DE2844981A1

DE2844981A1 - Verfahren und vorrichtung zur verbesserung der von einem niederdruck- rasensprenger gelieferten wasserverteilung

Info

Publication number: DE2844981A1
Application number: DE19782844981
Authority: DE
Inventors: Edward Moore Troup
Original assignee: Rain Bird Corp
Current assignee: Rain Bird Corp
Priority date: 1978-02-03
Filing date: 1978-10-16
Publication date: 1979-08-16
Also published as: ZA785912B; FR2416054A1; ES249552Y; IL55783A0; CA1103725A; AU520843B2; US4195782A; IT1099396B; MX147272A; AU4094178A; JPS54105310A; ES249552U; IT7828946A0; IL55783A

Description

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"Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der von einem Niederdruck-Rasensprenger gelieferten Wasserverteilung"

Die vorliegende Erfindung betrifft Berieselungsvorrichtungen mit Sprengern, die durch Beaufschlagung mit Wasser betrieben werden und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Wasserverteilung, die erhalten wird, wenn solche Sprenger bei niedrigem Wasserdruck betrieben werden.

Es ist an sich bekannt, daß durch Wasserbeaufschlagung betriebene Rasensprenger oder Berieselungsvorrichtungen eine gleichmäßige Verteilung des Wassers über den gesamten Berieselungsbereich ergeben sollen. Ein Verfahren, mit dem dies erreicht wurde, besteht darin, daß Wasser unter verhältnismäßig hohem Druck den Sprengern zugeführt wird, sodaß diese einen Sprühnebel aus verhältnismäßig kleinen Wassertröpfchen erzeugen. Für eine gegebene Sprengergröße und Düsengröße gibt es jeweils einen Minimaldruck, oberhalb dessen das Wasser dem Sprenger zugeführt werden muß, um eine zufriedenstellende Wasserverteilung und den richtigen Betrieb der Berieselungsvorrichtung zu erzielen.

Wie als Beispiel in dem 1977 Irrigation Equipment Catalogue (Katalog von Berieselungsausrüstung) der Firma Rain Bird Sprinkler Mfg. Corp. in Glendora, Kalifornien, dargestellt, muß der Wasserdruck für einen Kreisberiesler des Modells 30 mit einer Düsen-

größe von 4,8 mm mindestens 3 ι 25 kg/cm betragen, um eine zufriedenstellende Wasserverteilung und den richtigen Betrieb der Sprengervorrichtung zu gewährleisten. Falls der Druck unter diesen Wert absinkt, nimmt die Tröpfchengröße im Sprühnebel stark zu und die Verteilung der ausgesprühten Flüssigkeit verschlechtert sich merklich.

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Wenn der Sprühnobel aus großen Tropfen besteht, wird ein großer Teil des Wassers an den Außengebieten der Berieselungsfläche konzentriert. Wenn große Tropfen auf den Boden fallen, führen sie zu einer Verklumpung der Erde und verringern damit deren Wasserdurchlässigkeit. Die verringerte Durchlässigkeit führt zu Wasserverlusten aufgrund ablaufenden Wassers und Verdunstung, ehe das Wasser vom Boden aufgenommen werden kann.

Beträchtliche Energien werden dazu benötigt, den zur Erzeugung der gewünschten kleinen Tröpfchen benötigten Druck aufrechtzuerhalten. In bekannten Sprengern mit Drehachse müssen oft Hochleistungspumpen verwendet werden, die mit Erdgas oder elektrischem Strom betrieben werden. Zusätzlich werden häufig Pumpen zur Druckerhöhung in den Zuleitungsrohren verwendet, um den notwendigen Druck beizubehalten. Die Ausgaben für die Versorgung der Hochleistungspumpen und der zusätzlichen Pumpen erhöhen die Betriebskosten derartiger Berieselungssysteme beträchtlich.

Es besteht deshalb Bedarf an einer zweckmäßigen, wirkungsvollen und preisgünstigen Vorrichtung zur Verbesserung der von Rasensprengern erzeugten Wasserverteilung beim Niederdruck-Betrieb zur Energieeinsparung. Wie aus dem folgenden ersichtlich, erfüllt die vorliegende Erfindung diese Anforderungen.

