CN111491702B - 造波装置的改进 - Google Patents

Abstract

公开了一种与具有水的波浪池一起使用的造波装置。所述装置包括造波室，所述造波室具有内部和多个室壁。所述室还具有通道，所述通道将内部连接到波浪池，并构造为允许水在其之间流动。在通道内或其附近放置有导水板。导水板包括至少一个平滑且弯曲的导水板壁，其与多个室壁组合，形成至少两个管道路径，该管道路径用于水在内部到波浪池之间的流动。管道路径具有两端，并且，水在第一方向进入一端，而在第二方向离开第二端。

Description

造波装置的改进

技术领域

本申请涉及一种波浪发生器，例如，用于在游泳池中为娱乐目的造波的波浪发生器。

相关申请

本申请进一步要求于2017年12月21日提交的、名为“Wave Making Apparatus”的美国临时申请62/609254的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

造波装置通常用于娱乐目的。它们在游泳池等中产生一个或多个波浪，并且人们通常或者在波浪中玩耍，或者将波浪用于水上运动，如板上运动。水上冲浪板运动(如冲浪和健身板运动(bodyboarding))要求波浪是可行驶的。这类运动的爱好者经常使用造波装置进行比赛、练习和娱乐。

曾在美国专利7,815,396中公开了这种造波装置的示例。图6是‘396专利中公开的造波装置5的简化侧视图。装置5具有波浪池10，所述波浪池具有底部12。造波室15在波浪池10的一端处，造波室将水推入或释放到波浪池10中以产生波浪。所述室设计为通过通道17(由箭头18所示)从池10接收和释放水，提升和降低所述室15中的水位(由箭头19所示)，从而在池10内产生波浪。在这种设计中，通往池10的通道17淹没在池水中。

这种设计的主要缺点是，通过通道17释放的水将产生涡流，其干扰波浪的稳定性和可驾驭性。这在图7A至图7H中示出。这些图示出了一个循环(cycle)。图7A是从造波室向波浪池中释放水的开始，并且开始形成高速涡流60。在图7B中，片刻之后，涡流65移动通过通道17进入波浪池10中，并且开始形成可行驶波浪67。图7C，静止片刻之后，高速涡流70继续在波浪池10中，并且在图7D，形成了影响波浪池表面的清晰涡流75，如涡流诱导波浪池表面凹陷76所示。应注意，图7C所示的波浪72没有形成良好的形状，并且这是因为涡流70、76从波前吸走水并侵蚀波的形成。图7E至图7H示出了对波浪池表面造成明显破坏的涡流80、85、90和95，示出了涡流诱导波浪池表面凹陷82、87、92和97。涡流不仅侵蚀了波浪形成，而且还要求操作员延迟致动用于随后波浪形成的造波室，直到水足够平静为止。否则，波面扰动将进一步侵蚀可行驶波浪。

因此，需要的是一种减轻涡流的方法，以在一种能够快速重置并产生后续波浪的装置中促进稳定且可行驶波浪。

发明内容

公开了一种与具有水的波浪池一起使用的造波装置。所述装置包括造波室，所述造波室具有内部和多个室壁。所述室还具有通道，所述通道将内部连接到波浪池，并构造为允许水在其之间流动。在通道内或其附近放置有导水板。导水板包括至少一个平滑且弯曲的导水板壁，其与多个室壁组合，形成至少两个管道路径，该管道路径用于水在内部到波浪池之间的流动。管道路径具有两端，并且水在第一方向进入一端，而在第二方向离开第二端。

弯曲壁可以具有在45度和120度的范围内的曲线扫掠。导水板壁可以是曲面的。可以有多于一个的曲面壁，导致多于两个的管道路径。交叉构件可以用于连接导水板壁。导水板可以从造波室内部延伸到波浪池。导水板可以由多个部件构成。

导水板可以具有支架，所述支架适于将导水板安装到多个室壁中的至少一个室壁上。当安装时，可以相对于至少一个室壁以旋转调整或平移调整的方式调整导水板位置。

总水管(water main)可以用作现有造波装置的改进。

本领域技术人员显而易见的附加方面、替代方案和变化也在本文中公开，并且作为本发明的一部分被明确考虑。本发明仅在由专利局在本申请或者相关申请中允许的权利要求中陈述，并且以下对特定示例的简要说明不以任何方式限制、限定或者以其他方式确立法律保护的范围。

