ДОЖДЕВАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
SPRINKLER DEVICE

Изобретение относится к дождевальному устройству
Дождевальные устройства в качестве садовых поливочных устройств имеют обычно образующую выпускное устройство для воды дождевальную головку с сопловой системой, установленную с возможностью поворота вокруг поворотной оси относительно содержащего впуск для воды основного тела. В секторных дождевальных устройствах поворотная ось обычно ориентирована вертикально, в четырехугольных дождевальных устройствах - горизонтально. Поворот дождевальной головки обычно осуществляется с помощью передачи дождевального устройства, которая приводится в действие с помощью турбинного колеса. Для переключения направления поворотного движения между двумя переставляемыми пределами угла поворота предпочтительно предусмотрена возможность вращения турбины с переключением в двух противоположных направлениях вращения, для чего для приводного потока воды предусмотрены два отдельных подводящих канала и расположенное по потоку перед каналами переключательное приспособление, которое при переключении соединяет один из подводящих каналов с входом воды. Проходящий от впуска к выпускному устройству поток воды течет по меньшей мере частично в качестве приводного потока воды через турбину и обычно в качестве обводного потока воды через нагруженный пружиной клапан, при этом обводной потока воды в большинстве случаев больше приводного потока воды. Такие системы хорошо известны.
Из ЕР 0 489 679 А1 известно такое дождевальное устройство с приводимой в действие потоком воды турбиной. Отдельные турбинные лопасти образуют карманообразные полые пространства, которые открываются узкими радиальными прорезями к окруженному кольцом турбинных лопастей полому пространству. Два подводящих канала проходят своими круглыми, параллельными турбинной оси первыми участками от переключательного приспособления вверх и входят в узкие вторые участки, которые дугообразно окружают в виде противоположно лежащих угловых сегментов турбину. От вторых участков отходит несколько сужающихся сопловых каналов под углом в направлении турбины.
Недостатком таких дождевальных устройств является то, что воздействующая на турбину за счет приводного потока воды сила является лишь небольшой и поэтому существует опасность, что турбина при новом запуске или при одном из многочисленных процессов переключения не начинает вращаться. Поскольку дождевальные устройства для поливки садов должны быть дешевыми в изготовлении, то конструктивные возможности ограничены.
В основу данного изобретения положена задача создания дождевального устройства с приводимой в действие с помощью турбины передачей дождевального устройства, в котором с небольшими затратами дополнительно улучшены характеристики пуска.
Решения согласно изобретению указаны в независимом пункте формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения содержат предпочтительные варианты выполнения и модификации изобретения.
Установлено, что принимаемые в соответствии с изобретением меры значительно улучшают свойства пути прохождения приводного потока воды. В частности, заявителями было установлено, что за счет предлагаемых мер может достигаться уменьшение образования завихрений и за счет этого могут значительно уменьшаться потери энергии приводного потока воды, так что более высокая доля энергии приходится на воздействующие на турбину силы, что приводит к более высокому пусковому крутящему моменту.
Первое значительное улучшение достигается за счет изменения формы отклоняющей зоны, в которой подводящий канал проходит от первого участка канала с по существу параллельным турбинной оси потоком во второй участок канала, при этом направление потока второго участка канала проходит по существу в лежащей перпендикулярно турбинной оси плоскости. Второй участок канала проходит предпочтительно в виде дуги вокруг пространства, в котором расположена турбина.
Отклоняющая зона выполнена благоприятной для потока и с малыми завихрениями за счет того, что по меньшей мере одна ограничивающая подводящий канал в зоне отклонения относительно изменения направления потока наружную полосу канала наружная стенка выполнена изогнутой. Для изменения направления потока может быть принята воображаемая ось отклонения. Первая наружная стенка является относительно такой оси отклонения лежащим радиально снаружи ограничением подводящего канала в зоне отклонения. Радиус кривизны первой наружной стенки может изменяться в ходе отклонения и предпочтительно составляет не меньше 30%, в частности не меньше 60% высоты подводящего канала в зоне отклонения. В качестве высоты подводящего канала, которая может изменяться в ходе отклонения, принимается соответствующее наименьшее расстояние наружной стенки от ограничивающей подводящий канал радиально внутри первой внутренней стенки, при этом при непостоянном параллельном воображаемой оси отклонения поперечном сечении подводящего канала в зоне отклонения следует исходить из центра тяжести поверхности поперечного сечения подводящего канала в зоне отклонения.
