DE2421171A1

DE2421171A1 - Steuerbarer wasserstrahlwerfer

Info

Publication number: DE2421171A1
Application number: DE2421171A
Authority: DE
Inventors: Lennart G Erickson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-10-06
Filing date: 1974-05-02
Publication date: 1975-11-27
Also published as: GB1474941A; US3820714A

Description

Steuerbarer Wasserstrahlwerfer Wenn Wasser über einen großen Entfernungsbereich verteilt werden soll oder die in einem Wasserstrahl innewohnende Energie ausgenutzt werden soll, wird in vielen derartigen Fällen ein Wasserstrahl durch die Luft vorgeschossen. Beispielsweise werden beim Ablöschen von Bränden kräftige Wasserstrahle von konventionellen Wasserwerfern o.dgl.
abgegeben, Dabei ist es bekannt, daß die tatsächlich erzielbare Wurfweite wesentlich durch Turbulenzen beeinträchtigt wird, die aufgrund von innerer Reibung oder Strömungsunregelmäßigkeiten in dem üblicherweise benutzten Kniegelenk-Verbindungen im Düsenraum oder der Düsenspitze erzeugt werden können. In dem aus der Düse austretenden Wasserstrahl werden Strömungsturbulenzen, d.h. unregelmäßig gerichtete Seitenkomponenten der Wasserströmung in dem Strahl beobachtet, wobei Oberflächen-Unregelmäßigkeiten längs des Stromes auftreten und von einer schnellen Dispersion oder Auffächerung des Strahles begleitet werden und eine relativ kurze Bahn von dem Strahl durch die Luft zurückgelegt wird.
Ähnliche, beschränkende Umstände gelten für Düsen und die zugehörigen Vorrichtungen, mit denen üblicherweise kräftige Wasserstrahle erzeugt werden, um einen möglichst großen Wasserenergiebetrag aus einem kohärenten Fluidstrom über Distanz zu bringen. Bei diesen Anwendungsfällen handelt es sich um den hydraulischen Abbau und Aufbau sowie das Aufschlemmen beispielsweise von granuliertem Erz, Sand oder Schlamm, die dann als Fluidstrom über Strecken verpumpbar sind.
Bei landwirtschaftlichen Berieselungsanlagen werden sich dreh ende Sprenklerköpfe der verschiedensten Arten verwendet, um Wasserströme oder -Strahlen in bestimmter Bahn herauszuschleudern. Der von solchen Sprenklerköpfen überdeckbare Berieselungsbereich ist begrenzt durch: 1. Turbulenzeffekte der vorstehend anhand der Brandbekämpfung erwähnten Art; 2. Unterteilung, Verteilung und Auffächerung des herausgeschleuderten Strahles, um eine gleichmäßige Verteilung des Wassers über den gesamten radialen Bereich der vom Strahl erreichbaren Fläche zu haben; 3. Ausnutzen eines Teiles der dem Wasserstrahl innewohnenden Energie zur Drehung des Sprenklerkopfes, beispielsweise bei sämtlichen hammerartigen Weiterstellmechanismen; und 4. eine feste Erhebung über Grund, die den Bahnboden bestimmt, d.h. ein Kompromiß zwischen der zur Erzielung eines maximalen Überdeckungsbereichs benötigten Erhebung während warmer Winterperioden und der kleineren Erhebung, die zur Verringerung der Windeinflüsse, Abdrift, etc. auf auf den geschleuderten Strahl nötig ist.
Als Folge dieser beschränkenden Faktoren wird insbesondere bei großen Sprenklerköpfen eine solche Wassermenge pro Flächeneinheit des besprengten Bereiches kontinuierlich abgeladen, die die maximale Absorptionsrate des Erdreiches übersteigt. Unter diesen Umständen jedoch läuft Wasser oberflächlich ab und eine Erosion des Erdreiches tritt ein.
Eine wichtige, weitere Beschränkung der Anwendungsmöglichkeit aller bekannter Berieselungssysteme besteht in der Windempfindlichkeit der tatsächlichen, vom Wasser durch die Luft zurückgelegten Bahn und damit des Bereichs, der tatsächlich von dem abgegebenen Wasser erreicht wird.
Damit wird die Gleichförmigkeit der Wasserabladung pro Flächeneinheit in unerwünschtem Sinne beeinflußt.
Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung großer Sprenkler-Berieselungsköpfe, bei den das Wasser in Kreisen oder kreisförmigen Mustern verteilt wird, besteht darin, daß die meist rechtwinkligen, landwirtschaftlich genutzten Flächen nicht richtig und vollständig berieselt werden.
Wenn man andererseits die Sprenklerköpfe so aufstellt, daß eine volle Bedeckung eines Feldes erreicht wird, führt dies zu einer beträchtlichen Verschwendung von Wasser und darin enthaltenem Düngemittel auf Gebiete, die außerhalb der Feldgrenzen liegen.
Diese inhärenten Nachteile bekannter Sprenklerköpfe führten dazu, daß sie für landwirtschaftlich nutzbare Sprenklersysteme nur von geringem Wert waren. Die Kosten für eine Ausrüstung von fest installierten, kleinen Sprenklerköpfen in großer Anzahl und der dazu benötigten Versorgungsleitungen sind enorm. Auch transportable, fahrbare, von Hand zu bedienende oder durch Motorkraft angetriebene Sprenklersysteme für landwirtschaftlich genutzte Flächen sind ebenfalls außerordentlich kostenintensiv und zeitraubend zu bedienen.
Man hat einen Ausweg dadurch versucht, daß die Sprenklerköpfe über Grund beweglich montiert wurden, während sie berieselten. Eine derartige Einrichtung benötigt eine seitlich angeordnete Versorgungsleitung, gewöhnlich von etwa 1100 Fuß (ca. 335 m) Länge, die mit einer großen Anzahl kontinuierlich arbeitender, kleiner Sprenklerköpfe ausgerüstet und auf Rädern oder einem motorisierten Fahrzeug montiert ist, so daß sie über Grund linear in gerader Linie verfahrbar ist, während sie über einen Schlepp-Schlauch mit Wasser versorgt wird, oder so daß sie um eine vertikale Achse herumfährt und ein kreisförmiges Landgebiet um eine zentrale Wasserversorgungsstelle überstreicht. Alternativ wird ein einzelner, relativ großer Sprenklerkopf auf einem beräderten und mit einem Schleppschlauch verbundenen Fahrzeug montiert und mit Hilfe einer Winde und einem Stahlkabel über Grund entlang gezogen.
Diese Sprenkler-Berieselungsanlagen, die während des fortgesetzten Berieselns über Grund verfahrbar sind, erfordern ausreichende mechanische und Erdreich-Festigkeiten im Hinblick auf das Gewicht des in den bewegten Leitungen enthaltenen Wassers; außerdem verursachen mitgenommene, wassergefüllte Schleppschläuche häufig Flurschäden. Verluste durch abgelaufenes Wasser und Erdreichschäden treten in Fällen auf, bei denen das Erdreich die abgeladenen Wassermengen, beispielsweise 0,4 bis 1,5 Zoll pro Stunde (10 bis 38 mm/ Stunde),nicht mehr während der kurzen gesamten Berieselungszeit, während der ein Stück Land unter der Einwirkung des bewegten Sprenklerkopfes ist, aufnehmen kann. Daraus ergibt sich, daß die gesamte Wassermenge, die von einem kontinuierlich verfahrbaren Sprenklerkopf auf einer Flächeneinheit abgeladen werden kann, typischerweise auf 1 bis 2 Zoll (25 bis 50 mm) für jedes Überfahren der Fläche beschränkt ist. Daher ist ein wiederholtes Überfahren der Flache notwendig, um eine Gesamtmenge von 3 bis 4 Zoll (75 bis 125 mm) abgeladenen Wassers zu erreichen, eine Menge, die zur Beregnung von Weiden mit tief wurzelnden Pflanzen häufig erwünscht ist. Die praktische Verteilung von Düngemittel über verfahrende Sprenklersysteme besitzt den Nachteil, daß ein unerwünschter Rückstand an flüssigem Düngemittel auf den Weidenflächen, Baumbeständen sowie freien Flächen zurückbleibt.
Die Windeinflüsse machen sich besonders nachteilig bei bewegten Sprenklersystemen bemerkbar, die mit großen Sprenklerköpfen arbeiten, weil das Land mit solchen Anlagen gewöhnlich nur einmal überfahren und damit beregnet wird. So kann ein anhaltender steifer Wind während des Verfahrens ein nennenswertes Abladen von Wasser auf einigen Flächengebieten vereiteln, während auf anderen Bereichen größere Wassermengen abgeladen werden.
In diesem Zusammenhang wird auf die US-Patentschriften 3 610 531 und 3 626 985 verwiesen, in denen vorgeschlagen wird, daß die Schleppschläuche vor dem Übergang zur nächsten Beregnungsstation automatisch entleert werden. Eine quer verlaufende Versorgungsleitung, die mit vier großen, abwechselnd betriebenen Sprenklerköpfen ausgerüstet ist, und während des Beregnens stillsteht, wird vorgeschlagen, in der Patentanmeldung P 22 49 946.3.
Es wird somit ein fortschreitendes Beregnungsmuster ohne körperliche Bewegung der Versorgungsleitung oder des Anschlußschlauches während der Beregnung erzielt. Da der verfügbare Wasserstrom über eine relativ große Landfläche verteilt wird, ist die abgeladene, über jeden Zyklus gemittelte Wassermenge kleiner als 5 mm pro Stunde (0,2 Zoll pro Stunde) und liegt damit im Bereich dessen, was das Erdreich über lange Zeitspanne hin aufnehmen kann, ohne daß Wasser abläuft oder die Krume erodiert. Versuche zeigen, daß diese mit sich wiederholenden Zyklen arbeitende Beregnungstechnik zu einer Steigerung von bis zu 30% der Wasserinfiltrationsrate in das Erdreich gegenüber Dauerberegnung führt. Daher können Langzeitberegnungen von typischerweise 23 Stunden Dauer dazu eingesetzt werden, eine größere Wassermenge ohne die Gefahr des Oberflächen-Ablaufens abgeladen werden.
Bei den genannten Beregnungssystemen, die stationär bleiben und jede Landeinheit über längere Zeitspannen hinweg wiederholt beregnen, bleiben die Einflüsse der zeitlichen Schwankungen, der Richtung und der Intensität der Winde sehr klein, weil sich die verschiedenen Windeinflüsse sowie die zunehmenden oder abnehmenden, abgeladenen Wassermengen gegeneinander ausmitteln. Jedoch arbeiten wegen der nachteiligen Windeinflüsse sämtliche konventionellen Sprenklerköpfe mit Düsenerhebungen und Strahlbahnen, die einen Kompromiß aus folgenden Umständen darstellen: 1. eine größere Erhebung würde ein größeres Feld während der Warmwetterperioden überdecken können und 2. eine kleinere Erhebung würde weniger windempfindlich sein und eine gegebene Landfläche bei Winden gleichförmiger beregnen.
