[0001] Die Erfindung betrifft einen transportablen, kompakten Wasserumlaufkanal, der aus
einem Schwimmbecken mit freier Wasseroberfläche und integrierter Messstrecke, einem
Zwischenboden und einem Rückströmkanal besteht, wobei das Schwimmbecken vom Rückströmkanal
mittels eines Zwischenbodens getrennt ist.
[0002] Wasserumlaufkanäle werden zur Durchführung von Strömungsversuchen, zu Trainingszwecken
für Sportler, bevorzugt von Schwimmern, aber auch Kanufahrern oder für therapeutische
Anwendungen in der Heilbehandlung eingesetzt. Das im Kanal strömende Wasser eröffnet
Möglichkeiten für das Training und die Rehabilitation, die im stehenden Wasser nicht
gegeben sind. Zudem besitzt das strömende Wasser eine sanfte Massagewirkung, die gleichmäßig
und intensiv auf der gesamten Körperoberfläche wirkt.
[0003] Im Bereich des Spitzensports sind Strömungskanäle ein unverzichtbares Trainingsgerät
und Ergometer geworden. Beim Schwimmen in einem Strömungskanal bewegt sich der Schwimmer
nicht von der Stelle, dies ermöglicht es dem Trainer, die Bewegungsabläufe des Schwimmers
exakt zu analysieren und dem Sportler Hinweise für einen optimierten Bewegungsablauf
zu geben.
[0004] Insbesondere für das Training im Hochleistungssport ist es wichtig, dass der Wasserumlaufkanal
eine weitgehend gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung orthogonal zur Hauptströmung
des Wassers aufweist. Je konstanter der Verlauf der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers
über die Tiefe des Wassers ist, desto höher ist die Güte des Wasserumlaufkanals. Eine
nahezu konstante Strömungsgeschwindigkeit des Wassers über die gesamte Tiefe, in der
sich der Schwimmer bewegt, ist Voraussetzung für eine realistische Nachbildung des
Schwimmens im stehenden Gewässer.
[0005] Im Bereich der Rehabilitation bieten Strömungskanäle die Möglichkeit, ein besonders
schonendes Training der Rehabilitanten durchzuführen. Das strömende Wasser bewirkt
auf den im Wasser befindlichen Körper gleichmäßig verteilte Drücke und Spannungen.
Die gleichmäßige Verteilung der Belastung ist sehr gelenkschonend, sodass zu einem
sehr frühen Zeitpunkt mit Belastungstrainings begonnen werden kann. Durch eine entsprechende
Anpassung der Strömungsgeschwindigkeit lässt sich die Belastung exakt dosieren, anders
als beim Training außerhalb des Wassers, wo stets die volle Gravitationskraft auf
den Körper wirkt.
[0006] Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen für Wasserumlaufkanäle bekannt.
[0007] Der Patentschrift
CH 176 562 A ist ein Schwimmbassin zu entnehmen, das von im Kreislauf geführtem und in seiner
Geschwindigkeit regulierbarem Wasser durchströmt wird, sodass im fließenden Wasser
geschwommen werden kann. In einer ersten Ausführungsform ist das Bassin durch einen
Zwischenboden in einen oberen Raum zur Aufnahme des Schwimmers und in einen unteren
Raum für mindestens eine Wasserschraube unterteilt. In einer zweiten Ausführungsform
wird das Bassin durch zwei Zwischenwände parallel zu den Außenwänden in einen Raum
zwischen den Zwischenwänden für die Aufnahme des Schwimmers und zwei Räumen zwischen
den Zwischenwänden und den Außenwänden für die Antriebsmittel zur Erzeugung der Strömung
unterteilt. Für die Umlenkung der Strömung am Anfang und Ende der Zwischenwände sind
keine besonderen technischen Mittel erforderlich.
[0008] In
DE 22 22 594 A1 wird ein Schwimmbecken mit einer Umlaufströmung beschrieben, bei dem das Wasser über
eine Wassereinströmfläche einströmt und über einen durchlässigen Schwimmbeckenboden
in das Wasserrückleitungssystem gelangt. Dadurch, dass das Wasser über den durchlässigen
Schwimmbeckenboden in das Wasserrückleitungssystem gelangt, stellt sich im Schwimmbecken
in Strömungsrichtung hin ein Abfall der Strömungsgeschwindigkeit ein. Über den Querschnitt
des Schwimmbeckens, senkrecht zur Hauptströmrichtung des Wassers soll jedoch eine
annähernd konstante Geschwindigkeitsverteilung vorhanden sein.
[0009] Aus
DD 246 461 A3 sind Axialpumpen kleiner Durchmesserzahl in Parallelschaltung mit Düsen und Diffusoren,
die die Strömung von etwa quadratischem auf kreisrunden Querschnitt und umgekehrt
überführen, bekannt. Die Düsen sind mit einer Länge vom 0,4 bis 0,7-fachen und die
Diffusoren mit einer Länge vom 1,5 bis 2,5-fachen des lichten Pumpen-Innendurchmessers
ausgeführt. Mit einer Regeleinrichtung wird gewährleistet, dass alle Pumpen auf einen
gleichen Volumenförderstrom gebracht werden.