Предпочтительно первая внутренняя стенка подводящего канала проходит в зоне отклонения без изломов и ступенек, в частности, с монотонным изгибом, при этом возможно изменяющийся радиус кривизны внутренней стенки составляет не меньше 20%, в частности не меньше 40% указанной высоты подводящего канала.
Для предпочтительного и экономичного изготовления дождевального устройства, в частности из отлитых под давлением частей, подводящий канал ограничен в зоне отклонения поверхностями нижней части и закрепленной на ней крышки, при этом первый участок канала между переключательным приспособлением и зоной отклонения образован в нижней части. Первая внутренняя стенка предпочтительно выполнена на нижней части, а наружная стенка - на крышке, за счет чего также для изогнутого прохождения ограничения подводящего канала в зоне отклонения обеспечивается предпочтительная форма инструментов для литья под давлением нижней части и крышки.
Другое значительное улучшение является результатом благоприятной для прохождения потока и предотвращения образования завихрений формы заканчивающегося у впускных сопел последнего участка канала, называемого в последующем третьим участком канала, угловая длина которого принимается равной по меньшей мере 30° вокруг турбинной оси. Выполнение предусматривает, что лежащая относительно турбинной оси радиально снаружи, ограничивающая подводящий канал наружная стенка, которая называется в последующем также третьей наружной стенкой, проходит без изломов с непрерывным изгибом. Радиус кривизны третьей наружной стенки предпочтительно не меньше 15%, в частности не меньше 25% радиуса турбины, под которым понимается наружный радиус кольцеобразной системы турбинных лопастей. Радиус кривизны может изменяться в ходе прохождения третьего участка канала.
Третий участок канала проходит с непрерывным сужением в направлении впускного сопла, что приводит к увеличению скорости приводного потока воды в направлении впускного сопла. За счет прохождения без изломов с непрерывным изгибом третьего участка канала получается за счет отсутствующего или небольшого завихрения небольшое сопротивление потоку и высокая выходная скорость приводного потока воды из впускного сопла в направлении лопастей турбин и предпочтительно большой крутящий момент в турбине.
Внутренняя стенка третьего участка канала предпочтительно проходит также без изломов и без ступенек, в частности, также с монотонным изгибом.
Для турбинных лопастей турбин этих дождевальных устройств конструктивные ограничения заданы, в частности, тем, что для обеспечения возможности вращения в двух направлениях требуются расположенные попарно с зеркальной симметрией относительно соответствующих радиальных линий направляющие поверхности лопастей, и что турбины обычно выполнены из отлитых под давлением пластмассовых частей. Названная последней причина приводит к тому, что лопасти турбины, как правило, соединены относительно турбинной оси в осевом направлении на одной стороне с общим для всех лопастей опорным кольцом, и по своей длине перпендикулярно от плоскости опорного кольца имеют по существу постоянное поперечное сечение. За счет этого форма направляющих поверхностей может быть описана с помощью одной линии в параллельной плоскости опорного кольца плоскости разреза.
Выполнение направляющих поверхностей в таком виде, что они на лежащей радиально внутри концевой кромке заканчиваются с наклоном под углом набегания относительно радиальной линии, приводит при выходе потока воды из фактически нагружаемого впускным соплом промежуточного пространства между обращенными друг к другу направляющими поверхностями в окруженном кольцом турбинных лопастей промежуточном пространстве к выпускному устройству для потока воды в направлении с противоположной соответствующему направлению вращения турбины тангенциальной составляющей потока, которая способствует образованию силы для пускового крутящего момента турбины. Направляющие поверхности вогнуты-изогнуты от промежуточного пространства. Турбинные лопасти предпочтительно имеют каждая две противоположные друг другу и согласованные с одним из обоих направлений вращения турбины направляющие поверхности и предпочтительно на своих лежащих радиально внутри концах имеют меньшую ширину, чем на лежащих радиально снаружи концах.
Имеющиеся на лежащих радиально внутри концах турбинных лопастей между двумя обращенными друг к другу направляющими поверхностями просветы, через которые вода выходит под указанным выходным углом из промежуточного пространства, имеют в окружном направлении ширину, которая составляет предпочтительно между 30% и 200%, предпочтительно между 50% и 150% расстояния между следующими друг за другом просветами. При этом расстояние между следующими друг за другом просветами, как правило, равно максимальной ширине турбинных лопастей на лежащих радиально внутри концах.