Die erwähnten zyklischen Beregnungssysteme sind besonders gut zur Verteilung flüssiger Düngemittel geeignet, die in dem Beregnungswasser während der Anfangsphase einer Beregnungsperiode mitgeführt werden, woran sich eine längere Beregnung mit klarem Wasser anschließt, um die Düngemittel, rückstände von den Weiden oder Baumbeständen und den Ackerflächen weg und in das Erdreichprofil zu waschen. Dies ist besonders wirksam bei der Verteilung von flüssigen organischen Düngemitteln und Abfallstoffen aus landwirtschaftlichen Futtermitteln. Als Vorteile bieten sich an: 1. Luftversc hmutzung und die Belästigung durch Fliegen und andere Insekten wird sehr klein gehalten, weil die Abfallstoffe auf den freien Erdreichflächen sich nicht zersetzen können; 2. Düngemittel-Abfallmaterialien werden in sehr engen Kontakt mit der Erdreichsole gebracht und werden auf diese Weise schneller assimiliert; 3. ein Weidenschaden wird vermieden, bei dem sonst die Pflanzen aus dem angetrockneten Rückständen der genannten Materialien beschädigt werden; 4. die Sprenklerausrüstung kann von dem Düngemittel und den Abfallstoff-Rückständen reingewaschen werden, so daß das Betriebsverhalten der gesamten Ausrüstung sich verbessert und die Ausrüstung selbst weniger hohe Zumutungen an das Bedienungspersonal stellt.
Die Kosten für die Ausrüstung, die Wartung und den Betrieb der verschiedenen Sprenkler-Beregnungssysteme der erwähnten Arten liegen so günstig, daß das Anwendungsfeld dieser Systeme bis jetzt nur dadurch begrenzt ist, daß sie für stark beregnete Kulturen relativ ebener landwirtschaftlicher Flächen benutzbar ist, um einen möglichst optimalen Nutzeffekt pro landwirtschaftliche Flächeneinheit zu haben.
Dagegen erwies sich diese Einrichtung weniger günstig zur Beregnung von weniger gut entwickelten Weideflächen, die Hügel, Erhebungen, Schluchten, Hecken, Bäume und andere Hindernisse enthalten, die die Verwendung von Sprenklersystemen ausschließen, bei denen eine lange Versorgungsleitung verfahrbar ist oder bei denen ein Schleppschlauch für die Wasserversorgung mitge:qen wird. Die gleichen Erwägungen schließen weiter die Verwendung mechanisierter Intensiv-Beregnungssysteme in relativ unterentwickelten Landstrichen aus, bei welchen Wasser sowie technisch geschultes Personal und Wartungsdienste nur in sehr beschränktem Umfang zur Verfügung stehen.
Die Erfindung beschäftigt sich mit einem mit einem Hydraulikstrahl arbeitenden Verfahren und mit einer Vorrichtung, insbesondere mit einem System, mit dem ein sehr schneller Wasserstrahl mit geringer innerer Turbulenz, gleichförmigerer Geschwindigkeitsverteilung und Richtung über den Querschnitt erzeugbar und über eine größere Fläche durch die Luft verteilbar ist. Die Erfindung beschäftigt sich weiter mit einer Steuerung für die Richtung, den überstrichenen Bereich und die Auffächerung des emittierten Wasserstrahles.
Es ist ein Anliegen der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bildung eines Hydraulikstrahles zu schaffen, bei welchem eine einstückige Düsenanordnung mit einer Düsenspitze, einer Düsenkammer und einem gerippten Knie und Verteilerleitung.
Es ist weiter ein Anliegen der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der genannten Art zu schaffen, wobei eine einstellbare, selbst zentrierende hydraulische Nadel, eine Anzahl von Strahl ausrichtenden Rippen zur exakten Bildung und Durchsatzsteuerung des Hydraulikstrahles sowie mit einer mit der Hydrauliknadel kooperierenden Einrichtung, vermöge welcher letztere ein Ventil bildet, so daß die Düse sich automatisch bei Hydraulikdrücken schließt die kleiner sind, als diejenigen, die für einen ordnungsgemäßen Betrieb nötig wären.
Es ist weiter ein Anliegen der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der genannten Art zu schaffen, wobei ein reibungsreduzierendes, chemisches Zusatzmittel dem Fluidstrom über einen an einer Innenfläche ausgebildeten Schlitz zuführbar ist, um die innere Reibung und Turbulenz an den Innenwänden in der Düsenkammer und Düsenspitze zu reduzieren und einen verbesserten Zusammenhalt des ausgeworfenen Hydraulikstrahles zu erhalten.
Weiter liegt den Erfindern daran, bei einer derartigen Vorrichtung und einem derartigen Verfahren eine radiale Drehung und Einstellung des Erhebungswinkels des emittierten Hydraulikstrahles zu schaffen, ohne daß die innere Fluidströmung geändert oder unterbrochen wird.
Ferner soll durch die Erfindunq eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Ausbildung eines Hydraulikstrahles geschaffen werden, wobei eine verbesserte Reichweite und Energiekonzentration erzielbar ist, was insbesondere für den hydraulischen Abbau, für das hydraulische Abtragen oder Aufschlemmen von granulierten Erzen in Form eines Fluidschlammes wichtig ist.
Schließlich ist auch an die Brandbekämpfung zu denken, für die die Erfindung einen verbesserten Wasserstrahlwerfer mit größerer Reichweite schaffen soll; außerdem wäre zu erwähnen, daß die Erfindung das hydraulische Säubern und Abwaschen großer Gebäudeflächen, Schiffsrumpfflächen oder großer Flächen von Vorratstanks o.dgl.
erleichtern soll.
Weiter soll nicht unberücksichtigt bleiben, daß die Erfindung ein in der Landwirtschaft benutzbares, rotierenden Sprenklerstrahlsystem schaffen will, mit dem die gesamte, zum Beregnen auch einer kreisförmigen Fläche von vergrößertem Radius benötigte Energie stärker konzentriert wird, wobei sich die folgenden Vorteile erzielen lassen: 1. Zugabe eines bzw. Impfen mit einem reibungsreduzierenden chemischen Additiv zur weiteren Vergrößerung der erzielbaren Wurfentfernung für den abgegebenen Strahl bis zum äußeren Rand der überdeckbaren Fläche; 2. Steuerung der Zugabe des reibungsreduzierenden Additivs auf Rotationsbasis, um die überstrichene Fläche so zu steuern, daß ein relativ rechtwinkliges Feld beregenbar ist; 3. Einfügen eines Strahlablenkers in den Strahl, um auf diese Weise die Wurfentfernung abzukürzen und den Strahl aufzufächern in periodischen Zeitintervallen in der zur Erzielung einer ausgewogenen mittleren Verteilung des Beregnungswassers in einer inneren kreisförmigen Fläche benötigten Weise; 4. die Verwendung eines Antriebsmotors it variabler Drehzahl, so daß die Umdrehungsgeschwindigkeit des Strahles in optimaler Koordination mit der Wurfentfernung steuerbar ist; 5. die Verwendung einer automatischen Zeitgabe und Rotationsfolge-Steuerung, um eine zyklische Folgesteuerung des überdeckten Bereiches und der Umdrehungsgeschwindigkeit des Strahles zu erhalten; 6. die Verwendungeines Wandlers, der Windgeschwindigkeiten abfühlt, die über einem vorgegebenen Maximalwert liegen und eine Windrichtung feststellt relativ zur Richtung des abgegebenen Strahles, so wie einer automatischen Kompensationseinrichtung, mit der die Windeinflüsse minimalisiert werden können, indem a) die Zugabe des reibungsreduzierenden chemischen Zusatzes höher gefahren wird, um den Zusammenhalt und die Durchdringungskraft des Strahles durch den Wind zu erhöhen; und b) die Erhebung der Düsenkammer abgesenkt wird, um einen niedrigeren Bahnbogen des emittierten Strahles zu Zeiten erhöhten Winddruckes aus bestimmter Richtung zu ermöglichen.
Die Erfindung schafft weiter eine Vorrichtung sowie ein Verfahren, mit denen die intermettierende Beregnung gemäß US-Patentschrift 3 610 5-31 und der Patentanmeldung P 22 49 946.3 mit einem abgeschlossenen, umlaufenden, einzelnen Strahlberegner erheblich verbessert werden kann.
Letztendlich schafft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren der erwähnten Art, wobei ein abgeschlossener, zyklischer einzelner Strahlberegner zur Verteilung von tierischen Abfallstoffen verwendet werden kann.
Die genannten Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch deutlicher hervorgehen, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch die einfachste Ausführungsform der mit den Merkmalen der Erfindung ausgestatteten Vorrichtung zur Erzeugung eines Wasserstrahles; Fig. 2a eine vergrößerte Teilansicht des Querschnittes eines Injektionsschlitzes aus der Vorrichtung nach Fig. 1; Fig. 2b einen Querschnitt längs der Linie 2b-2b aus Fig. 1; Fig. 2c einen Querschnitt längs der Linie 2c-2c aus Fig. 1; Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt eines Wasserwerfers für die Brandbekämpfung, den hydraulischen Abbau oder Säuberungsvorgänge; Fig. 4 einen vertikalen Querschnitt einer Strahldüse zum Abbau und Aufschlemmen von Feststoffpartikeln in Schlammform; Fig. 5 eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung, jedoch mit einem Strahlwerfer für landwirtschaftliche Beregnungen; Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Landfläche mit den Beregnungsflächenbildern bei Verwendung eines rotierenden Sprenklers; Fig. 7 eine der Fig. 6 ähnliche Darstellung, bei der die Beregneten, überstrichenen Flächengebiete sequentiell bzw. intermettierend durch die Vorrichtung gemäß Fig. 5 beregnet wurden; und Fig. 8 eine schematische Ansicht einer Steuereinrichtung für die Vorrichtung gemäß Fig. 5.
Fig. 1 erläutert die wesentlichen Merkmale der in einem Wasserstrahlwerfer dargestellten Erfindung, wobei die Abmessungen desselben einen Wasserdurchsatz von 500 bis 1500 Gallonen pro Minute (1890 bis 5680 l/h) erlauben.
Unter Druck stehendes Wasser wird über einen Schlauch oder ein Rohr 1, typischerweise von 6 Zoll Durchmesser über einen Diffusor-Abschnitt 2 zugeführt, der auf geeignete Weise aufrecht gelagert ist und unter einem Konuswinkel von vorzugsweise 2 1/2°, jedoch nicht mehr als 60 zunehmend abgeschräqt ist, in welchem die kinetische Energie des in dem Schlauch oder Rohr 1 relativ schnell fließenden Fluidstromes in erhöhten Druck und eine weniger turbulente Strömung umgesetzt wird.
