RU238122U1 - Водный тренажер - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к водным тренажерам и развлекательным аттракционам на воде, в частности, к тренажерам и аттракционам с искусственной волной и может использоваться для серфинга или для практического обучения серфингу. Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении скорости формирования искусственной волны со свойствами, подходящими для катания на сёрф-доске. Технический результат достигается в водном тренажере, содержащем емкость для воды, имеющую днище, боковые и торцевые стенки, установленные внутри емкости четыре насоса для транспортирования воды, рабочую поверхность, и сливную решетку, при этом рабочая поверхность имеет прямой горизонтальный участок и следующие за ним наклонный участок и прямой горизонтальный участок, на котором расположен подвижный порог для создания волны, выполненный с возможностью изменения положения относительно рабочей поверхности, участок, на котором расположен подвижный порог, соединен со сливной решеткой, наклонный участок располагается под углом 19° (градусов) к плоскости прямого горизонтального участка, на котором расположен подвижный порог, на рабочей поверхности установлено устройство стабилизации потока, выполненное в виде перегородки из горизонтально ориентированных труб круглого сечения с длиной 50 см и диаметром 10 см, каждый насос имеет кожух с соплом для подачи воды на прямой участок рабочей поверхности и выполнен с возможностью подачи воды с расходом 11 м³/ч, для приведения в движение порога используется гидроцилиндр, одной стороной соединенный с порогом, а второй – с корпусом емкости для воды.

Description

Полезная модель относится к водным тренажерам и развлекательным аттракционам на воде, в частности, к тренажерам и аттракционам с искусственной волной и может использоваться для серфинга или для практического обучения серфингу.

Из уровня техники известно большое количество конструкций водных тренажеров с искусственной волной для серфинга. Каждая из них включает емкость для воды, в которой установлены насосы для подачи воды на рабочую поверхность с настилом, имеющим выдвижной порог для формирования волны. Рабочая поверхность имеет наклонный участок. Порог для создания волны выполнен в виде приспособления, способного менять положение относительно настила. Перед наклонным участком настила (или на нем) установлены перегородки с секциями для стабилизации разгоняемого потока. Как правило, указанные перегородки выполнены в виде блока из вертикально ориентированных пластин или решетки квадратного сечения.

Недостатком известных решений является недостаточно высокая скорость формирования волны со свойствами, подходящими для катания на сёрф-доске.

В частности, использование в конструкции указанных водных тренажеров для стабилизации потока перегородки с вертикально ориентированными прямоугольными секциями (патент РФ № 204674, опубликован 04.06.2021), с одной стороны, оказывает чрезмерное сопротивление потоку воды, что ограничивает возможность быстрого формирования волны, а с другой - способствует образованию неупорядоченного потока жидкости, что не позволяет получить стабильно пологую волну, что важно для катания на сёрф-доске.

При использовании перегородки для стабилизации потока расход насоса имеет важное значение. Выбор расхода насоса должен осуществляться с учетом конструктивных особенностей перегородки. Неверный выбор расхода насоса в зависимости от конструкции перегородки вместо повышения скорости потока и ускорения формирования волны может привести снижению данных показателей, а также к быстрому разрушению перегородки. Кроме того, важна конструкция насоса. Так, использование насосов, конструкция которых не исключает образования кавитации приводит к образованию неупорядоченного потока жидкости и, как следствие, получению некачественной волны. Из уровня техники не известны решения, в которых бы предусматривали выбор параметров работы насоса в зависимости от конструкции перегородки для стабилизации потока.

Известны водные тренажеры, в которых для изменения положения порога используются устройства сложной конструкции, в связи с чем скорость поднятия порога снижается.

Таким образом, очевидно, что скорость формирования волны со свойствами, подходящими для катания на сёрф-доске, зависит в совокупности от конструкции насосов, подающих воду на рабочую поверхность, установленного значения расхода насоса, формы сечения ячеек, размера ячеек в перегородке для стабилизации потока, конструкции устройства подъема.

Техническая проблема, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в усовершенствовании известных конструкций тренажеров с искусственной волной и разработки простой и надежной конструкции водного тренажера, позволяющей получить максимальную скорость формирования волны со свойствами, подходящими для катания на сёрф-доске.

Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении скорости формирования искусственной волны со свойствами, подходящими для катания на сёрф-доске.

Технический результат достигается в водном тренажере, содержащем емкость для воды, имеющую днище, боковые и торцевые стенки, установленные внутри емкости четыре насоса для транспортирования воды, рабочую поверхность, и сливную решетку, при этом,

рабочая поверхность имеет прямой горизонтальный участок, и следующие за ним наклонный участок и прямой горизонтальный участок, на котором расположен подвижный порог для создания волны, выполненный с возможностью изменения положения относительно рабочей поверхности,

участок, на котором расположен подвижный порог соединен со сливной решеткой,

наклонный участок располагается под углом 19° (градусов) к плоскости днища (а следовательно и к плоскости прямого горизонтального участка, на котором расположен подвижный порог),

на рабочей поверхности установлено устройство стабилизации потока, выполненное в виде перегородки из горизонтально ориентированных труб круглого сечения длиной 50 см и диаметром 10 см,

каждый насос имеет кожух с соплом для подачи воды на прямой участок рабочей поверхности и выполнен с возможностью подачи воды с расходом 11 м³/ч,

для приведения в движение порога используется гидроцилиндр, одной стороной соединенный с порогом, а второй - с корпусом емкости для воды.

Емкость для воды может быть выполнена в виде бетонной или металлической чаши (бассейна). По боковым сторонам емкости могут быть расположены боковые смотровые площадки, а у торцевой стороны чаши может быть расположена верхняя смотровая площадка.

Рабочая поверхность может быть выполнена на основе водонепроницаемого полимерного материала, например, ПВХ. Рабочая поверхность опирается на вертикальные стойки.

Для транспортировки воды используется гидроузел, состоящий из четырех погружных насосов, которые жестко закреплены на торцевой стенке емкости для воды.

Сливная решетка может быть установлена под наклоном.

Наклонный участок является участком разгона потока воды.

Перегородка из горизонтально ориентированных труб круглого сечения состоит из горизонтально уложенных друг на друга трех уровней труб и устанавливается по ширине емкости с водой поперек потока таким образом, чтобы вода приходила сквозь трубы по их длине. Трубы в перегородке могут быть уложены горизонтально в шахматном порядке.

Порог выполнен в виде жесткой плоской прямоугольной пластины.

Для обеспечения подвижности порога его продольная сторона связана с рабочей поверхностью подвижным соединением, например, шарнирным.

Приведение в движение осуществляется посредством гидравлической подъемной системы с гидроцилиндром, установленным по центру порога. Механизм приведения в движение порога является достаточно простым, в результате чего обеспечивается высокая скорость поднятия порога в эксплуатационное положение под углом 5-40° (градусов) к горизонтальному участку, на котором он установлен - 6 сек.

Гидравлическая система и насосы гидроузла электрически связаны с устройством управления, имеющим панель управления.

Также гидравлическая подъемная система может быть оснащена устройством дистанционного сброса давления, что дополнительно повышает безопасность эксплуатации тренажера и эксплуатационные характеристики полезной модели в целом.

В заявленной полезной модели все элементы гидравлической системы установлены под рабочей поверхностью таким образом, чтобы избежать их контакта с водой, например, в герметичном отсеке, на опоре, закрепленной на корпусе чаши над водой. Такая установка гидравлической системы исключает воздействие воды на металлические и электрические элементы системы, что дополнительно повышает надежность работы подъемной системы, способствует продлению срока ее службы, упрощает доступ для ремонта и, следовательно, приводит к повышению эксплуатационных характеристик полезной модели.

В частном варианте изготовления порог представляет собой жесткую плоскую прямоугольную пластину, выполненную из соединенных между собой трех секций равной длины. Секции в пластине соединены между собой соединительными элементами, обеспечивающими герметичность, а также выполняющими функцию ребер жесткости. В данном варианте конструкции для приведения в движение порога используется шесть гидроцилиндров, закрепленных попарно по краям каждой секции у торцевых сторон. При указанной конструкции порога и гидравлической подъемной системы обеспечивается дополнительное повышение скорости формирования искусственной волны (50 сек.) со свойствами, подходящими для катания на сёрф-доске, а также надежности работы тренажера. Это обусловлено тем, что порог выполнен в виде пластины составным из герметично соединенных между собой ребрами жесткости, а также с поддержкой каждой секции парой гидроцилиндров, что позволит полностью исключить даже минимальные поперечные прогибы пластины, ее вибрирование под действием потока при формировании волны и приведет к максимально равномерной стабильной волне по всей ее ширине со свойствами, подходящими для катания на сёрф-доске.