Ниже приводится более подробное пояснение изобретения на основе предпочтительных примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 - часть показанного частично в разрезе дождевального устройства;
фиг. 2 - турбина с подводящими каналами, на виде сверху;
фиг. 3 - вариант выполнения турбины согласно фиг. 2;
фиг. 4 - предпочтительный вариант выполнения турбины;
фиг. 5 - разрез в зоне впускного сопла, в увеличенном масштабе.
На фиг. 1 показана в изометрической проекции в частичном разрезе передача дождевального устройства, корпус которого имеет нижнюю часть UT и верхнюю часть ОТ, которые изготовлены в виде отдельных конструктивных элементов, в частности отлитых под давлением частей, и затем составленных вместе показанным образом. Корпус показан частично в разрезе и при этом открывает вид, в частности, на два подводящих канала. Лишь прерывистой линией изображено переключательное приспособление UE, с помощью которого обеспечивается соединение одного из двух подводящих каналов с входом для воды дождевального устройства.
На выходном отверстии GA предусмотрена возможность присоединения дождевальной головки с системой сопел, при этом такая присоединенная дождевальная головка предназначена для двухстороннего попеременного поворота с помощью пропускающей поток воды передачи дождевального устройства вокруг поворотной оси DA. Поворотная ось DA проходит в секторных дождевальных устройствах в нормальном рабочем положении вертикально, в четырехугольных дождевальных устройства - горизонтально. Последующее описание относится к секторному дождевальному устройству с вертикальной поворотной осью, и указания положения, такие как вверху и внизу, относятся к его нормальному рабочему положению с вертикальной поворотной осью.
На фиг. 1 показаны в качестве части нижней части два первых участка К11 первого подводящего канала и К21 второго подводящего канала, которые продолжаются через зоны отклонения, подробное описание которых будет приведено ниже, во вторые участки К12 первого подводящего канала и К22 второго подводящего канала. В последующем приводится описание, если явно не указано другое, лишь одного из обоих подводящих каналов. Оба подводящих канала проходят по существу зеркально симметрично относительно содержащей турбинную ось средней плоскости.
Первые участки К11, К21 канала проходят между переключательным приспособлением UE вниз по потоку в направлении зон отклонения по существу вертикально и параллельно оси турбины передачи дождевального устройства, при этом ось турбины обычно и в показанных вариантах выполнения проходит параллельно поворотной оси DA.
Вторые участки К12, К22 канала проходят, как показано на фиг. 2, дугообразно вокруг турбины TR, которая установлена с возможностью вращения вокруг турбинной оси ТА. Вторые участки канала переходят в третьи участки К13, К23 канала, которые заканчиваются у впускного сопла AD и проходят перед ним в направлении потока по угловой зоне W3, равной по меньшей мере 30°. Предпочтительно вторые и третьи участки каналов переходят друг в друга с непрерывной кривизной без ступенек и изломов.
В зоне отклонения между первым участком К11 и вторым участком К12 первого подводящего канала происходит отклонение приводного потока воды из первоначально вертикального основного направления потока в первом участке К11 канала в горизонтальное направление при входе во второй участок канала, относительно турбинной оси ТА приблизительно тангенциальное основное направление потока, так что изменение основного направления потока в зоне отклонения составляет примерно 90°. Стрелка MS обозначает середину потока. Такому отклонению на 90° может быть присвоена воображаемая ось отклонения, направление которой проходит перпендикулярно как первому, так и второму основному направлению потока и которая лежит во внутреннем угле обоих основных направлений потока, и относительно которой существует радиально наружное ограничение подводящего канала и радиально внутреннее ограничение подводящего канала в зоне отклонения. Лежащее радиально снаружи относительно такой мнимой оси отклонения ограничение подводящего канала задано первой наружной стенкой AU1, внутреннее ограничение - первой внутренней стенкой IU1.
Первая наружная стенка AU1 изогнута в направлении от внутреннего пространства подводящего канала, при этом радиус кривизны в ходе прохождения наружной стенки AU1 в направлении потока может также изменяться. Для одного места наружной стенки изображен радиус RA кривизны.
Аналогичным образом, первая внутренняя стенка IU1 изогнута к внутреннему пространству подводящего канала в зоне отклонения. Для кривизны первой внутренней стенки IU1 также изображен для одного места радиус RI кривизны. Расстояние первой внутренней стенки IU1 от первой наружной стенки AU1 обозначено как высота UH подводящего канала в зоне отклонения.
