Turbine für Beregnungsgeräte.
Die Erfindung betrifft eine Turbine für Beregnungsgeräte mit einer Schlauchtrommel und einem darauf aufwickelbaren Schlauch, der mit seinem trommelfernen Ende mit einem Regnerstativ od.dergl. verbunden ist, wobei das Beregnungswasser die Turbine antreibt und diese die Schlauchtrommel.
Derartige Beregnungsgeräte werden für die Bewässerung von Feldern eingesetzt und in unterschiedlichen Größen angeboten. Prinzipiell bestehen sie aus einer fahrbaren Schlauchtrommel, die an einem Ende des zu beregnenden Feldes vorübergehend stationär positioniert wird und einem ebenfalls fahrbaren Regnerstativ, das durch Ausbringen des Schlauches von der Trommel entfernt werden kann und am anderen Ende des Feldes positioniert wird. Bei Inbetriebnahme der Vorrichtung wird durch das der Trommel zugeführte Beregnungswasser eine Turbine angetrieben, die über eine mechanische Verbindung die Trommel so dreht, daß der Schlauch langsam eingeholt wird, wodurch das fahrbare Regnerstativ sich im Laufe der Bewässerungsdauer zur Trommel hin bewegt und dabei sukzessive das gesamte Feld, oder zumindest einen Streifen des Feldes links und rechts vom ursprünglich ausgelegten Schlauch, bewässert.
Die dabei verwendeten Turbinen sind Freistrahlturbinen, zumeist nach dem Pelton-Prinzip, die allerdings zur Gänze im Wasser umlaufen, da ja das Abwasser der Turbine mittels des restlichen Druckes durch den Schlauch zum Regnerstativ geleitet und dort versprüht wird. Die Regelung der Drehzahl und damit der Beregnungsintensität erfolgt über Düsen- oder Leitapparat-Regelsysteme und/oder Mengenregel- systeme. Diese Systeme sind einfach auszulegen und zu regeln, was ihre Verbreitung erklärt.
Nachteilig ist ihr niedriger Wirkungsgrad, der durch die partielle Beaufschlagung bei unter Druck stehendem Gehäuse
bedingt ist, da dabei das Laufrad im Spaltwasser umläuft und so wieder- gebremst wird. Bei hohem Durchfluß muß ein Bypass vorgesehen werden, der ebenso hohe Druck- und Energieverluste bewirkt. Diese hohen Energieverluste gehen zu Lasten des Energieaufwandes der Pumpe, die das Wasser liefert.
Als Stand der Technik ist ferner die DE 27 47 963 A bekannt, die eine fahrbare Beregnungsmaschine mit einer Turbine offenbart. Diese Turbine wird vom Druckwasser, bevor es verregnet wird, durchströmt und treibt damit die Beregnungsmaschine an. Es ist weiters eine Nebenschlußleitung vorgesehen, durch die in Verbindung mit einem Ventil die Menge des Wassers geregelt werden kann, die durch die Turbine strömt.
Eine solche Konstruktion ist nur bei Gleichdruckturbinen sinnvoll verwendbar, sie ist jedoch zur Anwendung bei vollbeaufschlagten Überdruckturbinen ungeeignet.
Die AT 364 565 B offenbart eine Bewässerungsvorrichtung, bei der eine nicht näher definierte Turbine für den Antrieb einer Schlauchtrommel vorgesehen ist. über diese Turbine wird lediglich ausgesagt, daß sie durch eine axial durchströmte Turbine ersetzt werden kann, die in einem ventilgesteuerten Bypass anzuordnen ist. Vorliegendenfalls kann allerdings durch das Vorsehen des Bypass nur eine Turbine gemeint sein, die den Gleichdruckturbinen zuzuordnen ist.
Zur Art des Betriebes einer solchen axial durchströmten Turbine gibt die AT 364 565 B nur den Hinweis, daß sie durch einen ventilgesteuerten Bypass geregelt wird, wobei genauere Angaben zur tatsächlichen Betriebsart der Funktionsweise der Vorrichtung der AT-B nicht geoffenbart sind.
Aus der DE 77 25 339 U geht Beregnungsmaschine mit einer vom Beregnungsmedium antreibbaren Turbine sowie einer von dieser angetriebenen Hydraulikpumpe zum Antrieb eines Hydraulikmotors für den Schlauchtromelantrieb mit einstellbarer Drehzahl hervor.
Es ist das Ziel der Erfindung, eine Turbine für einen Regner der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit geringeren energetischen Verlusten arbeitet und besser regelbar ist als die bekannten sowie dem angegebenen Stand der Technik zuzuzählenden Turbinen und somit die oben dargelegten Nachteile nicht aufweist.
