CH657461A5 - FLOAT CONTROLLED CONTROL DEVICE FOR CHANGING THE SECTION OF A TUBE. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine schwimmergesteuerte Regelvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Regen- und Klärbecken sind mit im Bodenbereich ange-15 ordneten Abflussrohren versehen, die in eine Kläranlage führen. Während niederschlagsfreien Perioden strömt das Schmutzwasser von einer Eingangsleitung in das Becken und von da direkt durch das Abflussrohr in die Kläranlage. Die Kläranlagen sind so ausgelegt, dass sie auch noch ei-20 nen Anteil des Meteorwassers aufnehmen können, das bei Regen anfällt. Bei Hochwasser hingegen übersteigt die Kapazität der Kläranlage den Meteorwasseranfall. Das Wasserniveau im Becken steigt bis auf die Höhe eines im Becken angeordneten Überlaufes und ein Teil des Wassers fliesst 25 dann unter Umgehung der Kläranlage direkt in einen Bach oder einen Fluss. The invention relates to a float-controlled control device according to the preamble of claim 1. Rain and clarification tanks are provided with drain pipes arranged in the bottom area, which lead into a sewage treatment plant. During periods without precipitation, the waste water flows from an inlet pipe into the basin and from there directly through the drain pipe into the sewage treatment plant. The wastewater treatment plants are designed so that they can also absorb a portion of the meteor water that accumulates when it rains. In the event of flooding, however, the capacity of the sewage treatment plant exceeds the amount of meteoric water. The water level in the basin rises to the level of an overflow arranged in the basin and part of the water then flows directly into a stream or river, bypassing the sewage treatment plant.
Die aus dem Abflussrohr in die Kläranlage strömende Wassermenge ist gegeben durch den Rohrquerschnitt und das jeweilige Wasserniveau im Becken. Der Rohrquerschnitt 30 muss so gewählt werden, dass bei höchstem Wasserstand (entsprechend dem Überlaufniveau) gerade die maximale Wassermenge austritt, für welche die Kläranlage ausgelegt ist. Dies bringt verschiedene Nachteile mit sich. Der Zufluss zur Kläranlage ist nicht konstant und diese ist daher nicht 35 gleichmässig ausgelastet. Der Rohrquerschnitt ist — in Anpassung an das Überlaufniveau — relativ klein und kann sich leicht verstopfen. Der kleine Querschnitt wirkt sich insbesondere bei leerem Becken nachteilig aus, wenn nur das Schmutzwasser durchströmt. The amount of water flowing from the drain pipe into the sewage treatment plant is given by the pipe cross-section and the respective water level in the pool. The pipe cross section 30 must be selected so that at the highest water level (corresponding to the overflow level) the maximum amount of water for which the sewage treatment plant is designed emerges. This has several disadvantages. The inflow to the wastewater treatment plant is not constant and is therefore not equally utilized. The pipe cross-section is - in adaptation to the overflow level - relatively small and can easily become blocked. The small cross-section has a disadvantageous effect, especially when the pool is empty, if only the dirty water flows through.
40 Die Erfindung stellt sich nun zur Aufgabe, diese Nachteile zu beseitigen. Es soll ein regulierbarer Abfluss aus dem Flüssigkeitsbecken geschaffen werden, derart, dass der Querschnitt des Rohres in Funktion des Wasserniveaus automatisch variiert werden kann. Insbesondere soll es durch 45 die Erfindung möglich sein, die Durchflussmenge pro Zeiteinheit bei unterschiedlichem Flüssigkeitsniveau konstant zu halten. 40 The invention now has the task of eliminating these disadvantages. A controllable outflow from the liquid basin is to be created in such a way that the cross-section of the pipe can be varied automatically as a function of the water level. In particular, the invention should make it possible to keep the flow rate per unit of time constant at different liquid levels.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch die Merkmale, die in der Kennzeichnung des Patent-50 anspruches 1 definiert sind. This object is achieved according to the invention by the features defined in the characterizing part of patent claim 1.
