediment- bädd. Denna allmänt accepterade zonfördelning har beskrivits av Coe och Clevenger.

I zonerna B, C och D föreligger en täthetsgradient så att fastämnes- koncentrationen tilltar med djupet. För vissa material saknas övergångszonen C helt medan andra material har mycket bred övergångszon.

Vidare gäller att många slamprodukter och då speciellt sådana som inne- håller partiklar med obetydligt högre täthet än vätskan och/eller utgöres av fibrigt material och/eller voluminösa flockar kan avsätta sig mycket ojämnt i en sedimenteringsbassäng så att gränsskikten mellan de olika zonerna och nivågränsen för skikt med samma fastämneskoncentration avviker från horisontel- planet.

Figur 2 visar en sedimenteringsbassäng med sådant ojämnt sedimenterande slam varvid motsvarande detaljer och zoner åsatts samma beteckningar som i figur 1. Sedimenteringsbassängen har en inloppsränna Ä för slambemängt vatten 5 samt ett bräddavlopp 6 över vilket klar vätska 7 avrinner till en uppsamlinfs- ränna 8. Som synes är fastgodsavsättningen högst olika i olika delar av sedi- menteringsbassängen och om man använder en dränkbar pump eller motsvarande, vilken får följa en bana över bassängbotten för att avlägsna sedimenterat ma1erial,kommer denna att pumpa ett betydligt mera utspätt slam i närheten av utloppsändan än i närheten av inloppsändan,om icke särskilda reglerings- åtgärder vidtages.

Figur 3 visar hur de olika nivåerna i det sedimenterade godset kommer att ligga i området kring en i sedimentbädden nedsänkt dränkbar pump. På grund av vätskans och sedimentbäddens viskositet kan det ej ske någon jämn avsänkning av de olika nivåerna utan samtliga gränsytor kommer att sänkas lokalt i området omkring pumpen. I figur 3 visas en förflyttbar bäranordning, i detta fall en på vätskeytan 3 flytande flotte 9 med en hissanordning 10 med en lina eller dylikt ll vilken höj- och sänkbart uppbär en dränkbar pump 12 bestående av en motordel 13, pumphus lä och ett sugmunstycke 15. Det pumpade slammet bortföres med en ledning 16 vilken förbinder pumpen med bäranordningen och undan iortsüttes av en annan ledning 17 vilken förbinder den flyttbara bär- anordningen med en ej visad på fast mark belägen mottagningsanläggning S 7999739-o för uppumpat slam. Den llyttbara bäranordningen förflyttas med ej visade linor över sediucntbassängens yta. Vidare finnes ledningar till hissanord- ningen, pumpmotorn samt mät- och reglerutrustning. Dessa kan lämpligen vara anordnade längs mtd pumpledningen. Ledningen 17 vilar på pontoner 18. l figur 3 visas utöver gränsytorna mellan de olika zonerna även linjer l9 och 20 vilka visar skikt med samma fastämneskoncentration inom kompressions- zonen och övergângszonen. Av figuren framgår att vid detta speciella tillfälle har pumpningen fortgått alltför långt så att stora mängder utspätt slam från övergångszonen C pumpas upp. Detta kan emellertid undvikas genom att avkänna fastämneskoncentrationen eller en proportionellt med denna varierande fysi- kaliska storhet på åtminstone en punkt i anslutning till sugmunstycket samt att med hjälp av en regleranordning styra pumpningshastigheten och/eller sug- munstyckets rörelsehastighet enligt uppfinningen.

Genom att välja mätpunkten och det eller de tröskelvärde(n) för mätvärdet vid vilket en impuls från regleranordningen utgår på lämpligt sätt, blir det då möjligt att styra pumpníngsförloppet så att språngskiktet mellan kompressions- zonen D och övergångszonen C kommer att befinna sig ovanför sugmunstyckets 15 intagsöppning. Belägenheten av mätpunkten och storleken på det eller de tröskel- värde(n) för den avkända fastämneskoncentrationen då regleranordningen ändrar på slampumpningsanordningens driftsbetingelser bestämmas i varje särskilt fall med hänsyn till det sedimenterande godsets karaktär och önskad fastämneskoncen- tration i det uppumpade godset.