Панель управления позволяет управлять включением и выключением тренажера.

Использование в конструкции тренажера для формирования волны насосов, каждый из которых располагается в кожухе с соплом, позволяет исключить явление кавитации, при выбросе воды из сопла, тем самым способствует получению однородного потока жидкости и исключает возникновение турбулентности потока. В результате на прямой участок рабочей поверхности с высокой скоростью подается однородный упорядоченный поток.

Сохранение высокой скорости и однородности потока при его прохождении по всей длине рабочей поверхности является важной задачей для получения качественной волны по всей ее ширине, что имеет большое значение при обучении новичков серфингу.

При этом, известно, что струи воды, выходя с большой скоростью из насосов и проходя по открытому широкому каналу сталкиваются с жидкостью, которая находится на нем. Причем, как показывает практика, в данном случае будет наблюдаться явление, которое связано с образованием двух видов турбулентных вихрей: основных (вихри первого рода) и вторичных (вихри второго рода). Вихри первого рода осуществляют массообмен между нижними и верхними слоями основного потока, формируют его скоростное поле, осуществляют теплообмен. Каждое конкретное возмущение характеризуется определенными размерами и значениями начальной скорости. Как правило, возмущения первого рода не имеют крупных размеров и относятся к высокочастотной части спектра возмущений. Однако известно, что при движении жидкости в открытых широких каналах, образуются вторичные возмущения (вихри второго рода). Они могут создавать условия волнообразования на поверхности потока, а также могут влиять на процесс образования крупных водоворотных зон и т.п. Следовательно, вихри второго рода не несут «полезной» функции, но при этом могут сильно мешать не только правильной эксплуатации сооружения, но и влиять на объекты находящиеся в воде, создавая условия для их нестабильного положения на поверхности потока. Поэтому, при проектировании и строительстве сооружений следует создавать условия, при которых вихри второго рода не будут возникать, либо их воздействие будет ограничено.

Исходя из вышесказанного, для более эффективной эксплуатации водного тренажера, не следует препятствовать процессу образования вихрей первого рода, но следует ограничить возможность образования вихрей второго рода.

Для этих целей в конструкции тренажера предусмотрено установленное поперек движению потока устройство для стабилизации потока для дополнительного упорядочения потока в конце прямого участка перед участком разгона.

Используемая в заявленной полезной модели конструкция устройства для стабилизации потока позволяет добиться однородности набирающего скорость потока, исключить образование вихрей второго рода и при этом сохранить высокую пропускную способность с минимальным сопротивлением встречному потоку для сохранения его скорости с целью быстрого формирования качественной волны для серфинга.

Указанный результат был достигнут при использовании в конструкции тренажера устройства для стабилизации потока, выполненного в виде перегородки (трубный блок) из коротких отрезков труб, длина которых не превышает пяти диаметров, уложенных и закрепленных в шахматном порядке на всю ширину канала (емкости) в продольном направлении, т.е. таки образом, что осевые линии отрезков труб совпадали с направлением движения потока. Диаметр отрезков труб, из которых состоит трубный блок, должен быть значительно больше размеров вихрей первого порядка, чтобы не препятствовать процессу массопереноса, но при этом должны быть созданы условия, при которых исключается возможность образования возмущений низкочастотного спектра. В частности, экспериментальным путем было установлено, что в случае использования в тренажере четырех насосов с суммарным расходом 44 м³/с наилучший эффект, при котором исключается формирование вихрей второго рода при минимально возможном сопротивлении потоку, достигается при использовании перегородки из труб круглого сечения диаметром 100 мм и длиной 500 мм с толщиной стенки 1 мм. Таким образом, указанная конструкция перегородки обеспечивает получение однородного потока перед участком разгона при сохранении максимально высокой скорости потока для максимально быстрого формирования волны со свойствами, подходящими для катания на сёрф-доске - 60 сек.

