DE9112947U1 - Device for centric feeding of round basins with waste water - Google Patents
Device for centric feeding of round basins with waste waterInfo
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Description
Vorrichtung zur zentrischen Beschickung vonDevice for centric loading of
Rundbecken durch Abwasser Round pool through waste water
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zentrischen Beschickung von Rundbecken durch Abwasser mittels einer vertikalen Rohrleitung.The invention relates to a device for the centric feeding of circular basins with waste water by means of a vertical pipeline.
Im Bereich der Abwassertechnik werden in bekannter Weise Rundbecken mit beträchtlichen Durchmessern auf Klärwerken von Kommunen zur Vorklärung oder als Nachklärbecken zur Schlammtrennung hinter der Belebung eingesetzt. Gemeinsam ist diesen Rundbecken, daß der Zufluß im Zentrum des Rundbeckens über eine vertikal in das Becken hineinführende Rohrleitung erfolgt. Der Strahl wird anschließend durch Konstruktionen unterschiedlichster Ausführung in die Horizontale umgelenkt, um dadurch eine möglichst gleichmäßige radialsymmetrische Abströmung in das Rundbecken zu erreichen. Alle diese Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie zum einen konstruktiv sehr aufwendig sind und keine gezielte Führung der Radialströmung möglich ist, um z.B. mögliche Dichteunterschiede, die aufgrund der Unterschiede von Temperatur und des Feststoffgehaltes zwischen Strahl und Außenströmung vorhanden sind, zu kompensieren.In the field of wastewater technology, it is well known that round tanks with considerable diameters are used in municipal sewage treatment plants for primary treatment or as secondary treatment tanks for sludge separation after the aeration. What these round tanks have in common is that the inflow in the center of the round tank takes place via a pipe leading vertically into the tank. The jet is then diverted horizontally by constructions of various designs in order to achieve the most even, radially symmetrical outflow into the round tank. However, all of these devices have the disadvantage that they are very complex to construct and no targeted guidance of the radial flow is possible in order to compensate, for example, for possible density differences that exist due to the differences in temperature and solids content between the jet and the external flow.
Der technologische Hintergrund ist, daß durch die Sedimentation der Schlammpartikeln im Becken die Dichte des Fluids verändert wird. Die Beschickung erfolgt über ein sogenanntes "Mittelbauwerk". Nach dem Austritt des Fluids vom Mittelbauwerk in den Außenraum kommen die Dichteunterschiede der Suspension gegenüber dem Klarwasser zur Wirkung.The technological background is that the density of the fluid is changed by the sedimentation of the sludge particles in the tank. The fluid is fed via a so-called "central structure". After the fluid exits from the central structure into the outside area, the density differences of the suspension compared to the clear water come into effect.
In radialer Richtung bewirkt die Geometrie des Rundbeckens eine starke Verzögerung der Strömung in Fließrichtung. Da verzögerte Bewegungen allgemein sehr empfindlich auf Störungen reagieren und die Tendenz zur Ablösung vorhandenIn the radial direction, the geometry of the circular basin causes a strong deceleration of the flow in the direction of flow. Since delayed movements are generally very sensitive to disturbances and there is a tendency to detachment
ist, ist die sorgfältige Führung der Radialströmung von großem Wert. Hierbei ist zu beachten, daß beim Ausströmen in den Außenbereich der feststoffbeladene Strom entsprechend seiner höheren Dichte insgesamt nach unten abgelenkt wird (Prof. Valentin, Lehrstuhl für Hydraulik und Gewässerkunde, Technische Universität München, Abtl. 50, 1988 ISSN 0343-1177)., the careful guidance of the radial flow is of great importance. It should be noted that when flowing out into the outer area, the solid-laden flow is deflected downwards in accordance with its higher density (Prof. Valentin, Chair of Hydraulics and Hydrology, Technical University of Munich, Dept. 50, 1988 ISSN 0343-1177).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kontruktiv einfache Vorrichtung zur zentrischen Beschickung von Rundbecken durch Abwasser zu schaffen, bei welcher die Umlenkung eines vertikalen Strahls und eine gleichmäßige radialsymmetrische Verteilung der Strömung erreicht werden soll. Auch soll die neue Vorrichtung in der Lage sein, der Tatsache entgegenzuwirken, daß feststoffbeladene Fluidstrahlen beim Abströmen aus der Vorrichtung in das Rundbecken entsprechend ihrer höheren Dichte nach unten abgelenkt werden.The invention is based on the object of creating a structurally simple device for the central feeding of circular basins with waste water, in which the deflection of a vertical jet and a uniform radially symmetrical distribution of the flow are to be achieved. The new device should also be able to counteract the fact that fluid jets loaded with solids are deflected downwards in accordance with their higher density when flowing out of the device into the circular basin.
