DE102008022316A1

DE102008022316A1 - Verfahren zur Messung von Größen in einem Speicherbauwerk

Info

Publication number: DE102008022316A1
Application number: DE200810022316
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Löbig; Alexander Elsner
Original assignee: BGU UMWELTSCHUTZANLAGEN GmbH; BGU-UMWELTSCHUTZANLAGEN GmbH
Current assignee: BGU UMWELTSCHUTZANLAGEN GmbH; BGU-UMWELTSCHUTZANLAGEN GmbH
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2009-11-05

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Messung von Größen in einem Speicherbauwerk (12), die in Zusammenhang mit der in dem Speicherbauwerk (12) gestauten Wassermenge stehen, vorgestellt, bei dem in einem Drosselorgan (10) mindestens eine physikalische Größe eines hydromechanischen Regelkreises aufgenommen wird, anhand derer die Größe, die in Zusammenhang mit der in dem Speicherbauwerk (12) gespeicherten Wassermenge steht, bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung bzw. Bestimmung von Größen in einem Speicherbauwerk, wobei die zu messenden bzw. zu bestimmenden Größen in Zusammenhang mit der in dem Speicherbauwerk gestauten Wassermenge stehen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Messeinrichtung und ein Drosselorgan zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens.
In Speicherbauwerken werden Mengen an Schmutzwasser, Mischwasser und/oder Oberflächenwasser zwischengespeichert, um dieses zeitverzögert und bedarfsgerecht einer Reinigungsstufe in einem Klärwerk oder auch dem Wasserkreislauf zuführen zu können. Für den einwandfreien Betrieb des Speicherbauwerks ist es dabei zweckmäßig, bestimmte Größen, die in Zusammenhang mit der in dem Speicherbauwerk gespeicherten Wassermenge stehen, zu bestimmen.
So ist u. a. eine vorzugsweise kontinuierliche Messung der Abflussmenge von bspw. Misch-, Schmutz oder Regenwasser aus einem Speicherbauwerk, insbesondere auch in einer Trockenwetterphase, zweckmäßig. Weiterhin sollte es möglich sein, die Einstauhöhe im Speicherbauwerk, insbesondere im Fall eines Regenereignisses, zu bestimmen.
Die üblicherweise zur Messung der Abflussmenge verwendeten Messeinrichtungen sind separat den Drosselorganen vor- oder nachgeschaltet und benötigen einen zu dem Einbauraum des Drosselorgans zusätzlichen räumlichen und baulichen Auf wand, wie bspw. einen IDM-Schacht mit Beruhigungsstrecke und ein Dükerbauwerk, eine Venturi-Rinne usw.
Die Messeinrichtung zur Bestimmung der Einstauhöhe ist regelmäßig im Speicherbauwerk selbst untergebracht. Diese wird üblicherweise entweder über eine Ultraschall-Sonde in Deckennähe oder eine Drucksonde in Sohlnähe des Speicherbauwerks bestimmt. Dabei ist jedoch zu beachten, dass, um eine Ultraschall-Höhenmesseinrichtung einsetzen zu können, die Höhe des Speicherbauwerks mindestens um die Bauhöhe des Ultraschall-Sensors zuzüglich der verfahrensbedingten Blockdistanz höher als der maximal zu erwartende Wasserspiegel sein muss. Dies sind in den meisten Fällen mehr als 0,5 m, die zusätzlich erforderlich sind.
Die Verwendung einer Drucksonde in Sohlnähe ist im Mischwasser grundsätzlich problematisch, da sich diese mit der Zeit und/oder auch kurzfristig zusetzen kann und dann fehlerhafte oder überhaupt keine Messwerte liefert.
Aus der Druckschrift DE 197 48 216 A1 ist bspw. ein Entwässerungssystem mit einem Klärwerk bekannt, das mindestens eine darin angeordnete Einrichtung zur Durchflusseinstellung durch Veränderung einer Überlaufhöhe aufweist.
Die Druckschrift DE 198 48 770 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zu Erfassung von Änderungen der Flüssigkeitsmenge in einem Kanal- oder Speichersystem. Bei diesen wird ein Auftriebskörper in einen Prüfschacht eingebracht und dort zumindest teilweise in Flüssigkeit eingetaucht. Dabei ist der Auftriebskörper über eine Kraftübertragung mit einer Wägeeinrichtung gekoppelt, die wiederum eine von dem Auftriebskörper ausgeübte Betätigungskraft erfasst.