[0010] Aufgrund der Schnellläufigkeit der Pumpen führen jedoch kleine Unterschiede der Verluste
zu großen Unterschieden im Betriebspunkt. Werden die oben angegebenen Maße nicht eingehalten,
besteht die Gefahr von instabilen oder ungleichen Betriebszuständen der Pumpen, die
die Pumpen mechanisch stark beanspruchen und zu Ungleichmäßigkeiten in der Förderung
führen. Axialpumpen, die in der beschriebenen Weise angeordnet werden, eignen sich
deshalb besonders für die Verwendung in großen Wasserumlaufkanälen.
[0011] Die
DD 246 462 A1 zeigt eine Stabilisierungseinrichtung für schnellläufige vorzugsweise nebeneinander
liegende und parallel arbeitende Axialpumpen mit nicht rotationssymmetrischen Übergangsdüsen,
bei denen eine stabile und monoton abfallende Förderhöhenkennlinie durch die Verwendung
eines Profilrings als Stabilisierungsvorrichtung erreicht wird, dessen Verhältnis
von Profildicke zur Profillänge 0,2 bis 0,4 beträgt und mit ca. der Hälfte seiner
Länge in die Übergangsdüse hineinragt. Die stabilisierende Wirkung wird durch eine
gezielte rotationssymmetrische Rezirkulation erreicht.
[0012] Mit der Patentschrift
DE 39 21 015 C1 ist ein Strömungsbecken für Schwimmer offenbart, bei dem auf der Abströmseite der
Pumpvorrichtung ein Steigrohr angeordnet ist, dessen Auslassöffnung ein höheres Niveau
aufweist als das Schwimmbecken, wobei das Steigrohr in einem über einen Auslass mit
dem Schwimmbecken strömungsverbundenen Turm mündet. Für die 180° Umlenkung vom Strömungsbecken
in den darunter liegenden Rückströmkanal sind keine gesonderten Vorkehrungen getroffen.
[0013] In
DE 44 14 382 B4 wird ein Wasserumlaufkanal beschrieben, bei dem die Wasserfördereinrichtung in der
Horizontalen seitlich zur Messstrecke angeordnet ist, wobei die Messstrecke mit mindestens
einem Rückführungskanal über verschiedene Krümmer verbunden ist. Ein Krümmer verengt
sich in Strömungsrichtung entlang einer 90°-Biegung und ist mit einem Beschleunigungsgitter
versehen, ein anderer Krümmer erweitert sich entlang der zweiten 90° Biegung und ist
mit einem Verzögerungsgitter ausgestattet. Erfindungsgemäß ist das Verzögerungsgitter
als Verbundgitter ausgeführt, bei dem die Verzögerung der Strömung über zwei oder
mehrere im Verbund wirkende Verzögerungsgitter erzielt wird. Die Innenwand des Krümmers
und die Radien der Schaufeln werden durch die Dicke des Zwischenbodens zwischen Messstrecke
und Rückführkanal bestimmt. Stromab von jeder Pumpe ist ein herkömmlicher Übergangsdiffusor
von rundem auf rechteckigen Querschnitt angebracht.
[0014] In
US 4,979,243 ist ein Strömungsbecken zum Training von Schwimmern offenbart, bei dem der Strömungskanal
(mit dem Schwimmbecken) über dem Rückströmkanal angeordnet ist. Die Trennung der Kanäle
erfolgt durch einen waagerechten Boden. Die Pumpen sind im Rückströmkanal angeordnet.
Die Querschnittsfläche des Abschnitts des Rückströmkanals, der in Strömungsrichtung
hinter den Pumpen angeordnet ist, vergrößert sich mit zunehmender Entfernung von den
Pumpen. Die Umlenkung der Strömung vom Strömungs- in den Rückströmkanal und vom Rückströmin
den Strömungskanal erfolgt mittels mehrerer voneinander beabstandeter Umlenkschaufeln,
wobei die Strömungskanäle durch benachbarte Umlenkschaufeln oder durch jeweils eine
Umlenkschaufel und die abgerundete Stirnkante des Bodens bzw. der Wand des Strömungsbeckens
definiert sind.
[0015] Die vorgestellten Wasserumlaufkanäle sind durchweg in ihren Abmessungen sehr groß
und nur für den stationären Aufbau geeignet. Der Grund dafür liegt darin, dass sich
mit großen Dimensionen eine gleichmäßige Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit über
den Querschnitt senkrecht zur Strömungsrichtung in der Messstrecke erreichen lässt;
Geschwindigkeitsunterschiede und Wirbel werden abgebaut. Große Anlagen bedingen jedoch
zugleich große Förderleistungen der Pumpen, da eine erhebliche Menge an Wasser durch
die Bauteile zur Verbesserung der Geschwindigkeitsverteilung bewegt werden muss. Eine
hohe Förderleistung der Pumpen geht zudem mit einem hohen Bedarf an elektrischer Energie
und damit verbundenen Betriebskosten einher.
