EP0237481B1

EP0237481B1 - Hydraulic siphon for a spillway of a hydraulic structure

Info

Publication number: EP0237481B1
Application number: EP87810112A
Authority: EP
Inventors: Werner Nill
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-03-07
Filing date: 1987-02-27
Publication date: 1991-07-24
Anticipated expiration: 2007-02-27
Also published as: ATE65567T1; DE3771531D1; EP0237481A3; EP0237481A2

Abstract

The hydraulic siphon on a spillway (3) of a hydraulic structure (1) is divided into a plurality of siphon sections which come into action successively as the upstream water level rises. Depending on the design of the inlet-side edges (24 ... 24"") and the length (X) of the outlet-side plates (19 ... 19""), the output of the siphon can be set so as to be linear, rising or falling. <IMAGE>

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein hydraulischer Heber an einer Wasserüberlaufschwelle an einem Wasserbauwerk gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 (vgl. FR-A- 2 186 612).The invention relates to a hydraulic lifter on a water overflow threshold on a hydraulic structure according to the preamble of claim 1 (cf. FR-A-2 186 612).

Abwasserbauwerke weisen zur Hochwasserentlastung Überlaufschwellen auf, über die die Leistung des Abwasserbauwerkes übersteigende Wassermenge direkt abgeführt werden kann.Wastewater structures have overflow thresholds for flood relief, via which the amount of water in excess of the capacity of the wastewater structure can be drained off directly.

Bei starken Regenfällen kann die Wassermenge kurzfristig derart stark ansteigen, dass das Ableitungsvermögen der Überlaufschwelle nicht genügt, wodurch der Wasserspiegel weiter ansteigt und einen Rückstau in der Zuleitung bewirkt.In the event of heavy rainfall, the amount of water can increase briefly to such an extent that the discharge capacity of the overflow threshold is insufficient, which causes the water level to rise further and cause a backflow in the supply line.

Aus dem "Fachwörterbuch für Bewässerung und Entwässerung", erschienen im Verlag Franckhische Verlagshandlung Stuttgart 1971, S. 398/399, ist ein hydraulischer Heber bekanntgeworden, bei dem unter dem durch ein gebogenes Blech gebildeten Hauptheber ein sog. Bahyheber eingesetzt ist. Dieser Babyheher bewirkt, dass durch den von ihm ausgestossenen unterwasserseitigen Wasserstrahl durch Verschliessen des Unterwasserteils des Haupthebers dessen Anspringen bewirkt wird, bevor der oberwasserseitige Wasserspiegel den Scheitel des Haupthehers erreicht hat. Der Babyheber dient folglich einzig dazu, den Hauptheber zu starten, ohne dass dazu der Wasserspiegel den Scheitel des Haupthebers erreicht.From the "Specialist dictionary for irrigation and drainage", published by the publishing house Franckhische Verlagshandlung Stuttgart 1971, pp. 398/399, a hydraulic jack has become known in which a so-called Bahy jack is inserted under the main jack formed by a bent sheet. This baby elevator causes the underwater-side water jet which it has ejected by closing the underwater part of the main lifter to cause it to start before the water-side water level has reached the apex of the main elevator. The baby lifter is therefore only used to start the main lifter without the water level reaching the top of the main lifter.

Gegenüber den älteren bekannten Wasserhebern hat dieser mit einem Starter (Babyheber) versehene Heber den Vorteil, früher anzuspringen; es ist hingegen nicht möglich, die Wirkungsweise des Wasserhebers damit mehrstufig auszubilden und das schlagartige Einsetzen und Abbrechen der Entnahme zu dämpfen.Compared to the older known water lifters, this lifter provided with a starter (baby lifter) has the advantage of starting earlier; on the other hand, it is not possible to develop the mode of operation of the water lift in several stages and to dampen the sudden onset and termination of the removal.

Aus der FR-A1-2.186.612 ist eine Vorrichtung zum Trennen von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte bekannt. Mittels eines ober- und unterwasserseitig gleich lange Schenkel aufweisenden, mehrzelligen Hebers wird oberwasserseitig aus dem Bereich des Beckenbodens spezifisch dichtere Flüssigkeit abgeführt.A device for separating liquids of different densities is known from FR-A1-2.186.612. By means of a multi-cell lifter with legs of equal length on the upper and lower sides, specifically denser liquid is removed from the area of the pool bottom on the upper water side.