Erreicht wird dies erfindungsgemäß überraschend dadurch, daß eine zentrisch eingesetzte horizontale kreisrunde Steuerscheibe im Bereich des Obergangs von der vertikalen Rohrleitung zu einer ansatzlos kontinuierlich anschließenden trompetenförmigen Aufweitung, wobei die Steuerscheibe mit dem Innenumfang der Berandung einen Ringspalt bildet.This is achieved according to the invention in a surprising way in that a centrally inserted horizontal circular control disk in the area of the transition from the vertical pipe to a seamlessly continuously adjoining trumpet-shaped widening, whereby the control disk forms an annular gap with the inner circumference of the edge.
Es wird nicht verkannt, daß an sich Vorrichtungen und Verfahren bekannt sind, die unter Ausnutzung des sogenannten Coanda-Effekts einem Gas oder Flüssigkeitsstrahl eine andere Richtung verleihen. Nicht jedoch in der Abwassertechnik.It is not overlooked that devices and processes are known that use the so-called Coanda effect to give a gas or liquid jet a different direction. However, this is not the case in wastewater technology.
Bekanntlich ist bei diesen Mittelbauwerken die Dichte am Eintritt größer als die Dichte später. Durch die höhere Dichte geht aber die Strömung nach unten und wirbelt den abgelagerten Schlamm wieder auf. In der Praxis war dabei anstatt der geforderten 80% nur ein Wirkungsgrad von 60% erreichbar. Hier bedeutet die Maßnahme nach der ErfindungAs is well known, the density at the inlet of these middle structures is higher than the density later on. However, due to the higher density, the flow goes downwards and stirs up the deposited sludge again. In practice, only an efficiency of 60% was achievable instead of the required 80%. Here, the measure according to the invention means
-3-einen überraschenden Schritt nach vorne.-3-a surprising step forward.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Umlenkung und Führung des Strahles nach dem Ausströmen über den Ringspalt, an der Berandung des trompetenförmigen bzw. torusahnlichen Körpers unter Ausnutzung des Coanda-Effekts erfolgt und daher exakt vorhersagbar ist. Die Austrittsgeschwindigkeit über den gesamten Umfang des Ringspaltes ist konstant und hängt lediglich vom Staudruck ab. Desweiteren ist die Aufweitung des Strahls durch die turbulente Einmischung der Außenströmung, die gewünschte Abnahme der Strahlgeschwindigkeit und das Ablösekriterium an der Berandung des trompetenförmigen bzw. torusahnlichen Körpers vorhersagbar.The advantages achieved with the invention are in particular that the deflection and guidance of the jet after flowing out over the annular gap, at the edge of the trumpet-shaped or torus-like body, takes place using the Coanda effect and is therefore precisely predictable. The exit speed over the entire circumference of the annular gap is constant and depends only on the dynamic pressure. Furthermore, the expansion of the jet due to the turbulent mixing of the outer flow, the desired reduction in jet speed and the separation criterion at the edge of the trumpet-shaped or torus-like body are predictable.
Unter trompetenförmig wird ein ringförmiger Körper verstanden, der beispielsweise aus der reinen Vertikalen im kontinuierlichen übergang bis in die Horizontale oder fast in die Horizontale umlenkt. Coanda-Effekt am Austritt bedeutet, daß die Strömung an der Berandung angelegt verbleibt.Trumpet-shaped means a ring-shaped body that, for example, diverts from the pure vertical in a continuous transition to the horizontal or almost horizontal. The Coanda effect at the outlet means that the flow remains attached to the edge.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann durch Variieren des Umlenkwinkels ß des trompetenförmigen oder torusahnlichen Körpers gezielt die Richtung des in das Rundbecken einfließenden Strahls beeinflußt werden, da der Ablösepunkt exakt vorgegeben wird. Dadurch wird es möglich, Dichteunterschiede, die aufgrund der Unterschiede von Temperatur und Feststoffgehalt zwischen Strahl und Außenströmung vorhanden sind, zu kompensieren. Bei entsprechendem Staudruck und einem entsprechenden Verhältnis des Torusradius bzw. des Radius R des trompetenförmigen Körpers zur Rindspaltbreite können an der Berandung des trompetenförmigen Körpers Umlenkungen von bis zu 180° erreicht werden.According to an advantageous embodiment of the invention, the direction of the jet flowing into the round basin can be specifically influenced by varying the deflection angle ß of the trumpet-shaped or torus-like body, since the separation point is precisely specified. This makes it possible to compensate for density differences that exist between the jet and the outer flow due to differences in temperature and solids content. With appropriate dynamic pressure and an appropriate ratio of the torus radius or the radius R of the trumpet-shaped body to the width of the ridge gap, deflections of up to 180° can be achieved at the edge of the trumpet-shaped body.