附图说明

附图中出于说明的目的描绘了各种实施例，并且不应以任何方式解释为限制实施例的范围。此外，不同的公开实施例的各种特征可以组合，以形成附加实施例，这些附加实施例是本公开的一部分。应当理解，附图中可能不出现某些组件和细节，以有助于更清楚地描述本发明。

图1是造波装置的侧视图，其具有新颖的导水板(water vane)。

图2是造波装置的泵壳体的侧视图，其具有新颖的导水板。

图3A是图3的一部分的放大图。

图3B是另一个实施例，其中导水板的曲线由成连续角度的小直段构成。

图4是来自图3A的导水板的等距视图。

图5A是由造波装置形成的波浪的图形模型，所述造波装置类似于图1的具有新颖的导水板的造波装置。

图5B是在图5A之后的瞬间由造波装置形成的波浪的图形模型，所述造波装置类似于图1的具有新颖的导水板的造波装置。

图5C是在图5B之后的瞬间由造波装置形成的波浪的图形模型，所述造波装置类似于图1的具有新颖的导水板的造波装置。

图5D是在图5C之后的瞬间由造波装置形成的波浪的图形模型，所述造波装置类似于图1的具有新颖的导水板的造波装置。

图5E是在图5D之后的瞬间由造波装置形成的波浪的图形模型，所述造波装置类似于图1的具有新颖的导水板的造波装置。

图5F是在图5E之后的瞬间由造波装置形成的波浪的图形模型，所述造波装置类似于图1的具有新颖的导水板的造波装置。

图5G是在图5F之后的瞬间由造波装置形成的波浪的图形模型，所述造波装置类似于图1的具有新颖的导水板的造波装置。

图6是造波装置的侧视图，其不具有新颖的导水板。

图7A是由造波装置形成的波浪的图形模型，所述造波装置类似于图6的造波装置。

图7B是在图7A之后的瞬间由造波装置形成的波浪的图形模型，所述造波装置类似于图6的造波装置。

图7C是在图7B之后的瞬间由造波装置形成的波浪的图形模型，所述造波装置类似于图6的造波装置。

图7D是在图7C之后的瞬间由造波装置形成的波浪的图形模型，所述造波装置类似于图6的造波装置。

图7E是在图7D之后的瞬间由造波装置形成的波浪的图形模型，所述造波装置类似于图6的造波装置。

图7F是在图7E之后的瞬间由造波装置形成的波浪的图形模型，所述造波装置类似于图6的造波装置。

图7G是在图7F之后的瞬间由造波装置形成的波浪的图形模型，所述造波装置类似于图6的造波装置。

图7H是在图7G之后的瞬间由造波装置形成的波浪的图形模型，所述造波装置类似于图6的造波装置。

具体实施方式

本文参考本发明的一些具体示例，包括发明人为实施本发明而设想的任何最佳模型。在附图中示出了这些具体实施例的示例。虽然结合这些具体实施例来描述本发明，但是应当理解，其并不旨在将本发明限制为所描述或示出的实施例。相反，其意在涵盖可以包括在由所附权利要求限定的本发明的主旨和范围之内的替代方案、修改和等同方案。

在下面的描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。在没有一些或全部这些具体细节的情况下，本发明的特定示例实施例也可以实现。在其他情况下，没有详细描述本领域技术人员熟知的过程操作，以避免不必要地模糊本发明。为了清楚起见，有时将以单数形式描述本发明的各种技术和机理。然而，应当注意，除非另有说明，否则一些实施例包括技术的多次迭代或多个机理。类似地，本文所示和描述的方法的各种步骤不一定按照指示的顺序执行，或者在某些实施例中根本不执行。因此，本文讨论的方法的一些实现可以包括比所示或描述的步骤更多或更少的步骤。此外，本发明的技术和机理有时将描述两个或更多个实体之间的连接、关系或通信。应当注意，实体之间的连接或关系并不一定意味着直接的、不受阻碍的连接，因为任何两个实体之间可能存在各种其他实体，或者发生各种其他过程。因此，除非另有说明，否则所指示的连接不一定意味着直接、无阻碍的连接。

