OUTLET FOR A BARRAGE OR SEDIMENTATION TANK

Abstract: 1. Catchment or settling basin or control structure (1) with a variable fluid surface having a discharge device whose flow is in principle constant per unit of time, with a height adjustable discharge orifice (2, 2') through which the water present in the basin (1) can flow out via an outlet (7) disposed at a lower level, characterized by the fact that the discharge orifice (2, 2') is in principle disposed perpendicular to the fluid surface (3), the same proportion of the discharge orifice (2, 2') cross section area which determines outflow quantity, is preselectable and optionally variable being immersed in the fluid (immersion depth (h) for each position of the water level, and the same preselectable, optionally variable, immersed cross section area being available, and that the discharge orifice (2, 2') is dimensioned sufficiently large to ensure that the outflowing water is contant per unit of time for each position of the water level (3).

Description: Ablaufvorrichtung in einem Stau- oder Klärbecken Die Erfindung betrifft eine Ablaufvorrichtung mit pro Zeiteinheit im wesentlichen konstanter Abflussmenge in einem Stau- oder Klärbecken oder Regulierbauwerk mit veränderlichem Flüssigkeitsspiegel, mit einer Ablauföffnung, durch die im Becken befindliches Wasser durch einen tiefer gelegenen Ausgang aus dem Becken abfliesst. In Abwasseranlagen ist oft ein Wasser- oder Abwasserkläroder Speicherbecken vorhanden, dessen Abfluss in einer Kläranlage oder Leitungsnetz erfolgt und eine bestimmte Menge pro Zeiteinheit nicht überschreiten darf. Teilweise sind diese Becken ständig von Abwasser durchflossen und weisen in der Regel einen Notüberlauf auf. Bei Regenfällen verstärkt sich der Zufluss in der Regel derart, dass der Ablauf nicht mehr genügt und der Wasserstand im Becken steigt. Durch den erhöhten Wasserdruck vor dem Abfluss steigt die Abflussmenge über das Zulässige und überschwemmt z.B. die Abwasserreinigungsanlage oder andere nachgeschaltete Organe. Um trotzdem die Ablaufmenge konstant zu halten, sind bereits mehrere Lösungen vorgeschlagen, wie Wirbeidrosseln, Drosselschieber, thlauchdrosseln, elektrische Steuerungen. Diese Vorrichtungen sind jedoch ungenau oder aufwendig, brauchen Bauwerke und sind im Abwasserbetrieb verstopfungsanfällig und brauchen Wartung. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Ablaufvorrichtung zu schaffen, die eine genaue Regulierung der Abfluss- menge gewährleistet, wenig verstopfungsanfällig ist und dennoch kostengünstig hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Ablaufvorrichtung gelöst, bei der die Ablauföffnung höhenbeweglich angeordnet ist, und bei jedem Stand des Wasserspiegels den gleichen, die Abflussmenge bestimmenden, voreinstellbaren, bei Erfordernis veränderbaren Abstand und die gleiche voreinstellbare, bei Erfordernis verstellbare geometrische Lage zum Wasserspiegel aufweist, sodass nach hydraulischer Gesetzmässigkeit die pro Zeiteinheit abfliessende Wassermenge konstant ist und bei nicht voll beaufschlagter Ablauföffnung dem hydraulischen Gesetz des Ablaufes und bei voll beaufschlagter Oeffnung demjenigen des Auslaufes folgt. Weitere vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Die erfindungsgemässe Ablaufvorrichtung hat insbesondere den Vorteil, dass die Ablauföffnung sehr gross gewählt werden kann, wodurch eine Verstopfung durch Festkörper ausgeschlossen werden kann. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Teileinsicht eines Beckens mit einer Ablauf vorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt durch das Becken und die Ablaufvor richtung entlang der Schnittgeraden 1, Fig. 3 eine Ansicht einer Ablaufvorrichtung nach einer weiteren Variante, Fig. 4 eine Ansicht einer Ablaufvorrichtung nach einer weiteren Variante, Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V - V der Fig. 4, Fig. 6 eine Ansicht einer Ablaufvorrichtung nach einer weiteren Variante, Fig. 7 eine Ansicht eines Ablaufrohres mit einem plat tenförmigen Auftriebskörper, Fig. 8 eine Ansicht eines Ablaufrohres mit einem rohr förmigen Auftriebkörper, Fig. 9 eine Teilansicht eines Ablaufrohres mit einer Ablauföffnung unterhalb des Wasserspiegels, Fig. 10 eine Teilansicht eines Ablaufrohres mit einer Hilfsöffnung, Fig. 11 eine Ansicht einer Ablaufvorrichtung nach einer weiteren Variante, Fig. 12 eine Draufsicht auf die Ablaufvorrichtung nach Fig. 11, Fig. 13 eine Ansicht auf eine Ablaufvorrichtung nach einer weiteren Ansicht, Fig. 14 ¯ eine Draufsicht auf die Ablaufvorrichtung nach Fig. 13, Fig. 15 eine Ansicht einer Ablaufvorrichtung mit einem Mittel zur Bestimmung des Wasserspiegels, Fig. 16 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 15, Fig. 17 einen Auftriebskörper mit einer Auftriebskompen sation des Ablaufrohres, Fig. 18 ein Diagramm der Abflussmengen aus einem Becken mit einer Bodenöffnung. Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Stau- oder Klärbecken 1, dem durch eine hier nicht dargestellte Leitung Abwasser zufliesst. In einer Seitenwand 18 des Beckens 1 ist in der Nähe des Bodens 15 eine Ausgangsöffnung 13 angeordnet, von der eine Ausgangsleitung 7 wegführt. Die Ablaufvorrichtung besteht aus einem Ablaufrohr 8, das mit dem einen Ende drehbar in der Ausgangsöffnung 13 befestigt ist. Am anderen Ende mündet das Rohr 8 in der Ablauföffnung 2, durch welche das im Becken 1 angesammelte Wasser abfliesst. In der Nähe der Ablauföffnung 2 ist ein Auftriebskörper 4 befestigt, der das Rohr 8 an seinem freien Ende so weit über Wasser hält, dass die Ablauföffnung nur teilweise in das Wasser eintaucht. Bei sinkendem oder steigendem Wasserstand schwenkt das Ablaufrohr 8 in einer Richtung des Doppelpfeiles 20 durch eine Drehachse 19, so dass die Eintauchtiefe der Ablauföffnung 2 unabhängig vom Wasserstand konstant bleibt. Die Eintauchtiefe kann beispielsweise durch zusätzliche Gewichte, Gestänge oder andere kraftübertragende Mittel in der Nähe der Ablauföffnung 2 eingestellt werden. Die Auftriebskraft kann auch so eingestellt sein, dass die Ausgangsöffnung 2 vollständig unter der Wasseroberfläche ist, wobei auch hier die Eintauchtiefe unabhängig vom Wasserstand konstant bleibt. Das Ablaufrohr 8 kann ausser der hier dargestellten Z-förmigen Ausbildung selbstverständlich auch andere Formen aufweisen. Die Ablauföffnung 2 ist rund, kann jedoch auch einen anderen Querschnitt, vorzugsweise viereckig, aufweisen. Die Dimension der Ablauföffnung 2 kann sehr gross gewählt werden, da unabhängig davon die Ablaufmenge des Wassers durch die Eintauchtiefe stufenlos einstellbar ist. Die Oeffnung kann also so dimensioniert werden, dass auch grosse auf dem Wasser schwimmende Verunreinigungen durch das Ablaufrohr 8 mitgenommen werden können, so dass keine Verstopfungen auftreten. Die Fig. 1 und 2 zeigen die Ablaufvorrichtung bei hohem Wasserstand 3 und in gestrichelter Darstellung bei tiefem Wasserstand 3'. Bei tiefem Wasserstand liegt die Ablauföffnung 2' dicht über dem Boden 15. Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier befindet sich die Ablauföffnung 2 in einem Schieber 21, der gleitverschieblich an einem auf dem Boden 15 oder an der Wand 18 befestigten Gestell 16 geführt ist. Im Verschiebebereich der Ablauföffnung 2 ist in der Wand eine Ausnehmung 27 vorgesehen. Eine Jalousie oder ein Band deckt den Teil der Oeffnung 27, der sich unterhalb der Ablauföffnung 2 befindet. Am Schieber 21 sind seitlich zwei Auftriebskörper 5 befestigt, die je nach dem Wasserstand die Ablauföffnung 2 nach oben oder nach unten verschieben. Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung. Hier ist an der Wand 18 des Beckens 1 ein um einen Bolzen 10 drehbarer Teller 9 befestigt. Hinter dem Teller 9 befindet sich in der Wand eine sichelförmige Oeffnung 14, an der entlang sich die Auflauföffnung 2 bewegt. In der Nähe der Ablauföffnung 2 ist am Teller 9 ein Auftriebskörper 6 befestigt, der bei steigendem oder sinkendem Wasserstand den Teller 9 um den Bolzen 10 dreht, so dass die Ablauföffnung 2 immer gleich tief in das Wasser eingetraucht ist. Der Schwenkbereich des Tellers 9 wird beispielsweise durch Anschläge 11 und einen Nocken 12 zur Vermeidung von Totlagen begrenzt. In der Fig. 6 ist ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel einer Ablaufvorrichtung dargestellt. Diese besteht lediglich aus einem flexiblen Schlauch 22 und zwei in der Nähe der Ablauföffnungen 2 befestigten Auftriebskörper 4, mit denen die Eintauchtiefe h der Oeffnung gegenüber dem Wasserspiegel bestimmt wird. Die Fig. 7 zeigt ein Ablaufrohr 8 mit einem plattenförmigen Auftriebskörper 50, der in der Nähe der Ablauföffnung 2 angeordnet ist. Der Auftriebskörper 50 ist vorzugsweise drehbar befestigt, so dass dieser bei jeder Schwenklage des Ablaufrohres a parallel zur Wasseroberfläche liegt. Dieser Auftriebskörper hat den Vorteil, dass die Ablauföffnung 2 auf in Bodennähe bei steigendem Wasserstand sofort gehoben wird. Die Fig. 8 zeigt ein Ablaufrohr 8 mit einem nirfönrigen Hilfsauftriebskörper 40, der sich über die ganze Länge des Ablaufrohres 8 erstreckt. Der Auftrieb kann hier so gewählt werden, dass das Ablaufrohr 8 bei jeder Lage im Wasser schwebt. Der Auftriebskörper 40 ist vorzugsweise derart bemessen, dass damit das Gewicht des Ablaufrohres 8 aufgehoben wird. Die Ablauföffnung 2 kann auch unter der Wasseroberfläche angeordnet sein. Ein Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 9 dargestellt. Hier wird die Ablauföffnung 2 mit zwei kugelförmigen Auftriebskörpern 60, die beispielsweise mit Ketten 61 und einer Rohrschelle 62 in der Nähe der Ablauföffnung 2 am Rohr 8 befestigt ist. Auch hier bleibt die Eintauchtiefe h der Ablauföffnung bei veränderlichem Wasserspiegel konstant. Neben der eigentlichen Ablauföffnung 2 kann, beispielsweise im Ablaufrohr 8, in Bodennähe eine Hilfsöffnung 70 vorgesehen sein, die so dimensioniert ist, dass die geringe in Trockenperioden anfallende Wassermenge abfliessen kann. Auf die Hilfsöffnung 70 wird bei hohem Wasserstand ein starker Wasserdruck ausgeübt, so dass allfällige Bodenablagerungen abgeführt werden. Die Dimensionen der Ablauföffnung 2 und der Hilfsöffnung 70 sind so dimensioniert, dass die zulässige Abflussmenge pro Zeiteinheit bei jedem Wasserstand nicht überschritten wird. Dies ist üblicherweise das Doppelte der normalen Wassermenge, was in Fachkreisen mit dem Ausdruck 2QTW zum Ausdruck gebracht wird. Ein konstruktiv einfaches Ausführungsbeispiel einer Ablaufvorrichtung