Durch Aufteilen des Hebers in eine Mehrzahl von kleinen Heberabschnitten kann einerseits ohne Verlängerung der Ueberlaufschwelle eine grössere Wassermenge abgeführt und schon bei einem Wasserstand unter dem Ansprechpunkt eines herkömmlichen Hebers abgesaugt werden, welche sich dann mit zunehmenden Zufluss zum Bauwerk steigern lässt.By dividing the lifter into a plurality of small lifter sections, a larger amount of water can be removed on the one hand without extending the overflow threshold and sucked off at a water level below the response point of a conventional lifter, which can then be increased with increasing inflow to the building.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Heber zu schaffen, mit dem Wasser dosiert und ohne schlagartiges Einsetzen und Abbrechen der Entnahme abgeführt werden kann und in vorgebbarer Menge abführbar ist.The invention has for its object to provide a hydraulic jack with which water can be metered and discharged without sudden insertion and aborting the removal and can be discharged in a predetermined amount.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved according to the characterizing features of claim 1.

Der hydraulische Heber wird stufenweise ausgeschaltet und auch die Menge der vom Heber abgesaugten Wassermenge wird dem jeweiligen Oberwasserspiegel angeglichen.The hydraulic jack is gradually switched off and the amount of water drawn off from the jack is adjusted to the respective headwater level.

Anhand illustrierter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Figur l: eine perspektivische Darstellung eines Abwasserbauwerkes mit einer Ueberlaufschwelle,
Figur 2: einen Querschnitt durch die Ueberlaufschwelle längs Linie II-II in Figur l,
Figur 3: einen Querschnitt durch die Ueberlaufschwelle längs Linie II-II in Figur l in einer anderen Ausführungsform,
Figur 4: eine Draufsicht auf eine kreisförmige Ueberlaufschwelle,
Figur 5: einen Querschnitt längs Linie V-V in Figur 4 und
Figur 6: ein nicht massstäbliches Diagramm des Verlaufes der abgeführten Wassermengen.

The invention is explained in more detail on the basis of illustrated exemplary embodiments. Show it:

Figure l: 1 shows a perspective illustration of a wastewater structure with an overflow threshold,
Figure 2: 2 shows a cross section through the overflow threshold along line II-II in FIG. 1,
Figure 3: 2 shows a cross section through the overflow threshold along line II-II in FIG. 1 in another embodiment,
Figure 4: a plan view of a circular overflow threshold,
Figure 5: a cross section along line VV in Figure 4 and
Figure 6: a not to scale diagram of the course of the discharged water quantities.

In Figur l ist ein aus Beton hergestelltes Abwasserbauwerk l, z.B. ein Entlastungsbecken 7 oder ein Kanal (in Figur l nur in strichpunktierten Linien angedeutet), mit einer Ueberlaufschwelle 3 von der Länge L und der Höhe h₁, einem Zulauf 5 in das Entlastungsbecken 7, einem Ablauf 9 am Boden des Entlastungsbeckens 7, einer Ueberlaufsammelrinne ll mit einem Ablauf l3 (es könnte auch ein natürliches Gewässer sein) sowie einer Tauchwand l5, die auch als Sieb ausgebildet sein kann und verhindert, dass grosse Gegenstände zur Schwelle 3 gelangen können.In Figure 1 there is shown a sewage structure 1 made of concrete, e.g. a relief basin 7 or a channel (indicated only in dash-dotted lines in FIG. 1), with an overflow threshold 3 of length L and height h 1, an inlet 5 into the relief basin 7, an outlet 9 at the bottom of the relief basin 7, an overflow collecting channel 11 with a drain l3 (it could also be a natural body of water) and a diving wall l5, which can also be designed as a sieve and prevents large objects from reaching threshold 3.

Ueber der Ueberlaufschwelle 3 sind mehrere im wesentlichen aus gebogenen Platten l7 und daran anschliessenden flachen Platten l9 zusammengesetzte, je einen Heber bildende Abdeckungen 20, 20′,20",20‴ angeordnet, wobei die Platten l9 auch eine Krümmung aufweisen können, so dass deren untere Kanten entweder zum Sockel der Ueberlaufschwelle hin- oder von diesem weggerichtet sind (andeutungsweise dargestellt in Figur 2 in gebrochenen Linien).Above the overflow threshold 3 are a plurality of covers 20, 20 ′, 20 ″, 20 zusammen which are composed essentially of curved plates l7 and adjoining flat plates l9, each forming a lifter, wherein the plates l9 can also have a curvature, so that their lower edges either towards the base of the overflow threshold or directed away from it (indicated in broken lines in FIG. 2).