下面的示例特征列表对应于图1至图7G，并提供以用于参考，其中相同的附图标记在整个说明书和附图中指代相应的特征：

造波装置 5

波浪池 10

池底部 12

造波室 15

室壁 15A

室底壁 15B

室内部 16

室通道 17

水通过通道推拉方向 17

提升和降低室中的水位 19

导水板(曲面) 20

导水板(分段弯曲) 20A

泵壳体 21

泵 22

导水板壁 25

管道路径 30、35、40、45

导水板安装支架 50

导水板交叉构件 55

旋转轴 56

旋转调整 56A

第一螺纹轴 57

第一平移方向 57A

第二螺纹轴 58

第二平移方向 58A

成连续角度的小直段 61A、61B、61C、61D

波浪 67、72

涡流 60、65、75、80、85、90、95

涡流诱导池面凹陷 76、82、87、92、97

波浪池台阶底部 102

可行驶波浪 110、120、130

深涡流 105、115、125、135、145

静止波浪池表面 140、150

图1是例如在美国专利7,815,396中公开的造波装置5的侧视图。装置5具有波浪池10，所述波浪池具有底部12。造波室15在波浪池10的一端处，造波室将水推入波浪池10中产生可行驶波浪。水通过室通道17在波浪池10与造波室15的内部16之间流动，室通道至少部分地淹没在池水中。

为了减轻涡流并促进稳定且可行驶波浪，在能够快速重置并产生后续波浪的装置中，在室通道17内或其附近放置有导水板20。导水板20为从造波室15释放的水限定了更平滑的路径。如在后续的附图中所示，导水板20减轻了侵蚀可行驶波浪的形成的涡流。它还减轻了波浪池的表面处的紊流，使得可以更快地产生波浪，而无需等待波浪池在波浪之间变得平静。

图2是例如在美国专利8,303,213中公开的造波装置的泵壳体21的侧视图。由泵22泵送的水在被引入到波浪池中之前被导水板转动。图2的装置与图1的装置的不同之处在于，没有通向波浪池的淹没的室通道(注意，在图2中未示出波浪池)。相反，水被释放到更高处(higher elevation)的波浪池中。

图3A是图1的更详细地示出了导水板20的一部分的放大图。造波室15具有多个壁(侧壁15A和底壁15B)和在附图的平面中的侧壁。导水板具有安装支架50，所述安装支架允许导水板20安装在造波室的壁上。替代地，导水板20可以安装在轴56上，所述轴允许导水板20在造波室的操作期间相对于室壁被调整(见箭头56A)。这种可调整性对于微调以减轻涡流的形成可以是有利的。尽管可调整性示为旋转，但也可以是平移的。例如，导水板可以安装在第一螺纹轴57和第二螺纹轴58上，所述第一螺纹轴使导水板平行于室底壁15B移动(箭头57A)，而第二螺纹轴58使导水板20平行于侧壁15A移动(箭头58A)。

所示的导水板20具有三个平滑的导水板壁25，当其放置在造波室15与波浪池10之间的通道17中时，它们一起为从造波室15释放的水限定了四个独立的管道路径30、35、40、45。这些管道路径中的每一个具有两端，进入一端的水在离开另一端时改变其方向。室15通常由混凝土制成，并且浇筑复杂的输水管道是不可能的。因此，导水板可以由金属、塑料、玻璃纤维或其他刚性材料形成，并在该室建成之后安装在室15中。导水板可以具有安装支架50，以便于这种安装。图4是导水板20的等距视图，其示出了支撑导水板20的三个壁25的两个交叉构件55。

图3A和图4也示出了导水板壁25是曲面，即，曲线表面沿一个维度弯曲，而不沿其他维度弯曲。然而，图3B是另一实施例，其中导水板20A的曲线由成连续角度的小直段(61A、61B、61C和61D)构成。本文称为分段曲线。可以使用更多的段来完成水所需的方向改变，但实验表明，四个或更多个直段是最佳的。当使用更多个段时，本实施例开始接近促进更多层流的曲面设计。然而，图3B的分段弯曲实施例对于制造、安装和维护可以更容易且成本更低。

