DE20100520U1

DE20100520U1 - Anordnung zur Begrenzung des Durchflusses durch den Auslauf eines Flüssigkeitsbehälters, z.B. eines Regenrückhaltebeckens

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Publication number: DE20100520U1
Application number: DE20100520U
Authority: DE
Original assignee: Bionik Innovative Technik fuer die Umwelt GmbH
Current assignee: Bionik Innovative Technik fuer die Umwelt GmbH
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2011-01-13

Description

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DIPL.-ING. F. W. MOLL · DIPL.-ING. H. CH. BITTERICH ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT LANDAU/PFALZ

11.01.2001 M/Mr.

BIONIK GmbH - Innovative Technik für die Umwelt, 65232 Taunusstein

Anordnung zur Begrenzung des Durchflusses durch den Auslauf eines Flüssigkeitsbehälters, zum Beispiel eines Regenrückhaltebeckens

KORRESPONDENZ KANZLEI BWKVgIBINDUNGEN

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TELEGRAMME INVENTION FAX 0 63 41 / 2 Q3 56 275 62-676 (BLZ 545 100 67)

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Begrenzung des Durchflusses durch den Auslauf eines Flüssigkeitsbehälters, zum Beispiel eines Regenrückhaltebeckens oder dergleichen in Abhängigkeit von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels.

In Mischwasserkanälen werden zur Verminderung des Zulaufs zur Kläranlage bei Regen und zur Speicherung oder auch zur Klärung des Regenabflusses vor Einleitung des Regenwassers in den Vorfluter sogenannte Regenentlastungen angeordnet. Zu solchen Regenentlastungen gehören neben einfachen Regenüberläufen vor allem Regenrückhaltebecken, Regenüberlaufbecken bzw. Kanalstauräume mit Entlastung und Regenwasserklärbecken. Regenrückhaltebecken beispielsweise speichern die großen Wassermengen, die bei starken Regenfällen plötzlich abfließen und geben sie langsam und gedrosselt wieder ab.

Ein Problem bei Bau und Betrieb solcher Regenentlastungen liegt in der Begrenzung des Abflusses, wofür verschiedene Arten von Drosselanlagen bekannt sind. Durch solche Drosselanlagen soll gewährleistet werden, dass auch bei starken Regenfällen der Wasserabfluss möglichst konstant bleibt. Drosselanlagen dieser Art sollen möglichst selbsttätig und wartungsfrei arbeiten.

In diesem Zusammenhang sind hydraulisch-mechanisch arbeitende Drosselorgane bekannt, die meist im Rückhaltebecken selbst vor der Auslauföffnung angeordnet werden. Die Bewegung des Drosselorgans, zum Beispiel einer Drosselblende oder eines Drosselschiebers, wird dabei in Abhängigkeit von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels durch einen Schwimmer gesteuert, der mittels Übertragungselementen mit dem Drosselorgan bewegungsschlüssig verbunden ist (EP-A 0 132 775). Das Drosselorgan verändert so unmittelbar den Querschnitt der Auslauföffnung. Da die Drosselanlage im Betrieb unter Wasser arbeitet, ist sie Verschmutzungen und Korrosionserscheinungen stark ausgesetzt; außerdem können etwaige

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Verstopfungen der Auslauföffnung nicht oder nur mit großen Anstrengungen beseitigt werden.

Neben dem Einsatz von Schwimmern zur Steuerung einer Regelvorrichtung für den Abfluss einer Flüssigkeit aus einem Behälter ist es auch schon bekannt geworden, die Druckdifferenz zwischen dem hydraulischen Druck in einem dem Ablaufkanal zugeordneten Druckraum und demjenigen in einem Druckraum auszunutzen, der mit dem Ablaufkanal über einen Saugkanal verbunden ist, in dem infolge der Strömungsgeschwindigkeit der ablaufenden Flüssigkeit sich ein gegenüber dem im Ablaufkanal herrschenden Druck reduzierter Druck einstellt (EP 0 323 393 A2). Zwischen beiden Druckräumen ist ein um eine horizontale Achse schwenkbarer Druckaufnehmer angeordnet, der entsprechend der beim Ablauf eintretenden Druckdifferenz Schwenkbewegungen ausführt, die über ein Gestänge auf ein den Ablaufkanal freigebendes oder teilweise verschließendes Drosselorgan übertragen werden. Da hier nur die Druckdifferenz zwischen dem in dem Behälter herrschenden hydraulischen Druck und dem infolge Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit aus dem Ablaufkanal reduzierten Druck im Saugkanal ausgenützt wird, reicht die hieraus resultierende Kraft nicht für eine zuverlässige Steuerung der Drosselorgans aus. Außerdem arbeitet auch hierbei das Drosselorgan unter Wasser, ist also Verschmutzungen und Korrosionserscheinungen ausgesetzt.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine von der Stauhöhe der gespeicherten Flüssigkeit abhängige Möglichkeit der Beeinflussung des Abflusses aus einem derartigen Flüssigkeitsbehälter anzugeben, die möglichst ohne bewegte Teile auskommt, die also Verschmutzungen und Korrosionserscheinungen nicht in dem Maße ausgesetzt ist wie Drosselanlagen mit bewegten Teilen und die auch möglichst nicht der Gefahr von Verstopfungen unterliegt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Anordnung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung baut auf der bekannten Bernoullischen Gleichung auf, deren wesentlicher Inhalt die Erkenntnis ist, dass längs eines Stromfadens der Druck abnimmt, wenn die Geschwindigkeit wächst und umgekehrt. Hieraus abgeleitet liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, im Ablaufbereich eines gattungsgemäßen Flüssigkeitsbehälters eine stationäre Strömung zu erzeugen und durch Verengung des Strömungsquerschnitts an einer Stelle die Strömungsgeschwindigkeit so zu erhöhten, dass durch den dadurch bedingten Druckabfall der draußen herrschende atmosphärische Luftdruck unterschritten wird, so dass über eine im Bereich dieser Verengung mündende Belüftungsleitung Luft angesaugt wird, die sich der strömenden Flüssigkeit beimischt. Durch diesen Effekt wird je nach der Menge der Luftzumischung der Widerstand in dem Reaktionsrohr vergrößert, in dem eine Zweiphasenströmung aus Wasser und Luft herrscht, so dass eine Durchflussreduzierung ohne aktive Querschnittsveränderung erreicht wird, wie sie bei bekannten Drosselorganen eintritt. Damit ist im Auslaufbereich des Flüssigkeitsbehälters immer der gleiche große Querschnitt vorhanden, so dass auch relativ große Schmutzteile im Abwasser den Auslauf ohne Blockade durchströmen können. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das Abwasser belüftet wird.