Die Abdeckungen 20,20′,20",20‴ verlaufen parallel und in konstantem Abstand zueinander, so dass die Querschnitte der zwischen den Abdeckungen 20,20′; 20′, 20"; 20", 20‴; bzw. zwischen der Ueberlaufschwelle 3 und der Abdeckung 20 liegenden gekrümmten Räume 2l,2l′,2l" und 2l‴ stets konstant ist. Es versteht sich von selbst, dass durch unterschiedliche Abstände zwischen den übereinanderliegenden Abdeckungen 20...20‴ die Mengencharakteristik veränderbar ist. Seitlich sind die Räume 2l,2l′,2l",2l‴ durch die beiden Wände 23 und 24 des Entlastungsbeckens 7 oder durch andersweitig ausgestaltete Abdeckungen geschlossen. Im Scheitel weisen die gebogenen Platten l7 Oeffnungen l8 auf, durch die die gefangene Luft beim Ansteigen des Wasserspiegels entweichen kann. Zur Vermeidung des Ausfalls des gesamten Hebers infolge Verstopfung durch Schwemmgut kann dieser in Teillängen aufgeteilt werden. Zu diesem Zweck sind die Räume 2l...2l‴ durch eine oder mehrere vertikale Zwischenwände 25 aufgeteilt.The covers 20, 20 ', 20 ", 20 ‴ run parallel and at a constant distance from one another, so that the cross sections of the between the covers 20, 20'; 20 ', 20"; 20 ", 20 ‴; or between the overflow threshold 3 and the cover 20 lying curved spaces 2l, 2l ', 2l" and 2l ‴ is always constant. It goes without saying that due to different distances between the superimposed covers 20 ... 20 ‴ the quantity characteristics can be changed. Laterally, the rooms 2l, 2l ', 2l ", 2l are closed by the two walls 23 and 24 of the relief basin 7 or by covers of another design. At the apex, the curved plates l7 have openings l8 through which the trapped air rises when the In order to avoid the failure of the entire lifter due to clogging by floating material, this can be divided into partial lengths. For this purpose, the rooms 2l ... 2l ‴ are divided by one or more vertical partition walls 25.

Wenn im Entlastungsbecken 7 der Wasserspiegel bis zur Höhe h₂ ansteigt, d.h. bis zum Scheitel der Abdeckung 20, so dass der Raum 2l vollständig gefüllt ist, setzt die Heberwirkung der Wassersäule im aussenliegenden Teil des Raumes 2l ein und saugt Wasser aus dem Innern des Entlastungsbeckens 7. Bei weitersteigendem Oberwasserspiegel setzt in der Folge ein Heberabschnitt nach dem anderen ein, sobald jeweils der Scheitel der nächsthöheren Abdeckung 20′...20‴ überflutet wird. Bis zum Einsetzen der Saugwirkung läuft das Wasser jeweils in freiem Ueberfall durch den Heberabschnitt, d.h. durch die Räume 2l...2l‴. Wenn alle Heberabschnitte in Betrieb sind, wird die durch den Querschnitt der Heber und die Länge X des äusseren Schenkels (der Platte l9) des Hebels gegebene maximale Wassermenge gefördert, welche wesentlich über der Menge liegt, die in freiem Ueberfall abführbar wäre. Die Saugwirkung setzt also stufenweise ein, weil anfänglich nur der zuunterst liegende Heber zu arbeiten beginnt. Im Gegensatz zum einräumigen Heber kann beim mehrräumigen Heber bereits bei geringem Anstieg des Oberwasserspiegels durch den ersten Heberabschnitt eine gedeutend grössere Wassermenge abgeführt werden als beim freien Ueberfall im einräumigen Heber bei gleichem Oberwasserstand.If in the relief basin 7 the water level rises to the height h₂, ie up to the apex of the cover 20, so that the space 2l is completely filled, the lifting action of the water column in the outer part of the space 2l sets in and sucks water from inside the relief basin 7 If the upper water level continues to rise, a section of siphon begins after the other as soon as the apex of the next higher cover 20 '... 20 ‴ is flooded. Until the suction starts, the water runs freely through the siphon section, ie through rooms 2l ... 2l ‴. When all of the lifter sections are in operation, the maximum amount of water given by the cross section of the lifter and the length X of the outer leg (the plate 19) of the lever is pumped, which is substantially above the amount that could be removed in free attack. The suction effect starts gradually, because initially only the lowest one Lifter begins to work. In contrast to the one-room lifter, with the multi-room lifter, even with a slight rise in the headwater level, a significantly larger amount of water can be drained through the first lifter section than with the free hold-up in the one-room lifter with the same headwater level.