图5A至图5G示出了安装有导水板的波浪主室的释放水和波浪形成的水流。这些附图示出了一个循环。图5A是从造波室向波浪池中放水的开始。图5B是片刻之后并且涡流开始在波浪池中形成(105)，如同可行驶波浪110一样。与图7A和图7B所示的不具有导水板的室相反，导水板防止在室和通道之内形成涡流。在图5C中，涡流115形成得良好，但仍留在波浪池深处，允许涡流上方的表面保持相对静止；因此不侵蚀波浪120。在图5D中，涡流125仍留在波浪池深处，并且可行驶波浪130形成得良好且稳定。当在图5E至图5G中水开始返回到造波室中时，涡流(135、145)仍留在波浪池深处，并且表面上方(140、150)仍然静止。其与图7D至图7H所示的不具有导水板的室中的涡流诱导池表面凹陷(76、82、87、92、97)明显不同。并且由于表面更为平静，操作者可以无延迟地致动造波室，以产生另一个波浪，或者比不具有导水板的室相比具有明显更小的延迟。

还应当注意，在图1至图4中，导水板被示出具有90度扫掠(sweep)。然而，图5A至图5G具有120度的导水板，因为波浪池底部具有台阶底部(见图5A，箭头102)。因此，可以增大或减小导水板的扫掠程度，以优化波浪形成。最佳地，弯曲将是在45与120度之间。此外，导水板可以由多个部件构成，而不必是单个整体结构。图5A至图5G所示的导水板还从造波室内部延伸到波浪池。

本文公开的内容可以用于各种造波装置，例如，美国专利6,629,803、6,932,541、7,326,001、7,658,571、7,568,859、7,722,291、7,815,396、8,303,213、8,523,484、8,622,651、8,434,966、8,602,685、9,068,371、9,103,133和9,279,263中所公开的造波装置。这些专利中的每一个都通过引用并入本文。本文公开的装置可以与例如在美国专利8,303,213中公开的造波装置一起使用，所述造波装置将水从堰上的室向下释放到滑槽，并释放到波浪池中。本文公开的装置也可以与例如在美国专利7,815,396中公开的造波装置一起使用，所述造波装置将水从室释放到波浪池的底部中。

尽管在本文中已描述了本发明的示例性实施例和应用，包括如上所述和在所包括的示例性附图中所示的，但本发明无意将本发明限制于这些示例性实施例和应用，也无意将本发明限制于示例性实施例和应用的操作方式或本文所描述的方式。事实上，对示例性实施例的许多变化和修改是可能的，这对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。本发明可以包括任何装置、结构、方法或功能，只要所得到的装置、系统或方法落在由专利局基于本专利申请或任何相关专利申请所允许的权利要求之一的范围之内。

Claims (22)