Eine Sensor-Pendelhalterung, die zur Anwendung bei fließenden, verschmutzten Messmedien, wie bspw. in Abwässer-Gerinnen, kommt, ist in der Druckschrift DE 35 18 870 A1 beschrieben. Der vorgestellte Sensor ist am unteren Ende eines um eine Achse frei pendelnd aufgehängten Arms befestigt. Durch eine Abkröpfung des Pendelarms im Bereich der Sensorbefestigung und durch Anbringen eines Gegengewichts taucht der Sensor im Betrieb mit einer Schräglage von maximal 50° zur Horizontalen in das Messmedium ein, so dass auftreffende Verunreinigungen abgleiten und sich nicht ansammeln können.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Messung von Größen in einem Speicherbauwerk, die in Zusammenhang mit der in dem Speicherbauwerk gestauten Wassermenge stehen. Das heißt, dies sind Größen, insbesondere physikalische Größen, die eine Aussage zu der Wassermenge, wie bspw. den Wasserstand bzw. die Wasserhöhe oder zu einer Änderung des Wasserstands, ermöglichen. So kann bspw. auch die Abflussmenge bzw. der Durchfluss oder die Durchflussmenge durch ein Drosselorgan bestimmt werden.
Dieses Drosselorgan dient dazu, die Abflussmenge aus dem Speicherbauwerk zu steuern bzw. zu regeln, indem durch das Drosselorgan Wasser abfließt. Die Erfindung zeichnet sich gerade dadurch aus, dass in einem Drosselorgan mit einer Messeinrichtung eine physikalische Größe eines hydromechanischen Kreises, insbesondere eines hydromechanischen Regelkreises, aufgenommen wird. Anhand dieser aufgenommenen physikalischen Größe wird die Einstauhöhe in dem Speicherbauwerk, d. h. die Größe, die der Wassermenge zugeordnet ist, bestimmt.
Der hydromechanische Kreis bzw. Regelkreis umfasst die in dem Speicherbauwerk enthaltende Wassermenge mit den Zuflüs sen und Abflüssen, das bedeutet, den Drosselorganen als mechanische Bauteile in diesem Kreislauf. Mit diesem Kreislauf oder Regelkreis wird die Abflussmenge aus dem Speicherbauwerk geregelt. Hierbei wird nun in zumindest einem der vorgesehenen Drosselorgane oder gar in allen Drosselorganen eine Größe des hydromechanischen Kreises aufgenommen.
Die vorgestellte Messeinrichtung kommt zum Einsatz in einem Drosselorgan eines Speicherbauwerks und dient zur Aufnahme einer Größe des hydromechanischen Kreises, die zur Bestimmung einer Größe, die in Zusammenhang mit der in dem Speicherbauwerk gespeicherten Wassermenge steht, herangezogen wird. Dies kann bspw. die Einstauhöhe bzw. Wasserhöhe oder eine Abflussmenge sein.
Somit ist die Messeinrichtung in einem Drosselorgan integriert, das bspw. die Abflussmenge aus dem Speicherbauwerk regelt. Es wird dabei aber nicht auf handels- oder branchenübliche Durchflussmengen- oder Druckmessgeräte zurückgegriffen, die zusätzlich zu dem Drosselorgan eingebaut werden.
Es werden hingegen an geeigneten Stellen des Drosselorgans innere Kräfte, Beschleunigungen, Lasten und Momente sowie Schwingungen des hydromechanischen Regelkreises aufgenommen, aus denen Rückschlüsse bspw. auf die Durchflussmenge und den anstehenden Wasserdruck bzw. die Einstauhöhe im vorgeschalteten Speicherbauwerk gewonnen werden können.
In Ausgestaltung werden Kraft-, Momenten-, Dehnungs- und/oder Druckmesszellen am Drosselorgan angeordnet, und zwar sowohl innerhalb des mechanischen Hebelgetriebes des Drosselorgans als auch an Stellen, an denen durch die Umlenkung bzw. die Richtungsänderung des Wassers bzw. von Wasserströmen am Drosselorgan Impulskräfte entstehen. Wei terhin kann über hydrostatische Messzellen die Fließhöhe im Querschnitt des Drosselorgans bestimmt werden.
Es können außerdem durch Bestücken des Drosselorgans mit Beschleunigungs- und/oder Schwingungssensoren an geeigneten Stellen und entsprechender Auswertung sowie Kombination der Signale weitere Informationen, wie bspw. über Wasserdruck, Fließgeschwindigkeit, und andere wichtige Parameter direkt am Drosselorgan gewonnen werden.