[0016] Die positiven Effekte des strömenden Wassers im Rahmen von Rehabilitationsmaßnahmen
und die Möglichkeit, die Bewegungsabläufe bei Leistungsschwimmern analysieren zu können,
steigern die Popularität von Strömungskanälen. Auch die Zunahme des Individual- und
Erlebnissports wecken den Wunsch nach einer einfacheren Nutzung von Strömungskanälen.
[0017] Einer breiteren Anwendung von Strömungskanälen stehen derzeit jedoch die großen Dimensionen
und die hohen Anschaffungs- und Betriebskosten solcher Anlagen entgegen. Wasserumlaufanlagen,
die bei vorgegebener Wasseroberfläche des Schwimmbeckens einen nachhaltig verringerten
Bauaufwand erfordern und kleinere Abmessungen besitzen, sind hierfür Voraussetzung.
[0018] Auch der in
DE 44 14 382 vorgestellte Umlaufkanal löst das Problem, eine gleichmäßige Strömung in einem Wasserumlaufkanal
mit kleinen Abmessungen zu erreichen, nicht, zumal die für die Vergleichmäßigung der
Strömung eingesetzten Gleichrichter den Strömungswiderstand und damit die den Pumpen
abgeforderte Leistung erhöhen.
[0019] Scharfe Umlenkungen des Wassers, wie sie an den Stirnkanten des Zwischenbodens des
Wasserumlaufkanals auftreten und starke Vergrößerungen des Strömungsquerschnittes
auf kurzem Weg führen zu Ablösungen der Strömung, zu Wirbelgebieten und ungleichmäßigen
Geschwindigkeitsverteilungen. Die Bereiche, in denen diese Störungen der Strömung
auftreten, liegen in Strömungsrichtung betrachtet, hintereinander und direkt am Zwischenboden,
sodass sich deren Effekte gegenseitig verstärken. Bei schnellläufigen Pumpen können
diese Strömungsstörungen zu instabilen Betriebszuständen führen.
[0020] Eine Vergleichmäßigung der Strömung kann zwar durch Gleichrichter, Siebe und Düsen
erreicht werden, jedoch gehen diese Maßnahmen mit einer Erhöhung der Strömungsverluste
und einer Vergrößerung der Abmessungen der Gesamtanlage einher.
[0021] Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen kompakten Wasserumlaufkanal
mit einer gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeitsverteilung orthogonal zur Hauptströmungsrichtung
des Wassers bereitzustellen, der Abmessungen besitzt, die ihn transportabel machen
und der gleichzeitig relativ niedrige Betriebskosten durch Verwendung kleiner Pumpen
mit geringer Antriebsleistung gewährleistet. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch
die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den abhängigen Unteransprüchen.
[0022] Der erfindungsgemäße Wasserumlaufkanal zeichnet sich dadurch aus, dass er wenigstens
auf der Abströmseite der Pumpe, die mindestens ein Laufrad aufweist und entweder mit
oder ohne Leitrad ausgeführt ist, zur Umlenkung der Strömung außer Krümmern mit Schaufelgittern
auch einen Umlenkkanal besitzt. Dieser wird durch die abgerundete Stirnkante des Zwischenbodens
und einem Halbrohr, dessen konkave Innenseite die Stirnkante des Zwischenbodens distal
umschließt, gebildet. Das Halbrohr ist so positioniert, dass sich der Querschnitt
des Umlenkkanals von der Unterseite des Zwischenbodens zur Oberseite des Zwischenbodens
hin erweitert. Des Weiteren umfasst der Wasserumlenkkanal einen abströmseitig von
der zumindest einen Pumpe angeordneten Kurzdiffusor mit mehreren Segmentblechen, die
im Strömungsraum des Kurzdiffusors (9) angeordnet und deren Flächen parallel zur Strömungsrichtung
ausgerichtet sind.
[0023] Der Zwischenboden, der das Schwimmbecken von dem Rückströmkanal trennt, ist aus Gewichtsgründen
(komplizierte Leichtbau-/Waffelkonstruktionen scheiden aus Kostengründen aus) bevorzugt
nur wenige Zentimeter dick. Bei Wasserkanälen, die stationär betrieben werden, sind
die Zwischenböden hingegen üblicherweise zwischen 0,5 bis 1 m dick, was den Vorteil
hat, dass die meist rund ausgeführten Stirnkanten der Zwischenböden größere Radien
aufweisen und deshalb die Strömung ausschließlich mittels strömungstechnisch günstiger
Schaufelgitter um die beiden Übergänge vom Strömungs- in den Rückströmkanal und vom
Rückström- in den Strömungskanal geführt werden kann.