Nachfolgend werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 schematisch eine Ansicht auf die Vorrichtung zur Verstellung des Durchflussquerschnittes eines Rohres, 55 Fig. 2 einen Querschnitt durch die an der Beckenwand montierte Vorrichtung gemäss Fig. 1, 1 schematically shows a view of the device for adjusting the flow cross-section of a tube, FIG. 2 shows a cross section through the device according to FIG. 1 mounted on the basin wall,
Fig. 3 die Geometrie der Regelvorrichtung bei negativer Exzentrizität, 3 shows the geometry of the control device with negative eccentricity,
Fig. 4 die Geometrie der Regelvorrichtung bei positiver 60 Exzentrizität, 4 shows the geometry of the control device with positive eccentricity,
Fig. 5 ein Diagramm «A» mit hydraulischen Durchflusskurven, 5 shows a diagram “A” with hydraulic flow curves,
Fig. 6 ein Diagramm «B» mit aus der Geometrie der Regelvorrichtung entstandenen Schliesskurven, 6 shows a diagram “B” with closing curves resulting from the geometry of the control device,
65 Fig. 7 die aufeinander gelegten Diagramme «A» und «B» gemäss den Fig. 5 und 6, 65 Fig. 7 the superimposed diagrams "A" and "B" according to FIGS. 5 and 6,
Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, Fig. 9 ein als Segment ausgebildetes Verschlussorgan, 8 shows a further embodiment of the invention,
3 3rd
657 461 657 461
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht auf ein Detail der Regelvorrichtung, und Fig. 10 is a perspective view of a detail of the control device, and
Fig. 11 den Rahmen mit dem Schieber im Detail. Fig. 11 shows the frame with the slider in detail.
Im Bodenbereich der Wand 1 eines Klärbeckens ist eine Durchflussöffnung 2 angeordnet, deren Öffnungsquerschnitt mittels eines Schiebers 3 variiert werden kann. Der Schieber 3 ist in zwei vertikalen seitlichen Führungen 5 eines Rahmens 4 zwischen einer unteren und einer oberen Endstellung 21,22 höhenverstellbar gelagert. In der Fig. 1 ist der Schieber 3 in der unteren Lage eingezeichnet und die obere Lage ist gestrichelt angedeutet. A flow opening 2 is arranged in the bottom area of the wall 1 of a clarifier, the opening cross section of which can be varied by means of a slide 3. The slider 3 is mounted in a height-adjustable manner in two vertical lateral guides 5 of a frame 4 between a lower and an upper end position 21, 22. In Fig. 1, the slide 3 is shown in the lower position and the upper position is indicated by dashed lines.
Zur Verstellung des Schiebers 3 ist ein Kurbelmechanismus vorgesehen. Dieser weist eine teleskopartig verlängerbare und mittels einer Manschette 6 in der Länge fixierbare Kurbelstange 7 auf, deren unteres Ende gelenkig (Gelenk 8) mit einem am Schieber 3 angeordneten Zapfen 9 verbunden ist. A crank mechanism is provided for adjusting the slide 3. This has a telescopically extendable crank rod 7 which can be fixed in length by means of a sleeve 6, the lower end of which is connected in an articulated manner (joint 8) to a pin 9 arranged on the slide 3.
Das obere Ende der Kurbelstange 7 ist über ein Kugelgelenk 10 mit einem Kurbelarm 11 verbunden und mit der weiteren Manschette 6 in der Länge fixierbar. Da die Längen und/oder die Angriffspunkte der Kurbelstange 7 bzw. des Kurbelarmes 11 variierbar sind, können die entsprechenden Hebelarme a, b beliebig eingestellt werden. Die Ausbildung der Manschette 6 erlaubt, den Mittelpunkt 10 bis auf die Achse 12 und darüberhinaus zu stellen. The upper end of the crank rod 7 is connected to a crank arm 11 via a ball joint 10 and can be fixed in length with the further sleeve 6. Since the lengths and / or the points of attack of the crank rod 7 or the crank arm 11 can be varied, the corresponding lever arms a, b can be set as desired. The design of the cuff 6 allows the center 10 to be set up to the axis 12 and beyond.
Das innere Ende der Kurbelstange 11 ist àn einer horizontalen Achse 12 befestigt, welche in einem Lagerblock 13 untergebracht ist. Dieser Lagerblock 13 ist in zwei horizontalen Führungen 14 des Rahmens 4 querverschiebbar angeordnet, derart, dass die Exzentrizität e variiert werden kann. The inner end of the crank rod 11 is attached to a horizontal axis 12, which is housed in a bearing block 13. This bearing block 13 is arranged in two horizontal guides 14 of the frame 4 such that the eccentricity e can be varied.
Die Exzentrizität e ist wie folgt definiert: Eine Senkrechte durch den Schieberzapfen 9 bzw. den Angriffspunkt 8 der Kurbelstange 7 sei mit 15 bezeichnet. Eine weitere Senkrechte, die durch die Schwenkachse 12 geht, trage die Referenznummer 16. Der Abstand dieser beiden, in der Ebene des Rahmens 4 liegenden Senkrechten 15,16 voneinander ist dann die Exzentrizität e. The eccentricity e is defined as follows: A perpendicular through the slide pin 9 or the point 8 of the crank rod 7 is denoted by 15. Another vertical line, which goes through the pivot axis 12, carries the reference number 16. The distance between these two vertical lines 15, 16 lying in the plane of the frame 4 is then the eccentricity e.
