DE4020062A1 - Vakuumabsauganlage fuer fluessigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumabsauganlage für Flüssig­ keiten mit einer oder mehreren jeweils über ein Absaugventil an eine Vakuumleitung angeschlossenen, in Strömungsrichtung ansteigenden Absaugleitungen mit einer Eintrittsöffnung für die Flüssigkeit und einer Lufteintrittsöffnung, wobei die Steighöhe der Absaugleitung größer ist als die darin durch den Unterdruck der Vakuumleitung erzeugbare maximale Flüssig­ keitssäule.

Im Zusammenhang mit Vakuumabsauganlagen für Flüssigkeiten, insbesondere Abwasser, sind zahlreiche Vorschläge bekannt, die sich mit der Verbesserung des Transports der Flüssigkeit in der Vakuumleitung, z. B. auch zur Überwindung von Steigun­ gen, zwischen Absaugventil und Vakuumpumpe beschäftigen. Da­ bei kann man durch Steuerung des Absaugventils den Unterdruck in der Vakuumleitung beeinflussen und dafür sorgen, daß bei jedem Öffnungsvorgang jeweils nur eine bestimmte Flüssig­ keitsmenge eingelassen wird, die mittels zusätzlich eingelas­ sener Luft transportabel ist.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich demgegenüber mit der ständig offenen Anschlußleitung vor dem Absaugventil unter den Voraussetzungen größerer Steighöhe, als der Unterdruck der Vakuumleitung beim Öffnen des Absaugventils in Form einer Flüssigkeitssäule ansaugen kann, und eines mindestens für ei­ ne solche Flüssigkeitssäule ausreichenden Volumens abzusau­ gender Flüssigkeit an der Eintrittsöffnung der Absaugleitung.

Eine Vorrichtung mit einer hohen Steigleitung als Ansauglei­ tung ist aus der DE-OS 27 35 528 bekannt. Sie funktioniert jedoch nur unter der Bedingung, daß sich an der Flüssigkeits­ eintrittsöffnung der Absaugleitung vor jedem Öffnungsvorgang des Absaugventils jeweils nur eine verhältnismäßig kleine Flüssigkeitsmenge von wenigen Litern ansammelt, deren Länge in der Absaugleitung kleiner ist als die mittels des Unter­ drucks in der Vakuumleitung zu erzeugende Flüssigkeitssäule. Eine am oberen Ende der Absaugleitung angeordnete Luftein­ trittsöffnung dient nicht der Förderung der Flüssigkeit, son­ dern soll bei einer Fehlfunktion der Anlage eine in der Ab­ saugleitung hängen gebliebene, wegen ihrer Länge nicht abzu­ saugende Flüssigkeitssäule zurücksinken lassen.

Die bekannte Vorrichtung eignet sich nicht zum Absaugen von Flüssigkeiten aus einem größeren Volumen, welches beim Öffnen des Absaugventils in der Absaugleitung sofort eine in ihrer Länge dem Unterdruck entsprechende Flüssigkeitssäule bildet. Diese Situation ergibt sich z. B. dann, wenn man eine hohe Mülldeponie von oben dränieren will. Am Grunde von Bohrlö­ chern bzw. Brunnen in einer Deponie sammelt sich gelegentlich nach Regen oder Schneeschmelze sehr schnell ein sehr großes Volumen Wasser an, welches nach oben abgepumpt werden soll. Der mit größeren Saugpumpen in der Praxis zu erzeugende Un­ terdruck gestattet nur das Absaugen von Wassersäulen bis zu einer Höhe von etwa 6 bis 8 m. Da Deponien sehr oft höher sind, konnte man sie bisher nur mit am Grund installierten und dort schlecht zu wartenden Druckpumpen entwässern, wobei normalerweise eine Vielzahl von Pumpen erforderlich ist, um eine größere Deponie zu dränieren.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es gestat­ tet, Flüssigkeiten aus einem beliebig großen Volumen über eine einlaßseitig ständig geöffnete Absaugleitung in Form ei­ ner Steigleitung abzusaugen, die bis zum Absaugventil eine Höhe überwindet, die größer ist, als die durch den Unterdruck der Vakuumleitung in der Absaugleitung zu erzeugende Flüssig­ keitssäule.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lufteintrittsöffnung im Bereich der Flüssigkeitssäule an­ geordnet ist, und zwar vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 60% und 90% der Höhe der maximalen Flüssigkeitssäule.