[0024] Beim erfindungsgemäßen transportablen Wasserumlaufkanal ist jedoch aus Schwingungsgründen
eine reine Umlenkung mittels Schaufelgittern mit kleinen Profillängen nicht möglich,
denn der Wasserstrom kann mit diesen nicht um die engen Radien, die an den abgerundeten
Stirnkanten des dünnen Zwischenbodens auftreten, gelenkt werden. Würde dies dennoch
versucht, hätte es die Bildung starker Ablösungen im Bereich der abgerundeten Stirnkanten
des Zwischenbodens zur Folge. Aus diesem Grund weist der erfindungsgemäße Wasserumlaufkanal
zumindest abströmseitig zur Pumpe neben den Schaufelgittern auch den einen Umlenkkanal
auf. Das Halbrohr wirkt dabei als Umlenkschaufel. Der Umlenkkanal (die Umlenkschaufel)
kann aus Geometriegründen sehr kurz gehalten werden, d. h., es tritt keine Reibung
über eine große Länge auf.
[0025] Bevorzugt sind beide Stirnkanten mit einem Umlenkkanal versehen, wobei sich das jeweilige
Halbrohr über die gesamte Länge der Stirnkante des Zwischenbodens erstreckt. Die konkave
Innenseite des Halbrohrs ist der Stirnkante des Zwischenbodens ungefähr parallel verlaufend
zugewandt; das Halbrohr ist zur Stirnkante horizontal und vertikal beabstandet.
[0026] Der horizontale Abstand des Halbrohrs zur Stirnkante des Zwischenbodens wird bevorzugt
so gewählt, dass er dem Radius des Halbrohrs abzüglich der halben Dicke des Zwischenbodens
entspricht. Dadurch befinden sich die Ein- und Austrittsöffnungen der Umlenkkanäle
vertikal in einer Linie mit dem Beginn der Abrundung an der Stirnkante des Zwischenbodens.
[0027] In vertikaler Richtung wird das Halbrohr so positioniert, dass der Abstand der unteren
Stirnkante des Halbrohrs zur Unterseite des Zwischenbodens kleiner ist als der Abstand
der oberen Stirnkante des Halbrohres zur Oberseite des Zwischenbodens. Somit wird
eine Erweiterung des Querschnittes des Umlenkkanals von der Unterseite des Zwischenbodens
zu dessen Oberseite hin bewirkt.
[0028] Um eine strömungstechnisch besonders günstige Umlenkung zu erreichen, muss die Relation
erfüllt sein.
mit: a1 = lichte Weite des Umlenkkanals am Eintritt
a2 = lichte Weite des Umlenkkanals am Austritt
ri = Außenradius des Zwischenbodens (Innenradius des Umlenkkanals)
ra = Innenradius des Halbrohrs (Außenradius des Umlenkkanals)
[0029] Übliche Werte von a
2/a
1 (entspricht der Erweiterung des Querschnittes des Umlenkkanals) liegen im Bereich
zwischen 1,5 und 2,5. Entsprechend beträgt dann die Querschnittserweiterung ca. 10°,
d. h., im Längsschnitt der Abwicklung (die gebogenen Bereiche des Kanals werden begradigt)
des Umlenkkanals verlaufen die Kanalwände in einem Winkel von 10 ° zueinander. Bei
Werten von a
2/a
1 < 1,5 ist die Ablösegefahr wesentlich geringer, sodass die berechneten Winkel dann
kleiner als 10° sind.
[0030] Strömt das Wasser in den Umlenkkanal, so wird dieses über die Innenfläche des gebogenen
Halbrohrs an der Stirnkante des Zwischenbodens strömungsabriss- und verwirbelungsfrei
um die Stirnkante des Zwischenbodens (180°) herumgelenkt. Im verbleibenden (weiter
von der Stirnkante entfernten) Bereich des Strömungsquerschnitts wird das Wasser mittels
Schaufelgittern umgelenkt.
[0031] Durch die Erweiterung des Querschnittes des Umlenkkanals von der Unterseite des Zwischenbodens
zur Oberseite des Zwischenbodens wird eine Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit
des Wassers erreicht. Damit wird dem nachteiligen Effekt entgegengewirkt, dass sich
die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Schaufelgitter zum Zwischenboden hin erhöht.
[0032] Da transportable Wasserumlaufkanäle prinzipbedingt kleinere Abmessungen als stationäre
haben und sich in Wasserströmungen die Strömungsgeschwindigkeiten über größere Längen
von selbst vergleichmäßigen, kann in kleinen, transportablen Wasserumlaufkanälen allein
mit der erfindungsgemäßen Umlenkung (vom Strömungs- in den Rückströmkanal und vom
Rückström- in den Strömungskanal) noch keine ausreichend gleichmäßige Verteilung (wie
in stationären Kanälen) der Strömungsgeschwindigkeit erreicht werden.
[0033] Als weitere Maßnahme zur Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeit ist deshalb
ein Kurzdiffusor mit mehreren Segmentblechen (als ein Segmentblech ist jeweils ein
von der Achse bis zum Gehäuse des Kurzdiffusors reichendes Blech definiert) eingesetzt.
