AT11268U1 - Strömungskanal, bei welchem wasser mittels einer in einer umwälzleitung angeordneten fördereinrichtung in strömung versetzt ist - Google Patents

Abstract

Beim Erfindungsgegenstand handelt es sich um einen Strömungskanal, bei welchem Wasser mittels einer in einer Umwälzleitung angeordneten Fördereinrichtung in Strömung versetzt ist. Um die Strömung innerhalb des Kanals den jeweiligen Erfordernissen anpassen zu können, bzw. um eine laminare Strömung über den gesamten Strömungsbereich zu erzielen ist eine Mehrzahl von Umwälzleitungen 2, 3, 4 mit je einer regelbaren Fördereinrichtung 6 vorgesehen, wobei die Ausmündungen 25 der Umwälzleitungen 2, 3, 4 über die Stirnwandung 5 des Strömungskanals 1 verteilt sind.

Description

österreichisches Patentamt AT 11 268 U1 2010-07-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Strömungskanal, bei welchem Wasser mittels einer in einer Umwälzleitung angeordneten Fördereinrichtung in Strömung versetzt ist.

[0002] Diesbezüglich sind bereits die verschiedensten Variationen bekannt, wobei in Umwälzleitungen sowohl Turbinenantriebe als auch Strahlantriebe Verwendung finden. Bei allen bekannten Ausbildungen kommt es jedoch zu unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten in der Schwimmzone und zwar sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Ausbreitung. Dies beruht darauf, dass im Bereich der Wandungen und des Bodens des Strömungskanals Reibungswiderstände bestehen, wobei zusätzlich auch noch Turbulenzen innerhalb der Strömungen auftreten. Diese Turbulenzen oder unterschiedliche Strömungen werden durch Umlenksysteme, Richtgitter und Staugitter zu korrigieren versucht. Diese Korrigierversuche bringen zwar Verbesserungen im Strömungsverlauf, jedoch kommt es bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten zu unterschiedlichen Ergebnissen. Um diese anzupassen, werden diese Gitter und Umlenkeinrichtungen den Strömungsgeschwindigkeiten entsprechend angepasst verstellbar gemacht. Dies bringt aber aufgrund der Brems- und Umlenkelemente Wirbelbildungen mit sich, was für den Strömungsverlauf ungünstig ist.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde einen Strömungskanal der eingangs genannten Art zu erzielen, in welchem gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeiten über den gesamten Querschnitt des Kanals erzielbar sind, bzw. diese den jeweiligen Umständen anpassbar sind.

[0004] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Mehrzahl von Umwälzleitungen mit je einer regelbaren Fördereinrichtung vorgesehen ist, wobei die Ausmündungen der Umwälzleitungen über die Stirnwandung des Strömungskanals verteilt sind. Dadurch erübrigen sich Brems- und Umlenkelemente, wodurch eine bessere Ausnutzung der eingetragenen Energie erfolgt. Außerdem kann aufgrund der einzeln regelbaren Fördereinrichtung in jeder der Umwälzleitungen die Strömungsgeschwindigkeit je nach Bedarf einzeln geregelt werden.

[0005] Vorteilhafterweise können die Umwälzleitungen in Zonen aufgeteilt sein, deren Fördereinrichtungen unterschiedlich gesteuert sind. Damit kann ein erhöhter Widerstand im Bereich der Wandungen bzw. des Bodens durch entsprechende Ansteuerung der zugehörigen Fördereinrichtungen ausgeglichen werden. Dazu können in den den Seitenwandungen und/oder des Bodens benachbarten Zonen die Fördereinrichtungen auf eine höhere Strömungsgeschwindigkeit eingeregelt sein.

[0006] Um die Strömung weiter zu vereinheitlichen, können die Ansaugöffnungen der Umwälzleitungen in gleicher Höhe gegenüber deren Ausmündungen in den Strömungskanal in der gegenüberliegenden Stirnwand angeordnet sein. Damit wird erreicht, dass das Wasser laminar in dem Strömungskanal fließen kann.

[0007] Alternativ dazu können auch die Ansaugöffnungen aller Umwälzleitungen im Bodenbereich des den Ausmündungen gegenüberliegenden Endes des Strömungskanals angeordnet sein, womit das Absaugen des Wassers über einen einheitlichen Strom erfolgt.