Die unter relativ hohem Druck stehende, relativ langsame Fluidströmung tritt in ein Knie 3 ein, das am oberen Ende des Diffusor-Abschnittes 2 montiert ist. Das Knie ist mit umlenkenden Leitblechen 4 ausgerüstet, um die Fluidturbulenz wesentlich herabzudrücken, die sonst aus den Zentrifugaldrücken und Wirbelströmen erzeugt würde, die durch die Richtungsänderung der Massenströmung erzeugt werden würden. Diese umlenkenden Leitbleche haben eine hydrodynamische Form und weisen solchen Abstand auf, daß sie die genannteFunktion erfüllen können, was an sich wohl bekannt sein dürfte.
Die relativ nicht turbulente, langsame Strömung wird durch eine geneigte Düsenkammer 5 geführt, welche an dem Knie 3 montiert ist und gelangt zu einer Düsenspitze 6, welche eine kreisförmige Öffnung 11 aufweist und in welcher eine Nadel 7 von solcher Gestalt angeordnet ist, daß in Kombination mit der Form der Düsenspitze 6 das Wasser zur Austrittsstelle 8 der Nadel 7 mit gleichförmig beschleunigtem Durchsatz geführt wird und längs glatten Kurven abgegeben wird, die tangentiell zu den gekrümmten Innenflächen der Düsenspitze 6 und der gebogenen Nadel auf den Punkt 8 zu verlaufen. Eine geeignete Nadel dieser Art ist in der US-Patentschrift 660 879 beschrieben. Die soweit beschriebenen hauptsächlichen Teile sind tubusförmig oder besitzen kreisförmigen Querschnitt, wie im einzelnen aus den Fig. 2b und 2c hervorgeht und können in bequemer Weise unter Zuhilfenahme geeigneter Rohrflansche 12 oder auch in anderer Weise zusammengesetzt werden.
Die Nadel 7 wird an einem Ende von einer flexiblen Stange 9 getragen, so daß sie automatisch eine in der Düsenspitze konzentrische Lage annimmt und beibehält, und zwar aufgrund des Fluiddurchsatzes durch die Düsenspitze. Die Stange 9 besitzt mehrere längsgerichtete Leitrippen 10, die die Fluidturbulenz reduzieren und ein geradliniges Ausströmen von Wasser aus der kreisförmigen Öffnung 11 sicherstellen. Die Stange 9 erstreckt sich durch einen Ansatz 3a (Fig.1) in dem Knie 3 und trägt eine aufgeschraubte Arretiermutter 13. Durch Verstellen der Arretiermutter 13 kann demzufolge die Nadel 7 in axialer Richtung verstellt werden; somit kann die Düsenöffnung 11 auf volle Querschnittsfläche oder auf volle Schließung eingestellt werden, so daß die Nadel 7 als Absperrventil wirkt.
Die gesamten Außenflächen der Nadel 7 und der Leitrippen 10 erfüllen eine zusätzliche Funktion insofern, als diese Flächen zu Reibungsverlusten führen, und damit die Geschwindigkeit der mittleren Strömungsbereiche etwas reduzieren, so daß diese besser sich der Wasserströmungsgeschwindigkeit an den Außenflächen der Düse anpaßt, wobei dort ebenfalls Reibungsverluste an den relativ größeren Flächen der Innenwandungen der Düsenspitze 6 und der Düsenkammer 5 auftreten und zu einer Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit führen. Somit ergibt sich ein Strahl größerer Gleichförmigkeit als mit konventionellen Düsen, die mit einer derartigen, mit Leitrippen versehenen Nadel nicht ausgerüstet sind. Ein gleichförmigeres Geschwindigkeitsprofil über dem Strahlquerschnitt führt natürlich direkt zu einer Verringerung der-Turbulenz innerhalb des entstehenden Strahles und spiegelt sich in einem besseren Zusammenhalt des emittierten Strahles sowie in einer größeren Reichweite desselben wieder.
Der soweit beschriebene verbesserte Wasserstrahlwerfer wird daher einen Wasserstrahl mit überlegeneren Eigenschaften erzeugen. Eingehende Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß eine wesentliche, noch verbleibende Ursache von Turbulenzen in dem abgegebenen Wasserstrahl auf Diskontinuitäten der inneren Reibung und Schergeschwindigkeit innerhalb der Fluid-Grenzschicht an den Innenflächen der Düsenkammer 5 und der Düsenspitze 6 zurückzuführen sind, wobei die inneren Grenzflächen Viskoseschichten von etwa + 0,005 Zoll (etwa 127 Stärke Wasser umfassen, die Scherkräften zwischen den sich relativ langsam bewegenden, gegen die Wandflächen durch Kapillarkräfte gehaltenen Wassermolekülen und dem relativ schnell sich bewegenden Hauptstrom in deren Nähe ausgesetzt ist.
Die Erfinder haben dieses Problem in bemerkenswerter Weise dadurch reduziert und bedeutungslos gemacht, daß ein Zusatz oder eine Lösung injiziert wird, die die innere Reibung reduziert, wobei es sich vorzugsweise um Polyäthylen-Oxid handelt und die Zugabe in die wässrige Grenzschicht an der Basis der Düsenkammer 5 erfolgt. Ein geneigter Ringschlitz 15 (Fig.2a) ist am Umfang um das Eintrittsende der Düsenkammer 5 herum dadurch ausgebildet, daß eine zweistückige Ringschlitzanordnung 15 zwischen zwei benachbarte Ringflansche 12 eingesetzt wird, die die Düsenkammer 5 mit dem Knie 3 verbinden. Die Anordnung 15 umfaßt zwei Ringteile 15a und 15b, die zwischen benachbarte Ringflansche 12 durch eine Anzahl von Bolzen 15c eingeklemmt sind. Der Ringschlitz 14 sollte eine Weite von vorzugsweise etwa 0,022 Zoll (0,559 mm) haben und unter einem Winkel von etwa 70 relativ zur Innenfläche der Düsenkammer 5 geneigt sein In dem Ringteil 15b der Ringschlitzanordnung 15 befindet sich eine Ringkammer 16, die mit einem Zugaberohr 17 in Verbindung steht, durch welches der reibungsmindernde Zusatz oder die Lösung unter Druck zugeführt wird.
Ein geeigneter reibungsreduzierender Zusatz ist in der Form der chemischen Polymere von hohem Molekulargewicht gegeben, etwa Polyäthylenoxid, bekannt unter der Bezeichnung Polyox WSR-301 der Union Carbide Corporation, welcher Stoff in konzentrierter Lösung präpariert werden kann, in (1 Gew. % oder mehr) Wasser und/oder einem organischen Lösungsmittel wie beispielsweise Isopropanol, wonach es mit wasser vermischt wird und eine Lösung von gewöhnlich 200 bis 800 Gewichtsteilen pro Million (0,02 Gew.% bis 0,08 Gew.%) ergibt. Eine derartig verdünnte Lösung wird m## einem Durchsatz von etwa 0,7 bis 1,5 Gallonen pro Minute (2,65 bis 5,68 Liter pro Minute) eingeimpft, so daß sich eine Abgabe-Geschwindigkeit aus dem Ringschlitz 14 von etwa 1,75 bis 3,75 Fuß pro Sekunde ergibt, was der mittleren Durchsatzrate in der Viskosen-Randschicht an der Wandfläche gleicht oder sie übersteigt, wenn 1000 Gallonen pro Minute (3790 Liter) durch die Düsenkammer 5 von 8 Zoll (20,32 cm)Durchmesser und einer mittleren Geschwindigkeit von etwa 6,4 Fuß pro Sekunde strömen.
Auf diese Weise wird der reibungsmindernde Zusatz in die wässrige Grenzschicht eingeführt, um die innere Reibungsflächenbelastung von 40 bis 60 % in der Düsenkammer 5 und der Düsenspitze 6 zu vermindern und eine wesentliche Reduzierung der Turbulenz in der die Düsenöffnung erreichenden Wasserströmung erreichen und eine Zunahme der mittleren Grenzströmungsgeschwindigkeit zu erzielen. Diese Turbulenzeffekte sind sehr wichtig, wenn die Strömung die Düsenspitze 6 erreicht und darin sehr schnell beschleunigt wird. Somit wird der aus der Düsenspitze 6 emittierte Strahl mit geringerer innerer Turbulenz und mit einer Strahloberflächengeschwindigkeit erzeugt, die näher an der mittleren inneren Geschwindigkeit liegt. Die Erfinder glauben, daß die Impfung mit einem Zusatz von hohem Molekulargewicht in den äußeren Umfang der Fluidströmung in der Düsenkammer 5 und der Düsenspitze 6 in der äußeren Umfangsfläche des abgegebenen Strahles konzentriert bleibt und damit zu einem länger anhaltenden Zusammenhalt und zu einer größeren Reichweite des Strahles beiträgt. Dieses Verfahren der Grenzschichtimpfung in der Düsenkammer 5 reduziert die Kosten, die zur Ausschaltung von Reibungseffekten nötig sind, auf einen wirtschaftlich vertretbaren Wert, weil die gewöhnlich erforderliche Menge an Polyäthylenoxid-Zusatz nur ungefähr 0,3 Gewichtsteile pro Million gesamten Wasserdurchsatzes beträgt, verglichen mit einer Alternative, bei der eine homogene Zusatzlösung von 50 Gewichtsteilen pro Million benötigt wird, um vergleichbare Reibungsreduzierung zu erzielen.
Fig. 1 zeigt außerdem eine kolbenbetätigte Einspritzvorrichtung zur steuerbaren Zugabe des reibungsreduzierenden Zusatzes. Ein Zylinderblock 18 mit drei Zylinderabschnitten 19,10 und 21 von jeweils verschiedenen Durchmessern enthält einen integralen, frei beweglichen Kolben 18a mit drei Arbeitsflächen 22,23 und 24 für die Abschnitte 19, 20 und 21. Der Abschnitt 20 hat einen kleineren Durchmesser als der Abschnitt 19 und Abschnitt 21 hat einen kleineren Durchmesser als Abschnitt 20. Die Arbeitsfläche 22 befindet sich an einem Ende des Kolben 18a, die Arbeitsfläche 24 befindet sich an der gegenüberliegenden Stirnseite des Kolbens und die Arbeitsfläche 23 ist ringförmig.
Unter Arbeitsdruck stehendes Wasser (typischerweise 130 psi 2 = etwa 9,14 kp/cm ) wird über ein Rohr 1a aus dem AnschluB-rohr 1 entnommen, welches ein Durchsatzsteuerventil 25 sowie einen Dreiwegehahn 26 enthält. Ein Rohr 1b verbindet den Dreiwegehahn 26 mit dem Zylinderabschnitt 19, so daß Wasser in den letzteren eintreten und auf die Arbeitsfläche 22 des Kolbens 18a Kraft ausüben kann. Diese Kraft läßt den Kolben mit einer durch das Ventil 25 bestimmten Geschwindigkeit bewegen. Die aus den Arbeitsflächen 23 und 24 gebildete Gesamtfläche ist kleiner als die Fläche 22; somit wird ein größerer Druck von vorzugsweise 140 psi 2 = etwa 9,84 kp/cm auf ein Strömungsmittel in den Zylinderabschnitten 20 und 21 ausgeübt, das daraufhin in das Zugaberohr 17, das Leitungssystem 16 und den Ringschlitz 14 vorgeschoben wird, wobei das Zugaberohr 17 mit dem Ende des Zylinderabschnittes 21 verbunden ist (Fig. 1).