För att få en tillfredsställande kontroll kan det ibland vara nödvändigt att avkänna fastämneskoncentrationen på mer än en punkt i anslutning till sug- munstycket varvid dessa punkter kan ligga på samma eller avvikande nivå och de reglerimpulsutlösande tröskelvärdena kan vara samma eller ha avvikande storlek. l figur 3 visas en anordning som vid praktiska driftförsök givit mycket goda driftsresultat. Anordningen innefattar en bärarm 21 fäst på den dränk- bara pumpen 12, vilken uppbär en s.k. nivåvippa 22 via ett böjligt element 23.

Denna nivåvippa innehåller en kvicksilverströmbrytare vilken sluter en ström- krets när den päronformade nivävippan tippar över från lodlinjen med en viss vinkel. Detta sker då tätheten hos den suspension, som omger nivåvippan, är högre än nivâvippans egen täthet, alternativt i det fall när pumpen och vippan rör sig genom slammet den kombinerade effekten av slammets täthet och frik- tionen mellan det viskösa slammet och nivåvippan är tillräcklig för att luta nivåvippan och sluta strömmen. 7909739-0 6 På det i figur 3 visade exemplet hade det varit lämpligt att nivåvippan och regleranordningtn varit så anordnade att språngskiktet mellan kompressions- zonen och övergångszonen legat på den nivå som antydes med den streckade linjen Zh.

Signalerna visande den på beskrivet sätt avkända fastämneskoncentrationen kan användas till att reglera pumpsystemet på flera sätt. Man kan exempelvis reglera den pumpade slammängden genom varvtalsreglering av pumpen, strypning av pumpledningen eller rentav stoppa pumpen helt. Ett annat sätt är att reglera pumpens rörelsehastighet över bassängbotten vilken kan ske steglöst eller genom växling mellan olika frammatningshastigheter inklusive stillastående.

Vid lägre röreisehastighet hos pumpen blir inverkan av slamsuspensionens friktion mot nivåvippan mindre vilket medför att strömmen slutes vid en större godstäthet. Den dränkbara pumpen pumpar dels ett tjockt slam vilket ligger framför pumpen i rörelseriktningen och under densamma dels ett tunnare slam som suges ned bakom pumpen i rörelseriktningen och eventuellt från den sida om pumpen där pumpen nyligen har pumpat upp sedimenterat material. Det visar sig härvid att det tjockare material som pumpats vid lägre rörelsehastighet på pumpen delvis kompenseras av att samtidigt en större mängd av tunnare material pumpas. På detta sätt undvikas vanligen att pumpen suger upp så tjockt material att detta ej är pumpbart.

När pumpen framföres intill en bana som nyligen pumpats ren från slam måste mätningen av fastämneskoncentrationen ske på motsatt sida om pumpen eller eventuellt framför pumpen i rörelseriktningen. I det fall när pumpen hänger fritt roterbart i vätska blir det då nödvändigt att fästa flera mät- anordningar på pumpen så att åtminstone någon kommer att befinna sig i en tidigare ej pumpad slambädd.

Figur 4 visar en anordning i huvudsak som anordningen enligt figur 3 men i detta fall innehåller reglersystemet även anordningar med vars hjälp sug- munstycket kan fås att följaen ívertikal led oregelbunden bottenkontur. I figuren har här motsvarande sifferbeteckningar åsatts motsvarande komponenter.