Die Größe des angegebenen Bereichs für die Lage der Luftein­ trittsöffnung hängt davon ab, wie stabil der Unterdruck in der Vakuumleitung gehalten werden kann. Je gleichmäßiger der Unterdruck ist, desto höher an der durch diesen in der Ab­ saugleitung zu erzeugenden Flüssigkeitssäule kann die Luft­ eintrittsöffnung angeordnet werden.

Grundsätzlich und in allen Ausführungsvarianten überlistet die Erfindung das Naturgesetz, daß mit einem bestimmten Un­ terdruck Flüssigkeit nur über eine bestimmte Steighöhe abge­ saugt werden kann, dadurch, daß einerseits der Unterdruck selbst möglichst weitgehend ausgenutzt wird, um die Flüssig­ keit anzuheben, und dann im oberen Teil der Flüssigkeitssäule Luft eingelassen wird, welche die Flüssigkeit über die dem Unterdruck entsprechende Höhe hinaus nach oben mitreißt.

Damit die Luft die Flüssigkeit in der Absaugleitung möglichst gut mitreißen kann, sollte diese keinen zu großen lichten Querschnitt haben. In der Praxis haben sich Innendurchmesser von etwa 10 bis 75 mm, vorzugsweise 25 bis 40 mm bewährt.

Das Absaugventil ist mit seinen Öffnungs- und Schließbewegun­ gen in bekannter Weise zeitabhängig gesteuert und/oder vor­ zugsweise in Abhängigkeit vom schwankenden Unterdruck gere­ gelt. Seine Hauptfunktion besteht darin, den Unterdruck in der Vakuumleitung aufrecht zu erhalten, jedoch bei Bedarf Flüssigkeit und Luft in bestimmten Mengen einzulassen. In ei­ ner bevorzugten praktischen Ausführung wird das Absaugventil dann geöffnet, wenn sich der Flüssigkeitsstand an der Ein­ trittsöffnung der Absaugleitung über ein bestimmtes Niveau erhöht hat. Der Schließvorgang des Absaugventils kann entwe­ der nach einer bestimmten, einstellbaren Zeitdauer oder vor­ zugsweise dann ausgelöst werden, wenn im Bereich des Absaug­ ventils der Unterdruck um ein bestimmtes Maß schwächer gewor­ den ist, d. h. der absolute Druck auf einen bestimmten Wert angestiegen ist. Zu diesem Druckanstieg kommt es, sobald Flüssigkeit abgesaugt worden ist und Luft nachströmt.

Obgleich die vorgeschlagene Vakuumabsauganlage unter günsti­ gen Umständen auch mit einer fest eingestellten Luftein­ trittsöffnung an der Absaugleitung funktioniert, deren Größe ausreichend klein ist, um bei Öffnen des Absaugventils eine Flüssigkeitssäule in der Absaugleitung bis über die Luftein­ trittsöffnung anzusaugen, und andererseits ausreichend groß ist, um bei dem gewählten Querschnitt der Absaugleitung eine für das Mitreißen der Flüssigkeit genügende Menge Luft ein­ treten zu lassen, ist vorzugsweise an der Lufteintrittsöff­ nung eine Ventileinrichtung angeordnet, welche die Luftein­ trittsöffnung entsprechend dem dort herrschenden Druck öffnet bzw. schließt oder den Öffnungsquerschnitt in Stufen oder stufenlos verändert, und zwar prinzipiell derart, daß die Lufteintrittsöffnung bei stärkerem Unterdruck verkleinert oder geschlossen und bei ansteigendem absolutem Druck weiter geöffnet wird.