Wenn alle Platten l9 unterwasserseitig im wesentlichen gleich lang sind (Länge X, die selbstverständlich grösser ist als die oberwasserseitige Saughöhe) und unten auf etwa gleicher Höhe h₀ enden, so ist die Saugleistung jeder Stufe des Hebers gleich (wenn die unterschiedlichen Höhen h₂...h₅ der Schenkel vernachlässigt werden). Um die bei starken Regenfällen meist nicht linear, sondern mit zunehmender Geschwindigkeit ansteigende Wassermenge auch durch eine zunehmende Saugleistung abführen zu können oder auch aus regulierungstechnischen Gründen die Saugleistung zu erhöhen, sind die Platten l9 der aussenliegenden Abdeckungen 20 länger als die innenliegenden ausgebildet und erhöhen damit die Saugleistung der äusseren Heberabschnitte.If all plates l9 on the underwater side are essentially of the same length (length X, which is of course greater than the suction level on the upper water side) and end at approximately the same height, the suction power of each level of the jack is the same (if the different heights h₂ ... h₅ the thigh are neglected). In order to be able to drain the amount of water, which increases in the case of heavy rainfall, not linearly but with increasing speed, also by increasing suction power or to increase the suction power for regulatory reasons, the plates 19 of the outer covers 20 are longer than the inner ones and thus increase the Suction power of the outer lifter sections.

Es kann auch sein, dass unterwasserseitig nicht beliebig viel Wasser zugeführt werden kann. In diesem Fall werden die aussenliegenden Abdeckungen 20 kürzer als die innenliegenden ausgebildet. Dadurch bleibt die abgeführte Wassermenge bei steigendem Oberwasser gleich oder nimmt sogar ab.It may also be the case that not as much water can be added underwater. In this case, the outer covers 20 are made shorter than the inner ones. As a result, the amount of water discharged remains the same or even decreases with rising headwater.

Anstelle von mit konstantem Abstand a angeordneten Platten (l7...l7"") und Platten (l9...l9"") kann zur Erhöhung der Absaugmenge auch der Abstand nach aussen zunehmend gestaltet werden, so dass grösser dimensionierte Hebel entstehen. Bei Verringerung des Abstandes vermindert sich die Wirkung des Hebers entsprechend.Instead of plates (l7 ... l7 "") and plates (l9 ... l9 "") arranged at a constant distance a , the distance to the outside can also be increased to increase the suction volume, so that larger levers are created. If the distance is reduced, the effect of the jack is reduced accordingly.

Wenn die aussenliegenden Platten l9 der Heber in das Unterwasser eintauchen, so wird die dem Unterwasser zugeführte Wassermenge mit steigendem Unterwasserspiegel reduziert und damit eine Regulierung des Zulaufs erreicht.If the external plates 19 of the lifter are immersed in the underwater, the amount of water supplied to the underwater is reduced as the underwater level rises and regulation of the inflow is thus achieved.

Damit beim Zurückgehen der Zuflussmenge, d.h. bei Absinken des Oberwasserspiegels, das Entlastungsbecken 7 nicht von der durch den hohen Wasserstand beim höchsten Zufluss in Betrieb gesetzten hohen Absaugleistung sehr rasch auf das Niveau h₁ der Schwelle 3 abgesenkt wird und dann schlagartig aussetzt, liegen die Kanten 22...22"" der gebogenen Platten l7...l7"" ansaugseitig nicht auf der Höhe h₁ wie die der am weitesten innenliegenden Abdeckung 20, sondern jeweils auf der Höhe h₃...h₅ des Scheitels der direkt darunter angeordneten Abdeckung 20...20". Mit dieser Massnahme wird bewirkt, dass beim Absinken des Wasserspiegels unter h₄, d.h. unter den Scheitel der zweitobersten Abdeckung 20‴, Luft durch die Oeffnung in den Heber eintreten kann und diesen ausschaltet. Die Abschaltung des Hebers erfolgt damit nicht schlagartig, sondern es setzt nur die Wirkung des äussersten Abschnittes aus. Das Wasser läuft im äussersten Abschnitt in freiem Ueberlauf dennoch weiter, bis der Wasserspiegel auf h₄ abgesunken ist und nun den zweitäussersten Heber ausser Betrieb setzt, usw.So that when the amount of inflow declines, ie when the headwater level drops, the relief basin 7 is not lowered very quickly to the level h 1 of the threshold 3 from the high suction power put into operation by the high water level at the highest inflow and then abruptly suspends, the edges 22 lie ... 22 "" of the curved plates l7 ... l7 "" on the suction side not at the height h₁ like that of the innermost cover 20, but each at the height h₃ ... h₅ of the apex of the cover 20 arranged directly underneath. ..20 ". This measure ensures that when the water level drops below h₄, ie below the apex of the second uppermost cover 20 ‴, air can enter through the opening and switch it off. The lifter is therefore not switched off suddenly , it only suspends the effect of the outermost section: the water In the outermost section, it continues to run in a free overflow until the water level has dropped to high and now puts the second outermost lifter out of operation, etc.