Die Segmentbleche im Diffusor bewirken erstens, dass im Diffusor durch eine Umverteilung
der Gebiete mit hoher Strömungsgeschwindigkeit eine Vergleichmäßigung der Strömung
insgesamt erreicht wird, und zweitens ist es möglich, den Diffusor kürzer auszuführen
und dennoch stabile Betriebszustände zu erreichen. Der Diffusor kann dabei umso kürzer
ausgeführt werden, desto mehr Segmentbleche eingesetzt sind. So ist z. B. ohne Segmentbleche
ein Diffusor, durch den eine Überleitung von einem rundem auf einen quadratischen
Querschnitt durchgeführt wird, wobei der quadratischem Querschnitt etwa dem doppeltem
des lichten Durchmessers der Pumpe entspricht, erforderlich, dessen Länge mindestens
doppelt so groß ist wie der Durchmesser des runden Querschnitts, während bereits beim
Einsatz von vier Segmentblechen die Länge des Diffusors kürzer als der Durchmesser
des runden Querschnitts sein darf.
[0034] Dabei ist vorgesehen, die Nabe, auf der mindestens ein Laufrad und ggf. das Leitrad
der Pumpe angeordnet sind, nicht wie sonst üblich, auf Höhe oder kurz hinter (in Strömungsrichtung
gesehen) der Pumpe enden zu lassen, sondern die Nabe axial in den Kurzdiffusor bzw.
durch diesen hindurch zu führen. Bei kleinen Nabenverhältnissen ist die Nabe außerdem
als Spitze ausgeformt. Hierdurch wird, insbesondere bei rotierenden (in geringerem
Maße jedoch auch bei nicht rotierenden) Naben, die Erzeugung von Wirbeln/Ablösungen
stromab hinter der Nabe weitgehend verhindert.
[0035] Die Segmentbleche sind bevorzugt radial verlaufend zwischen der Nabe und dem Gehäuse
des Kurzdiffusors angeordnet und erstrecken sich über die gesamte Länge des Kurzdiffusors.
Die Anzahl der Segmentbleche ist, um Resonanzschwingungen zu verhindern, ungleich
der Anzahl der Schaufeln des Laufrads bzw., falls vorhanden, des Leitrads der Pumpe.
[0036] Bei herkömmlichen Diffusoren (ohne Nabe und ohne Segmentbleche) bilden sich an den
Wänden des Diffusors dicke Grenzschichten aus, an denen die Strömungsgeschwindigkeit
stark verringert ist. Im Bereich der Pumpenachse ist sie dagegen hoch. Dies wirkt
sich insbesondere bei kompakten, transportablen Wasserumlaufkanälen sehr nachteilig
auf die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit aus.
[0037] Bei dem Kurzdiffusor mit Nabe und Segmentblechen bilden sich nicht nur an den Außenwänden
des Diffusors Grenzschichten, sondern auch an den Segmentblechen und an der Nabe.
Die Dicke dieser Grenzschichten ist aber, im Vergleich zu der sich bei herkömmlichen
Diffusoren nur an der Außenwand ausbildenden Grenzschicht, sehr gering. Zudem sind
die Grenzschichten über den gesamten Querschnitt des Diffusors verteilt, sodass sich
auf einer kurzen Diffusorlänge eine über den Querschnitt des Diffusors und damit auch
über den Querschnitt des Rückführkanals eine sehr gleichmäßige Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit
einstellt. Dieses wirkt sich positiv auf die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeiten
im Strömungskanal/Schwimmbecken aus.
[0038] Es kann demnach im erfindungsgemäßen Wasserumlaufkanal nur durch die Kombination
des Kurzdiffusors mit den aus Umlenkkanal und Schaufelgittern gebildeten Umlenkeinrichtungen
eine genauso gleichmäßige Verteilung der Strömungsgeschwindigkeiten erzielt werden,
wie sie bislang in den größeren stationären Wasserumlaufkanälen.
[0039] Darüber hinaus erfordern die Umlenkeinrichtungen und der Kurzdiffusor nur einen vergleichsweise
geringen bautechnischen Aufwand.
[0040] Da die Umlenkeinrichtungen und der Kurzdiffusor in der Summe nur einen kleinen Strömungswiderstand
aufweisen und auf zusätzliche Einrichtungen zur Vergleichmäßigung der Strömung (Siebe,
Gleichrichter und Düsen) verzichtet werden kann, sind Pumpen mit vergleichsweiser
geringer Leistungsaufnahme ausreichend, um Strömungsgeschwindigkeiten im Schwimmbecken
von bis zu 2,5 m/s zu erreichen.
[0041] Zwecks Massereduzierung besteht der Wasserumlaufkanal im Wesentlichen aus Kunststoff,
der von einem stabilisierenden Stützgerüst aus Metall umgeben ist, oder alternativ
aus Stahl, bevorzugt aus Edelstahl.
[0042] Aufgrund des geringen Gewichts und der kompakten Geometrie ist es möglich den Wasserumlaufkanal
auf einen Transporter zu verladen und so komplett montiert an den Bestimmungsort zu
überführen, sodass er dort lediglich noch mit Wasser befüllt und an das Energieversorgungsnetz
angeschlossen werden muss.