Также важно отметить, что при выбранном значении расхода насосов 44 м³/с и размерах трубок в перегородке (диаметр, длина) достигается максимально возможное сохранение энергии потока воды при длительном сохранении целостности перегородки, подвергающейся воздействию данного потока, что повышает надежность работы тренажера, продлевает срок его эксплуатации, а следовательно, приводит к повышению эксплуатационных характеристик полезной модели в целом.

Выбор круглой формы сечения трубок неслучаен. По сравнению с трубками прямоугольного сечения трубки с круглым сечением имеют меньшую площадь внутренней поверхности, следовательно, обладают меньшей силой трения и сопротивлением при прохождении потока в их полости. Также трубки с круглым сечением оказывают меньшее сопротивление потоку на входе в полость. Следовательно, указанная конструкция перегородки способствует максимально возможному сохранению скорости потока при прохождении через нее.

Экспериментально было установлено, что применение отрезков труб большей длины, чем в заявленном решении, приводит к образованию установившегося равномерного потока, но при этом и к квадратичному увеличению потерь напора, а следовательно, к существенному снижению скорости потока и уменьшению времени формирования волны в целом.

Выполнение участка разгона рабочей поверхности наклонной, под углом 19° (градусов) к плоскости днища емкости, позволяет на данном участке разогнать поток до оптимальной скорости, достаточной для быстрого формирования волны и при которой не возникает турбулентности в потоке.

Таким образом, в процессе разработки конструкции тренажера были установлены оптимальные значения расхода воды, конструкция перегородки (форма, диаметр, длина трубок), конструкция насоса, наклон участка разгона, конструкция механизма подъема при которых, с одной стороны, достигается однородность потока, а с другой - минимальное сопротивление потока при прохождении перегородки, что в совокупности способствует достижению максимально возможной скорости потока в 6,5 м/с при указанном расходе и позволяет достичь максимально высокой скорости формирования волны со свойствами, подходящими для катания на сёрф-доске - 60 сек с момента включения тренажера.

Сущность устройства поясняется фигурами 1-5.

На фиг.1 показана конструкция водного тренажера, вид сбоку в разрезе,

на фиг.2 показана конструкция водного тренажера, вид в разрезе А-А,

на фиг.3 показан вид устройства для стабилизации потока,

на фиг.4 показан частный случай конструкции полезной модели,

на фиг. 5 показана конструкция водного тренажера, вид в разрезе Б-Б.

На фигурах 1-5 позициями 1-18 обозначены:

1- емкость для воды в конструкции тренажера,

2- днище емкости для воды,

3- боковые и торцевые стенки емкости для воды,

4- рабочая поверхность,

5- насосы,

6- сливная решетка,

7- вертикальные стойки,

8- прямой горизонтальный участок

9- наклонный (разгонный) участок,

10- прямой горизонтальный участок,

11- подвижный порог,

12- устройство стабилизации потока,

13- металлические трубки,

14- сопло насоса,

15- гидравлический цилиндр,

16- секции подвижного порога,

17- поперечная балка,

18- соединительная планка.

Ниже приведен пример реализации заявленной полезной модели. Очевидно, что все возможные варианты реализации изобретения не ограничиваются приведенным примером.