1.一种与具有水和底部的波浪池一起使用的造波装置，并且其中，水在池中形成水表面，所述装置包括：

造波室，所述造波室具有内部和多个室壁；

通道，所述通道将所述内部连接到所述波浪池，并构造为允许水在其之间流动，其中，所述通道在所述水表面之下，并且其中，所述通道靠近所述底部连接到所述波浪池；

导水板，所述导水板靠近所述底部放置在所述通道内或其附近，所述导水板包括：

至少一个平滑且弯曲导水板壁；

其中，所述导水板和所述多个室壁形成至少两个管道路径，所述管道路径用于水在所述内部与所述波浪池之间的流动；并且

其中，所述管道路径具有两端，并且，水沿第一方向进入一端，而沿第二方向离开第二端；

其中，所述导水板构造成当水从所述室流动到所述池时减轻所述水表面之下的涡流的形成。

2.如权利要求1所述的造波装置，其中，所述弯曲导水板壁具有在45与120度的范围内的曲线扫掠。

3.如权利要求1所述的造波装置，其中，所述导水板进一步包括多于一个的导水板壁，并且所述导水板壁形成多于两个的管道路径。

4.如权利要求3所述的造波装置，其中，所述导水板进一步包括交叉构件，所述交叉构件连接到多于一个的导水板壁上。

5.如权利要求1所述的造波装置，其中，所述导水板从所述内部延伸到所述波浪池。

6.如权利要求1所述的造波装置，所述导水板进一步包括支架，所述支架适于将所述导水板安装到所述多个室壁中的至少一个室壁上。

7.如权利要求1所述的造波装置，其中，所述导水板由多个部件构成。

8.如权利要求1所述的造波装置，其中，所述导水板壁是曲面的、分段弯曲的、或者二者。

9.一种与具有水的波浪池一起使用的造波装置，所述装置包括：

造波室，所述造波室具有内部和多个室壁；

通道，所述通道将所述内部连接到所述波浪池，并构造为允许水在其之间流动，其中，所述通道至少部分地被所述池中的水淹没；

导水板，所述导水板放置在所述通道内或其附近，所述导水板包括：

至少一个平滑且弯曲导水板壁；

其中，所述导水板和所述多个室壁形成至少两个管道路径，所述管道路径用于水在所述内部与所述波浪池之间的流动；并且

其中，所述管道路径具有两端，并且，水沿第一方向进入一端，而沿第二方向离开第二端；

其中，所述导水板安装到至少一个室壁上，并且能够相对于所述至少一个室壁调整所述导水板位置。

10.如权利要求9所述的造波装置，其中，所述调整是旋转的或平移的。

11.如权利要求9所述的装置，其中，所述导水板构造成当水从所述池流动到所述室时减轻所述室之内的涡流的形成。

12.一种改进的造波装置，所述改进的造波装置与具有水和底部的波浪池一起使用，其中，水在池中形成水表面，所述改进的造波装置包括：造波室，其具有内部和多个室壁；以及通道，其将所述内部连接到所述波浪池上，并构造为允许水在其之间流动，其中，所述通道在所述水表面之下，并且其中，所述通道靠近所述底部连接到所述波浪池，所述改进的造波装置进一步包括：

导水板，所述导水板靠近所述底部放置在所述通道内或其附近，所述导水板包括：

至少一个平滑且弯曲导水板壁；

其中，所述导水板和所述多个室壁形成至少两个管道路径，所述管道路径用于水在所述内部与所述波浪池之间的流动；并且

其中，所述管道路径具有两端，并且，水沿第一方向进入一端，而沿第二方向离开第二端；

其中，所述导水板构造成当水从所述室流动到所述池时减轻所述水表面之下的涡流的形成。

13.如权利要求12所述的改进的造波装置，其中，弯曲导水板壁具有在45与120度的范围内的曲线扫掠。

14.如权利要求12所述的改进的造波装置，其中，所述导水板进一步包括多于一个的导水板壁，并且所述导水板壁形成多于两个的管道路径。

15.如权利要求14所述的改进的造波装置，所述导水板进一步包括交叉构件，所述交叉构件连接到所述多于两个的导水板壁上。

16.如权利要求12所述的改进的造波装置，其中，所述导水板从所述内部延伸到所述波浪池。

17.如权利要求12所述的改进的造波装置，所述导水板进一步包括支架，所述支架适于将所述导水板安装到所述多个室壁中的至少一个室壁上。

18.如权利要求12所述的改进的造波装置，其中，所述导水板由多个部件构成。

19.如权利要求12所述的改进的造波装置，其中，所述导水板壁是曲面的、分段弯曲的、或者二者。

20.一种改进的造波装置，所述改进的造波装置与具有水的波浪池一起使用，所述改进的造波装置包括：造波室，其具有内部和多个室壁；以及通道，其将所述内部连接到所述波浪池，并构造为允许水在其之间流动，其中，所述通道至少部分地被所述池中的水淹没，所述改进的造波装置进一步包括：

导水板，所述导水板放置在所述通道内或其附近，所述导水板包括：

至少一个平滑且弯曲导水板壁；

其中，所述导水板和所述多个室壁形成至少两个管道路径，所述管道路径用于水在所述内部与所述波浪池之间的流动；并且

其中，所述管道路径具有两端，并且，水沿第一方向进入一端，而沿第二方向离开第二端；

其中，所述导水板安装到至少一个室壁上，并且能够相对于所述至少一个室壁调整所述导水板位置。

21.如权利要求20所述的改进的造波装置，其中，所述调整是旋转的或平移的。

22.如权利要求20所述的改进的造波装置，其中，所述导水板构造成当水从所述池流动到所述室时减轻所述室之内的涡流的形成。

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