Bei Verdrehen des Hahnes 26 in eine andere Stellung, bei der Wasser aus dem Zylinderabschnitt 19 über ein Ableitungsrohr 27 herausströmen kann, wird ein umgekehrter Wasserstrom unter Arbeitsdruck aus der Düsenkammer 5 durch den Ringschlitz 14, das Leitungssystem 16 und das Zugaberohr 17 strömen und zur Kolbenfläche 24 gelangen, woraufhin der Kolben relativ schnell nach unten in seine Ausgangsstellung zurückkehrt. Dieser gleiche Strömungsmitteldruck läßt das Rückschlagventil 28 in der Leitung 28a schließen, die vom Zugaberohr 17 abzweigt. Die gleiche Bewegung des Kolbens und der Kolbenfläche 23 läßt einen Unterdruck in dem Zylinderabschnitt 20 entstehen und ihn mit reibungsreduzierendem Zusatz-Konzentrat 29 füllen, das in dem Behälter 30 bevorratet wird, aus welchem es über eine Leitung 30a mit einem Rückschlagventil 31 in den Zylinderabschnitt 20 gelangt. Wenn danach der Hahn 26 erneut betätigt wird, und der Kolben sich nach oben bewegt, wird das Rückschlagventil 21 schließen und die Konzentrat-Füllung durch die Leitung 28a gegen das Rückschlagventil 29 vordrücken, woraufhin s mit Wasser aus dem Zylinderabschnitt 21 vermischt wird. Somit wird die Konzentratlösung 29 in gewünschtem Verhältnis verdünnt, und zwar im Verhältnis zu den relativen Verschiebungsverhältnissen der Kolben in den Zylinderabschnitten 20 und 21 und der Stärke der Konzentratlösungç die in dem Behälter 30 bevorratet wird. Die Durchsatzrate für das Einspritzen durch das Zugaberohr 17 wird von dem Durchsatzsteuerventil 25 gesteuert das die Geschwindigkeit der Kolbenbewegung während des Einspritz-Hubes beeinflußt. Die Geschwindigkeit der Strömung am Ringschlitz 14, der Einspritzstelle in die Düsenkammer 5, kann reduziert oder vergrößert werden, indem die Breite des Ringschlitzes 14 vergrößert oder verkleinert wird.
In dem Zylinder 18 (Fig. 1) ist eine Druckausgleichsöffnung 32 zum Ausgleich des Umgebungsdruckes in dem Gebiet zwischen den Zylinderabschnitten 19 und 20 vorgesehen, welcher Bereich nicht dem Hydraulikdruck ausgesetzt ist. Der Hahn 26 kann durch zusätzliche Hilfsmittel, die noch beschrieben werden, betätigt werden, kann jedoch auch durch einen Hebel 33 bedient werden, der seinerseits von der Bewegung der Kolben 22 und 23 verstellt wird. Die Kopplung zwischen dem Hahn 26 und dem Hebel 33 ist durch die gestrichelte Linie 33a angedeutet. Alternativ können Stellmotore oder Pumpen zum Einspritzen des reibungsreduzierenden Zusatzes von gewünschter Verdünnung und Durchsatzraten Verwendung finden.
Fig. 3 ist eine mehr schematische Darstellung des die Erfindung verkörpernden Strahlwerfers, der manuell in eine gewünschte Richtung oder um eine im wesentlichen vertikale Rotationsachse in Umdrehung versetzt werden kann, wobei er einen Bereich von vertikalen Erhebungswinkeln überstreicht, wenn er um eine im wesentlichen horizontale Achse verschwenkt wird. Der Strahlwerfer gemäß Fig. 3 enthält die gleichen grundsätzlichen Elemente, wie in Fig.
dargestellt mit der Ausnahme, daß die Düsenkammer 5 zur besseren Bedienung relativ kurz ausgebildet ist. Um eine zusätzliche Reduzierung der Fluid-Turbulenz in der Düsenkammer zu erreichen, sind bienenwabenartig angeordnete, die Strömung ausrichtende Leitbleche 34 angeordnet. Dieser Satz an Leitblechen kann ein rechtwinkliges Maschengitter (von + 1/2 Zoll x 1/2 Zoll) aus verbundenen dünnen Metarlplatten sein, das mehrere parallele Strömungskanäle (+ + 3 Zoll Länge) bildet, die dazu dienen können, sekundäre Wirbelströmungen zu reduzieren und damit insgesamt eine weniger turbulente Strömung des Wassers zur Düsenspitze 6 hin zu erzeugen. Weiterhin ist eine Einspritzeinrichtung für einen chemischen, reibungsreduzierenden Zusatz durch ein Zugaberohr 17 aus einer unter Druck stehenden Versorgungsquelle vorgesehen, etwa in der Weise, wie das im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben wurde, oder mit Hilfe einer separat angetriebenen Pumpe und Verbindungsschläuchen, die nicht dargestellt sind. Ein relativ kurzer Diffusor 2 dient der Betriebserleichterung und sollte vorzugsweise einen Konuswinkel haben, der 6° nicht überschreitet, um maximale Durchsatzrate mit geringer Turbulenz zu haben. Das Gewicht des Strahlweriers sowie seines flexiblen Versorgungsschlauches 1 wird von Schwenklagern 35 aufgenommen, von denen eines an jeder Seite der Mittellinie durch die Schnittstellen von Düsenkammer und Diffusorabschnitt angeordnet ist. Die Lager 35 definieren die horizontale Achse, um welche der Strahlwerfer verschwenkt werden kann.
Ein Gegengewicht 36 sitzt auf Armen 37 und 38 und gleicht das Gewicht der Düsenkammer plus Wasserinhalt aus. Die Lager 35 ruhen auf einem Dreibeinkäfig 39, welcher seinerseits über drei Rollen 40, die um jeweils 1200 auseinanderstehen, auf einem geeigneten Gerüst sich abstützt und in einer geneigten Schiene 41, in welcher die Rollen 40 laufen, um den vollen Winkel verdrehbar ist. Das Gerüst weist mehrere Beine 42 mit zugehörigen Verstrebungen auf, die genügend Spielraum für die Bewegung und Bedienung des Strahlwerfers lassen. Somit wird die Rückstoßkraft des weggeschleuderten Strahles (typischerweise 560 lb (254 kg) bei 1000 Gallonen pro Minute (3790 Liter pro Minute) und 130 psi (9,14 kp/cm²)) von den Lagern 35 aufgenommen und ausgeglichen. Die relativen Gewichte des Diffusors 2 und der zugehörigen Kupplungen sowie des Zuführschlauches sind etwas größer als die Gewichte der Düsenkammer, der Düsenspitze und der Gegengewichte; somit befindet sich der Strahlwerfer im Gleichgewicht bei einer um 300 erhobenen Düse.
Dieser Strahlwinkel hat sich als derjenige erwiesen, der die größte Wurfweite, gemessen an der horizontalen Ba linie, ergibt. Der Erhebungswinkel kann jedoch vergrößert oder verkleinert werden, indem nur mäßige manuelle Kraft auf den Handgriff 43 am Gegengewicht 36 ausgeübt wird; die leichte Bewegbarkeit des Strahlwerfers wird durch den flexiblen Anschlußschlauch 1 erhöht. Die leichte Beweglichkeit kann noch weiter dadurch verbessert werden, daß der Diffusor 2 aus flexiblem, verstärktem Kunststoff der gleichen Art wie für den flexiblen Schlauch 1 gefertigt wird, so daß er bei extremen Erhebungswinkeln nach oben oder unten in einfacher Weise etwas gebogen werden kann. Die gesamte Strahlwerferanordnung kann frei drehen durch sämtliche Horizontalwinkel, d.h. um eine im wesentlichen vertikale Achse, auf der Schiene 41, wobei ein Schwenkgelenk 44 zwischen Diffusor 2 und Anschlußschlauch 1 die notwendige rotatorische Bewegungsfreiheit vermittelt.
Der verbesserte Wasserstrahlwerfer gemäß Fig. 3 ist besonders für die Brandbekämpfung sowie das hydraulische Abbauen und Auswaschen geeignet, wo eine größtmögliche Wurfweite wichtig ist. In solchen Fällen mögen wirtschaftliche Überlegungen das Einspritzen einer größeren Menge an reibungsreduzierendem Zusatz (z.B. 1,5 gpm (etwa 5,68 Liter pro Minute) bei einer Verdünnung von 500 Gewichtsteilen pro 1000) rechtfertigen, um einen etwas vergrößteren Wurfbereich zu bekommen.
Fig. 4 zeigt einen Strahlwerfer mit den Merkmalen der Erfindung, der mit fester Erhebung installiert ist sowie drehbar ist und im Laderaum eines Schiffes, in einem Speichertank o.dgl. aufgestellt werden kann, um granuliertes metallisches Erz oder andere Feststoffpartikel abzutragen und in eine fluidisierte Schlammform überzuführen.
Auf die US-Patentschrift 3 606 479 wird in diesem Zusammenhang Bezug genommen.
Diese Anordnung enthält die gleichen grundsätzlichen Konstruktionselemente wie die Strahlwerfer gemäß den Fig. 1 und 3. So wird unter hohem Druck aus einem Rohr oder Schlauch 1 zugeführtes Wasser durch einen konusartigen Diffusor 2 einem Gärungsknie 3 zugeführt, das mit Umlenk-Leitblechen 4 in der im einzelnen in Fig. 1 erläuterten Weise ausgerüstet ist. Eine Gruppe von wabenartigen, die Strömung begradigenden Leitblechen 45 kann auf Wunsch zur Verminderung der Turbulenz vorgesehen sein. Eine Einspritzvorrichtung in Form eines Ringschlitzes ist in gleicher Weise und zu gleichem Zweck wie bereits oben erläutert vorgesehen und die erforderliche Menge an reibungsreduzierendem Zusatz kann durch das Rohr 17 aus einem zentral angeordneten Pumpenaggregat zugeführt werden, welches mehrere Strahlwerfer von der in Fig. 4 dargestellten Art versorgt.
Ein Rotationsgelenk 44 ermöglicht eine freie Drehung der Düsenkammer 46 mit Hilfe eines Hydraulikmotors oder einer ähnlichen Einrichtung 47. Die Düsenkammer ist drehbar in Lagern 48 gelagert, das seinerseits in der Bodenkonstruktion 50 des Vorratsbehälters oder des Schiffs-Laderaumes in dem Schlamm führt den Sumpf 49 befestigt ist. Ein Düsen knie 51 ist mit Umlenkblechen 52 ausgerüstet und nahe an der Düsenspitze 53 angeordnet, in welcher eine geeignete Nadel 7 mit längs gerichteten Leitrippen 10 in der im Zusummenhang mit Fig. 1 bereits beschriebenen Weise vorgesehen ist.
Die die Nadel tragende Stange 9 ist flexibel in einem federbelasteten Kolben 54 befestigt, der in voll eingezogener Normalstellung Unter-Wasser-Arbeitsdruck dargestellt ist. Bei Beendigung des Betriebes und Abschalten des Wasserdruckes schiebt die Feder 55 den Kolben, die Stange und die Nadel so vor, daß die Düsenöffnung 11 verschlossen wird, so daß ihr Verstopfen durch das granulierte Feststoffmaterial nicht eintreten kann. Eine abschließende Rohrkappe 56 ergibt zusammen mit der unteren Abdeckplatte 57 ein glattes, symmetrisches Profil und einen ausreichenden Schutz für die gesamte Düsenanordnung, die sonst in dem umgebenden Feststoffmaterial verschmutzen würde. Relativ große Mengen an konzentrierteren Lösungen von reibungsreduzierendem Zusatz können durch das Rohr 17 eingespritzt werden, um die verstärkte Turbulenz zu kompensieren, die in der Nähe der Düsenöffnung 11 durch die Umlenkbleche 52 und das rechtwinkiige Kniefitting 51, die in diesem Anwendungsfall notwendig sind, erzeugt werden.