ist in den Fig. 11 und 12 dargestellt. An der Abflussleitung 7 ist über ein Gelenk 75, das hier ein flexibles Schlauchstück ist, einschwenkbar ein Rohr 8 befestigt. Am freien Ende des Rohres 8 ist in der Nähe der Ablauföffnung 2 ein Auftriebkörper 50 befestigt, so dass das Rohr 8 bei steigendem oder sinkendem Wasserstand in einer etwa senkrecht zur Wand 18 stehenden Ebene schwenkt. Das in den Fig. 13 und 14 dargestellte Ausführungsbeispiel besteht aus zwei etwa spiegelbildlich zur Wand 13 angeordneten Rohren 8 und 80, die über einen durch die Wand 18 führenden Bereich 83 starr miteinander verbunden sind. Der Bereich 83 weist eine bodennahe Abflussöffnung 82 auf, durch die das abfliessende Wasser in das Ablaufrohr 8 gelangt und bis zur Ablauföffnung 2 steigt, wo es ausserhalb des Beckens 1 abfliesst. Das Rohr 80, das hohl sein kann, ist an seinem freien Ende mit einem Deckel 81 dicht geschlossen und mit einem Auftriebkörper 50 versehen, dessen Auftriebskraft so stark ist, dass das Wasser bei der Ablauföffnung 2 bei jedem Wasserstand mit konstanter und vorbestimmter Stärke ausfliesst. Der Auftriebkörper 50 ist drehbar am Rohr 80 befestigt, so dass er bei jedem Wasserstand parallel zur Wasseroberfläche liegt. Die Hilfsöffnung 70 kann selbstverständlich auch bei den übrigen beschriebenen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes vorgesehen werden und an beliebiger Stelle angeordnet werden. Falls im Stau- oder Klärbecken 1 der höchste und der niedrigste Wasserstand 3 sehr weiter auseinanderliegen, kann es notwendig werden, den sich verändernden Auftrieb des Ablaufrohres 8 sowie der sich verändernden hydraulischen Verhältnisse im Ablaufrohr 8 auszugleichen. Die Auftriebsänderung entsteht durch die grössere Geschwindigkeit des abfliessenden Wassers, wodurch sich weniger Wasser im Rohr 8 befindet. Fig. 17 zeigt einen Auftriebskörper 90, der fest mit dem Rohr 8 verbunden ist. Der Auftriebskörper 90 weist einen Arm 91 auf, der - bei hohem Wasserstand und folglich bei nach oben geschwenktem Rohr 8 aus dem Wasser herausgehoben wird und als Balastkörper statt als Auftriebskörper wirkt. Dieselbe Wirkung hätte auch ein unendlich grosser Auftriebskörper. Auch dieser würde den sich ergebenden qeringen Fehler korrigieren. Ist hingegen eine Bodenöffnung 70 vorgesehen, so ist eine Korrektur der Eintauchtiefe h nicht notwendig, weil die mit steigender Wassersäule höhere Durchflussmenge in der Bodenöffnung 7 einen Ausgleich schafft, der die Gesamtausflussmenge in technisch vernünftigen Grenzen hält. Im Diagramm nach Fig. 18 sind die Abflussmengen im Ablaufrohr 8 und in der Bodenöffnung 70 dargestellt. Die Kurven a und b zeigen die Ablaufmengen durch die Bodenöffnung 70 2 2 bei Querschnitten von 30 cm und 40 cm , die Kurve c die- jenige durch das Ablaufrohr 8 mit einem Querschnitt von 2 200 cm . Die beiden Summenkurven A und B zeigen, dass die Durchflussmengen innerhalb des üblichen Arbeitsbereiches (Wasserstandes) im wesentlichen konstant sind. Es besteht auch die Möglichkeit, die durch die Auftriebsveränderung entstehende Ungenauigkeit durch einen Hebelmechanismus oder eine Kurvenbahn zwischen dem Auftriebskörper und dem Ablaufrohr auszugleichen. Des weiteren könnte auch eine Blende am Rohr eingesetzt werden, mittels welcher die sich leicht ändernde Eintauchtiefe h ausgeglichen werden kann. In einem Stau- oder Klärbecken oder einem Regulierbauwerk 1 nach den Fig. 15 und 16 ist ein Abflussrohr 8 angeordnet, das in Bodenhöhe durch eine Beckenwand 18 