Die Achse 12 durchdringt eine oberhalb der Abflussöffnung 2 angeordnete Ausnehmung 17 in der Wand 1 und führt in das Beckeninnere. Die Durchführung ist in nicht näher dargestellter Weise abgedichtet. The axis 12 penetrates a recess 17 arranged above the drain opening 2 in the wall 1 and leads into the basin interior. The implementation is sealed in a manner not shown.
Im Innern des Beckens ist ein Schwimmer 18 vorgesehen, der am äusseren Ende einer parallel zur Beckenwand verschwenkbaren Schwimmerstange 19 verschiebbar und feststellbar angeordnet ist. Das innere Ende 20 der Schwimmerstange 19 ist lösbar an der Achse 12 fixiert, derart, dass der Winkel a zwischen der Schwimmerstange 19 und dem Kurbelarm 11 eingestellt werden kann. In the interior of the basin, a float 18 is provided, which is arranged on the outer end of a float rod 19 which can be pivoted parallel to the basin wall and can be locked. The inner end 20 of the float rod 19 is releasably fixed to the axis 12 such that the angle a between the float rod 19 and the crank arm 11 can be adjusted.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, wird bei einer Veränderung des Wasserniveaus H mittels des Schwimmers 18 und des Kurbelmechanismus der Schieber 3 in der Höhe verstellt. As can be seen from FIG. 1, when the water level H is changed by means of the float 18 and the crank mechanism, the slide 3 is adjusted in height.
Gemäss der Fig. 1 befindet sich der Schieber beim oberen Wasserniveau H2 in einer unteren, teilweise geschlossenen Stellung und beim unteren Wasserniveau H, in einer oberen, offenen Stellung, wobei er um die Höhe Ahs angehoben wor-5 den ist. According to FIG. 1, the slide is in a lower, partially closed position at the upper water level H2 and in an upper, open position at the lower water level H, being raised by the height Ahs.
Die Kinematik des Regelmechanismus lässt sich beliebig variieren, um insbesondere eine gewünschte konstante Durchflussmenge innerhalb eines bestimmten Niveaubereichs AH in Abhängigkeit vom sich ändernden Wasserni-lo veau H einzustellen. Dazu müssen folgende Parameter eingestellt werden: Die Lage des Schwimmers 18 auf der Schwimmerstange 19, der Winkel a, die Länge des Kurbelarmes 11 und der Kurbelstange 17, die Exzentrizität e, der Abstand k. The kinematics of the control mechanism can be varied as desired, in particular to set a desired constant flow rate within a certain level range AH as a function of the changing water level H. For this purpose, the following parameters must be set: the position of the float 18 on the float rod 19, the angle a, the length of the crank arm 11 and the crank rod 17, the eccentricity e, the distance k.
Die Kinematik der Regelvorrichtung geht aus den Fig. 3 15 und 4 hervor, wobei gemäss der Fig. 3 der zwischen den Anschlägen 21,22 verstellbare Schieber 3 zur Regelung der Durchflussöffnung 2 dient. In der Fig. 3 ist die Exzentrizität e negativ, währenddem sie bei der Fig. 4 positiv ist. The kinematics of the control device can be seen in FIGS. 3 15 and 4, wherein according to FIG. 3 the slide 3, which is adjustable between the stops 21, 22, serves to regulate the flow opening 2. The eccentricity e is negative in FIG. 3, whereas it is positive in FIG. 4.
Um nun die Regelvorrichtung so einzustellen, dass die 20 Durchflussmenge im wesentlichen konstant ist, unabhängig vom Wasserniveau, wird wie folgt vorgegangen: To set the control device so that the flow rate is essentially constant, regardless of the water level, proceed as follows:
Zuerst werden die hydraulischen Diagramme «A» (Fig. 5) berechnet. Die mit vi, v2, v3 angegebenen Linien sind Kurven konstanten Wasserdurchflusses (Menge pro Zeitein-25 heit) bei gegebenem Rohrquerschnitt, in Funktion des Wasserniveaus H im Becken und in Funktion der Schieberhöhe hs ab Unterkante des Rohres. Zweckmässigerweise werden für verschiedene Rohre entsprechende Diagramme «A» mit den zugehörigen hydraulischen Kurvenscharen v1; v2, v3 aus-30 gewertet und auf Transparentpapier aufgezeichnet. First, the hydraulic diagrams "A" (Fig. 5) are calculated. The lines indicated by vi, v2, v3 are curves of constant water flow (quantity per unit of time) for a given pipe cross-section, as a function of the water level H in the basin and as a function of the slide height hs from the lower edge of the pipe. Appropriate diagrams “A” with the associated hydraulic curve groups v1; v2, v3 from -30 scored and recorded on tracing paper.