Voraussetzung für den Eintritt der Wirkung der Erfindung ist allerdings, dass der Flüssigkeitsstrom so groß ist, dass auch am Rohrende der gesamte Querschnitt ausgefüllt ist. Um diesen Zustand schon bei möglichst kleinen Durchflussmengen bzw. geringen Füllhöhen im Speicher zu erreichen, ist es sinnvoll, das Reaktionsrohr um den Winkel &agr; steigend zu verlegen. Um zugleich den Trockenwetterabfluss sicherzustellen, ist im Bereich der Sohle des steigend verlegten Reaktionsrohres eine Trockenwetterrinne mit üblichem Gefälle vorzusehen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung den Auslaufbereich eines mit einer erfindungsgemäßen Anordnung ausgestatteten Behälters,

Fig. 2 den zentralen Teil der erfindungsgemäßen Anordnung im Längsschnitt in größerem Maßstab,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie Ill-Ill in Fig. 2,

Fig. 4 ein Diagramm des Durchfluss- und Ansaugverhaltens der erfindungsgemäßen Anordnung in Abhängigkeit von der Füllhöhe im Flüssigkeitsbehälter und

Fig. 5 ein Diagramm der erfindungsgemäßen Durchflussreduzierung infolge der Luftbei mischung.

Fig. 1 zeigt in einem schematischen Längsschnitt den Auslaufbereich eines Behälters 1 mit einer Behälterstirnwand 2 und einer Behältersohle 3. Im Bereich der Behälterstirnwand 2 befindet sich im Sohlbereich die Auslauföffnung 4. Vor der Auslauföffnung 4 liegt ein Auslaufröhr 5 mit einem die erfindungsgemäße Verengung des Durchflussquerschnitts umfassenden Einbauteil 6, das sich in ein die Behälterwand 2 durchdringendes Reaktionsrohr 7 fortsetzt. Der Flüssigkeitsspiegel im Behälter 1 hat die Höhe H; Auslaufrohr 5 und Reaktionsrohr 7 haben den Durchmesser D. Das Reaktionsrohr kann um den Winkel &agr; steigend verlegt sein. An das Einbauteil 6, das den zentralen Teil der Erfindung darstellt und in den Fig. 2 und 3 in größerem Maßstab gezeigt ist, schließt ein Belüftungsrohr 8 an, das über den Flüssigkeitsspiegel hinausreicht.

Wie die Fig. 2 und 3 erkennen lassen, ist in das Einbauteil 6, das zweckmäßigerweise aus einem Abschnitt 9 des gleichen Rohres besteht, aus dem auch Auslaufrohr 5 und Reaktionsrohr 7 bestehen, ein Sperrkörper 10 eingesetzt, der im Längsschnitt des Rohres gesehen die aus Fig. 2 erkennbare Form mit

oberwasserseitiger Abrundung 11 aufweist und, wie insbesondere Fig. 3 erkennen lässt, den oberen Bereich des Rohrquerschnitts mit horizontaler Unterkante 12 ausfüllt. Der Sperrkörper 10 ist von einem Querschlitz 13 durchsetzt, der in das Belüftungsrohr 8 mündet.