nach aussen führt. Das Abflussrohr 8 ist teleskopisch verstellbar und in der Beckenwand 18 drehbar gelagert. Die Oeffnung 2 des Abflussrohres 8 ist mit einem auf Tragbalken 36 angeordneten Hebe- und Senkorgan 34 in der Höhe verstellbar. Das Abflussrohr 8 kann auch ganz oder teilweise flexibel ausgebildet sein, so dass auf die drehbare Lagerung und den teleskopischen Aufbau verzichtet werden kann. Die Oeffnung 2, die bei diesem Ausführungsbeispiel eine Ablauföffnung ist, liegt bei gefülltem Flüssigkeitsbecken 1 mit der Eintauchtiefe h unter dem Wasserspiegel 3. In Fig. 15 ist die Oeffnung 2 kreisförmig ausgebildet, sie kann jedoch auch eine andere geeignete Form aufweisen. Die Oeffnung 2 kann auch vollständig in der Flüssigkeit eingetaucht und als an sich bekannte hydraulische Blende oder als Düse ausgebildet sein (vgl. Fig. 9). Das Ablaufrohr 8 kann auch spiegelbildlich zur Wand angeordnet sein, so dass die Oeffnung 2 ausserhalb des Flüssig keitsbeckens 1 liegt und das Wasser in Bodennähe in die durch die Beckenwand 18 führende Ablaufleitung 8 fliesst. Das Wasser fliesst hier ausserhalb des Beckens 1 in der Ablauf leitung 8 hoch und fliesst durch die Oeffnung 2 nach aussen. Die Oeffnung 2 ist bei diesem in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsbeispiel eine Auslauföffnung, die auch hier konstant mit einer Tiefe h unter dem Wasserspiegel 3 liegt, jedoch nicht eingetaucht ist, Um die Lage der Oeffnung 2 zum Wasserspiegel 3 konstant zu halten, wird diese - im Gegensatz zu den Beispielen nach den Fig. 1-14 - mit der Hebe- und Senkvorrichtung 34 bei steigendem Flüssigkeitsniveau gehoben und bei sinkendem Flüssigkeitsniveau gesenkt. Dies wird beispielsweise mit einem Motor erreicht, der das Ablaufrohr 8 mit einem Tragseil 16 an seinem freien Ende hebt bzw. senkt. Zur Steuerung der Hebe- und Senkvorrichtung 34 sind Mittel 39 zur Bestimmung der Höhe des Wasserspiegels 3 sowie ein Verstärkungsorgan 35 vorgesehen, die beispielsweise über eine elektrische Leitung 38 miteinander verbunden sind. Die Mittel 39 zur Bestimmung der Höhe des Wasserspiegels 3 können nach einem kapazitiven oder induktiven Messverfahren oder nach dem Radar- oder Echolotverfahren arbeiten. Es können jedoch auch mechanische Mittel beispielsweise ein Schwimmer 39 mit einer Stange 17 vorgesehen sein. Das Hebe- und Senkorgan 34 und das Verstärkerorgan 35 können beispielsweise auf Tragbalken 36 montiert sein. In der Fig. 15ist das Ablaufrohr 8 bei hohem Wasserstand und bei tiefem Wasserstand eingezeichnet. Bei tiefem Wasserstand kann das Ablaufrohr 8 mit der Oeffnung 2 auf dem Boden 35 des Beckens aufliegen, so dass auch bodennahes Wasser abfliessen kann. Das auf dem Boden 35 aufliegende Ablaufrohr 8 wird gehoben, sobald der Wasserstand die Höhe h übersteigt. Durch die Nachführung der Oeffnung 2 wird gewährleistet, dass bei jedem Wasserstand die gleiche Wassermenge pro Zeiteinheit aus dem Becken abfliesst. Die Oeffnung 2 kann gross ausgebildet sein, sodass Verunreinigungen ohne das Ablaufrohr 8 zu verstopfen, abgeführt werden können. Die pro Zeiteinheit durchfliessende Wassermenge kann jederzeit verändert werden, indem die Eintauchtiefe h verkleinert bzw. vergrössert wird. Dies ist beispielsweise durch eine Verlängerung bzw. Verkürzung des Zugorgans 16 möglich. Selbstverständlich können auch die in den Fig. 1-14 gezeigten Ausführungsformen von Ablauf rohren 8 statt mit einem Auftriebskörper 4,5,6 mit einem Hebe- und Senkorgan 34 gemäss Fig. 15 und 16 verbunden werden.