Fig. 5 zeigt schematisch einen Strahlwerfer gemäß der Erfindung, der besonders für die landwirtschaftliche Beregnung geeignet ist. Wie bereits im Zusammenhang mit den vorstehenden Figuren erläutert wurde, fließt Wasser aus einem Schlauch 1 durch eine Schwenkkupplung 44, den Diffusor 2, das mit Leitblechen ausgerüstete Knie 3, die Einspritzdüsenanordnung 15, die Düsenkammer 5 zur Düsenspitze 6, welche wieder mit einer hydraulischen Nadel 7 ausgerüstet ist und verläßt den Stranlwerfer am Abgabepunkt 8. Die Gegengewichtanordnung wird von einem geeignet befestigten Gerüst 58 auf drei Rollen 59 geführt, die radal um 1200 auseinanderstehen und in einer kreisförmigen, im wesentlichen horizontalen Schiene 41 laufen können, die ihrerseits wieder auf einem geeigneten Rahmen 42 ruht, wobei alles zusammen auf einem beräderten Anhänger 60 montiert ist, der bequem mit dem Strahlwerfer über Land gezogen werden kann. Eine Schlauchkupplung 61 ist zum bequemen Anschluß des flexiblen Wasserschlauches 1 vorgesehen, der auch auf einem geeigneten Hänger mitgeführt werden kann, um mit Hilfe einer auf diesem befestigten Schlauchtrommel die Beweglichkeit,den Aktionsradius und das Einziehen der Anordnung zu erhöhen bzw. zu verbessern.
Ein Hydraulikmotor 62 arbeitet über eine flexible Welle 63 direkt auf eine der Rollen 59 und ermöglicht mit dem von ihm erzeugten Drehmoment eine Drehung des Strahlwerfers um eine im wesentlichen vertikale Achse mit wählbarer Geschwindigkeit, beispielsweise mit einer Umdrehung pro drei bis sechs Minuten. Im einzelnen hängt dies von dem radialen Bereich ab, der'von dem abgegebenen Strahl überdeckt werden soll und ist steuerbar durch einen variablen Wasserdurchsatz durch das Rohr 68.
Die normale Erhebung der Düsenkammer 5 beträgt etwa 28 bis 300 gegenüber der Horizontalen, bei welchem Winkel sich die maximale Wurfweite bei Windstille ergeben hat.
Unter normalenBetriebsbedingungen wird der konzentrierte Wasserstrahl in ein kreisförmiges Ringfeld geworfen, das eine relativ trockene Fläche einschließt.
Ein weiterer Wurf zu einer größeren radialen Entfernung wird durch Einspritzen eines reibungsreduzierenden Zusatzes wie erläutert erreicht. Die Einspritzeinrichtung gemäß Fig. 5 umfaßt einen hydraulischen Rotationsmotor 64, der direkt an eine Wasserrotationspumpe 65 und eine Zusatzrotation pumpe 66 gekoppelt ist. Der Motor und die Pumpen sind vorzugsweise von positivem Vorschub typ und so ausgelegt, daß eine vorbestimmte Zusatzkonzentration aus dem Behälter mit einer größeren Wassermenge (typischerweise mit einer Verdünnung von 1:30) zum Einspritzen in einen Ringschlitz in der Düsenkammer durch Rohr 17 wie beschrieben kombiniert. Die Einspritzmenge wird durch ein Ventil 67 gesteuert, das zur Einstellung des Wasserdurchsatzes durch den Hydraulikmotor 64 und damit seiner Umdrehungszahl dient. Dieser Rotationsmotor mit Pumpenaggregat vom positiven Vorschubtyp kann alternativ anstelle des hin-und hergehenden Kolbens verwendet werden, wie er im Zu-Zusammenhang mit Fig. 1 für das Einspritzen des reibungsreduzierenden Zusatzes beschrieben wurde.
Das Überstreichen eines engeren Bereiches der kreisförmigen Innenfläche, die den Strahlberegner unmittelbar umgibt, wird erreicht, durch die Strahlverteileranordnung 69.
Hydraulischer Wasserdruck über das Rohr 70 dient zur Verschiebung eines federbelasteten Kolbens 71, vermöge dessen das Ablenkblech 72 teilweise in den abgegebenen Strahl gehalten werden kann, so daß auf diese Weise die Wurfweite des Strahles verringert und Wasser zur Beregnung der Innenfläche abgelenkt wird.
Bei windigem Wetter hat sich eine niedrigere Erhebung der Düsenkammer, von etwa 200 gegenüber der Horizontalen, als nützlich erwiesen, um eine bessere radiale Bedeckung gegenüber schräg von vorne kommenden Winde und stärker herabdrückenden Winden zu haben. Eine hydraulische Hebeanordnung 73, die mit dem Stützrahmen 58 gekoppelt ist, dient zur Reduzierung des Erhebungswinkels der Düsenkammer, wenn das erwünscht sein sollte. Der Wasserdruck durch das Rohr 109 dient zur Verschiebung des Kolbens 74 relativ zu seinem Zylinder 74a, um den Rahmen 58 anzuheben und dadurch die gesamte Strahlwärmeanordnung zu kippen und auf diese Weise den Erhebungswinkel der Düsenkammer zu verkleinern. Diese angehobene Anordnung ist weiterhin frei auf der kreisförmigen Schiene 41 verfahrbar und die notwendige Flexibilität für die sich ergebende außermittige Drehung des unteren Teils der Anordnung wird ermöglicht durch den flexiblen Schlauch 1 und auf Wunsch durch Verwendung eines flexiblen Materials für den Diffusor 2, welches ähnlich sein kann wie das für den flexiblen Schlauch 1 verwendete Material.
Ein windrichtungsempfindlicher wandler ist so befestigt, daß er mit der Düsenkammer dreht, und weist ein Aerodynamisch geformtes Horn 75 auf, mit dem die Windenergie auf eine relativ schmale Halsfläche 76 konzentriert wird, über die ein kleiner Strahl von unter hohem Druck stehenden Wassers durch Rohr 77 und Düse 78 geführt ist. Normalerweise wird diese Fluid-Energie in dem Fühlerrohr 79 aufgenommenund dient zur Aufrechterhaltung eines hydraulischen Druckes in diesem. Unter Winddruck wird der Wasserstrom von dem Fühlerrohr 79 weggedrückt und der sich ergebende Druckabfall löst eine Steuereinrichtung aus, die noch erläutert wird, so daß der hydraulischer Heber 73 automatisch die Bahn des ausgeworfenen Strahlregens abfängt und weiter das Einspritzen des reibungsreduzierenden Zusatzes veranlaßt, um einen verbesserten Zusammenhalt und eine bessere Energiekonzentration in dem abgegebenen Beregnungsstrahl während Windbeaufschlagung zu erhalten.
Um die vorstehend beschriebenen Vorteile für die intermettierende Beregnung von drei konzentrischen Landflåchen auf welche der Beregnungsstrahl gerichtet werden kann, auszunutzen, kann ein beliebiges Zeitintervall-Steuersystem zur Erzielung der intermettierenden Betriebsweise verwendet werden, d.h.: N Bereich - Normaler Bereich der Wasserstrahl berieselung; L Bereich - Größere Entfernung aufgrund des Einspritzens eines reibungsreduzierenden Zusatzes; S Bereich - Kurze Entfernung mit Strahlverteiler bzw. - Ablenkbleche Die Landflächen9 die durch eine derartige Dreibereichseinteilung beregnet werden können, sind in Fig. 6 in idealisierter Form dargestellt In Praxi gibt es eine Flächenüberlappung zwischen den Soll-Flächen S und N, und der L-Bereich erstreckt sich über beide N - und L -Bereiche aufgrund der vergrößerten Dispersion des Strahles in der äußeren Hälfte des radialen Bereichs. Ein nützlicheres und vorteilhafteres Berieselungsmuster zeigt Fig. 7, bei welchem eine Reihe von Ubergängen zwischen dem N-Bereich und dem Bereich bei jeweils 450 vorkommen. Man erkennt aus den darüber gelegten Quadraten, daß die Anordnung gemäß der Fig. 7 das zur Verfügung stehende Wasser stärker auf eine Fläche von der erwünschten rechtwinkligen Form konzentriert und vermeidet, daß ein bemerkenswerter Anteil des relativ aufwendigen reibungsmindernden Zusatzes auf Flächen abgeladen wird, die jenseits der zu berieselnden Landfläche liegen.
Typischerweise betragen die gesamten Grundflächen, ausgedrückt als ProzentsaGz der gesamten beregneten Fläche, etwa S = 33%, N = 31% und L = 36%. Um eine gleichmäßige Wasserverteilung zu erreichen wird die jeweilige Beregnungs-Zeitspanne in jedem Durchlauf zyklus proportional zwischen den Bewegungsflächen aufgeteilt.
Ein weiteres, inhärentes Merkmal, das bei sämtlichen Wasserstrahlwerfern auftritt, bei denen ein Wasserstrahl längs eines Bogens durch Luft geschleudert wird, und zwar mit Drücken, die für die Sprinkler-Beregnung notwendig und geeignet sind, besteht darin daß kleinere Wassertropfen an einem inneren Bereich abgeladen werden, was wohl auf die vergrößerte Luftreibunc an der Strahloberfläche zurückzuführen ist. Aufgrund des folgenden, längs der Strahlbahn erzeugten Luftstromes und des "Hintertüren"-Effektes, der das in der Mitte des Strahles fliegende Wasser betrifft, ergibt sich ein charakteristisches ohänomen dergestalt, daß die Wassertropfen größten Durchmessers in dem maximalen Gebiet niederfallen. Ein vertikales und über längere Zeitspannen hin dauerndes Aufschlagen solcher Wassertropfen kann die Krume beschädigen, zerstören und zum Teil wegschleudern, was zu einer reduzierten Sickergeschindigkeit führt. Derartiger Schaden kann auftreten bei Sprinklerberegnung mit kleinen Strahlbahnen, insbesondere bei Sprinklern mit kompakte Strahl, der Abschnittsweise während bestimmter Intervalle ortsfest bleibt. Im Ergebnis wird die weiter außen befindliche Fläche in einer Reihe von Intervallen beregnet, während denen die volle Kraft des weggeschleuderten Strahles auf ein Flächenstück fällt, und einwirkt, das Aufschleißen und Zerstäuben von Wasser aufgrund von Luftreibung sehr klein bleibt und somit das beregnete Erdreich ziemlichen Aufschlagkräften ausgesetzt ist.
In dem Strahlberegner gemäß Fig. 5ist derartiger Wasseraufschlagschaden für Erdreich und Weiden wesentlich geringer, und zwar aus folgenden Gründen: 1. eine verbesserte Strahlenergie-Konzentration und ein verbesserter Strahlzusammenhalt macht es möglich, daß der Strahl auf die Hälfte des radialen Bereiches gerichtet wird und die Spitze der Strahlbahn vor der wesentlichen Auflösung des Strahls liegt; 2. eine kontinuierliche Drehung des Strahlberegners läßt den ausgeworfenen Strahl einen sich kontinuierlich verändernden Pfad durch die Luft nehmen. Dies eliminiert praktisch den "Hintertür"-Effekt an den äußeren Enden des Radius' des Wurfsbereichs. Somit führt ein zunehmendes Ausgesetztsein gegenüber der Luftreibung und eine abnehmende Fallhöhe aus einer höheren Bahn zu einem stärkeren Aufbrechen des Strahles in Tropfen kleinerer Größe, von denen jeder weniger kinetische Energie mitführt, wie bei dem Aufschlagen auf das Erdreich abgeleitet werden muß.