För att göra figuren mera överskådlig har det sedimenterade godset och de olika zonerna i detta utelämnats i figuren. Förutom en eller flera anordningar 22 för avkänning av fastämneskoncentrationen erfordras även en anordning 25 för avkänning av sedimenteringsbassängens botten 1. Från fastämneskoncentra- tionsavkännaren 22 och bottenavkännaren 25 går det med streckade linjer antydda ledningar 26 och 27 till en med en rektangel 28 generellt antydd reglerings- anordning för slampumpningsanordningen. Från regleringsanordningen går det ledningar 29 till slampumpens ej visade anordning för horisontell för- flyttning vílka ledningar 29 överför impulser som styr nämnda horisontella förflyttning. Vidare går det ledningar 30 till hissanordningen 10 för den 7 7909739-o di*'lhara pu~pfln och dess sugmunstycke, vilken ledning överför impulser, vilka styr pumptns vvrtikala rörelser genom hissunordningen 10. Pumpcns horisontella oth vertikala rörelser kan styras på flera sätt inom uppfinning~ ens ram, exempelvis kan en signal från fastämneskoncentrationsavkännaren 22 som visar en låg fastämneskoncentration ge upphov till en impuls för sänkning av pumpen vilken sänkning avbrytes när endera fastämneskoncentrationen över- stiger ett tröskelvärde eller en signal från bottenavkännaren 25 visar att sedimentationsbassängens botten är nådd. I det fall då fastämneskoncentra- tionen överstiger tröskelvärdet stannar pumpen kvar i samma läge tills tröskelvärdet ånyo understiges ooh det ovan beskrivna förloppet upprepas till dess att en signal från bottenavkännare 25 visar att pumpen nått bassängbotten.

Då pumpen nått bassängbottnen kan lämpligen pumpen höjas så mycket att botten~ avkännaren går fri och ej hindrar pumpens horisontella rörelser varefter pumpens horisontella rörelser återupptages i den takt reglersystemet bestämncr beroende på signaler från fastämneskoncentrationsgivaren 22. Nedsänkning av pumpen till sedimentationsbassängens botten l kan lämpligen ske vid vissa intervall i tid eller horisontell förflyttning så att sedimenterat material kontinuerligt avlägsnas från bassängbottnen 1. Denna vertikala förflyttning måste givetvis kombineras med den horisontella rörelsen, så att då sugmun- stycket befinner sig nära botten kommer den avkända fastämneskoncentrationen endast att påverka sugmunstyckets horisontella rörelser. Vidare kan systemet innefatta en minsta horisontell rörelsehastighet.

Vid en anläggning av denna typ kan det med fördel användas mer än en fastämneskoncentrationsavkännare eller en fastämneskoncentrationsavkännare som avkänner mer än en fastämneskoncentrationsnivâ, exempelvis en nivâvippa med kvicksilverströmbrytare innehållande flera elektroder vilka avkänner olika stor lutning hos nivåvippan.

Figur 5 visar en föreslagen anordning för avkänning av bassängbottnen, vilken är monterad på pumphuset lb i anslutning till sugmunstycket IS. An- ordningen utgöres av en ring 31 vilken omsluter sugmunstycket 15. Pâ ringen är fastsatt exempelvis fyra plattjärn eller dylikt 32 med sin största utsträckning i radiell led i förhållande till sugmunstycket,vilka plattjärn 32 sträcker sig ned under sugmunstyckets 15 intagsöppning. Ringen är fastsatt på en arm 33 vilken leder till en i genomskärning visad givare Bh. Armen 33 är fjäd- rande fäst i givaren BÅ med ett insättningselement 35. Givaren innehåller en strömbrytare 36 vilken sluter strömmen i ledningarna 27 men kan även utgöras av någon annan form av givare exempelvis en kapacitiv givare. När pumpen sänkas ned till bassängens botten kommer plattjärnet 32 att ta i bassäng- botten varvid ringen 31 och armen 33 böjes uppåt så att strömmen slutes av stiümbiyiaren 36. Det går då en signal till regleranordningen vilken ger en impuls som avbryter nedsänkningen av pumpen.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 7909739-0 FåÉÉEÉÉI°Y_