Claims: 1. Catchment or settling basin or control structure (1) with a variable fluid level with a discharge device with a substantially constant flow quantity per unit of time, and a discharge orifice (2, 2′) arranged at the end of the pipe (8) which is adjustable in height substantially vertically to the level of the fluid (3) as well as a buoyancy element (4, 6) connecting with the pipe (8), through which the water in the basin (1) flows out through a lower lying outlet (7), characterized in that the discharge orifice (2.2′) is circular in shape and the buoyancy element (4,4) is circular and arranged concentrically with the discharge orifice (2, 2′) and that with every level of the water (3), the same proportion of the cross sectional area of the surface of the discharge orifice (2, 2′) which determines the outflow quantity and can be altered if required, is immersed (immersion depth h) and the same selectably variable immersed cross sectional surface is provided and that the discharge orifice is dimensioned adequately so that it is sufficiently large to permit a constant flow of water per unit of time at every state of the water level. 2. Basin or structure according to Claim 1, characterized in that a rotary plate (9) is provided fastened on a side wall (18) which has a spacing to the axis of the discharge orifice (2) and the buoyancy element (6) and that a recess (14) is provided in the wall (18) in the field of traverse of the discharge orifice (2) which is closed under the water level by the plate (9). 3. Basin or structure according to Claim 2, characterized in that the field of traverse is limited by two stops (11) fastened in the wall (18) and a boss (12) on the plate (9) so that the dead centre is not exceeded. 4. Basin or structure according to Claim 1, characterized in that a buoyancy element (40) is arranged on the entire length of the discharge orifice (8), the buoyancy of which is sufficiently great to hold the discharge orifice (8) in suspension when in the operational state. 5. Basin or structure according to Claim 1, characterized in that an auxiliary orifice (70) is provided in or adjacent to the discharge pipe (8, 22) close to the bottom of the basin within the height (h) so that the water near to the bottom can flow out. 6. Basin or structure according to Claim 5, characterized in that the auxiliary orifice (70) is so dimensioned so that, at every level of the water, the water flow, including that passing through the discharge orifice (2), is not greater than the permitted value. 7. Basin or structure according to one of the Claims 1,4, 5 or 6, characterized in that the discharge orifice (2, 2′) is arranged on a discharge pipe (8) on the outside wall (18) of the basin (1) and that, in the internal part of the basin (1), a pipe (80) approximately formed as a mirror image of the discharge pipe (8) is provided with a buoyancy element (50) which is connected with the discharge pipe leading through the wall (18) via a guiding pipe area (83) with a discharge orifice (29) close to the bottom rigidly connected with the discharge pipe (8) whereby the buoyancy of the pipe (80) is sufficiently great that, with every water level in the basin (1), the discharge orifice (2) lies in a predetermined position (immersion depth) to the water level.

Inventors: NILL, WERNER
Applicants: W. NILL, METALLBAU
Application year: 1984
Main classification: B01D21
IPC codes: B01D21