Erfindungsgemäß werden diese Ziele dadurch erreicht, daß keine Gleichdruckturbine, sondern eine vollbeaufschlagte Überdruckturbine verwendet wird, beispielsweise nach der Art einer Francisturbine, wobei die Turbine ungeregelt ist und nur über die Einstellung des Abtriebsmomentes geregelt wird.
In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Turbine eine vollbeaufschlagte Überdruckturbine ist, beispielsweise nach der Art einer Francisturbine, wobei die Turbine einen gegebenenfalls geregelten Leitapparat auf- weist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt eine bisher nicht bekannte Art der Energie- bzw. Drehmomentübertragung von der Turbine zur Welle der Trommel, nämlich wahlweise eine elektrische oder hydraulische, wobei auch letztere elektrisch gesteuert werden kann. Selbverständlich ist auch die von den herkömmlichen Gleichdruckturbinen bekannte mechanische Übertragung verwendbar.
Bevorzugt wird daher in einer ersten Ausgestaltung beider Varianten der Erfindung daß das von der Turbine erzeugte Drehmoment die Schlauchtrommel über eine elektrische Zwi-
schenstufe, bestehend aus einem Generator, einer Regeleinheit und einem Elektromotor, gegebenenfalls mit einem Getriebe, antreibt.
Eine andere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß das von der Turbine erzeugte Drehmoment die Schlauchtrommel über eine hydraulische Zwischenstufe, bestehend aus einer Pumpe, einer hydraulischen bzw. elektro-hydrauli- schen Regeleinheit und einem hydraulischen Antriebsmotor antreibt.
Der Vorteil dieses Systems gegenüber den vorbekannten Systemen liegt im hohen Wirkungsgrad der Turbine über große Volumenstrombereiche und, in der bevorzugten Vari- ante, darüberhinaus in der guten Regelbarkeit der hydraulischen oder elektrischen Energieübertragung.
Es kann dabei nicht nur auf den fortschreitend immer kleiner werdenden Einzugwiderstand des ausgelegten Schlauches Rücksicht genommen werden, sondern es können dabei auch automatisch lokale Widerstandsspitzen bzw. Widerstandabfälle beim Überwinden von Hindernissen bzw. nach deren Überwindung durch das Regnerstativ berücksichtigt werden, so daß die Gleichmäßigkeit der Beregnung auf bisher uner- reichbare Weise gesteigert wird.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand dreier Ausfüh- rungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt die Fig. 1 eine mit einer erfindungsgemäßen Turbine ausge- stattete Beregnungseinrichtung, die Fig. 2 ein schematisches Beispiel für die notwendige Zugkraft über der Auszuglänge des Beregnungsschlauches, die Fig. 3 ein schematisches Diagramm verschiedener Betriebsparameter, die Fig. 4 eine erfindungsgemäße Turbine im Axialschnitt und im Meridianschnitt,
Fig. 5 einen erfindungsgemäßen Antrieb mit elektrischer Zwischenstufe,- die Fig. 6 einen erfindungsgemäßen Antrieb mit hydraulischer Zwischenstufe und die Fig. 7 einen erfindungsgemäßen Antrieb mit mechanischer Zwischenstufe.
In Fig. 1 ist eine mit einer erfindungsgemäßen Turbine ausgestattete Beregnungsvorrichtung dargestellt, die aus einer mobilen, aber während des Beregnungsbetriebes an einem festen Ort verbleibenden Schlauchtrommel 1 auf einem fahrbaren Gestell besteht. Ein Beregnungsschlauch 2 ist von der Schlauchtrommel 1 abgezogen und an seinem freiem Ende mit einem Regnerstativ 3 verbunden.
Das Beregnungswasser wird der Trommel 1 über eine nur schematisch dargestellte Leitung 4 zugeführt und setzt mittels einer Turbine 5 und einer Übersetzung 6 die Trommel in Richtung des Pfeiles 7 in Bewegung. Dadurch bewegt sich das Regnerstativ 3 in Richtung des Pfeiles 7 ' , bis es die Trommel 1 erreicht hat, wobei in den meisten Fällen ein automatisches Absperren des Wassers vorgesehen ist.
In Fig. 2 ist schematisch und beispielsweise die Zugkraft Z über der Ausziehlänge L des Schlauches 2 dargestellt. Abgesehen vom prinzipiellen Abnehmen der notwendigen Zugkraft durch die immer kleiner werdende Berührfläche zwischen dem Schlauch 2 und dem Erdboden kommt es, beispielsweise durch Unebenheiten des Bodens, durch unterschiedli- ehe Bodenbeschaffenheit u.dgl., zu starken Unregelmäßigkeiten der ansonsten im wesentlichen linearen Kurve.