[0043] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren 1 bis 4 erläutert; hierbei zeigen:
- Fig. 1
- einen Wasserumlaufkanal im Längsschnitt;
- Fig. 2
- einen Umlenkkanal im Längsschnitt;
- Fig. 3
- eine Pumpe mit Kurzdiffusor im Längsschnitt;
- Fig. 4
- einen Kurzdiffusor mit Nabe und Segmentblechen, von der Abströmsei- te aus gesehen.
[0044] Der in Fig. 1 dargestellte Wasserumlaufkanal besteht aus dem Schwimmbecken 1, dem
Zwischenboden 2 und dem Rückführkanal 3 im unteren Bereich. Im Rückführkanal 3 ist
die Pumpe 4 zum Strömungsantrieb untergebracht. Die abgerundeten Stirnkanten 6 des
Zwischenbodens 2 hat bilden zusammen mit den Halbrohren 8 die beiden Umlenkkanäle
7.1 und 7.2. Durch die Umlenkkanäle 7.1 und 7.2 wird die Strömung des Wassers jeweils
um 180° umgelenkt.
[0045] Zwischen den gebogenen (mit Radius r
a) Halbrohren 8, die die Außenwände der Umlenkkanäle 7.1 und 7.2 bilden und den Wänden
des Wasserumlaufkanals sitzen die Krümmer, die mit den Schaufelgittern 5.1 - 5.4 versehen
sind. Über die Schaufelgitter der Krümmer wird die Strömung des Wassers jeweils um
90° umgelenkt.
[0046] An der Pumpe 4 sitzt der Kurzdiffusor 9 mit der Nabe 10 und den Segmentblechen 11;
der Kurzdiffusor 9 befindet sich auf der Abströmseite 12 der Pumpe 4.
[0047] Ein Umlauf des Wassers gestaltet sich daher wie folgt:
[0048] An der Zuströmseite 13 der Pumpe 4 wird das Wasser angesogen und durch den Kurzdiffusor
9 mit Nabe 10 und Segmentblechen 11 in den abströmseitigen Bereich des Rückströmkanals
3 gepumpt. Am Ende des Rückströmkanals 3 trifft das Wasser auf den ersten Umlenkkanal
7.1 und den ersten mit Schaufelgittern 5.1 versehenen Krümmer. Von den Schaufelgittern
5.1 des ersten Krümmers wird das Wasser um 90° nach oben umgelenkt, von den Schaufelgittern
5.2 des zweiten Krümmers wird die Strömung wiederum um 90° umgelenkt; das Wasser besitzt
nun von der Wasseroberfläche 15 bis zum Zwischenboden 2 eine Strömungsrichtung 14,
die entgegengesetzt zur Strömungsrichtung im Rückführkanal 3 verläuft. Eine Strömungsumlenkung
um 180° erfährt ebenfalls das Wasser, das auf der Unterseite des Zwischenbodens in
den ersten Umlenkkanal 7.1 strömt. Das Wasser strömt nun mit einer durchgängig gleichmäßigen
Strömungsgeschwindigkeit durch das Schwimmbecken 1. Am Ende des Schwimmbeckens trifft
das Wasser auf den dritten Krümmer mit dem Schaufelgitter 5.3 und dem zweiten Umlenkkanal
7.2. Nachdem das Wasser den dritten und vierten Krümmer mit den Schaufelgittern 5.3
und 5.4 und den zweiten Umlenkkanal 7.2 durchströmt hat, befindet sich es wieder an
der Zuströmseite 13 der Pumpe 4.
[0049] In Fig. 2 ist die Spezifik des Umlenkkanals dargestellt. Zu erkennen ist ein Endabschnitt
des Zwischenbodens 2 mit der abgerundeten Stirnkante 6 (mit Radius r
i). Die Stirnkante 6 und das Halbrohr 8 bilden den Umlenkkanal 7.1. Dieser besitzt
an der Oberseite des Zwischenbodens 2 einen größeren Querschnitt (eine größere lichte
Weite a
2) als an dessen Unterseite (kleinere lichte Weite a
1). Diese Anordnung des Halbrohrs 8 gewährleistet, dass das am Zwischenboden 2 horizontal
strömende Wasser um die Stirnkante 6 des Zwischenbodens 2 strömungsabrissfrei herumgeführt
und in seiner Geschwindigkeit verlangsamt wird.
[0050] In Fig. 3 wird deutlich, dass der Kurzdiffusor 9 eine Länge aufweist, die wesentlich
kürzer ist als das Doppelte des Durchmessers des lichten Raumes der Pumpe.
[0051] Fig. 4 zeigt den Kurzdiffusor 9 mit Nabe 10 und Segmentblechen 11 von der Abströmseite
12 aus gesehen. Zu sehen sind die radial von der Nabe 10 nach außen zu den Wänden
des Kurzdiffusors 9 verlaufenden Segmentbleche 11.