3. Das kontinuierliche Drehen des Strahlwerfers und die kontinuierliche Seitenbewegung des Bogens des geworfenen Wassers führt zu einem schrägen Auffall des Wassers auf das Erdreich. Offensichtlich ergibt sich ebenfalls ein schräges Muster der folgenden Luftströme, die wiederum den vertikalen Fallweg der Wassertropfen beeinflußt.
Jedenfalls hat sich ergeben, daß die Wassertropfen unter einem schrägen Winkel mit kleinerer Kraft auf das Erdreich aufschlagen. Dieser Effekt verbessert sich noch, wenn die periphere Geschwindigkeit der seitlichen Bewegung des geworfenen Strahles etwa 7 bis 8 Fuß pro Sekunde (2,1-2,4 m/s) oder etwa 5 1/2 Minuten pro Umdrehung für ein Beregnungsfeld von 400 Fuß (122 m) Radius ist.
4. Eine gleichförmigere Wasserverteilung und eine genauere Beregnung jeder einzelnen Pflanze während eines Beregnungsintervalis wird erreicht, d.h. jede einzelne Pflanze wird mit größerer Sicherheit während jeder Umdrehung gewässert. Dies reduziert Weidenschaden, der aus angetrockneten Düngemitteln und Salzrückständen hervorgerufen sein kann, welche sich auf den Pflanzenoberflächen ansammeln können, wenn ein Austrocknen während der aufeinanderfolgenden Beregnungen in zu weit auseinanderliegenden Zeitabschnitten möglich ist.
Um alle diese erwünschten Betriebseigenschaftenautomatisch und in wiederholten intermettierenden Zyklen zu erhalten, wird eine Steuervorrichtung 80 verwendet, die in Fig. 8 schematisch dargestellt ist. Die hauptsächlichsten Steuergeräte sind Ventile vom Spulentyp der folgenden Art: Nocke, schubstangen-betätigt, Rückholfeder 81,82,83 Hydraulisch, druck-betätigt, Rückholfeder 84,85,86 Hydraulisch, druck-betätigt, hydraulischer Rückstelldruck 87.
Das Ventil 81 wird durch vier Nockenplatten 88 betätigt, von denen jede um 450 breit ist und unter Winkeln von 900 an einer Scheibe 89 angesetzt sind, welche mit acht Raststiften 90 versehen ist, die um 45° versetzt an der äußeren Periphere der Scheibe 89 angeordnet sind. Eine Gesamtzahl von acht Heberstiften 91 (Fig.5) sind an der Innenperipherie der kreisförmigen Schiene 41 um jeweils 450 versetzt befestigt. Die Scheibe 89 ist an dem sich drehenden Strahlwerfer so befestigt, daß sie eine Ein/Acht-Umdrehung ausführt, indem jeder Heberstift 91 gegen einen Raststift 90 arbeitet. Auf diese Weise wird die Scheibe 89 eine Umdrehung pro volle Umdrehung der Strahlwerferanordnung auf Gleis 41 ausführen, und durch die Nockenplatten 88 wird das Ventil 81 vier mal pro Umdrehung betätigt, um die verfügbare hydraulische Energie durch das Rohr 92 dem Einspritzmotor 64 zuzuführen. Ein federbelasteter Anschlag kann dazu dienen, das nockenbetätigte Ventil 81 schneller schalten zu lassen.
In ähnlicher Weise wird das Ventil 82 durch eine einzige 120°-Nockenplatte 93 auf Scheibe 94 betätigt, die mit drei Raststiften 95 versehen ist, welche um 1200 auseinanderstehen, so daß sie eine Bewegung um 1/3 Umdrehungen bei Anschlag eines einzelnen Heberstiftes 96 (Fig.5) auf der Innenseite des Gleises 41 ausführt. Somit wird das Ventil .82 einmal bei jeder dritten Umdrehung des Beregnungskopfes betätigt, um die verfügbare hydraulische Leistung dem Strahlablenker 69 durch das Rohr 70 zuzuführen.
Während der zwei dazwischenliegenden Umdrehungen wird die hydraulische Energie unter Steuerung des Ventils 81 dem Einspritzmotor 64 zugeführt. Auf diese Weise läuft das Beregnen während eines Zyklus' von drei Umdrehungen automatisch auf folgende Weise ab: liste Umdrehung - S-Bereich zur Beregnung des innersten Kreisgebietes; 2te und 3te Umdrehung - Abwechselnd zwischen N- und L-Bereich bei 45 Segmenten; Das Wasser für den hydraulischen Betrieb aller Motoren und Steuervorrichtungen wird aus der Versorgungsleitung für den Strahlregner bei Anzapfung 97 in der Nähe der Schwenkkupplung 44 (Fig.5) abgenommen und durch den Filter 98 geführt. Ventil 99 (Fig.8) für N-Geschwindigkeit dient zur Steuerung des Wasserdurchsatzes durch das By-Pass-Ventil 86 und Rohr 68, um die Geschwindigkeit des Hydraulikmotor 62 so einzustellen, daß die gewünschte Drehgeschwindigkeit des Strahlberegners für den N-Bereich erreicht wird.
Während der Intervalle des L-Bereichs wird die hydraulische Energie für den Einspritzmotor 64, die am Rohr 92 verfügbar ist, ebenfalls zum Auslösen des Ventils 86 herangezogen, um den By-Pass-Pfad um das L-Geschwindigkeits-Ventil 100 herum zu unterbrechen, welches so einstellbar ist, daß die Geschwindigkeit des Motors 62 reduziert werden kann und damit die Geschwindigkeit, mit der sich der Strahlberegner dreht, ebenfalls reduziert werden kann, während der L-Bereich überstrichen wird.
Während der zyklischen Intervalle für den S-Bereich wird die dem Strahlablenker 69 zugeführte Hydraulik-Energie, die am Rohr 70 zur Verfügung steht, ferner zum Auslösen des Ventils 85 herangezogen, um einen By-Pass-Pfad um das Ventil 99 herum zu öffnen; der sich ergebende Anstieg der Hydraulikleistung für den Motor 62 ist einstellbar mit Hilfe des S-Geschwindigkeits-Ventils 101, so daß die Drehgeschwindigkeit des Strahl-Beregners bei Bearbeiten des S-Bereichs zunehmen kann. Somit nimmt die Drehgeschwindigkeit des Strahlberegners automatisch ab, wenn die Wurfweite zunehmen soll, um auf diese Weise eine Gleichförmigkeit der gesamten Wasserabladung- pro Flächeneinheit und eine im wesentlichen konstante, nahezu optimale Geschwindigkeit der seitlichen Bewegung des Strahles zu erhalten, und zwar an der äußeren Peripherie jedes versorgten Bereiches.
Wenn die Windbelastung über einen voreingestellten Wert hinaus ansteigt, wird dann, wenn der sich drehende Strahl in den Wind läuft, der Luftstrom durch den Wandler 75 eine Verschiebung der Stellung des Fühlerstrahls 102 bewirken, wodurch der in dem Fühlerrohr 79 normalerweise aufrecht erhaltene Druck abnimmt. Die Windbelastung, bei welcher eine effektive Verschiebung des Fühlerstrahls 102 eintreten wird, hängt von der Geschwindigkeit des Wasser.
stromes ab, die durch ein Stellventil 103 einstellbar ist Bei Nachlassen des Druckes in dem Fühlerrohr 79 wird das Ventil 84 abgeschaltet und unterbricht den Wasserstrom zu der Fühlerdüse 102 und gibt einen direkten Wasserstrom in den Einspritzmotor 64, so daß sich ein konstanter Fluß an reibungsreduzierendem Zusatz zum Einspritzen in den entstehenden Strahl ergibt. Eine fortdauernde Tätigkeit der Nocken betätigten Ventile 81 und 82 dient zur Rückkopplung hydraulischen Druckes aus dem Rohr 92 zu einer Reihe von Impulsen für die Fühlerstrahldüse. Wenn der Winddruck-Eingang für den Wandler 75 abgesunken ist und der Fühlerstrom 102 wieder seine normale Bahn einnimmt, wird sich der ergebende Druckaufbau in dem Fühlerrohr 79 in einer Reaktivierung des Ventils 84 auswirken, was zu folgendem führt: 1) ein aufrechterhaltener Wasserstrom zur Fühlerdüse 102 und 2) ein normales zyklisches Einspritzen von reibungsreduzierendem Zusatz unter Steuerung der Ventile 81 und 82. Somit werden die günstigen Wirkungen des Einspritzens des reibungsreduzierenden Zusatzes automatisch auf sehr schnelle Reaktionsbasis wieder zur Verfügung gestellt, um die Eigenschaften des heraus geworfenen Strahles gegen die nachteiligen Einflüsse des Windes zu verbessern, bei dem Berieseln oder Besprengen der Bereiche S, N oder L.
Auf den Winddruck und das Nachlassen des Druckes in dem Fühlerrohr 79 spricht außerdem das Ventil 87 an und wird zu seiner deaktivierten Stellung unter kleinerem hydraulischen Druck zurückkehren, der durch Rohr 104 auf den Ventil-Rückstellkolben 105 ausgeübt wird und an der Verbindung der druckreduzierenden Öffnung 106 mit dem einstellbaren Ventil 107 zur Verfügung steht, welches sich durch das Ventil 87 zu der Umgebungsdruckleitung 108 entlädt. Das Abschalten des Ventiles 87 bewirkt das Aufgeben von hydraulischem Druck auf den hydraulischen Heber 73 durch Rohr 109. Der sich im Rohr 109 ergebende Druck erzeugt einen umgekehrten Fluß durch das Ventil 107 und eine Druckzunahme auf den Ventilkolben 105, so daß das Ventil 87 nicht zur normalen geschalteten Stellung zurückkehren wird, selbst wenn das Aufhören des Winddruckes zu einer Rückkehr des normalen Druckes in der Fühlerleitung 79 bewirkt.
Das Ventil 83 wird durch eine Hilfsnocke 110 kurz einmal bei je drei Umdrehungen des Strahlwerfers und der Scheibe 94 betätigt, und damit typischerweise in Intervallen von 15 Minuten. Ein Auslösen des Ventils 83 dient dazu, den Haltedruck auf den Ventilstößel 105 wegzunehmen, indem er in die Umgebungs druck leitung 108 entlassen wird. Wenn bei solchen Intervallen ein normaler Betriebsdruck in dem Fühlrohr 79 wieder hergestellt worden ist, dann wird das Ventil 87 in seine normale, geschaltete Stellung zurückkehren und der Hydraulikheber 73 wird ebenfalls in seine Normalstellung zurückkehren, wobei ein Entspannen durch das Rohr 109 und Ventil 87 zur Abzugsleitung 108 erfolgt.
Sonst würde der Betrieb bei einer niedrigeren Strahlbahn über eine weitere Periode von drei Umdrehungen des Berieselungskopfes fortgesetzt werden. Auf Wunsch kann eine Durchfluß beschränkende Öffnung 111 und eine Hydraulik/ Luftkissen-Kammer 112 vorgesehen sein, um das Abschalten des Ventils 87 zu verzögern, so daß der Hydraulikheber 73 nicht zu häufig unter variablen Bedingungen ansprechen wird. Somit werden die erwünschten und vorteilhaften Wirkungen einer niedrigeren Bahn für den abgegebenen Strahl automatisch dann zur Verfügung stehen, wenn dies im Sinne einer verbesserten Wasserverteilung bei windigen Wetterintervallen notwendig sein sollte.