Im Betrieb muss das Auslaufrohr 5 so lang sein, dass sich in dem Bereich vor der durch den Sperrkörper 10 bewirkten Verengung eine stationäre einphasige Strömung einstellt, die durch einen Pfeil 14 angedeutet ist. Der Druck in dieser Strömung beträgt p. Infolge der durch den Sperrkörper 10 bewirkten Verengung des Strömungsquerschnitts wird gemäß der Bemoullischen Gleichung eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit erzeugt, die zu einem an dieser Stelle verminderten Strömungsdruck pmin führt. Wenn dieser Strömungsdruck p_mj_n kleiner ist als der atmosphärische Luftdruck po in der Umgebung, wird durch das Belüftungsrohr 8 und den Schlitz 13 selbsttätig ein Luftvolumen V_L angesaugt, das sich der Einphasenströmung 14 beimischt und zu einer Zweiphasenströmung (Pfeil 15) in dem anschließenden Reaktionsrohr 7 führt.

Damit sich in dem Auslaufrohr 5 vor der Verengung durch den Sperrkörper 10 eine stationäre Rohrströmung einstellen kann, sollte dessen Länge mindestens das etwa 0,5- bis 1-fache des Rohrdurchmessers D betragen. Da der beabsichtigte Effekt der Luftansaugung nur dann erreicht wird, wenn der Flüssigkeitsstrom so groß ist, dass der gesamte Querschnitt auch am Ende des Reaktionsrohres 7 noch vollständig ausgefüllt ist, ist es zweckmäßig, das Reaktionsrohr 7 um den Winkel &agr; steigend zu verlegen. Der Winkel &agr; kann etwa 2° betragen, ist die Länge des Reaktionsrohrs 7 größer als etwa das 20-fache des Rohrdurchmessers D, dann kann auf diese steigende Verlegung unter Umständen verzichtet werden. Bei steigender Verlegung des Reaktionsrohres 7 ist darauf zu achten, dass der Trockenwetterabfluss sichergestellt wird; dies kann dadurch erreicht werden, dass im Sohlbereich des Reaktionsrohres eine mit üblichem Gefälle verlaufende Trockenwetterrinne 16 angeordnet wird.

In dem Diagramm gemäß Fig. 4 sind das Durchflussverhalten Q [l/s] und das Luftansaugverhalten V_L [l/min] der erfindungsgemäßen Einrichtung insgesamt in Abhängigkeit von der Füllhöhe H [m] im Flüssigkeitsbehälter 1 und der Nennweite DN von Auslauf- und Reaktionsrohr 5, 7 dargestellt. Das Diagramm gemäß Fig. 5 zeigt zusätzlich ebenfalls in Abhängigkeit von der Füllhöhe H die Reduzierung der Durchflussmenge Q infolge der Luftbeimischung. Dabei entsprechen die gestrichelt dargestellten Kurven der einphasigen Strömung 14 und die ausgezogen dargestellten Kurven der zweiphasigen Strömung 15; die Reduzierung ist durch Pfeile angedeutet.

In beiden Diagrammen, denen Versuchsanordnungen zugrundeliegen, ist von einem Verhältnis von Länge L zu Durchmesser D des Reaktionsrohres von 20, einem Verhältnis &egr; der Querschnittsreduzierung durch die Verengung von 0,5 und einem Steigungswinkel &agr; des Reaktionsrohres von 2° ausgegangen worden. Hierin bedeuten &egr; = 0 eine totale Versperrung des Querschnitts und &egr; = 1 keine Versperrung

Claims

1. Anordnung zur Begrenzung des Durchflusses durch den Auslauf eines Flüssigkeitsbehälters, zum Beispiel eines Regenrückhaltebeckens oder dergleichen in Abhängigkeit von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) der Auslauf umfasst ein Auslaufrohr (5), durch das die Flüssigkeit in einphasiger stationärer Strömung mit dem Druck p strömt,

b) der Querschnitt des Auslaufrohres (5) weist an einer Stelle eine Verengung auf, die an dieser Stelle zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit führt,

c) die Verengung ist so bemessen, dass der durch die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit eintretende Druckabfall zu einem Strömungsdruck p_min führt, der geringer ist als der atmosphärische Luftdruck p₀,

d) im Bereich der Verengung mündet eine Belüftungsleitung (8), durch die entsprechend dem Druckunterschied zwischen dem Strömungsdruck p_min und dem Luftdruck p₀ Luft angesaugt und der strömenden Flüssigkeit beigemischt wird, die

e) in einem an das Auslaufrohr (5) anschließenden Reaktionsrohr (7) in zweiphasiger stationärer Strömung ausströmt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung lediglich im oberen Teil des Querschnitts des Auslaufrohres (5) angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung in Form eines den Rohrquerschnitt zum Teil ausfüllenden Sperrkörpers (10) ausgebildet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrkörper (10) oberwasserseitig abgerundet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungsleitung (8) den Sperrkörper (10) durchsetzt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungsleitung (8) den Sperrkörper (10) in einem Querschlitz (13) durchsetzt.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das an das Auslaufrohr (5) anschließende Reaktionsrohr (7) mit einer Steigung um den Winkel α verlegt ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsrohr (7) an der Sohle eine Rinne für den Trockenwetterabfluss mit üblichem Gefälle aufweist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Reaktionsrohres (7) mindestens etwa das 20-fache seines Durchmessers D beträgt.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslaufrohr (5) und das Reaktionsrohr (7) gleichen Querschnitt besitzen.