[0008] Um eine möglichst zeitnahe Regelung der Wasserströmung zu erzielen, können die Fördereinrichtungen aller Umwälzleitungen in Abhängigkeit vom Strömungswiderstand in den zugehörigen Umwälzleitungen geregelt sein. Für eine Abstimmung der Fördereinrichtungen aufeinander können die Fördereinrichtungen über eine gemeinsame Steuereinheit gesteuert sein. Dazu kann die Steuereinheit mit in die Strömung reichenden Sensoren oder dergleichen verbunden sein, deren Messergebnisse die Steuergrößen für die Steuereinheit sind.

[0009] Schließlich kann an jeder Umwälzleitung vorzugsweise nach der Fördereinrichtung eine Rohrentlüftungseinrichtung vorgesehen sein, womit ein die Strömung beeinflussender Lufteintrag in den Strömungskanal vermieden ist.

[0010] In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Es zeigt: 1/13

österreichisches Patentamt [0011] Fig. 1 [0012] Fig. 2 [0013] Fig. 3 [0014] Fig. 4 [0015] Fig. 5 [0016] Fig. 6 [0017] Fig. 7 [0018] Fig. 8 [0019] Fig. 9 [0020] Fig. 10 [0021] Fig. 11 [0022] Fig. 12 [0023] Fig. 13 [0024] Fig. 14 [0025] Fig. 15 [0026] Fig. 16 AT 11 268 U1 2010-07-15 den Erfindungsgegenstand in vertikalem Längsschnitt; im vertikalen Querschnitt; eine Draufsicht auf den Strömungskanal; wieder einen vertikalen Längsquerschnitt; eine Unteransicht auf die Umwälzleitungen mit schematischer Darstellung des Steuerungsplanes der Fördereinrichtungen; einen Vertikalquerschnitt; eine der Fig. 5 analoge Unteransicht mit einer anderen Steuereinrichtung; wieder eine Unteransicht gemäß Fig. 5, jedoch mit über Hydraulikmotor angetriebenen Fördereinrichtungen; eine der Fig. 5 analoge Unteransicht, bei welcher Öldruckturbinen angeordnet sind; einen Längsquerschnitt mit einer im Strömungskanal trainierenden Person; eine Draufsicht auf den Strömungskanal mit angedeuteter Strömung; ist eine der Fig. 10 analoge Seitenansicht mit einem auf einem Laufband befindlichen Sportler; gibt wieder die Strömungsverhältnisse in Draufsicht wieder; einen Längsquerschnitt mit einem im Becken befindlichen Schwimmer, wobei lediglich in der obersten Zone die Fördereinrichtungen tätig sind; eine Draufsicht mit angedeutetem Strömungsverlauf; einen Längsquerschnitt, wobei hier nur eine Umwälzleitung eingezeichnet ist, in welcher eine Entlüftungseinrichtung eingebaut ist.

[0027] In den beiliegenden Zeichnungen sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen in allen Figuren durchgehend verwendet. So ist mit 1 ein Strömungskanal bezeichnet, dessen Umwälzleitungen 2,3,4 in der vorderen Stirnwand 5 ausmünden. In jeder der Umwälzleitungen 2,3,4 sind Förderorgane 6 angeordnet, die über einen Motor 7 angetrieben sind. Die Umwälzleitungen 2,3,4 gehen dabei von der hinteren Stirnwand 24 aus, wobei deren Ansaugöffnungen 23 in gleicher Höhe wie die Ausmündungen 25 der Umwälzleitungen 2,3,4 in der vorderen Stirnwand 5 angeordnet sind. Die mittels der einzelnen Umwälzleitungen 2,3,4 im Strömungskanal erzielten Strömungen sind in vertikaler Richtung mit v1, v2, v3 im ersten Bereich, mit v4, v5, v6 im Mittelbereich und mit v7, v8, v9 im Endbereich bezeichnet. Im Querverlauf sind die Strömungen mit vA, vB, vC, vD bezeichnet. Um alle im Strömungskanal verteilten Strömungsgeschwindigkeiten auf einem gleichen Wert zu halten, werden die Strömungsgeschwindigkeiten να, vß und νγ innerhalb der Umwälzleitungen über die Regelung der Fördereinrichtungen 6 gesteuert.