In Fig. 3 ist für einen konstanten Förderstrom des Beregnungswassers und eine konstante Übersetzung zwischen der Turbine und der Schlauchtrommel unter Vernachlässigung der zuvor genannten Unregelmäßigkeiten des Einzugwiderstandes die Stativgeschwindigkeit 9, die Turbinenleistung 11 und
die Niederschlagshöhe 10 auf der beregneten Fläche in Abhängigkeit von der gesamten verfügbaren Ausziehlänge L des Schlauches dargestellt. Diese Figur zeigt somit die Steuerstellung (schwarzer Balken) von Leistung, Geschwin- digkeit und Niederschlagshöhe am Beginn der Beregnung.
Die Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Turbine schematisch im Axialschnitt und im Meridianschnitt. Das Wasser wird in einem spiralförmigen Gehäuse 11 um ein Laufrad 12 herumge- führt, so daß es entlang des gesamten Umfanges des Laufrades 12 in dieses eintritt. Im Laufrad wird das Wasser von radialer Richtung in axiale Richtung umgelenkt und strömt schließlich axial ab. Das abgeleitete Drehmoment wird über die Welle 13 abgeführt.
Fig. 5 zeigt eine erste Variante einer vorteilhaften Ausgestaltung, bei der das von der Welle 13 übertragene Drehmoment einen elektrischen Generator 14 antreibt. Der erzeugte elektrische Strom wird mittels einer elektrischen bzw. elektronischen Regeleinheit 15 geregelt und treibt einen Elektromotor 16 an. Gegebenenfalls über ein Untersetzungsgetriebe wird ein Wellenstummel 20 in Rotation versetzt, wodurch die Trommel 1 in die gewünschte Bewegung versetzt wird.
Die Regeleinheit 15 kann nun die unterschiedlichen Wickelradien der Trommel und den unterschiedlichen Widerstand des ausgelegten Schlauches berücksichtigen und für eine zumindest im wesentlichen konstante Einzuggeschwindigkeit sorgen. Dabei kann auch vorgesehen sein, den Druck und die Menge des zugeführten Wassers oder auch andere Parameter zu messen und in Kalkül zu ziehen.
Fig. 6 zeigt eine zu Fig. 5 analoge Anordnung, wobei jedoch statt der elektrischen Energieübertragung eine hydraulische bzw. elektro-hydraulische vorgesehen ist, sodaß statt des elektrischen Generators 14 eine Pumpe 24,
statt des Elektromotors 16 ein hydraulischer Antriebsmotor 26 und statt der elektrischen bzw. elektronischen Regeleinheit 15 eine hydraulische bzw. elektro-hydraulische Regeleinheit 25 für die Einhaltung der gewünschten Betriebsparameter sorgt.
Es kann die Regeleinheit 25 natürlich auch eine elektronische Steuereinheit umfassen, die entweder durch Batterien, Solarzellen oder anderen Energielieferanten versorgt wird und das gleiche leistet, wie die elektronische Regeleinheit 15 im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5.
Es kann die hydraulische Regeleinheit 25 aber auch einfacher ausgebildet sein und nur Unregelmäßigkeiten beim Ein- ziehen des Beregnungsschlauches und/oder andere wenige Parameter erfassen.
Die Fig. 7 schließlich zeigt eine einfache mechanische Übersetzung bzw. Transmission 18 mit einer einfachen Ver- Stellmöglichkeit 19, die im wesentlichen die gleichen Vor- und Nachteile, wie die bekannten Übersetzungen und mechanischen Kraftübertragungen aufweist, wobei aber selbstverständlich der Grundvorteil der Erfindung, der durch Verwendung einer vollbeaufschlagten Überdruckturbine 5 bewirkt wird, erhalten bleibt, nur die zusätzlichen Vorteile der elektrischen bzw. hydraulischen Kraftübertragung werden zu Gunsten einer einfachen, billigen und robusten Konstruktion aufgegeben.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann verschiedentlich abgewandelt werden. So kann die vollbeaufschlagte Überdruckturbine ein anderes Aussehen, beispielsweise einen anderen Schaufelwinkel, haben und es kann insbesondere ein (starrer oder regelbarer) Leitapparat vorgesehen sein, was unter Umständen bei stark variierenden Eingangsdrücken und bei großen Beregnungsvorrichtungen den erhöhten Konstruk-
tions- und Herstellungsaufwand rechtfertigt. Es ist, insbesondere - bei Großgeräten, auch möglich, eine Kombination von zwei Turbinen vorzusehen.