Bei diesem hydraulischen Steuersystem wird nach der Verwendung eine relativ kleine Wassermenge abgegeben, prinzipiell durch die Motoren 72 und 64 und hinreichend viel Gegendruck ist für die Verteilung dieses Wassers über einen Hilfs-Sprinkler 113 zur Verfügung, der die Bodenfläche unmittelbar um den Berieselungskopf herum überstreicht.
Die hydraulische Steuervorrichtung gemäß Fig. 8 kann natürlich in vielerlei Weise noch abgeändert werden, ohne daß insoweit von dem der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken abgewichen wird.
Der Drei-Zyklus-Strahlberegner gemäß Fig. 5 betrifft also eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Sprinkler-Beregnung speziell geeigneter, großer Felder und Ackerflächen einschließlich relativ unterentwickelter Ländereien. Der Beregner kann in die Betriebsstellung gezogen und dort mit einer Anschlußleitung für Wasser unter hohem Druck mit Hilfe eines transportablen Schlauches oder einer Leitung angeschlossen werden. Die Selbstfahreinheit bleibt stationär während eines Berieselungsintervalls und wird gewöhnlich nur einmal pro Tag verfahren. Typischerweise wird eine derartige Einheit-mit 1000 Gallonen pro Minute (3790 Liter pro Minute) ein Feld von 10 acre (etwa 405 ar) im wesentlichen rechtwinkliger Form intermettierend und abwechselnd in drei Segmenten beregnen. Oberflächlich ablaufendes Wasser und Erdreich-Erosion sind praktisch ausgeschlossen wegen der sich ergebenden Zunahme an Sickergeschwindigkeit des Erdreiches und einer mittleren Abladungsrate von etwa 0,2 Zoll pro Stunde (5 mm pro Stunde).
Die Windeinflüsse werden durch Landzeitmittlung und durch eine automatische Einstellung der Strahleigenschaften und -Bahnen sehr klein gehalten. Der Berieseler kann vorteilhafterweise für die Verteilung von Düngematerialien verwendet werden, wonach wiederholt klares Wasser abgeregnet wird, um das Düngemittel gut in das Erdreich einzuwaschen.
Der verbesserte intermettierende Strahlberegner gemäß Fig. 5 ermöglicht weiter ein Verfahren zur Sprinkler-Verteilung von öffentlichen Abwässern auf Marschlandflächen und dergleichen Weiden oder Baumbepflanzungen. Die Verteilung -von Abwässern auf dem Erdreich ist im.einzelnen beschrieben im 'eWastewater Management -Technical Alter-A natives", ugust 1972, U.S. Army Engineer District, San Francisco. Eine wesentliche Aufgabe dieser Maßnahmen besteht darin, die Verschmutzung zu eliminieren oder zu reduzieren, die durch Einleiten der Abwasserkomponenten in Gewässer entstehen könnte.
Das in der genannten Druckschrift beschriebene Verfahren sieht eine starke Behandlung von aus Wasser stammenden Abfällen vor, wobei eine Wiedergewinnung des Lösungsmittels und des verbleibenden Rückstandes vorgesehen ist.
Dieses Verfahren ist in der Broschüre im einzelnen wie folgt beschrieben: "Nach diesem Konzept wird das sekundäre Ablaufwasser gespeichert, gechlort und der Landoberfläche durch Beregnungseinrichtungen zugeführt. Das Erdreich und seine vegetative Bedeckung wirken als lebender Filter, der Verschmutzungen in dem Abwasser entfernt. Sauerstoffverbrauchende Substanzen werden durch Oxydation zersetzt, der meiste, wenn nicht sämtlicher Stickstoff und Sauerstoff werden zum Pflanzenwachstum verbraucht oder durch Absorption an den Erdteilen gebunden, und Schwermetalle werden ebenfalls durch Absorption an der Krume lokalisiert. Drainagen und andere Auffangsysteme sind in einigen Fällen vorgesehen, um das behandelte Abwasser ztr erneuten Verwendung wiederzugewinnen. Ein in der richtigen Weise ausgelegtes und betriebenes Landabladesystem kann das Wachstum von Sträuchern und Weideflächen anregen und das Abwasser reinigen, wobei gleichzeitig die Düngemittelqualität der Abwasserkomponenten ausgenutzt wird, gereinigte Wasser dem Grundwasser zugeführt oder gereinigtes Wasser der Wiederverwendung eröffnet wird.
Biochemischer Sauerstoffbedarf, Phosphor und Stickstoff werden ebenso entfernt durch Landfiltrage und Wiederaufsammeln wie durch tertiäre Behandlung. In Fällen, bei denen Mengen an Schwermetallen zu entfernen sind, ist eine Einbringung unter Land mehr zu empfehlen." Der erfindungsgemäße Strahlberegner gemäß Fig. 5 kann mit äußerstem Vorteil in der Waldwirtschaft, für Grasflächen und Buschwerkanpflanzungen in permanenter installation verwandt werden, wobei Einheiten permanent aufgestellt und mit hohem Wasserdruck liefernden Rohrleitungen verbunden sind. Typischerweise kann eine derartige Einheit mit 1500 bis 3000 Gallonen pro Minute (5680 bis 11 400 m pro Minute) bei Drücken von 200 bis 450 psi (14,1 bis 31,0 kp/cm2) arbeiten und 15 bis 20 acre mit 0.2 bis 0.3 Zoll pro Stunde beregnen. Das oberflächliche Ablaufen von Wasser und die Erosion wird bei derartigen Abladeraten sehr klein gehalten, was insbesondere für Erdreich mit vegetativer Bedeckung gilt, wobei diese Reduzierung weiter der 30%igen Zunahme an mittlerer Einsickerrate zuzuschreiben ist, die mit der oben erwähnten intermettierenden Beregnung erzielt werden kann. Die damit verbundene zyklische Aufnahme von Luft in das Erdreich läßt die aerobischen Mikroorganismen die organischen Materialien schneller zersetzen, die in dem Ablaufwasser enthalten sind, was sonst dazu neigen würde, die Erdreichporen-auszufüllen. Somit wird die Wassereinsicker-Kapaziteit des Erdreiches bei einem hohen kontinuierlichen Absorptionswert stabilisiert, welcher höher liegt als sonst erreichbar.
Bei derartigen Anwendungsfällen liegt die gesamte Ablademenge gewöhnlich in dem Bereich von 6 bis 9 Zoll pro Monat (152 bis 228 mm pro Monat) bei Baumbestand und Graslandflächen, so daß jeder Sprinklerkopf weniger als 10% der gesamten Stunden in Tätigkeit sein wird. Wesentlich erhöhte Abladeraten als die eben für Weideland genannten können bei Marschflächen angewandt werden.
Somit kann eine relativ kleine Anzahl von Sprinklerköpfen gemäß der Erfindung zur Verteilung von Abwasser über große Landflächen mit erhöhter Abladerate pro Flächeneinheit verwendet werden. Eine größere Wirtschaftlichkeit ergibt sich wegen der Reduzierung der dafür nötigen Landfläche, der Reduzierung der gesamten Länge der zu verlegenden Versorgungsleitungen und der Reduzierung der Gesamtzahl von zu installierenden und zu wartenden Sprinklerköpfen. Dieser letztere Faktor ist besonders wichtig in Gegenden, die mit Frosttemperaturen rechnen müssen, wo es dann vom praktischen Standpunkt aus geboten ist, eine kleinere Anzahl größerer Sprinklerköpfe betriebsbereit zu halten, indem Aufwärmeinrichtungen als zusätzliche Heizquellen verwendet werden.
Insgesamt-wurde eine Vorrichtung beschrieben, der unter Druck stehendes Wasser zugeführt wird und die Wasser in Form eines Strahles verbesserter Gleichförmigkeit über seinen Querschnitt durch die Luft wirft, wobei der Strahl außerdem eine verbesserte Konzentration und eine bessere Reichweite besitzt. Eine Einrichtung zum manuellen oder automatischen Drehen der Vorrichtung ist vorgesehen, um eine horizontale, den vollen Winkel umfassende Abgabe des Wasserstrahles zu ermöglichen, wobei weiter auf Wunsch die vertikale Erhebung der Wasserstrahlbahn einstellbar ist.
Der Bereich des vom Wasserstrahl überdeckten Feldes kann durch Einspritzen einer reibungsreduzierenden Chemikalie in Fluidform in den Wasserstrom durch die Vorrichtung verlängert werden oder kann abgekürzt werden, indem wahlweise eine mechanische Ablenkvorrichtung teilweise quer über den Wasserstrahl, der aus der Vorrichtung austritt, geschoben oder gefahren wird. Eine automatische Zeitgeber Einrichtung wird auf Wunsch verwendet und kann die Strahlweite wie die Umdrehungsgeschwindigkeit der Vorrichtung verändern, so daß sich eine intermettierende Beregnung von zwei oder mehr Landflächen innerhalb der von dem Wasserstrahl überstreichbaren Landfläche ergibt und man darüber hinaus eine gleichförmige Beregnung im wesentlichen rechtwinkliger Landflächen erhält. Auf Winddruck und -Richtung ansprechende Einrichtungen sind vorgesehen und ermöglichen die Steuerung der Strahlkonzentration sowie der Bahn des Wasserstrahls.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Erzeugung eines Wasserstrahls,bei dem eine unter Druck stehende Wasserströmung längs eines Pfades durch ein zylindrisch begrenztes Gebiet geführt wird, dessen Grenzen einen Reibungswiderstand für die Strömung bilden; bei dem die Strömung aus dem Gebiet an einer Stelle reduzierten Querschnitts heraustritt und einen im wesentlichen turbulenzfreien Strahl gleichförmigen Querschnitts bildet, und bei dem ein reibungsreduzierender Zusatz in die Grenzschicht der Strömung wahlweise eingespritzt wird, um die Reibungskraft zwischen der Grenze und der Strömung herab zum drücken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebiet um eine im wesentlichen vertikale Achse gedreht wird, wenn die Strömung nach außen abgegeben wird; und daß der Zusatz durch einen das Gebiet umgebenden Ringschlitz eingespritzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebiet bezüglich der Vertikalen geneigt ist und daß die Neigung sowie die Drehgeschwindigkeit des Gebietes um die vertikale Achse verändert werden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Windkraft an dem Gebiet während des Drehung um die Achse festgestellt wird; und daß das Gebiet um eine horizontale Achse zur Veränderung der Erhebung des Gebietes verschwenkt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebiet an eine Wasserdruckquelle angeschlossen wird und um seine Längsachse relativ zur Quelle gedreht wird; und daß die Strömung das Gebiet längs eines im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse verlaufenden Pfades verläßt.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der das Gebiet verlassende Strahl zur Beregnung eines ein ringförmiges Gebiet um die vertikale Achse bildenden Landstreifens verwendet wird.