Es versteht sich, daß die Anwendung der erfindungsgemäßen Va­ kuumabsauganlage für Flüssigkeiten nicht auf die Anwendung zur Dränage von Deponien beschränkt ist. Unabhängig davon, ob an eine Vakuumleitung ein oder mehrere Absaugleitungen je­ weils über ein Absaugventil angeschlossen sind, bestehen An­ wendungsmöglichkeiten z. B. auch auf Schiffen, in Industrie­ anlagen, bei Frischwasserbrunnen und in allen anderen Fällen, wo mit oben angebrachten Pumpen und Ventilen eine Flüssigkeit aus größerer Tiefe hochgesaugt werden soll.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer in größere Tiefe reichenden, über ein Ab­ saugventil an eine Vakuumleitung ange­ schlossenen Absaugleitung;

Fig. 2 das untere Ende der Absaugleitung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist bei 10 eine ggf. verzweigte Vakuumleitung ange­ deutet, in welcher z. B. ein Unterdruck, entsprechend etwa ei­ nem 70%igem Vakuum, herrscht. Über ein normalerweise ge­ schlossenes Absaugventil 12 ist eine Absaugleitung 14 an die Vakuumleitung 10 angeschlossen. Die Absaugleitung 14 ist eine im wesentlichen vertikale Steigleitung mit einer unteren Ein­ trittsöffnung 16 für die abzusaugende Flüssigkeit. Die Steig­ höhe der Absaugleitung 14 beträgt im Beispielsfall mehr als 7 m über dem Flüssigkeitsspiegel der abzusaugenden Flüssigkeit an der Eintrittsöffnung 16, so daß der in der Vakuumleitung 10 herrschende Unterdruck normalerweise nicht in der Lage wäre, die Flüssigkeit abzusaugen.

Wie dennoch z. B. verunreinigtes Wasser vom Grunde einer De­ ponie über eine größere Höhe als 7 m nach oben abgesaugt wer­ den kann, ist in Fig. 2 dargestellt. Danach befindet sich an der Absaugleitung 14 in einer Höhe von z. B. 5 bis 6 m über dem mit 18 bezeichneten Wasserspiegel eine Lufteintrittsöff­ nung 20, deren Größe durch einen Betriebsregler B1 geregelt wird, wie er z. B. in der DE-OS 36 28 725 beschrieben ist. Der Betriebsregler B1 sorgt dafür, daß bei einem starken Un­ terdruck an der Lufteintrittsöffnung 20 deren Einlaßquer­ schnitt verhältnismäßig klein gehalten wird, jedoch bei einem sich abschwächenden Vakuum die Lufteintrittsöffnung 20 ver­ größert wird.

Für die Steuerung des Absaugventils 12 können die zu diesem Zweck bekannten Einrichtungen eingesetzt werden. Die Zeich­ nung zeigt deshalb nur schematisch einen Auslöser 22, z. B. gemäß DE-OS 36 10 866, der auf die Höhe des Wasserstands an der Eintrittsöffnung 16 der Absaugleitung 14 anspricht und über eine Steuerleitung 24 mit dem Absaugventil 12 verbunden ist. Der Auslöser 22 kann z. B. einen Schwimmer enthalten, der bei einem bestimmten maximalen Wasserstand die Steuerlei­ tung 24 öffnet oder schließt und dadurch in dieser einer Druckveränderung herbeiführt, welche das Öffnen des Absaug­ ventils 12 auslöst. Alternativ kann im Auslöser das Steuersi­ gnal zum Schalten des Absaugventils 12 auch über ein einge­ schlossenes Luftpolster statt über einen Schwimmer ausgelöst werden. Schließlich ist in Fig. 2 noch eine dritte Möglich­ keit zur Feststellung der Höhe des Flüssigkeitsspiegels 18 und in Abhängigkeit davon der Steuerung des Absaugventils 12 dargestellt. Man kann z. B. wenigstens das untere Ende der Absaugleitung 14 mit einem nach oben durch eine Dichtung 26 abgedichteten Schutzrohr 28 umgeben, dessen Innenraum über eine Lufteinlaßöffnung 30 mit Druckluft beaufschlagt wird. Bei niedrigem Wasserstand genügt schon ein geringer Überdruck der bei 30 eingeleiteten Druckluft, um diese am unteren Ende des Schutzrohrs 28, z. B. über Luftaustrittsöffnungen 32, nach außen entweichen zu lassen. Je höher jedoch der Wasser­ spiegel 18 steigt, desto größer muß der Überdruck der bei 30 eingeleiteten Druckluft sein, um die Wassersäule im Schutz­ rohr 28 zurückzudrängen und die Luft durch die Auslaßöffnun­ gen 32 austreten zu lassen. Bei einem bestimmten maximalen Luftdruck im Schutzrohr 28 wird dann ein Steuersignal er­ zeugt, welches über die Steuerleitung 24 das Absaugventil 12 öffnet.