Anschliessend werden die Diagramme «B» berechnet und aufgezeichnet. In diesen Diagrammen ist wieder die Ordinate die Schieberhöhe hs und die Abszisse das Wasserniveau H im Becken. Je nach der gewählten Exzentrizität e, der Hebellän-35 gen a, b, 1 und des Schwenkwinkels a, usw. wirken sich die durch den Schwimmer auf die Regelvorrichtung übertragenen Bewegungen unterschiedlich auf den Schieber 3 aus. Die in Abhängigkeit der Kinematik der Regelvorrichtung berechneten Schliesskurven Si, s2, s3 werden in das Diagramm 40 «B» eingezeichnet, wobei für verschiedene Exzentrizitäten e und für verschiedene Rohrdurchmesser solche Kurvenscharen entstehen. In den Diagrammen «B» entspricht der rechte Kurvenast einer negativen Exzentrizität e und der linke Kurvenast einer positiven Exzentrizität e. The diagrams “B” are then calculated and recorded. In these diagrams, the ordinate is again the slide height hs and the abscissa is the water level H in the basin. Depending on the selected eccentricity e, the lever length 35 a, b, 1 and the swivel angle a, etc., the movements transmitted by the float to the control device have different effects on the slide 3. The closing curves Si, s2, s3, calculated as a function of the kinematics of the control device, are plotted in diagram 40 “B”, with such groups of curves arising for different eccentricities e and for different pipe diameters. In diagrams «B» the right curve branch corresponds to a negative eccentricity e and the left curve branch corresponds to a positive eccentricity e.
45 Generell bestehen die Schliesskurvenausschnitte aus einer sinusähnlichen kinematischen Kurve für den Gelenkhebelmechanismus (im allgemeinen Fall für ein Gelenkvieleck, im speziellen Fall für ein Schubkurbeltrieb). Wenn mit (p der Drehwinkel zwischen der Kurbelstange 7 und dem Kurbeiso arm 11 bezeichnet wird, ergeben sich folgende Zusammenhänge (siehe Fig. 3 und 4): 45 In general, the closing curve sections consist of a sinusoid-like kinematic curve for the articulated lever mechanism (in the general case for an articulated polygon, in the special case for a thrust crank drive). If (p denotes the angle of rotation between the crank rod 7 and the Kurbeiso arm 11, the following relationships result (see FIGS. 3 and 4):
= a = a
♦V ♦ V
b2 - b2 -
Ahs (f) - h0 - hs Ahs (f) - h0 - hs
= a • cos = a • cos
9 + ~Vb^ - (a * sin - e) ^ 9 + ~ Vb ^ - (a * sin - e) ^
In Worten: Die Schieberhöhenverstellung Ahs in Abhängigkeit eines beliebigen Drehwinkels cp kann ausgedrückt werden als Funktion der Kurbelarmlänge a, der Kurbelstangenlänge b, der Exzentrizität e und des Drehwinkels (p. In words: The slide height adjustment Ahs as a function of any rotation angle cp can be expressed as a function of the crank arm length a, the crank rod length b, the eccentricity e and the rotation angle (p.
Damit die beiden Diagramme «A» und «B» miteinander in Verbindung gebracht werden können, muss noch eineBeziehung zwischen dem Wasserstandunterschied AH = H2-Hi und dem Drehwinkel cp gefunden werden. Der Drehes winkel (pi entspricht dem Wasserniveau H, und der Drehwinkel (p2 dem Wasserniveau H2. Mit cp2' sei der Winkel zwischen der Senkrechten 16 und dem Schwimmerarm 19 bei höchstem Wasserniveau H2 bezeichnet. Der Abstand zwi- So that the two diagrams «A» and «B» can be connected to each other, a relationship must still be found between the water level difference AH = H2-Hi and the angle of rotation cp. The angle of rotation (pi corresponds to the water level H, and the angle of rotation (p2 corresponds to the water level H2. Cp2 'denotes the angle between the vertical 16 and the float arm 19 at the highest water level H2.