Die vorliegende Erfindung beruht auf einer neuen, verbesserten Düse und auf einem Betriebsverfahren zur Verwendung in Berieselungssprengern mit Antrieb durch Wasserbeaufschlagung, bei denen das Wasser gleichmäßig über den gesamten Berieselungsbereich des Sprengers verteilt werden kann, selbst wenn dieser mit verhältnismäßig niedrigem Druck betrieben wird. Erreicht wird dies durch eine neue, verbesserte Düse, die den durch den Sprenger fließenden Wasserstrom in mindestens zwei verschiedene, getrennte Wasserströrne unterteilt und diese dann so leitet, daß sie sich nach dem Ausspritzen aus der Düse unter einem vorgegebenen Winkel schneiden. Wenn sich die Wasserströme schneiden, wird der verbleibende Wasserstrom in genügend kleine Tröpfchen aufgeteilt, sodaß sich die gewünschte Verteilung des Wassers durch den Sprenger ergibt.

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Insbesondere umfaßt die erfindungsgemäße Düse Einrichtungen zum Unterteilen des den Sprenger zugeführten Wassers in zwei getrennte Wasserströme, die dann durch diese Einrichtungen so umgelenkt werden, daß sie sich in einem bestimmten Abstand von der Düse schneiden. Dazu enthält die Düse eine zentral gelegene Wandung zum Unterteilen des Wasserstroms in mindestens zwei verschiedene Ströme, und am stromabwärts gelegenen Düsenende befindliche, konvergierende Oberflächen, die die Wasserströme in die gewünschten Richtungen umlenken, sodaß sie sich schneiden und dann in kleine Tröpfchen aufteilen, ohne daß dabei der Antrieb des Sprengers gestört wird.

Weitere Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die als Beispiel die Erfindungsprinzipien darstellen.

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Düse, die an einem bekannten Sprenger mit Antrieb durch Wasserbeaufschlagung angebracht ist.

Figur 2 ist eine vergrößerte teilweise Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Düse, wobei der Querschnitt längs der in Figur 1 mit 2-2 bezeichneten Linie.genommen wurde.

Figur 3 ist schließlich eine weitere vergrößerte Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Düse, wobei der Querschnitt im wesentlichen längs der in Figur 1 mit 2-2 bezeichneten Linie genommen wurde.

Wie aus den zeichnerischen Darstellungen des Beispiels ersichtlich, besteht die Erfindung aus einer Düse zur Verwendung in einem Berieselungssprenger mit Antrieb durch Beaufschlagung. Dieser in Figur 1 dargestellte Sprenger 10 ist um eine Vertikalachse drehbar an einem Wasserzuleitungsrohr 12 befestigt und umfaßt einen Hauptabschnitt lk mit dem unteren Einleitungsabschnitt l6. Nach oben und außen erstreckt sich vom Einleitungsabschnitt l6 des Hauptabschnitts l4 ein Mittelabschnitt l8 mit einem Innenrohr 19 (Figur 2), durch das das Wasser an eine Düse 20 fließt.

Im Betrieb wird Wasser unter dem Druck des Wasservorrats

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in Sprenger 10 durch Zuführungsrohr 12 eingeleitet und läuft dann durch Innenrohr 19 im Mittelabschnitt l8 an* Düse 20. Die Düse 20 spritzt das Wasser nach oben und nach außen vom Sprenger 10 weg. Der Sprühabstand hängt von der Größe des Sprengers und der Größe der Düse sowie vom Druck der das Wasser an den Sprenger liefernden Wasserversorgung ab.

Um den Sprenger 10 anzutreiben, ist ein beaufschlagter Arm 22 um eine Vertikalachse drehbar an Stift 2k angebracht, der vom Mittelabschnitt l8 des Hauptabschnitts lk aufragt und an seinem oberen Ende von einem einstückig mit dem Hauptabschnitt l'i ausgebildeten Steg 21 gestützt wird. Arm 22 wird von einer Feder 23 in die in Figur 1 dargestellte Stellung gedrückt und trägt ein beaufschlagtes Löffelteil 25 mit einer inneren Prallplatte 26 und einen äußeren, das Wasser ablenkenden Vorderabschnitt 28 am einen Ende des Arms.