Die beschriebene Messeinrichtung dient insbesondere zur Durchführung eines vorstehend erläuterten Verfahrens und ist in einem Drosselorgan eines Speicherbauwerks anzuordnen und umfasst mindestens eine Messzelle. Sind mehrere Messzellen vorgesehen, so können diese an unterschiedlichen, geeigneten Stellen im Drosselorgan vorgesehen sein. Als Messzellen können Zellen zur Kraftmessung, Momentenmessung, Dehnungsmessung, Schwingungsmessung, Bewegungsmessung und/oder Beschleunigungsmessung vorgesehen sein.
Die vorgestellte Messeinrichtung hat zumindest in den vorgestellten Ausführungsformen eine Reihe von Vorteilen, nämlich eine einfache und robuste Messtechnik, die ohne großen Aufwand nachrüstbar ist, und sehr genaue, wiederholbare Messergebnisse erzielt.
Das erfindungsgemäße Drosselorgan umfasst zumindest eine Messeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art und kommmt insbesondere bei der Durchführung des dargelegten Verfahrens zum Einsatz.
Bei dem Drosselorgan kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Messzelle innerhalb eines mechanischen Hebelgetriebes des Drosselorgan und/oder an einer Stelle angeordnet ist, an der durch Umlenkung bzw. Richtungsänderung des Wassers an dem Drosselorgan Impulskräfte entstehen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
1 zeigt eine Ausführungsform des vorgestellten Drosselorgans in einer schematischen Darstellung.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Drosselorgans ebenfalls in einer schematischen Darstellung.
Die in der 1 dargestellte Ausführungsform des Drosselorgans ist insgesamt mit der Bezugsziffer 10 versehen und wird als Waage-Drossel bezeichnet.
Die Darstellung zeigt ein Speicherbauwerk 12, ein Drosselgehäuse 14, eine Schanze 16, eine Wiegerinne 18, ein Strahlblech 20, einen Drosselschacht 22, ein Viergelenk-Getriebe 24, ein Segmentschütz 26 und ein Regelgewicht 28. Das Regelgewicht 28 ist in einer oberen Position 28a und einer unteren Position 28b gezeigt. In der oberen Position ist das Segmentschütz 26 geschlossen. In der unteren Position 28b ist das Segmentschütz 26 geöffnet.
Bei dem dargestellten Drosselorgan 10 fließt Wasser aus dem Speicherbauwerk 12 durch das Drosselgehäuse 14, wo es über eine Schanze 16 geleitet wird und anschließend in Abhängigkeit des Wasserdrucks direkt auf die Wiegerinne 18 fällt oder über das Strahlblech 20 umgelenkt als Freistrahl auf die Wiegerinne 18 trifft und von dort in das Gerinne des Drosselschachts 22 stürzt und anschließend in das weitergehende Kanalnetz fließt. Hierbei werden die durch das Eigengewicht und/oder die Strahlkraft des Wassers in die Wiegerinne 18 eingeleiteten Kräfte bei dem Drosselorgan 10 über das Viergelenk-Getriebe 24 direkt mechanisch an das Segmentschütz 26 geleitet. Dieses Segmentschütz 26 stellt dann als Stellglied den Durchflussquerschnitt entsprechend der an dem Regelgewicht 28 vorgegebenen Abflussmenge ein.
In der praktischen Anwendung wird nunmehr an einer geeigneten Stelle 30 in die mechanische Verbindung zwischen der Wiegerinne 18 und dem Viergelenk-Getriebe 24 bspw. eine Kraft-Messzelle (nicht dargestellt) eingeschleift, was das Wiegen bzw. die kontinuierliche Kraftaufnahme und das Abgreifen eines Messignals an einem Punkt bzw. einer Stelle 30 des Drosselorgans ermöglicht, wobei über die dort auftretenden Kräfte direkt Rückschlüsse auf den momentanen Durchfluss und/oder die Einstauhöhe im Speicherbauwerk 12 gezogen werden können. Die Stelle 30 ist nur beispielhaft gezeigt. Es können auch andere Stellen verwendet werden. Es wird somit eine Größe des hydromechanischen Regelkreises im Drosselorgan 10 gemessen und dann zur Bestimmung von Größen des Speicherbauwerks 12, wie die Durchflussmenge und die Einstauhöhe im Speicherbauwerk 12, verwendet.
In 2 ist eine weitere Ausführungsform des Drosselorgans dargestellt, das insgesamt mit der Bezugsziffer 40 versehen ist und als Strahl-Drossel bezeichnet wird.
Die Darstellung zeigt ein Speicherbauwerk 42, ein Drosselgehäuse 44, eine gekrümmte Schanze 46, ein Strahlblech 48, ein Gerinne 50, ein Hebelgetriebe 52, ein Segmentschütz 54 und ein Regelgewicht 56.