Радиусы RA и RI кривизны, а также высота UH могут изменяться в ходе прохождения зоны отклонения. Глубина подводящего канала, измеренная в качестве размера поперечного сечения в направлении мнимой оси UA отклонения, предпочтительно остается по существу неизменной при отклонении от конца первого участка К11 до начала второго участка К12 канала. Если поперечное сечение подводящего канала отклоняется в зоне отклонения от прямоугольной формы, то глубина подводящего канала, высота UH подводящего канала и радиусы RA кривизны первой наружной стенки AU1 и радиусы RI кривизны первой внутренней стенки IU1 измеряются в проходящих через середину потока и по существу проходящих перпендикулярно ей направлениях.
Радиус RA кривизны предпочтительно не меньше 30%, в частности не меньше 60% максимальной высоты UH подводящего канала в зоне отклонения. Радиус RI кривизны первой внутренней стенки IU1 предпочтительно не меньше 20%, в частности не меньше 40% высоты UH.
За счет кривизны поверхности первой наружной стенки AU1 и первой внутренней стенки IU1 с имеющими наименьшие значения радиуса кривизны предпочтительно обеспечивается отклонение потока, при котором предотвращается завихрение потока при типичных скоростях течения приводного потока воды или же по меньшей мере значительно уменьшается по сравнению с известными вариантами выполнения. За счет этого предпочтительно предотвращаются потери энергии приводного потока воды в этом месте и достигается более высокая приводная мощность приводного потока воды в турбине, что приводит к более высокому пусковому крутящему моменту и улучшенным пусковым характеристикам турбины.
Для реализации указанных предпочтительных зон отклонения поверхность первой внутренней стенки IU1 подводящего канала предпочтительно образована на нижней части UT, а первая наружная стенка AU1 образована на верхней части ОТ. За счет этого обеспечивается предпочтительное выполнение инструмента для литья под давлением, поскольку инструменты для литья под давлением можно выполнять как для нижней части, так и для верхней части так, что соответствующие половины инструмента можно перемещать относительно друг друга в направлении поворотной оси и не требуются дополнительные, повышающие стоимость инструмента и изготовления с помощью литья под давлением компоненты инструмента, такие как шиберы или т.п. Верхняя часть ОТ образует в показанном примере выполнения открытую вверх форму стакана, которая своей наружной стенкой охватывает снаружи нижнюю часть в виде крышки, на поверхности DE которой в направлении нижней части образована в виде продолжения VD первая наружная стенка AU1. В показанном предпочтительном примере выполнения образующее наружную стенку AU1 продолжение VD поверхности DE крышки плотно прилегает к образованной в нижней части вертикальной стенке подводящего канала в продолжение первого участка К11 канала. Возможны также другие переходы с дополняющими друг друга ступенями в переходе от нижней части к верхней части в зоне первой наружной стенки AU1 в зоне отклонения. Небольшие отклонения от такой равномерной непрерывной кривизны в таких переходах для указанных радиусов кривизны не учитываются.
Как показано на фиг. 2, в предпочтительном варианте выполнения подводящий канал сужается во втором участке К12 канала непрерывно без излома и ступенек и переходит непрерывно в третий участок К13 канала, который ведет вплоть до впускного сопла AD. Второй участок К12 канала может быть также выполнен с постоянным поперечным сечением. Третий участок К13 канала непрерывно сужается в своем прохождении к впускному соплу AD, за счет чего увеличивается скорость течения приводного потока воды в направлении впускного сопла AD. Третий участок К13 канала предпочтительно имеет непрерывно изогнутую наружную стенку А3 и/или непрерывно изогнутую внутреннюю стенку I3. Наружная стенка А3 или внутренняя стенка I3 могут иметь также прямое прохождение к впускному соплу AD. Радиус кривизны наружной стенки А3 предпочтительно не меньше 20%, в частности не меньше 40% радиуса RT турбины TR. Радиус кривизны внутренней стенки I3 предпочтительно не меньше 15%, в частности, не меньше 25% радиуса RT турбины TR. Называемый в последующем углом набегания (EW на фиг. 5) угол между основным направлением потока ES выходящей из впускного сопла AD воды и тангенциальным направлением к турбине у впускного сопла предпочтительно составляет не больше 45°.
Не явно разделенные при непрерывном переходе второй и третий участки канала для целей пояснения изобретения разграничены друг от друга так, что третий участок канала проходит по угловому сегменту W3 по меньшей мере 30° вокруг турбинной оси ТА перед впускным соплом AD.
Заданный так третий участок канала показан также на фиг. 3 в варианте выполнения со сложной структурой подводящего канала. При такой сложной структуре канала второй участок К12 канала продолжается не только в третьем участке К13 канала, но также в дополнительном вспомогательном канале КН, который ведет к дополнительному, направленному на турбину впускному соплу, которое смещено в окружном направлении относительно впускного сопла AD.