Die Verwendung des Antriebsarms 22 zum Betrieb des Rasensprengers 10 ist an sich bekannt und braucht deshalb hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden. Für die Zwecke der Erfindung reicht es aus, daß beim Betrieb des Sprengers 10 die Pral3.platte 26 und der Vorderabschnitt 28 intermittierend in den von Düse 20 austretenden Wasserstrom gelangen, wodurch der Arm 22 gegen den Steg 21 des Hauptabschnitts l4 gestoßen wird und damit den Sprenger 10 ein Stück weiterdreht.

Erfindungsgemäß enthält die Düse 20 des Sprengers Einrichtungen zur Verbesserung der Wasserverteilung über das gesamte Berieselungsgebiet des Sprengers, wenn der Druck des dem Sprenger zugeführten Wassers unter den Wert abfällt, der normalerweise für den zufriedenstellenden Betrieb des Sprengers benötigt wird. Die Düse 20 ergibt außerdem verhältnismäßig kleine Tröpfchen bei niedrigen Drucken, liefert jedoch trotzdem einen Wasserstrom, der selbst bei niedrigen Drucken dazu ausreicht, den Sprenger wirkungsvoll und zuverlässig zu betreiben.

Dazu ist Düse 20 in ein Ende eines zylindrischen Gehäuses 30 mit einer Wandung 32 eingesetzt, die Düse 20 umschließt und mit dem äußeren, eingebogenen Ende Jk den Rand der Düse umgreift, um diese im Gehäuse 30 sicher festzuhalten..Das Gehäuse 30 ist

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in das stromabwärts gelegene Ende des Innenrohrs 19 des Hauptabschnitts l4 des Sprengers eingeschraubt.

Wie insbesondere aus Figuren 2 und 3 ersichtlich, umfaßt die vorzugsweise aus einem gießbaren Kunststoff hergestellte Düse 20 einen Zylinderabschnitt 36 mit einem Durchlaß 3&i dem von Zuführungsrohr 12 und Innenrohr 19 ein Wasserstrom zugeführt wird. Dieser Wasserstrom wird durch eine in der Mitte der Düse gelegene, horizontale Wandung 40 in zwei verschiedene Wasserströme aufgeteilt. Durch die Wandung 40 wird der Durchlaß 38 in einen oberen Durchlaß 42 und einen unteren Durchlaß 44 für die getrennten Wasserströme aufgeteilt. Der obere Durchlaß 42 endet an einer oberen Auslaßöffnung 46, während der untere Durchlaß 44 an der unteren Auslaßöffnung 48 endet. Oberer Durchlaß 42 und unterer Durchlaß 44 haben konvergierende Flächen 50 bzw. 52 an den stromabwärts gelegenen Enden, sodaß das durch den oberen Durchlaß 42 fließende Wasser beim Austreten aus Auslaßöffnung 46 nach unten gerichtet ausströmt; das durch den unteren Durchlaß 44 strömende Wasser wird nach oben abgelenkt und tritt nach oben gerichtet aus Auslaßöffnung 48 aus.

Die Ablenkung der beiden getrennten Wasserströme in Düse 20 hat zur Folge, daß sich die beiden Ströme unter einem spitzen Winkel A stromabwärts von Düse 20 schneiden und hierbei in verhältnismäßig kleine Tröpfchen zerstäubt werden. Dadurch wird die Verteilung des aus Sprenger 10 austretenden Wassers verbessert. Ausgedehnte Versuche haben gezeigt, daß das Zerreißen des Wasserstrahls und die Tröpfchenverteilung im Berieselungsbereich des Sprengers zufriedenstellend sind, wenn sich die Wasserströme unter einem Winkel A von etwa 1— bis etwa 40 Grad schneiden. Bei Winkeln von weniger als 7— Grad wird der Strahl nicht ausreichend zerstäubt, wohingegen bei Winkeln von mehr als 40 Grad ein zu starkes Zurückspritzen des Wassers stattfindet.