Zum Schließen des Absaugventils 12 ist neben diesem an der Vakuumleitung 10 ein Sensor 34 angeordnet, welcher z. B. durch die DE-OS 38 23 515 bekannt ist und das Absaugventil dann in die Schließstellung umschaltet, wenn der absolute Druck in der Vakuumleitung 10 auf einen bestimmten Größtwert angestiegen ist.

Die bisher beschriebene Vakuumabsauganlage kann je nach den im Einzelfall vorliegenden Bedingungen unterschiedlich funk­ tionieren, wobei aber in allen Fällen das oben genannte Ziel der Absaugung einer Flüssigkeit über eine größere Höhe als der der herrschenden Druckdifferenz entsprechenden Flüssig­ keitssäule erreicht wird.

Sobald der Auslöser 22 bei einem über eine bestimmte Marke angestiegenen Wasserstand 18 das Öffnen des Absaugventils 12 auslöst, teilt sich der in der Vakuumleitung 10 herrschende Unterdruck der Absaugleitung 14 mit. Dies hat einerseits das Verkleinern oder Schließen der Lufteintrittsöffnung 20 durch den Betriebsregler B1, andererseits das Hochsaugen einer Flüssigkeitssäule bis über die Lufteintrittsöffnung 20 hinaus zur Folge. Dadurch steigt der absolute Druck an der Luftein­ trittsöffnung 20, so daß der Betriebsregler B1 diese öffnet bzw. erweitert. Ein großes über die Lufteintrittsöffnung 20 einströmendes Volumen Luft hebt den über der Lufteintritts­ öffnung 20 befindlichen Teil der Wassersäule von deren unte­ ren Teil ab und transportiert ihn im wesentlichen in Pfrop­ fenform nach oben durch das Absaugventil 12 hindurch in die Vakuumleitung 10. Nachdem das Wasser das Absaugventil 12 pas­ siert hat und infolge der nachströmenden Luft am Sensor 24 eine Erhöhung des absoluten Drucks auftritt, schließt das Ab­ saugventil 12, und der gesamte Vorgang wiederholt sich, so­ bald der Auslöser 22 erneut den Anstieg des Wasserspiegels über das vorbestimmte maximale Niveau signalisiert.

Die beschriebene Anlage kann durch geeignete Wahl des Durch­ messers der Absaugleitung 14 und der Größe der Lufteintritts­ öffnung 20 auch in der Weise betrieben werden, daß nach dem Öffnen des Absaugventils 12 der obere Teil der Wassersäule in der Absaugleitung 14 nicht zusammenhängend in Pfropfenform abtransportiert wird, sondern die durch die Lufteintrittsöff­ nung 20 einströmende Luft in Form einer Vielzahl von Blasen durch das Wasser hindurchströmt. Das Wasser-Luft-Gemisch hat dann ein sehr viel niedrigeres spezifisches Gewicht als Was­ ser allein und kann bei nicht zu großer Steighöhe der Absaug­ leitung 14 vom Unterdruck in der Vakuumleitung 10 angehoben und abtransportiert werden. Diese Betriebsweise funktioniert auch dann, wenn der Unterdruck in der Vakuumleitung 10, z. B. durch gleichzeitiges Öffnen mehrerer daran angeordneter Ab­ saugventile 12, so weit geschwächt ist, daß er den über der Lufteintrittsöffnung 20 befindlichen Teil der Wassersäule nicht mehr schlagartig in Pfropfenform absaugen kann. Im üb­ rigen schließt auch bei dieser Betriebsweise das Absaugventil 12 wieder, wenn im wesentlichen nur noch Luft angesaugt wird, d. h. der absolute Druck am Sensor 34 den vorbestimmten Grenzwert übersteigt.