Приводной поток воды проходит от впускного сопла AD на турбинные лопасти турбины TR и прикладывает к ним силу, соответственно крутящий момент. Приводной поток воды в предпочтительном варианте выполнения направляется в окруженное кольцеобразно расположенными турбинными лопастями внутреннее пространство IR. В предпочтительном варианте выполнения через внутреннее пространство IR направляется также обводной поток воды, который количественно в большинстве случаев больше приводного потока воды, при этом нагруженный пружиной обводной клапан расположен в обводном пути по потоку перед внутренним пространством IR, так что разделенные ранее пути прохождения потока снова соединяются во внутреннем пространстве IR и направляются далее в направлении места GA соединения, соответственно в направлении выпускного устройства для воды соединенной с ним сопловой системы.
Для отвода направляемого радиально снаружи на турбинные лопасти приводного потока воды во внутреннее пространство IR, межлопаточные пространства между следующими друг за другом турбинными лопастями, в которые втекает приводной поток воды через просветы между следующими друг за другом турбинными лопастями на их лежащих радиально внутри концах продолжаются к внутреннему пространству.
На фиг. 4 показан предпочтительный вариант выполнения турбины TR с множеством турбинных лопастей TS, которые равномерно расположены кольцеобразно вокруг турбинной оси ТА и выполнены в виде осевых выступов из общего опорного кольца SR. Турбинные лопасти имеют в этом предпочтительном варианте выполнения форму направляющих поверхностей, которые показанным на фиг. 5 образом, поясняемым ниже, предпочтительно содействуют увеличению воздействующего на турбину крутящего момента, в частности, для запуска турбины. Турбинные лопасти TS выполнены зеркально симметрично относительно проходящей через турбинную ось ТА зеркальную плоскость, за счет чего вследствие регулярного расположения турбинных лопастей такая зеркальная симметрия обеспечивается также для промежуточных пространств ZR между следующими друг за другом турбинными лопастями относительно проходящих через промежуточные пространства и содержащих турбинную ось ТА зеркальных плоскостей. Такая зеркальная симметрия обычна в приводимых во вращение в двух направлениях турбинах передач дождевального устройства.
Ниже приводится более подробное пояснение особенностей предпочтительного выполнения лопастей турбины, со ссылками на фиг. 5, на которой в увеличенном масштабе показана турбина показанного на фиг. 4 вида в корпусе согласно фиг. 2 или 3.
Выходящий из впускного сопла AD приводной поток воды имеет на выходе из впускного сопла AD основное направление ES потока, которое проходит под углом EW входа относительно тангенциального направления ометаемого круга турбины, при этом такой входной угол не больше 45°. За счет втекающей из впускного сопла AD в промежуточное пространство между двумя соседними турбинными лопастями воды вода одновременно вытесняется из этого промежуточного пространства ZR, которая вытекает через просвет LU между лежащими радиально внутри относительно турбинной оси ТА концевыми кромками ограничивающих стоящих противоположно промежуточному пространству ZR направляющими поверхностями, во внутреннее пространство IR. Нагружаемая потоком воды из впускного сопла AD направляющая поверхность может быть предпочтительно вогнута-изогнута в направлении от промежуточного пространства ZR. Нагружаемая приводным потоком воды из впускного сопла направляющая поверхность проходит на своем лежащем внутри относительно турбинной оси ТА конце с наклоном угла AW набегания относительно радиальной линии во внутреннее пространство. Поэтому вытесненная из промежуточного пространства ZR вода имеет при выходе из промежуточного пространства ZR через просвет LU между соседними турбинными лопастями направление AS потока, которое направлено против радиального направления противоположно соответствующему впускному соплу AD направлению DR вращения турбины. За счет этого, в частности в ситуации пуска турбины, на турбину воздействует дополнительная сила и повышается пусковой крутящий момент. Выходной угол АТ предпочтительно составляет по меньшей мере 15°, в частности по меньшей мере 25°. Выходной угол предпочтительно не больше 50°. При рассматривании в направлении DR вращения турбины ширина LL просветов LU предпочтительно составляет между 30% и 200%, предпочтительно между 50% и 120% расстояния LS между соседними просветами.
Указанные выше и в формуле изобретения, а также на фигурах признаки могут быть предпочтительно реализованы как по отдельности, так и в различных комбинациях. Изобретение не ограничено поясненными выше примерами выполнения и может быть модифицировано различным образом в рамках знания специалистов в данной области техники.