Die Saugleistung des Hebersystems nach der Erfindung kann somit von Ober- und Unterwasser wasserstandsabhängig oder -unabhängig gestaltet werden.The suction power of the lifting system according to the invention can thus be designed as a function of or independent of the water level from above and below water.

Das Hebersystem kann nicht nur an einer geraden Ueberfallkante angewendet werden, sondern auch an einem zylindrischen Ablauf entsprechend der Darstellung in den Figuren 4/5.The lifting system can be used not only on a straight overflow edge, but also on a cylindrical outlet as shown in FIGS. 4/5.

Zur Veranschaulichung der mit einem wasserstandsabhängigen Hebersystem abführbaren, ansteigenden Wassermenge zeigt Figur 6 ein schematisches Diagramm. Die strichpunktierte Linie zeigt die abgeführte Menge pro Zeiteinheit bei freiem Ueberfall ohne Heber, die gestrichelte Linie die Menge mit einem einzigen Heber und die ausgezogene Linie die Menge mit dem in Abschnitte aufgeteilten Hebersystem nach der Erfindung gemäss Beispiel von Figur 3.FIG. 6 shows a schematic diagram to illustrate the increasing amount of water that can be removed with a water level-dependent lifting system. The dash-dotted line shows the amount discharged per unit of time in the case of a free hold-up without a lifter, the dashed line the amount with a single lifter and the solid line the amount with that in sections split lifter system according to the invention according to the example of FIG. 3.

Anstelle von unterschiedlich langen Platten l9...l9‴ könnten zur Regulierung der Saugleistung der Heberabschnitte mechanisch verschliessbare Oeffnungen zum Verkürzen oder Verlängern der Saughöhe (X...X‴) in den Platten l9...l9‴ angebracht sein (keine Abbildung).Instead of plates l9 ... l9 ‴ of different lengths, mechanically closable openings for shortening or lengthening the suction height (X ... X ‴) could be provided in the plates l9 ... l9 zur to regulate the suction power of the lifting sections (not shown). .

Sofern der Unterwasserstand so weit ansteigt, dass eine oder mehrere der Platten l9...l9‴, d.h. deren Unterkanten, in diesen eintauchen, so wird, wie bereits erwähnt, die Leistung der jeweiligen Heberabschnitte um die verminderte Saughöhe herabgesetzt.If the underwater level rises so far that one or more of the plates l9 ... l9 ‴, i.e. whose lower edges are immersed in these, as already mentioned, the performance of the respective lifting sections is reduced by the reduced suction height.

Claims

Hydraulic siphon for a spillway (3) of a hydraulic structure (1) consisting of a curved plate (17) on the crest of the spillway (3) with a substantially uniform surrounding spacing and of a substantially flat plate (19) on the underwater side connecting to a manufactured cover (20''') whereby the space (21...21''') forming the spillway between the spillway (3) and the cover (20''') is divided into several siphon section forming spaces (21...21''') running parallel to each other, arranged one over the other with openings (18) arranged on the crests of the plates (17...17'''), characterized in that
the inlet edges (22...22''') of the curved plates (17...17''') are located at the height (h...h4) of the crest of the curved underlying cover (20...21''') and the inlet orifices of the siphon sections above the water are located above their discharge orifices respectively.
Hydraulic siphon according to Claim 1, characterized in that the lengths (X...X''') of the plates (19...19''') of the coverings (20..20'') on the underwater side increase from the inside to the outside.
Hydraulic siphon according to Claim 1, characterized in that the lengths (X...X''') of the plates (19...19''') of the coverings (20..20'') on the underwater side decrease from the inside to the outside.
Hydraulic siphon according to Claims 1 to 3, characterized in that the lengths (X...X''') of the plates (19...19''') end at the same height h0.
Hydraulic siphon according to the Claims 1 to 4, characterized in that the spaces (21..2l''') are divided through vertically arranged intermediate partitions (24).
Hydraulic siphon according to the Claim 1 to 5, characterized in that the spacing between the curved plates (17...17''') and the plates (19...19''') increases or decreases.
Hydraulic siphon according to the Claim 1 to 6, characterized in that the plates (19...19''') are immersed in water.