Wichtig ist, daß zweckmäßig die Vorrichtung nach der Erfindung es möglich macht, die Austrittsfläche des Ringspalts durch Austausch der Steuer scheiben zu verändern. So ist es möglich, nachträglich auf einfache Weise Anpassungen an betriebliche Änderungen vorzunehmen. Eine zweckmäßige Ausgestaltung ist in weiteren Unteransprüchen gegeben. Zweckmäßig wird über den gesamten Umfang des trompetenförmigen Körpers in gleichen Abständen und unter einem bestimmten Winkel zur Anströmrichtung als Aufsatz eine Lamellenringanordnung vorzusehen sein. Dies ist eine besonders einfache und zuverlässige Art, dem Strahl zur Radialkomponente eine zusätzliche Tangentialkomponente aufzuprägen. Dadurch wird primär der Fließweg im Rundbecken verlängert, was bei den Klärbecken zu einer besseren Sedimentation und zum sogenannten Teetasseneffekt führt.It is important that the device according to the invention makes it possible to change the exit area of the annular gap by replacing the control disks. This makes it possible to subsequently make adjustments to operational changes in a simple manner. A suitable design is given in further subclaims. It is advisable to provide a lamellar ring arrangement as an attachment over the entire circumference of the trumpet-shaped body at equal intervals and at a certain angle to the direction of flow. This is a particularly simple and reliable way of imparting an additional tangential component to the jet in addition to the radial component. This primarily lengthens the flow path in the round tank, which leads to better sedimentation in the clarification tanks and the so-called teacup effect.
Außerdem kann bei der Ausführungform mit dem Lamellenaufsatz durch gleichmäßiges Verdrehen aller Lamellen um einen vorgegebenen Winkel zur Anströmrichtung auch die Größe der Tangentialkomponente beeinflußt werden.In addition, in the design with the slat attachment, the size of the tangential component can also be influenced by uniformly rotating all slats by a predetermined angle to the flow direction.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Vorrichtung um ihre horizontale Achse um 180° gedreht sein. Dies vor allem dann, wenn z.B. aus betrieblichen Erfordernissen die Versorgungsleitung vertikal von oben anstatt von unten in das Rundbecken eingeführt wird.In a further embodiment of the invention, the device can be rotated by 180° around its horizontal axis. This is especially the case if, for example, for operational reasons, the supply line is introduced vertically into the round basin from above instead of from below.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Beschickung von Rundbecken. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß der Coanda-Effekt zur Umlenkung und Führung des vertikalen Beschickungsstrahls in die Horizontale und zur Herbeiführung einer radialsymmetrischen Verteilung herangezogen wird.The invention also relates to a method for feeding round tanks. This method is characterized by the fact that the Coanda effect is used to deflect and guide the vertical feed jet into the horizontal and to bring about a radially symmetrical distribution.
Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann auch um 180° gedreht gearbeitet werden.According to a special embodiment of the invention, work can also be carried out rotated by 180°.
-&dgr;--δ-
&Igr; Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nunmehr mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in: &Igr; Example embodiments of the invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. These show in:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine ersteFig. 1 is a plan view of a first
Ausführungsform;embodiment;
Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht zur Fig. 1;Fig. 2 is a sectional side view of Fig. 1;
die Fig. 3 bis 6 Variations- und Erganzugsmoglichkeiten zuFig. 3 to 6 Variation and supplementary possibilities to
der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform.the embodiment shown in Fig. 1.
Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist ein trompetenförmiger oder torusähnlicher Körper (4), im folgenden trompetenförmiger Körper genannt/ vorgesehen. Zur Erzeugung des Ringspaltes (3) wird auf Höhe des Flansches eine kreisrunde Steuerscheibe (2) eingebracht, deren Durchmesser kleiner sein muß als der Innendurchmesser der vertikalen Rohrleitung (2). Die Befestigung der Steuerscheibe (2) erfolgt auf einem zentrisch in der vertikalen Rohrleitung (7) befindlichen Vollzylinder (1), der beim Anströmen gemäß der Pfeilrichtung auch als Strahlteiler wirkt. Der Vollzylinder (1) ist seinerseits wieder über vier Zentrierstangen (5) an der vertikalen Rohrleitung (7) befestigt. Ein Kurvator-Effekt stellt sich ein. zwangsweise bei etwa 85° Umlenkung stellt sich Strahlablösung ein.In the embodiment of the invention shown in Fig. 1 and 2, a trumpet-shaped or torus-like body (4), hereinafter referred to as a trumpet-shaped body, is provided. To create the annular gap (3), a circular control disk (2) is inserted at the level of the flange, the diameter of which must be smaller than the inner diameter of the vertical pipe (2). The control disk (2) is attached to a solid cylinder (1) located centrally in the vertical pipe (7), which also acts as a jet splitter when the flow is in the direction of the arrow. The solid cylinder (1) is in turn attached to the vertical pipe (7) via four centering rods (5). A curvator effect occurs. Jet separation inevitably occurs at a deflection of around 85°.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Ausführungsform in Verbindung mit einer Drallkammer (9). Ober die horizontale Rohrleitung (10) wird gemäß der Pfeilrichtung das Abwasser in die Drallkammer (9) eingeleitet. Die so erzeugte spiralförmige Strömung verläßt die Drallkammer (9) über die vertikale Rohrleitung (7). Die spiralförmige Bewegung der Strömung wird auch nach dem Austritt über den Ringspalt (3) beibehalten und bewirkt dadurch, daß nach der Umlenkung der Vertikalströmung an der Berandung des trompetenförmigen Körpers (4) zur Radialkomponente eine zusätzliche Tangentialkomponente vorhanden ist. Es stellt sich eineFig. 3 and 4 show an embodiment in connection with a swirl chamber (9). The waste water is fed into the swirl chamber (9) via the horizontal pipe (10) in the direction of the arrow. The spiral flow thus generated leaves the swirl chamber (9) via the vertical pipe (7). The spiral movement of the flow is also maintained after exiting via the annular gap (3) and thus causes an additional tangential component to be present after the vertical flow is diverted to the radial component at the edge of the trumpet-shaped body (4). This creates a
-&dgr;--δ-
Spiralströmung ein und der Weg wird größer, die Strömungsgeschwindigkeit wird sehr stark reduziert, beispielsweise von 1 m/sek. bis auf 10 cm/sek. Durch die Anordnung der Drallkammer wird die Verzerrung der Rohr strömung durch das Geschwindigkeitsprofil kompensiert.Spiral flow sets in and the path becomes larger, the flow speed is greatly reduced, for example from 1 m/sec. to 10 cm/sec. The arrangement of the swirl chamber compensates for the distortion of the pipe flow through the velocity profile.
Die Fig. 5 und 6 zeigen in einer abgewandelten Ausführungsform, einen Aufsatz (11; 12) auf dem trompetenförmigen oder torusähnlichen Körper. Dieser ist an der Abreißkante (4), dort, wo sich die Strömung an der Berandung des trompetenförmigen Körpers (4) ablöst mit solchen Lamellen (12) vorgesehen. Die Lamellen (12) sind in gleich großen Abständen um die Abreißkante (8) des trompetenförmigen Körpers (4) verteilt und werden oben durch einen Ring (11) und unten durch Köcher, die an der Abreißkkante (8) des trompetenförmigen Körpers (4) befestigt sind, gehalten. Hierdurch wird dem Strahl zur Radialkomponente eine zusätzliche Tangentialkomponente aufgeprägt. Eine Folge ist, daß der Fließweg im Rundbecken verlängert wird. Dies wiederum hat eine bessere Sedimentation zur Folge und führt zum sogenannten Teetasseneffekt. Die Lamellen (12) können gleichmäßig, beispielsweise um einen vorgegebenen Winkel, zur Anströmrichtung gedreht werden, wodurch auch die Größe der Tangentialkomponente beeinflußt werden kann.Fig. 5 and 6 show a modified embodiment of an attachment (11; 12) on the trumpet-shaped or torus-like body. This is provided with such lamellae (12) on the tear-off edge (4), where the flow separates at the edge of the trumpet-shaped body (4). The lamellae (12) are distributed at equal distances around the tear-off edge (8) of the trumpet-shaped body (4) and are held at the top by a ring (11) and at the bottom by quivers that are attached to the tear-off edge (8) of the trumpet-shaped body (4). This gives the jet an additional tangential component in addition to the radial component. One consequence is that the flow path in the round basin is extended. This in turn results in better sedimentation and leads to the so-called teacup effect. The slats (12) can be rotated evenly, for example by a predetermined angle, to the direction of flow, whereby the size of the tangential component can also be influenced.
Zur Definition des Torus ist nachzutragen, daß dieser als Rotationskörper als aus einer konvex gekrümmten kontinuierlichen Raumkurve entstanden anzusehen ist, wobei "trompetenförmig" als vereinfachte Definition anzusehen ist.Regarding the definition of the torus, it should be added that it is a body of revolution that is to be regarded as having arisen from a convexly curved continuous space curve, whereby "trumpet-shaped" is to be regarded as a simplified definition.
Claims (8)
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