In der Praxis ist der maximale Schnittwinkel der Wasserstrahlen durch den Aufbau des Sprengers begrenzt, bei dem die erfindungsgemäße Düse eingesetzt ist. Um den Berieselungssprenger in der oben beschriebenen Weise wirkungsvoll und zuverlässig zu betreiben, müssen die verschiedenen aus Düse 20

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austretenden Wasserstrahlen auf die Prallplatte 26 des Löffels 25 vor ihrem Schnittpunkt auftreffen, sodaß die beiden Strahlen gebündelt auf die Prallplatte 26 gerichtet werden müssen.

Erreicht wird dies durch Einstellung des Abstands zwischen den Ausflußöffnungen Ί6 und 'i8 und durch Wahl des Abstands zwischen dem Düsenausgang und der Prallplatte 26. Falls die erfindungsgemäße Düse mit einem zur Zeit verwendeten Standard-Sprenger verwendet werden soll, kann der Schnittwinkel der Wasserstrahlen so gewählt werden, daß der jeweiligen Konstruktion des Sprengers Rechnung getragen wird. Wenn z.B. die Düse mit einem Sprenger des Modells 30 der Firma Rain Bird Sprinkler MfG. Corp. in Glendora, Kalifornien, verwendet werden soll, beträgt der Schnittwinkel der Wasserstrahlen vorzugsweise Grad.

Damit sich die Strahlen unter diesem Winkel schneiden, werden die konvergierenden Flächen 50, 52 gegen die Düsenachse um einen Winkel von etwa 15 Grad geneigt. Die Flächen 5O, geben dann jedem der beiden durch die Durchlässe k2 bzw. kk fließenden Strahlen eine Richtung, sodaß jeder Strahl einen Winkel von etwa 7~- Grad mit der Achse der Düse einschließt. Die Wasserstrahlen schneiden sich dann unter einem Winkel von etwa 15 Grad an einem von der Düse 20 aus gesehen stromabwärts gelegenen Punkt.

Ausgezeichnete Ergebnisse wurden auch erhalten, wenn die oben beschriebene Düse bei verhältnismäßig geringen Drucken der Versorgungsquelle benutzt wurde. Wenn die erfindungsgemäße Düse z.B. in einem Rasensprenger des Modells 3O (mit Berieselung eines Kreisgebiets) der Firma Rain Bird Sprinkler Mfg. Corp. in Glendora, Kalifornien, verwendet wurde, konnte mit einem Druck von etwa 2,17 kg/cm der Versorgungsquelle praktisch die gleiche Verteilung der Berieselung und der Tropfengröße erreicht werden, wie mit einem Sprenger des gleichen Modells jedoch mit einer Ί,8 mm großen Düse mit gerader Bohrung, die mit einem Wasserdruck von 3>25 - 3|6 kg/cm betrieben wurde. Die gewünschte gleichmäßige Verteilung des vom Sprenger abgegebenen Wassers kann deshalb auch bei einer Reduzierung des

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Versorgungsdrucks um 33 - ^0% erzielt werden. Die Verkleinerung des benötigten Versorgungsdrucks bedeutet eine wesentliche Energieeinsparung beim Betrieb eines solchen Sprengersystems zur Berieselung.

Aus obiger Beschreibung folgt, daß die erfindungsgemäße Düse 20 ein Verfahren und eine Vorrichtung ergibt, mit deⁿen die gewünschte gleichmäßige Verteilung des vom Sprenger abgegebenen Wassers sogar bei niedrigeren, energiesparenden Versorgungsdrucken gewährleistet ist. Die Düse 20 wird zweckmäßigerweise preisgünstig aus Kunststoff hergestellt und kann in praktisch jedem bekannten Rasensprenger mit Antrieb durch Wasserbeaufschlagung verwendet werden.

Eine bestimmte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde dargestellt und beschrieben, doch sind verschiedene Abänderungen im Rahmen der Erfindung möglich.

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Claims

BERLIN 33 8 MÜNCHEN

Auguste-Viktorio-StraDo 65 p. n||Cr>UI/C * DADTMCD PienzenauorstraB» 2

Pat.-Amv, Dr. Ing. Ruschka LJf. KUoOHM: Ot TAKlIMCtX Pat.-Anw. DIpl.-lng.