7. Verfahren nach, einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz vier mal pro Umdrehung des Gebietes um die vertikale Achse ausgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der-vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz in Abhängigkeit von bestimmten Winkelstellungen des Gebietes um die Vertikalachse eingespritzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz an den Winkelstellungen des Gebietes um die Vertikalachse eingespritzt wird, die in die Ecken eines im wesentlichen rechtwinkligen zu beregnenden Feldes weisen.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit des Gebietes um die Vertikalachse verändert wird, wenn der Zusatz eingespritzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umdrehungsgeschwindigkeit vergrößert wird.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beregnung eines nahe gelegenen Landgebietes der abgegebene Strahl abgelenkt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkung bei jeder dritten Umdrehung des Gebietes um die Vertikalachse für eine Umdrehung ausgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Umdrehungsgeschwindigkeit des Gebietes um die Vertikalachse verändert wird, wenn der Strahl abgelenkt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Umdrehungsgeschwindigkeit verringert wird.

16. Verfahren nach-einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebung des Gebietes erniedrigt wird, wenn die festgestellte Windkraft gegen das Auslaßende des Gebietes einen vorgegebenen Wert übersteigt.

17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe des Zusatzes von der Durchsatzrate der Strömung durch das Gebiet abhängig gemacht wird.

18. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz bevorratet wird und aus dem Vorrat in gesteuerter Weise abgepumpt und in das Gebiet eingespritzt wird.

19. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebung des Gebietes von der festgestellten Windbelastung abhängig gemacht wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebung zusätzlich von der Durchsatzrate der Strömung durch das Gebiet abhängig gemacht wird.

21. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkung des Strahles von der Durchsatzrate der Strömung durch das Gebiet abhängig gemacht wird.

22. Wasserabgabevorrichtung, insbesondere Wasserstrahlwerfer, gekennzeichnet durch eine tubusförmige Kammer (5) mit einer Öffnung in deren: Seite sowie mit einer kreisförmigen Auslaßöffnung (11), deren gegenüberliegendes Ende an eine.

Wasserdruckquelle anschließbar ist;durch eine langgestreckte Nadel (7) mit kreisförmigem Querschnitt und einem vergrößertem Mittelabschnitt, die in der Kammer axial verschiebbar ist und sich wenigstens teilweise und konzentrisch durch die Öffnung erstreckt; sowie durch eine Einspritzvorrichtung (14) für den reibungsreduzierenden Zusatz in die seitliche Öffnung der Kammer.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse der Öffnung mit der Längsachse der Kammer zusammenfällt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse der Öffnung einen Winkel relativ zur Längsachse der Kammer einschließt.

25. Vorrichtung nach-einem der Ansprüche 22-24, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Öffnung einen Ringschlitz (14) aufweist, der im Verhältnis zur Nadel aufstromseitig angeordnet und gegen die Richtung der Strömung durch die Kammer geneigt gerichtet ist

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-25, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer um eine vertikale Achse drehbar gelagert ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-26, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kammer ein Diffusor (2) an dem dem Auslaßende gegenüberliegenden Ende befestigt ist, wobei der Diffusor mit zunehmender Entfernung von der Kammer einen abnehmenden Querschnitt aufweist.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-27, dadurch gekennzeichnet, daß ein an einen Zusatz-Vorratsbehälter (30) angeschlossenes Pumpsystem (18) ausgangsseitig an die seitliche Öffnung (14) der Kammer angeschlossen ist.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-28, gekennzeichnet durch ein Durchflußsteuerventil (25), das den Wasserdurchsatz durch das Pumpsystem (18) steuert.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-29, gekennzeichnet durch ein zweites Ventil (26), mit dem das Pump system druckmäßig entlastet werden kann.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-30, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel sich in der Auslaßöffnung zu einer scharfen Spitze verjüngt und am gegenüberliegenden Ende in der Kammer gelagert ist.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-31, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kammer und Diffusor ein Knie (3) vorgesehen ist, in dessen Innerem Leitbleche (4) für die Glättung der Strömung angeordnet sind.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-32,dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer auf einem Gestell (42) drehbar gelagert ist, welches eine kreisförmige Schiene (41) in im wesentlichen horizontaler Ebene trägt.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-33, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gelenkkupplung (74) für die allseitige Drehung der Kammer vorgesehen ist; und daß ein Gegengewicht (36) an der Kammer befestigt ist.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-34, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf die Wasserdurchsatzrate durch die Kammer ansprechende Einrichtung zur Verstellung der Erhebung der Kammer auf dem Gestell vorgesehen ist.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-35, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel axial zum Verschließen der Auslaßöffnung vorschiebbar ist.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-36, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer mit einer Kappe (56,57) abdeckbar ist.

38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-37, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlablenker (72) in dem Weg des aus der Kammer abgegebenen Strahles verfahrbar ist.

39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-38, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschieben des Deflektors (72) in den Strahlweg von der Wasserdurchsatzrate durch die Kammer abhängt.

40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-39, dadurch gekennzeichnet, daß ein Windkraftfühler (76) an der Kammer befestigt ist.

41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß der Windkraftfühler die Erhebung der Kammer steuert.

42. Vorrichtung nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung durch den Windkraftfühler vom Wasserdurchsatz durch die Kammer abhängt.

43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-42,dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene an ihrem Umfang mehrere Auslöser (90,95) trägt, die die Einspritzvorrichtung (14)steuern.

44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-43, gekennzeichnet durch ein erstes Ventil (81), das durch die Auslöser (90) steuerbar ist sowie durch ein zweites Ventil (82), das durch einen Wegstreckengeber (93) steuerbar ist und den Strahlablenker (69,72) steuert.

45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-44, dadurch gekennzeichnet, daß die Umdrehungsgeschwindigkeit der Kammer um die vertikale Achse einstellbar ist.

46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-45, dadurch gekennzeichnet, daß der Windkraftfühler (75,76) ein Horn (75) mit einer Verengung aufweist, über die ein Wasserstrahl (112) geführt wird; und daß an das Horn ein Ventil (103) angeschlossen ist und auf die Ablenkung des Wasserstrahls ((112) zur Steuerung der aus der Kammer abgegebenen Wassermenge anspricht.

47. Vorrichtung insbesondere nach einem der Ansprüche 22-46, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abgabekammer mit einer Auslaßöffnung versehen ist und um eine im wesentlichen vertikale Achse in geneigter Stellung drehbar ist; daß ein Antrieb zur Drehung der Kammer um die vertikale Achse vorgesehen ist; und daß ein Windkraft -fühler mit der Kammer beweglich ist und auf die auf die Öffnung der Kammer einwirkende Windkraft anspricht, während die Kammer um die vertikale Achse rotiert; und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die dieNeigung der Kammer verändert, wenn die festgestellte Windkraft einen vorgegebenen Wert übersteigt.

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