[0028] Zur Regelung der Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskanal 1 sind in dessen Wandung Strömungsmessgeber 8 vorgesehen, die die Ergebnisse an eine elektronische Steuerung 10 weitergeben, welche über einen Steuerschrank 11 und Regler 12 die Antriebsmotoren 7 der Fördereinrichtung 6 regeln. Zusätzlich können in den Umwälzleitungen noch Strömungsmesser 9 vorgesehen sein, die ebenfalls die ermittelten Daten an die elektronische Steuerung 10 geben. In Abhängigkeit von dem über dem Strömungsmesser 8 und dem Strömungsmesser 9 erzielten Wert wird dann die Drehzahl der Fördereinrichtung mittels der Regler eingestellt.

[0029] Bei der in Fig. 7 wiedergegebenen Ausführungsform erfolgt die Regelung der Antriebsmotoren 7 der Fördereinrichtung 6 über Regler, die als Frequenzumformer 12' ausgebildet sind. Die Regelung erfolgt dabei in gleicher Weise, wie sie vorstehend bereits beschrieben ist.

[0030] Bei der in Fig. 8 wiedergegebenen Antriebsanordnung ist ein hydraulischer Antrieb für die Fördereinrichtung 6 vorgesehen, und zwar dient dazu eine Öldruckpumpe 13, welche über 2/13 österreichisches Patentamt AT 11 268 U1 2010-07-15 Öldruckleitungen 14, Regelventile 15 ansteuert, die ihrerseits dann die Leistung einer Öldruckturbine 16 steuern. Diese Öldruckturbine ist über eine Antriebswelle dann mit der Fördereinrichtung 6 innerhalb der Umwälzleitungen verbunden. Zur Regelung der Regelventile 15 ist wieder ein Steuerschrank vorgesehen, der die Messdaten über Strömungsmesser 9 und gegebenenfalls nicht dargestellte Strömungsmesser 8 erhält. Über diesen Steuerschrank werden dann je nach Messergebnisse die Regelventile 15 über die punktiert eingezeichneten Steuerleitungen angesteuert und eingeregelt.

[0031] Bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 9 ist die Fördereinrichtung innerhalb der Umwälzleitungen 2,3, und 4 als Wasserstrahlpumpe 18 ausgebildet, die über einen entsprechenden Antriebsmotor 17 angesteuert wird. Die Steuerung dieses Antriebsmotors 17 erfolgt wieder über einen elektrischen Steuerschrank 11, der über Steuerleitungen einerseits mit den in den Umwälzleitungen 2,3,4 angeordneten Strömungsmessern 9 bzw. nicht dargestellten Strömungsmessern 8 im Strömungskanal 1 mit dem elektronischen Schaltschrank 12, in welchen Frequenzumformer 12' zur Steuerung der Antriebsmotoren 17 vorgesehen sind, verbunden ist.

[0032] In den Umwälzleitungen sind zusätzlich noch Rohrentlüfter 22 vorgesehen, um die vom Wasser über die Oberfläche aufgenommene Luft, welcher mit dem Wasser über die Umwälzleitungen angeströmt wird, wieder aus der umgewälzten Flüssigkeit abzuscheiden (Fig. 16).

[0033] Bei den in den Fig. 10 und 11 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist im Strömungskanal eine Trainingsperson 19 eingezeichnet, welche für therapeutische Zwecke im Strömungskanal die Übungen oder dergleichen absolviert. Für diese Therapie wird lediglich im Bodenbereich eine Strömungsgeschwindigkeit von größer als 0 eingestellt, d.h. dass v3 größer als 0 ist. v1 und v2 sind gleich 0, womit der Trainierende lediglich für die Bewegung der Beine einen Strömungswiderstand bzw. Bewegungswiderstand überwinden muss. Dazu wird να so eingestellt, dass die Strömungsgeschwindigkeit v3 den gewünschten Wert besitzt, wogegen vß und νγ 0 sind. Über den Querverlauf des Strömungskanals wird die Geschwindigkeit einheitlich eingestellt, d.h., dass alle in der Ebene der Strömungsgeschwindigkeit v3 befindlichen Umwälzleitungen eine Umwälzgeschwindigkeit von να aufweisen, wobei gegebenenfalls die den Seitenwänden des Strömungskanals 1 benachbarten Umwälzleitungen eine geringfügig höhere Umwälzgeschwindigkeit besitzen, damit die Reibungsverluste im Randbereich ausgeglichen werden und eine einheitliche laminare Strömung über die gesamte Breite des Strömungskanals erreicht wird.