657 461 657 461
sehen der Schwenkachse 12 und dem Zapfen 9 ist mit k bezeichnet. Dann gilt: see the pivot axis 12 and the pin 9 is denoted by k. Then:
H (cp) = 1 • cos (q>i' + <p) + k H (cp) = 1 • cos (q> i '+ <p) + k
Die einem bestimmten Rohrquerschnitt entsprechenden hydraulischen Diagramme «A» werden nun auf die Schliess-diagramme «B» gelegt. Meist müssen verschiedene Diagramme ausgewählt werden, um eine optimale Deckung zu finden. Das Schliesskurvenstück, welches innerhalb des gewählten Regelbereiches auf das hydraulische Kurvenstück für den gewünschten Ausfluss pro Sekunde am besten passt, The hydraulic diagrams “A” corresponding to a certain pipe cross-section are now placed on the closing diagrams “B”. In most cases, different diagrams have to be selected in order to find optimal coverage. The closing curve piece that best fits the hydraulic curve piece for the desired outflow per second within the selected control range,
wird nun markiert. Dieses Schliesskurvenstück entspricht bestimmten Parametern für die Hebellängen, Hebelstellung und die Exzentrizität, die nun an der Regelvorrichtung eingestellt werden, um den konstanten Durchfluss zu gewährleisten bei unterschiedlichem Wasserniveau. is now marked. This closing curve piece corresponds to certain parameters for the lever lengths, lever position and eccentricity, which are now set on the control device in order to ensure constant flow at different water levels.
In Fig. 8 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die Regelvorrichtung vollständig im Inneren des Beckens angeordnet ist. Es wird gezeigt, wie durch Variierung der Länge 1 der Schwimmerstange 19 der maximale Schwenkbereich ß vergrössert oder verkleinert werden kann. Die einstellbare und drehfest fixierbare Verbindung zwischen der Schwimmerstange 19 und dem Kurbelarm 11 erfolgt mittels einer Lochscheibe 23 und Stiften 24. Damit die Strömung nicht abreisst und Wirbel erzeugt, kann an der Unterkante des Schiebers 3 eine gegen die Strömung gerichtete, strömungsleitende Nase 26 angeordnet sein. Dadurch wird auch verhindert, dass Fäden, Lumpen, längliche Schmutzstoffe um die Unterkante gewickelt werden. 8 shows an embodiment of the invention in which the control device is arranged entirely in the interior of the basin. It is shown how the maximum swiveling range β can be increased or decreased by varying the length 1 of the float rod 19. The adjustable and non-rotatably fixable connection between the float rod 19 and the crank arm 11 takes place by means of a perforated disk 23 and pins 24. So that the flow does not tear off and generate vortices, a flow-guiding nose 26 can be arranged on the lower edge of the slide 3 . This also prevents threads, rags, and elongated contaminants from being wrapped around the bottom edge.
Bei der Fig. 9 ist statt des Schiebers 3 ein Segmentver-schluss 25 vorgesehen, der verschwenkbar am Ende von zwei Lagerböcken 30 gelagert ist. Das Ende der Kurbelstange 7 greift in den Segmentverschluss 25 ein, um diesen zu verschwenken. Der Schwenkbereich ist wieder durch zwei Anschläge 21,22 begrenzt. Das Segment wird vorteilhafterweise als geschlossener Körper ausgeführt. In FIG. 9, instead of the slider 3, a segment closure 25 is provided, which is pivotably mounted at the end of two bearing blocks 30. The end of the crank rod 7 engages the segment lock 25 in order to pivot it. The swivel range is again limited by two stops 21, 22. The segment is advantageously designed as a closed body.
Aus den perspektivischen Detailansichten der Fig. 10 und 11 gehen weitere Einzelheiten der Regelvorrichtung hervor. Es wird gezeigt, wie die beiden Anschläge 21,22 verstellbar am Rahmen 4 befestigt sind und mit einem Vorsprung 27 zusammenwirken, der am Schieber 3 angeordnet ist (Fig. 11). 10 and 11 show further details of the control device. It is shown how the two stops 21, 22 are adjustably attached to the frame 4 and interact with a projection 27 which is arranged on the slide 3 (FIG. 11).
Gemäss der Fig. 10 ist ersichtlich, wie die Kurbelstange 7 mittels des Kugelgelenkes 10 mit dem Kurbelarm 11 verbunden ist und wie der letztere und die Schwimmerstange 19 mittels Manschetten 28 auf der Achse 12 befestigt sind. Der Schwimmer 18 ist durch eine Halterung 29 auf der Schwimmerstange 19 verschiebbar angeordnet. 10 shows how the crank rod 7 is connected to the crank arm 11 by means of the ball joint 10 and how the latter and the float rod 19 are fastened on the axle 12 by means of sleeves 28. The float 18 is slidably arranged on the float rod 19 by a holder 29.
4 4th
s s
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
4 Blatt Zeichnungen 4 sheets of drawings
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Legal Events
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| PL | Patent ceased |