Der Vollständigkeit halber sei auch noch eine dritte Be­ triebsweise der Anlage erwähnt. Wenn die beim Öffnen des Ab­ saugventils 12 angesaugte Wassersäule in der Absaugleitung 14 gerade bis etwa zur Lufteintrittsöffnung 20 ansteigt oder sich nach dem Absaugen des oberen Teils der Wassersäule etwa dort hält, kann die mit großer Geschwindigkeit durch die Lufteintrittsöffnung 20 einströmende Luft das Wasser auch wie bei einer Ejektorpumpe bzw. wie bei einem Staubsauger mit­ reißen.

Bei sehr großen Steighöhen der Absaugleitung 14 kann es zweckmäßig sein, oberhalb der Lufteintrittsöffnung 20 noch wenigstens eine weitere Lufteintrittsöffnung 36 an der Ab­ saugleitung 14 vorzusehen, die durch ein geregeltes Absperr­ ventil 38 und/oder einen Betriebsregler B2 geöffnet bzw. er­ weitert wird, wenn die Öffnung der Lufteintrittsöffnung 20 allein nicht ausreicht, den oberen Teil der Wassersäule abzu­ transportieren, so daß auch der Betriebsregler B2 einen höhe­ ren absoluten Druck registriert und die Lufteintrittsöffnung 36 öffnet. Dann kann durch die über die Lufteintrittsöffnung 36 zusätzlich einströmende Luft zunächst der oberste Teil der Wassersäule abtransportiert werden, anschließend der über der Lufteintrittsöffnung 20 befindliche Teil und schließlich ggf. auch noch der unterste Teil der Wassersäule, wenn das in der Vakuumleitung 10 herrschende Vakuum dafür ausreicht. Wenn nach dem Absaugen der Wassersäule über die Wassereintritts­ öffnung 16 eine große Menge Luft nachströmt, mißt der Sensor 34 den dadurch verursachten Druckanstieg und schließt das Ab­ saugventil 12.

Das Schutzrohr 28 ist zweckmäßigerweise am oberen Ende ge­ schlossen und besitzt oberhalb der Dichtung 26 eine Belüf­ tungsöffnung 40, durch welche die Luft über die Betriebsreg­ ler B1, B2 zu den Lufteintrittsöffnungen 20 und 36 einströmt. In der Praxis empfiehlt es sich, nicht nur die Betriebsregler B1, B2, sondern auch den Auslöser 22 innerhalb des Schutz­ rohrs 28 zu installieren und dieses sich im wesentlichen über die gesamte Steighöhe der Absaugleitung 14 erstrecken zu las­ sen, wie in Fig. 1 gezeigt. Am unteren Ende reicht das Schutzrohr 28 gemäß Fig. 2 ein wenig über das untere Ende der Absaugleitung 14 hinaus und hat eine oder mehrere seitliche Löcher oder Durchbrechungen 42, durch welche Wasser von außen in den Innenraum des Schutzrohrs 28 einströmen kann. Der äußere Durchmesser des Schutzrohrs kann z. B. 160 bis 200 mm betragen. Die Einheit aus Absaugleitung 14 und Schutzrohr 28 wird zusammen z. B. in einen Brunnen oder ein Bohrloch in ei­ ner Deponie eingeführt, und darüber kann dann z. B. aus einer Tiefe von etwa 10 bis 15 m Wasser hochgesaugt werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels ergibt sich, daß die Funktionsfähigkeit der Anlage grundsätz­ lich gewährleistet ist, wenn sich die unterste Lufteintritts­ öffnung 20 irgendwo im Bereich der durch den Unterdruck in der Vakuumleitung 10 erzeugbaren Flüssigkeitssäule in der Ab­ saugleitung 14 befindet. Durch die über die Lufteintrittsöff­ nung 20 einströmende Luft wird die Flüssigkeitssäule in einen oberen und in einen unteren Teil getrennt, die beide kürzer sind als die maximal erzeugbare Flüssigkeitssäule und deshalb abzusaugen sind, wenn genügend Luft nachströmt. Vorgezogen wird jedoch eine möglichst hohe Anordnung der untersten Luft­ eintrittsöffnung 20, also im Bereich von etwa 60 bis 90% der Höhe der maximalen Flüssigkeitssäule, weil damit auf jeden Fall das Absaugen des kleineren, oberen Teils der Flüssig­ keitssäule erleichtert und beschleunigt wird, so daß norma­ lerweise eine einzige Lufteintrittsöffnung 20 genügt.