[0034] Beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 12 und 13 ist in dem Strömungskanal 1 ein Laufband 20 eingesetzt, auf dem die trainierende Person 19 läuft. Dazu sind, wie in Fig. 12 dargestellt, die in beiden bodennahen Zonen wirkenden Umwälzleitungen 2,3 aktiv, d.h., dass να und vß größer als 0 sind, wodurch sich innerhalb des Strömungskanals im Bereich der Beine eine Strömungsgeschwindigkeit v2 und v3 einstellt, die untereinander gleich ist und insgesamt größer als 0 ist. Im Bereich des Oberkörpers ist keine Strömung vorhanden, d.h. dass v1 gleich 0 ist und die Fördereinrichtung in der Umwälzleitung 3 nicht aktiv ist. Im Querverlauf des Strömungskanals 1 sind wieder alle Geschwindigkeiten einheitlich eingestellt, sodass eine laminare Strömung über die gesamte Strömungskanalbreite erzielt ist.

[0035] In den Fig. 14 und 15 sind die Verhältnisse für einen Schwimmer 21 wiedergegeben, welcher im Strömungskanal sein Trainingspensum abspult. In diesem Fall ist lediglich im Oberflächenbereich die Geschwindigkeit v1 größer als 0 und in den Bereichen v2 und v3 sind die Fördereinrichtungen der Umwälzleitungen 2 und 3 nicht aktiv, sodass in der Umwälzleitung die Strömungsgeschwindigkeit να und vß Null ist und demgemäß der Schwimmer in diesem Bereich auch keine Strömung zu überwinden hat. Über den Querverlauf des Strömungskanals ist wieder eine laminare Strömung erzielt.

[0036] Der Umstand, dass nur im Oberflächenbereich eine künstliche Strömung erzeugt wird, führt dazu, dass dem Schwimmer die Möglichkeit gegeben wird, sich bei zu hoher Strömungsgeschwindigkeit v1 zum Boden absinken zu lassen, wobei er sich dann an der Endstirnwand 24 abstoßen kann (2T) und getaucht ohne Gegenströmung bei 21" wieder in dem Strömungsbereich auftauchen kann. 3/13

Claims (9)

1. österreichisches Patentamt AT 11 268 U1 2010-07-15 [0037] Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass der erfindungsgemäße Strömungskanal sehr vielseitig ersetzbar und an die jeweiligen Anforderungen angepasst geregelt werden kann. Ansprüche 1. Strömungskanal, bei welchem Wasser mittels einer in einer Umwälzleitung angeordneten Fördereinrichtung in Strömung versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Umwälzleitungen (2,3,4) mit je einer regelbaren Fördereinrichtung (6) vorgesehen ist, wobei die Umwälzleitungen (2,3,4) getrennt voneinander in den Strömungskanal (1) einmünden, und wobei die Ausmündungen (25) der Umwälzleitungen (2,3,4) über die Stirnwandung (5) des Strömungskanals (1) verteilt sind.
2. 2. Strömungskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwälzleitungen (2,3,4) in Zonen aufgeteilt sind, deren Fördereinrichtungen (6) unterschiedlich gesteuert sind.
3. 3. Strömungskanal nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den den Seitenwänden und/oder des Bodens benachbarten Zonen des Strömungskanals (1) die Fördereinrichtungen (6) auf eine höhere Strömungsgeschwindigkeit eingeregelt sind.
4. 4. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugöffnungen (23) der Umwälzleitungen (2,3,4) in gleicher Höhe gegenüber deren Ausmündung (25) in den Strömungskanal (1) in der gegenüberliegenden Stirnwand (24) angeordnet sind.
5. 5. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugöffnungen aller Umwälzleitungen im Bodenbereich des den Ausmündungen (25) gegenüberliegenden Ende des Strömungskanals (1) angeordnet sind.
6. 6. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtungen (6) aller Umwälzleitungen (2,3,4) in Abhängigkeit vom Strömungswiderstand in der zugehörigen Umwälzleitung (2,3,4) geregelt sind.
7. 7. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtungen (6) über eine gemeinsame Steuereinheit (10) gesteuert sind.
8. 8. Strömungskanal nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) mit in die Strömung reichenden Sonden (8,9), Sensoren und dergleichen verbunden ist, deren Messergebnisse die Steuergrößen für die Steuereinheit (10) sind.
9. 9. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Umwälzleitung (2,3,4), vorzugsweise nach der Fördereinrichtung (6), eine Rohrentlüftungseinrichtung (22) vorgesehen ist. Hierzu 9 Blatt Zeichnungen 4/13