Bei dem gezeigten Drosselorgan 40 strömt das Wasser aus dem Speicherbauwerk 42 ebenfalls durch das Drosselgehäuse 44, passiert die gekrümmte Schanze 46 und fließt insbesondere bei Trockenwetter im Freispiegel ohne Sohlsprung in die weitergehende Kanalisation.
Bei einem Einstau im Speicherbauwerk 42, d. h. bei einem erhöhten Wasserdruck, wird der Strahl von der Schanze 46 zuerst nach oben abgelenkt, trifft annähernd tangential auf das gekrümmte Strahlblech 48 und von dort als umgelenkter Freistrahl wieder in das weiterführende Gerinne 50. Die durch die Richtungsänderung des Wassers in das Strahlblech 48 eingeleitete Impulskraft wird auch bei der dargestellten Strahl-Drossel 40 über das Hebelgetriebe 52 direkt mechanisch an das Segmentschütz 54 weitergeleitet, das dann den Durchflussquerschnitt entsprechend der an dem Regelgewicht 56 vorgegebenen Abflussmenge einstellt.
Es wird an einer oder an mehreren geeigneten Stellen 58 des Drosselorgans 40 eine Druck- bzw. Kraftmesszelle angeordnet. So kann bspw. aus der gekrümmten Schanze 46 ein flächiges Stück der Krümmung in gewisser Weise ”herausgeschnitten” werden und anschließend elastisch abgedichtet und wieder eingefügt werden, so dass es als ein frei tragendes Teilstück der Schanze 46 wirken kann. Dieses Teilstück stützt sich dann auf seiner Rückseite auf einer Wagezelle (nicht dargestellt) als Kraftaufnehmer ab, so dass bei Trockenwetter-Durchfluss der der Fließhöhe entsprechende statische Druck des Wassers gemessen werden kann und bei Einstau die durch die Richtungsänderung des Wasserstrahls hervorgerufene Kraft direkt abgegriffen werden kann, die zur Geschwindigkeit und Dicke (Masse) des Wasserstrahls proportional ist.
Alternativ oder ergänzend kann bspw. zwischen dem Strahlblech 48 und dem Hebelgetriebe 52 eine Einrichtung zur Kraftmessung angeordnet sein, die die von dem Wasserstrahl erzeugte Kraft aufnimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19748216 A1 [0007]
- DE 19848770 A1 [0008]
- DE 3518870 A1 [0009]

Claims

Verfahren zur Messung von Größen in einem Speicherbauwerk (12, 42), die in Zusammenhang mit der in dem Speicherbauwerk (12, 42) gestauten Wassermenge stehen, bei dem in einem Drosselorgan (10, 40) mindestens eine physikalische Größe eines hydromechanischen Regelkreises aufgenommen wird, anhand derer die Größe, die in Zusammenhang mit der in dem Speicherbauwerk (12, 42) gespeicherten Wassermenge steht, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Abflussmenge durch das Drosselorgan (10, 40) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Einstauhöhe in dem Speicherbauwerk (12, 42) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als physikalische Größe des hydromechanischen Regelkreises eine innere Kraft aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem als physikalische Größe des hydromechanischen Regelkreises eine Beschleunigung aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem als physikalische Größe des hydromechanischen Regelkreises eine Schwingung aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem als physikalische Größe des hydromechanischen Regelkreises eine Impulskraft aufgenommen wird.
Messeinrichtung, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die in einem Drosselorgan (10, 40) eines Speicherbauwerks (12, 42) anzuordnen ist und die mindestens eine Messzelle umfasst.
Messeinrichtung nach Anspruch 8, die eine Messzelle zur Kraftmessung umfasst.
Messeinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, die eine Messzelle zur Momentenmessung umfasst.
Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, die eine Messzelle zur Dehnungsmessung umfasst.
Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, die eine Messzelle zur Beschleunigungsmessung umfasst.
Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, die eine Messzelle zur Druckmessung umfasst.
Drosselorgan für ein Speicherbauwerk (12, 42) mit einer Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13.
Drosselorgan nach Anspruch 14, bei dem mindestens eine Messzelle innerhalb eines mechanischen Hebelgetriebes des Drosselorgans (10, 40) angeordnet ist.
Drosselorgan nach Anspruch 14 oder 15, bei dem mindestens eine Messzelle an mindestens einer Stelle angeordnet ist, an der durch Umlenkung bzw. Richtungsänderung des Wassers an dem Drosselorgan Impulskräfte entstehen.