Claims (11)

1. Vakuumabsauganlage für Flüssigkeiten mit einer oder meh­ reren jeweils über ein Absaugventil (12) an eine Vakuum­ leitung (10) angeschlossenen, in Strömungsrichtung an­ steigenden Absaugleitungen mit einer Eintrittsöffnung (16) für die Flüssigkeit und einer Lufteintrittsöffnung (20), wobei die Steighöhe der Absaugleitung (14) größer ist als die darin durch den Unterdruck der Vakuumleitung (10) erzeugbare maximale Flüssigkeitssäule, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lufteintrittsöffnung (20) im Be­ reich der Flüssigkeitssäule angeordnet ist.

2. Vakuumabsauganlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lufteintrittsöffnung (20) im Bereich zwi­ schen etwa 60% und 90% der Höhe der maximalen Flüssig­ keitssäule angeordnet ist.

3. Vakuumabsauganlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lufteintrittsöffnung (20) in Abhän­ gigkeit von der Stellung des Absaugventils (12) oder des Drucks in der Absaugleitung (14) verschließbar ist.

4. Vakuumabsauganlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Größe der Lufteintrittsöff­ nung (20) einstellbar ist.

5. Vakuumabsauganlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Größe der Lufteintrittsöffnung (20) in Ab­ hängigkeit vom Druck in der Absaugleitung (14) regelbar ist.

6. Vakuumabsauganlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Absaugleitung (14) einen lichten Querschnitt mit einem Durchmesser von etwa 10 bis 75 mm, vorzugsweise 25 bis 40 mm, hat.

7. Vakuumabsauganlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß oberhalb der Lufteintrittsöffnung (20) wenig­ stens eine weitere in Abhängigkeit vom Druck in der Ab­ saugleitung (14) steuerbare oder regelbare Lufteintritts­ öffnung (36) angeordnet ist.

8. Vakuumabsauganlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Absaugventil (12) in an sich bekannter Weise mittels einer Steuervorrichtung (22, 34) bei einem be­ stimmten maximalen Flüssigkeitsstand (18) an der Flüssig­ keits-Eintrittsöffnung (16) der Absaugleitung (14) zu öffnen und in Abhängigkeit vom Druck in der Leitung (bei 34) zu schließen ist.

9. Vakuumabsauganlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Absaugleitung (14) von einem am unteren Ende offenen, belüfteten Schutzrohr (28) umgeben ist, in wel­ chem ein Ventil mit einer zugehörigen Regeleinrichtung (B1) für die Größe der Lufteintrittsöffnung (20) instal­ liert ist.

10. Vakuumabsauganlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß in dem Schutzrohr (28) als Auslöser (22) ein Flüssigkeitsstandssensor installiert ist, durch welchen das Absaugventil (12) steuerbar ist.

11. Anwendung einer Vakuumabsauganlage nach einem der Ansprü­ che 1 bis 10 zur Dränage einer Mülldeponie von oben.