Liste der verwendeten Bezugszeichen
[0052]
- 1
- Schwimmbecken/Strömungskanal
- 2
- Zwischenboden
- 3
- Rückströmkanal
- 4
- Pumpe
- 5.1
- erstes Schaufelgitter
- 5.2
- zweites Schaufelgitter
- 5.3
- drittes Schaufelgitter
- 5.4
- viertes Schaufelgitter
- 6
- Stirnkante an Zwischenboden
- 7.1
- erster Umlenkkanal
- 7.2
- zweiter Umlenkkanal
- 8
- Halbrohr
- 9
- Kurzdiffusor
- 10
- Nabe
- 11
- Segmentblech
- 12
- Abströmseite der Pumpe
- 13
- Zuströmseite der Pumpe
- 14
- Strömungsrichtung
- 15
- Wasserlinie
- a1
- lichte Weite des Umlenkkanals am Eintritt
- a2
- lichte Weite des Umlenkkanals am Austritt
- ri
- Außenradius des Zwischenbodens
- ra
- Innenradius des Halbrohrs
1. Transportabler Wasserumlaufkanal bestehend aus einem Schwimmbecken (1) mit freier
Wasseroberfläche und integrierter Messstrecke, einem Rückströmkanal (3), einem Zwischenboden
(2) , der das Schwimmbecken (1) von dem Rückströmkanal (3) trennt, mindestens einer
das Wasser umwälzenden und im Rückströmkanal (3) angeordneten Pumpe (4) und Krümmern
mit Schaufelgittern (5.1; 5.2; 5.3; 5.4) zur Umlenkung der Strömung, wobei der Wasserumlaufkanal
zumindest auf der Abströmseite (12) der zumindest einen Pumpe (4) einen Umlenkkanal
(7.1) aufweist, der durch eine abgerundete Stirnkante (6) des Zwischenbodens (2) und
einem Halbrohr (8), dessen konkave Innenseite die Stirnkante (6) des Zwischenbodens
(2) distal umschließt, gebildet wird, wobei sich der Querschnitt des Umlenkkanals
(7.1) von der Unterseite des Zwischenbodens (2) zur Oberseite des Zwischenbodens (2)
hin erweitert, und sich an der zumindest einen Pumpe (4) abströmseitig ein Kurzdiffusor
(9) mit mehreren Segmentblechen (11), die im Strömungsraum des Kurzdiffusors (9) angeordnet
und deren Flächen parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet sind, befindet.
2. Wasserumlaufkanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die lichte Weite des zumindest einen Umlenkkanal (7.1) am Eintritt (a1) und am Austritt (a2) sowie für den Außenradius (ri) des Zwischenbodens (2) und den Innenradius (ra) des Halbrohrs (8) die Beziehung ra/ri<4/(a2/a1) gilt.
3. Wasserumlaufkanal nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (10) beginnend von der mindestens einen Pumpe (4) bis in Richtung des von
der Pumpe abgewandten Endes des Kurzdiffusors (9) verlängert und axial in den Kurzdiffusor
(9) hinein- und/oder oder durch diesen hindurchgeführt ist.
4. Wasserumlaufkanal nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe bei kleinen Nabenverhältnissen als Spitze ausgeformt ist.
5. Wasserumlaufkanal nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentbleche (11) radial zwischen der Nabe (10) und den Seitenwänden des Diffusors
(9) angeordnet sind.
6. Wasserumlaufkanal nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Segmentbleche (11) ungleich der Anzahl der Schaufeln des Schaufel-
bzw. des Leitrads der Pumpe (4) ist.
7. Wasserumlaufkanal nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Zwischenbodens (2) 10 bis 60% des Radius des Halbrohres entspricht.
8. Wasserumlaufkanal nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilungsverhältnis der Schaufeln der Schaufelgitter (5.1; 5.2; 5.3; 5.4) 0,5
bis 0,6 beträgt.
9. Wasserumlaufkanal nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle eingesetzten Pumpen (4) schnellläufige Axialpumpen mit gleichen Leistungsparametern
sind.
10. Wasserumlaufkanal nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwimmbecken (1), der Zwischenboden (2) und der Rückströmkanal (3) nebeneinander
angeordnet sind, wobei der Zwischenboden (2) eine Trennwand darstellt und die Ober-
und Unterseite aus Sicht der Strömung jeweils zu einer rechten und einer linken Seite
werden.
1. A transportable water circulation channel consisting of a swimming pool (1) having
a free water surface and integrated measurement section, a return flow channel (3),
an intermediate base (2), which separates the swimming pool (1) from the return flow
channel (3), at least one pump (4), which recirculates the water and is arranged in
the return flow channel (3), and manifolds with blade rows (5.1; 5.2; 5.3; 5.4) for
deflecting the flow, wherein the water circulation channel, at least on the discharge
side (12) of the at least one pump (4), comprises a deflection channel (7.1), which
is formed by a rounded front edge (6) of the intermediate base (2) and a half-pipe
(8), of which the concave inner face distally surrounds the end edge (6) of the intermediate
base (2), wherein the cross section of the deflection channel (7.1) widens from the
lower face of the intermediate base (2) to the upper face of the intermediate base
(2), and a short diffuser (9) having a plurality of segment plates (11) on the discharge
side which are arranged in the flow chamber of the short diffuser (9) and of which
the faces are oriented parallel to the flow direction is located on the at least one
pump (4).