Pat.-Anw. Dipl.-lng. P AT F M TA N W Ä LT E ^{HanS E}" ^RuSch!<e

OUf Ruschke Γ /Λ I C M I M IN VV M L. I C ₍g80324

Telefon: 030/ ⁸ ₈ f»»j* BERLIN - MÜNCHEN Tobfon: 089Z₉₈₇₂₅₈

Talegramm-Adres.e: Telo_gramm-Adre..e:

Quadratur Berlin Quadratur München

TELEX: 183783 TELEX: 522767

R I5O8

RAIN BIRD SPRINKLER MFG. CORP
j I9233 East Foothill Boulevard
Glendora, Kalifornien
U. S. A.

Patentansprüche

'' 1.) Rasensprenger-Düse zur Verbesserung der Wasserverteilung eines durch Beaufschlagung mit Wasser betriebenen Rasensprengers, gekennzeichnet durch einen rohrförmigen Abschnitt mit einer Durchlaßöffnung (38) zur Aufnahme des vom Sprenger (lO) zugeführten Wassers, Einrichtungen zur Trennung des zugeführten Wassers in mindestens zwei getrennte Wasserströme, und Einrichtungen, mit denen diese Wasserströme außerhalb der Düse aufeinander hin gelenkt werden, sodaß sich die Wasserströme unter einem spitzen Winkel an einem von der Düse (20) stromabwäi'ts gelegenen Punkt schneiden.
2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die !

Einrichtungen zur Trennung des zugeführten Wassers eine in der Mitte des rohrförmigen Abschnitts angebrachte Wandung CtO) aufweisen, die den Durchlc\ß (38) in mindestens zwei getrennte Durchlaßkanäle Ct2, Vi) unterteilt.
3. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Umlenkung der Wasserströme im rohrförmigen Abschnitt am stromabwärts gelegenen Ende der Düse (20) angebrachte, konvergierende Flächen (50, 52) aufweisen.

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ORIGINAL INSPECTED

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4. Düse nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (20) aus einem gießbaren Kunststoffmaterial hergestellt ist.
5· Sprenger-Düse nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Rasensprenger einen beaufschlagten Arm (22) mit einer innenseitig den Wasserstrom ablenkenden Platte (26) umfaßt, die so angeordnet ist, daß sie intermittierend in den Wasserstrom eintritt, wobei sich die Wasserströme an einem von der Platte (26) stromabwärts gelegenen Punkt schneiden.
6. Sprenger-Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spitze Winkel einen Wert zwischen etwa 7-5· und etwa 40 Grad hat.
7· Sprenger-Düse nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der spitz-e Winkel etwa 15 Grad beträgt.
8. Sprenger-Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (40) horizontal im rohrförmigen Abschnitt angebracht ist, um den Durchlaß (38) in einen oberen Durchlaßkanal (42) und einen unteren Durchlaßkanal (44) zu unterteilen, daß die Einrichtungen zur Strahlumlenkung eine erste, an der oberen Wandung des Rohrabschnitts neben der Ausflußöffnung (46) des oberen Durchlaßkanals (42) angebrachte Fläche (50)> die nach unten zum Ablenken des oberen Strahls nach unten auf die Düsenachse hin geneigt ist, und eine zweite, in der unteren Wandung neben der Ausflußöffnung (48) des unteren Durchlaßkanals (44) angebrachte Fläche (52), die nach oben zum Ablenken des unteren Strahls nach oben auf die Düsenachse hin geneigt ist, aufweisen.
9. Verfahren zur Verbesserung der Verteilung des von einem mit Wasserbeaufschlagung betriebenen Sprenger abgegebenen

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Wassers, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strom von unter Druck stehendem Wasser unterteilt wird,sodaß das Wasser auf mindestens zwei verschiedene Ströme aufgeteilt wird, daß diese Ströme in verschiedenen Richtungen abgelenkt werden, und daß der Austritt der Ströme an einem Punkt durchgeführt wird, der so gewählt ist, daß sich die Ströme unter einem spitzen Winkel stromabwärts vom Austrittspunkt schneiden.
10. Verfahren nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß der spitze Winkel einen Wert zwischen etwa 1— und '±0 Grad hat.

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