1. förfarande för att suga upp i en sedimenteringshassäng (1, 2) sudimcn~ terat material vid sådana anordningar för slampumpning, vilka innefattar en pumpanordning (13, 14), ett sugmunstycke (15) och en förflyttbar bäranordning (9, 10, 11) för åtminstone sugmunstycket (15) samt en regleranordning (28) för styrning av pumpningshastigheten och/eller sugmunstyckets rörelser, k ä n n e - t e c k n a t av att regleranordningens (28) ingående signal är beroende av lutningen på en fritt upphängd mätkropp (22) för avkänning av fastämneskon- centration, vilken mätkropp (22) är fast förbunden med sugmunstycket (15) och medföljer detta i dess rörelser.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att mätkroppen (22) för avkänning av fastämneskoncentration påverkas av omgivande slamsus- pensions lyftkraft eller den kombinerade effekten av slamsuspensionens lyft- kraft och friktionen mellan det viskösa slammet och mätkroppen, då sugmun- stycket (15) och mätkroppen (22) är i rörelse.

3. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att en styrsignal utgår från regleranordningen (28) då fastämneskoncentrationen i den mätkroppen (22) omgivnade slamsuspensionen ligger inom ett intervall som motsvarar kompressionszonen (D), övergângszonen(C) eller sprângskiktet däremellan.

4. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e_t e c k n a t av att fastämnes- koncentrationen avkännes på åtminstone en punkt, vilken är högre belägen än sugmunstyckets (15) intagsöppning. 1

5. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att fastämneskoncentrationen avkännes på mer än en punkt, varvid dessa punkter kan ligga på samma eller avvikande nivå och de reglerimpulsutlösande tröskelvärdena för fastämneskoncentrationen kan vara lika eller ha avvikande storlek.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att reglersystemet (28) styr den pumpade slammängden, exempelvis genom strypning av pumpflödet, varvtalsreglering av pumpen (13, 14) eller stoppande av pumpen (13, 14). 15 20 25 30 7909739-0 9

7. 1. fiiftrsr- t e c k n a t av att regieranordningen (28) styr sugmnnstyckets (15) horison- ie11a och/eiier veitikaia röreisehastighet inkiuderande stiiiastñende ti11 riktning och sforiek beroende pà den avkända fastämneskoncentrationen och io tnligt nagot e11er nagra av íoicgçendt krav, k E n n e ~ ett program för sugmunstyckets (15) röre1ser.

8. förfarande eniigt något e11er några av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att sedimenteringsbassängens botten (1) e11er en på denna botten avsatt kompakt sedimentbädd (E) avkännes på i och för sig känt sätt och att sugmunstyckets (15) röreïser styres beroende på avståndet me11an sugmunstycket oth bottnen (1) eiier den kompakta sedimentbäddens (E) överyta.

9. Anordning för genomförande av förfarandet eniigt krav 1 vid sådana siampumpningsanordningar för att suga upp i en sedimenteringsbassäng sedi~ menterat materiaï, viika innefattar en pumpanordning (13, 14), ett sugmun~ stycke (15) och en förfiyttbar bäranordning (9, 10, 11) för åtminstone sug- munstycket (15) och en regieranordning (28) för styrning av pumpningshastig- heten och/eiier sugmunstyckets röreiser, k ä n n e t e c k n a d av åtminstone en med sugmunstycket (15) fast förbunden fritt upphängd mätkropp (22) för avkänning av fastämneskoncentration, viiken mätkropp har högre täthet än vätskan i sedimenteringsbassängen och bringas att iuta genom inverkan av endera vätskarsoch det i denna sedimenterande materiaiets iyftkraft eiier den kombinerade effekten av s1amsuspensionens iyftkraft och friktionen meiian det viskösa siammet och mätkroppen, då sugmunstycket (15) och mätkroppen (22) är i röreise, samt ett indikerande organ, viiket avger en signai eiier signaïer ti11 regieranordningen (28) beroende på graden av påverkan pâ mätkroppen (22), viiken signai åtminstone indikerar att ett visst tröskeivärde e11er vissa tröskeivärden över- och/e11er underskrides.

10. Anordning eniigt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att mätkroppen (22) utgöres av en fiytkropp med en kvicksiiverströmbrytare med ett e11er fiera brytiägen, som motsvarar bestämda iutningsvinkïar på fiytkroppen.