2. The water circulation channel according to Claim 1, characterised in that the relationship ra/ri<4/(a2/a1) is true for the clear width of the at least one deflection channel (7.1) at the
entry (a1) and at the exit (a2) and also for the outer radius (ri) of the intermediate base (2) and the inner radius (ra) of the half-pipe (8).
3. The water circulation channel according to Claims 1 and 2, characterised in that the hub (10) extends starting from the at least one pump (4) until in the direction
of the end of the short diffuser (9) facing away from the pump and is guided axially
into the short diffuser (9) and or therethrough.
4. The water circulation channel according to Claim 3, characterised in that the hub, with small hub proportions, is formed as a tip.
5. The water circulation channel according to Claims 3 and 4, characterised in that the segment plates (11) are arranged radially between the hub (10) and the side walls
of the diffuser (9).
6. The water circulation channel according to Claims 1 to 5, characterised in that the number of segment plates (11) is not equal to the number of blades of the blade
wheel or of the guide wheel of the pump (4).
7. The water circulation channel according to Claims 1 to 6, characterised in that the thickness of the intermediate base (2) corresponds to 10 to 60% of the radius
of the half-pipe.
8. The water circulation channel according to Claims 1 to 7, characterised in that the division ratio of the blades of the blade rows (5.1; 5.2; 5.3; 5.4) is 0.5 to
0.6.
9. The water circulation channel according to Claims 1 to 8, characterised in that all used pumps (4) are high-speed axial pumps having identical performance parameters.
10. The water circulation channel according to Claims 1 to 9, characterised in that the swimming pool (1), the intermediate base (2) and the return flow channel (3)
are arranged side by side, wherein the intermediate base (2) constitutes a partition
wall and the upper face and lower face form a right-hand and lefthand side from the
viewpoint of the flow.
1. Canal de circulation d'eau transportable, constitué d'un bassin (1) avec une surface
de l'eau libre et un trajet de mesure intégré, un canal de refoulement (3), un plancher
intermédiaire (2) séparant le bassin (1) du canal de refoulement (3), au moins une
pompe (4) agencée dans le canal de refoulement (3) et faisant circuler l'eau, ainsi
que des coudes avec des grilles d'aube (5.1; 5.2; 5.3; 5.4) pour faire dévier le flux,
dans lequel le canal de circulation d'eau comporte un canal de déviation (7.1) au
moins du côté aval (12) de l'au moins une pompe (4), lequel est formé par une arête
frontale arrondie (6) du plancher intermédiaire (2) et un demi-tuyau (8) dont le côté
intérieur concave entoure l'arête frontale (6) du plancher intermédiaire (2) de façon
distale, dans lequel la section transversale du canal de déviation (7.1) s'élargit
du côté inférieur du plancher intermédiaire (2) vers le côté supérieur du plancher
intermédiaire (2), et un diffuseur rapide (9) avec plusieurs tôles segmentées (11)
agencées dans l'espace d'écoulement du diffuseur rapide (9), et dont les surfaces
sont orientées parallèlement à la direction d'écoulement, se trouve côté aval sur
l'au moins une pompe (4).
2. Canal de circulation d'eau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portée libre de l'au moins un canal de déviation (7.1), à l'entrée (a1) et à la sortie (a2), ainsi que pour le rayon extérieur (ri) du plancher intermédiaire (2) et le rayon intérieur (ra) du demi-tuyau (8), le rapport ra/ri<4/(a2/a1) est valable.
3. Canal de circulation d'eau selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le moyeu (10) s'allonge à partir de l'au moins une pompe (4), jusqu'en direction
de l'extrémité du diffuseur rapide (9) qui est détournée de la pompe, et s'introduit
dans et/ou traverse axialement le diffuseur rapide (9).
4. Canal de circulation d'eau selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyeu est formé en pointe pour les petits rapports de moyeu.
5. Canal de circulation d'eau selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les tôles segmentées (11) sont agencées radialement entre le moyeu (10) et les parois
latérales du diffuseur (9).
6. Canal de circulation d'eau selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le nombre de tôles segmentées (11) est différents du nombre d'aubes de la roue directrice
ou à aubes de la pompe (4).
7. Canal de circulation d'eau selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'épaisseur du plancher intermédiaire (2) correspond à 10 à 60% du rayon du demi-tuyau.
8. Canal de circulation d'eau selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le rapport de division des aubes de la grilles d'aube (5.1; 5.2; 5.3; 5.4) est compris
entre 0,5 et 0,6.
9. Canal de circulation d'eau selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que toutes les pompes (4) utilisées sont des pompes axiales rapides avec les mêmes paramètres
de performance.
10. Canal de circulation d'eau selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le bassin (1), le plancher intermédiaire (2) et le canal de refoulement (3) sont
agencés côte à côte, dans lequel le plancher intermédiaire (2) constitue une cloison
et le côté supérieur et le côté inférieur, du point de vue de l'écoulement, deviennent
respectivement un côté droit et un côté gauche.