Водный тренажер содержит прямоугольную емкость для воды 1, имеющую днище 2, боковые и торцевые стенки 3, установленную внутри рабочую поверхность 4, четыре погружных осевых насоса 5 для транспортирования воды и сливную решетку 6. Ширина емкости (расстояние между внутренними сторонами боковых стенок) составляет 7200 см, длина емкости (расстояние между внутренними сторонами торцевых стенок) составляет 24200 см, глубина емкости - 3500 см. Для эксплуатации необходимо 383 м³ воды. Рабочая поверхность 4 установлена на вертикальных стойках 7 и включает последовательно расположенные участки: прямой горизонтальный участок 8, наклонный участок 9 (разгонный), прямой горизонтальный участок 10 с подвижным порогом 11 для создания волны. Рабочая поверхность выполнена из жесткого материала на основе ПВХ. Наклонный участок 9 (разгонный) выполнен под углом 19° (градусов) к плоскости днища. На прямом участке 8 рабочей поверхности 4 поперек емкости 1 установлено устройство стабилизации потока 12. Устройство стабилизации потока 12 представляет собой горизонтально ориентированную перегородку, сформированную из соединенных между собой и уложенных горизонтально в 9 рядов металлических трубок 13 с внутренним диаметром 10 см и длиной 50 см. Сливная решетка 6 соединена с участком 10 рабочей поверхности 4 и первой торцевой стенкой 3 емкости 1. Четыре насоса 5 жестко закреплены вдоль второй торцевой стенки 3 емкости 1. Каждый насос имеет кожух и сопло 14. Каждый насос 5 выполнены с возможностью обеспечения подачи воды на прямой участок 8 рабочей поверхности с расходом 11 м³/ч (суммарно 44 м³/ч). Подвижный порог 11 для создания волны представляет собой жесткую прямоугольную пластину, первая продольная сторона которой закреплена посредством шарнирных соединений на участке 10 рабочей поверхности 4, поперек емкости 1. Длина пластины соответствует ширине емкости и составляет 7200 мм, ширина пластины составляет 2360 мм. Подвижность порога обеспечивается гидравлической системой, включающей гидравлический цилиндр 15, корпус которого закреплен на днище 2 емкости 1 (в герметичной секции), а шток - на второй продольной стороне порога 11 по его центру. Тренажер содержит панель управления, электрически связанную с устройством для автоматического управления насосами 5 и гидравлической системой.

Устройство работает следующим образом.

После включения тренажера посредством панели управления устройство автоматического управления, электрически связанное с насосами и гидросистемой, обеспечивает их включение. Далее одновременно вместе с подачей насосами 5 воды на прямой участок 8 рабочей поверхности 4 посредством гидроцилиндра 15 происходит поднятие порога 11 в эксплуатационное положение под углом 40° (градусов) к плоскости участка 10. Поднятие порога в эксплуатационное положение происходит за 6 сек. В конце прямого участка 8 поток воды проходит через трубки 13 устройства стабилизации потока 12, после чего поступает на наклонный участок 9 (участок разгона) и далее - на участок 10 с порогом 11, начиная формировать волну. После участка 10 с порогом поток поступает на сливную решетку 6 и далее возвращается к насосам, проходя под рабочей поверхностью 4 для многократного повторения цикла.

На формирование волны со свойствами, подходящими для катания на сёрф-доске, ушло 60 сек. после включения тренажера. Полученная волна характеризовалась высоким качеством для катания, в частности стабильной пологостью по всей ширине тренажера.

На фиг. 4-5 проиллюстрирован частный случай конструкции водного тренажера, отличающейся от вышеописанного варианта выполнения тренажера, наличием порога 11, выполненного секционным и содержащего три секции 16, соединенные между собой жесткими вертикальными планками 18, выполняющими функцию ребер жесткости. Для поднятия такого порога в конструкции тренажера по ширине емкости 1 устанавливают поперечную балку 17, служащую опорой трех пар гидроцилиндров 15, которые попарно связаны с каждой секцией 16 для одновременного ее поднятия.

Работает тренажер аналогичным образом, описанным выше.

Claims (1)

1. Водный тренажер, содержащий емкость для воды, имеющую днище, боковые и торцевые стенки, установленные внутри емкости четыре насоса для транспортирования воды, рабочую поверхность и сливную решетку, при этом рабочая поверхность имеет три участка: первый участок - прямой горизонтальный, второй участок - наклонный, третий участок - прямой горизонтальный c подвижным порогом для создания волны, выполненным с возможностью изменения положения относительно рабочей поверхности, за первым прямым горизонтальным участком следуют второй участок наклонный и далее третий участок прямой горизонтальный c подвижным порогом, третий участок соединен со сливной решеткой, наклонный участок располагается под углом 19 градусов к плоскости прямого горизонтального участка, на котором расположен подвижный порог, на рабочей поверхности установлено устройство стабилизации потока, выполненное в виде перегородки из горизонтально ориентированных труб круглого сечения длиной 50 см и диаметром 10 см, каждый насос имеет кожух с соплом для подачи воды на первый, прямой горизонтальный участок рабочей поверхности и выполнен с возможностью подачи воды с расходом 11 м³/ч, для приведения в движение порога используется гидроцилиндр, одной стороной соединенный с порогом, а второй – с корпусом емкости для воды.