DE2221382A1

DE2221382A1 - SHAFT GENERATING SYSTEM WITH SUBMERGED BODY

Info

Publication number: DE2221382A1
Application number: DE19722221382
Authority: DE
Inventors: Karl Guenter Dr Ing Hoppe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-05-02
Filing date: 1972-05-02
Publication date: 1973-11-22

Description

Wellenerzeugeranlage mit Tauchkörper. Wave generator system with immersion body.

Die Erfindung betrifft eine Wellenerzeugeranlage mit mindestens einem Tauchkörper.The invention relates to a wave generator system with at least one Immersion body.

Wellenerzeugeraulagen werden in wasserbaulichen Versuchs anstalten und neuerdings in modernen Schwimmbädern zum Simulieren der Meereswellen benötigt.Wave generator locations are carried out in hydraulic engineering experiments and recently used in modern swimming pools to simulate ocean waves.

Es sind bereits verschiedenartige Typen von Wellenerzeugeranlagen bekannt, zum Beispiel nach dem Prinzip einer person disch hin- und herbewegten ins Wasser getauchten Platte oder eines periodisch ins Wasser gestoßenen Tauchkörpers.There are already different types of wave generator systems known, for example according to the principle of a person being moved back and forth A plate immersed in water or an immersion body periodically pushed into the water.

Maschinen nach diesen Methoden erfordern jedoch aufwendige Steuer- und Kraftübertragungskonstruktionen, die oft gewartet werden müssen und im chlorhaltigen Wasser schnell korrodieren.However, machines using these methods require complex control and power transmission structures that require frequent maintenance and that contain chlorine Water will corrode quickly.

Ein neuerer Typ der Wellenerzeugeranlagen stellt die pneuma= tische Wellenmaschine dar. Sie arbeitet nach dem Prinzip, daß eine Wassersäule in einem unten offenend eingetauchten Kasten periodisch angesaugt und fallen gelassen wird Ein Ventilator oder eine Zentrifugalpumpe entwickelt dabei die nötigen Untere drücke, die Steuerung der pendelnden Wassersäule erfolgt über ein sich periodisch öffnendes und schließendes Ventil. Der Bauaufwand einer pneumatischen Anlage ist recht groß, der Wirkungsgrad sehr niedrig und die starke Geräuschentwicklung -sehr störend.A newer type of wave generator system is the pneumatic one Wave machine. It works on the principle that a column of water in one Open at the bottom immersed box is periodically sucked and dropped A fan or a centrifugal pump develops the necessary lower pressures the pendulum water column is controlled via a periodically opening and closing valve. The construction cost of a pneumatic system is quite large, the efficiency very low and the strong noise development - very annoying.

Demgegenüber zeichnet sich die erfindungsgemäße Wellenerseugerw anlage dadurch aus1 daß ein Tauchkörper mit exzentrischer Drehachse derart in Wasseroberlächennähe angeordnet ist, daß bei fortgesetztem Antrieb der Drehachse durch einen Motor die Verdrängung des Tauchkörpers in das Wasser ein- und austaucht.In contrast, the Wellenerseugerw system according to the invention is characterized as a result of 1 that a submerged body with an eccentric axis of rotation is so close to the surface of the water is arranged that with continued drive of the axis of rotation by a motor Displacement of the immersion body in and out of the water.

Durch die periodisch eintauchende Verdrängung des Tauchkörpers werden Wellen erzeugt, deren Höhe von der Größe und Borm des Verdrängungskörpers, der Exentrizität der Drehachse und ferner vom Abstand der Drehachse zur Wasseroberfläche abhängig sind.Due to the periodically submerged displacement of the immersion body Waves are generated, the height of which depends on the size and shape of the displacement body, the eccentricity the axis of rotation and also dependent on the distance between the axis of rotation and the water surface are.

Die Wellenlänge ist bekanntlich von der Wellenperiode abhängig und wird-durch die Drehzahl der Drehachse bestimmt.The wavelength is known to be dependent on the wave period and is determined by the speed of the rotary axis.

Die Vorteile einer Wellenerzeugeranlage entsprechend der Er= windung sind eine einfache und lang haltbare Konstruktion ohne viel Wartung, da nur Drehbewegungen zu übertragen sind.The advantages of a wave generator system according to the winding are a simple and long-lasting construction without a lot of maintenance, as only rotary movements are to be transferred.

Es sind keine komplizierten Übertragungs- und Steueranlagen notwendig. Bei Verwendung moderner Werkstoffe( Kunststoffe, Kunststoffüberzeuge über Stahl, rostfreiem Stahl u.s.w.) be= steht keine Korrosionsgefahr. Alle Lager können leicht wassers dicht abgekapselt werden. Bei günstiger Gewichtsbelastung sind der Leistungsaufwand und der Gesamtwirkungsgrad sehr günstig.No complicated transmission and control systems are necessary. When using modern materials (plastics, plastic convincing over steel, stainless steel etc.) there is no risk of corrosion. All bearings can easily be tightly encapsulated in the water. In the case of a favorable weight load, the effort required is and the overall efficiency is very favorable.

Die weiteren Einzelheiten werden an Hand der Zeichnungen beschieben. Figur 1 und 2 stellen eine Wellenerzeugeranlage mit einem rotationssymmetrischen Zylinder als Tauchkörper dar.The further details are described on the basis of the drawings. Figures 1 and 2 represent a wave generator system with a rotationally symmetrical Cylinder as an immersion body.

Figur 3 zeigt einen Zylinder mit elliptischer oder ähnlicher Grundfläche als Tauchkörper. Figur 4 zeigt einen Verdrangungsw körper mit gewellter Oberfläche als Tauchkörper. Figur 5 ist die Querschnittazeichnung eines Tauchkörpers, der mit Überge= wichten belastet wurde. Figur 6 stellt einen Tauchkörper mit mehreren gegeneinander verdrehten Tauchkörpersegmenten dar.FIG. 3 shows a cylinder with an elliptical or similar base area as a diving body. FIG. 4 shows a displacement body with a corrugated surface as a diving body. Figure 5 is the cross-sectional drawing of a plunger that is with Overweighting was charged. Figure 6 shows a submerged body with several against each other twisted immersion body segments.

Figur 7 verbildlicht einen Tauchkörper mit zwei Tauchkörperm segmenten, die gegeneinander um annähernd 180 Grad verdreht angeordnet sind.Figure 7 illustrates a diving body with two diving body segments, which are arranged rotated against each other by approximately 180 degrees.

Die in Figur 1 dargestellte Wellenerzeugeranlage besteht aus einem Tauch-körper(1), der von einem Motor(4) über ein Getriebe angetrieben wird. Der Tauchkörper(1) ist dabei exzentrisch auf einer Drehachse(2), die in der Nähe der Wasseroberfläche(3) drehbar gelagert ist, befestigt. Bei fortgesetzter Umdrehung der Drehachse(2) taucht der Tauchkörper(1), wie aus Figur 2 ersichtlich, periodisch in das Wasser ein und aus. Bei Drehung der Drehachse(2) mit konstanter Geschwindigkeit können periodische im Längsprofil sinusförmige Wellen(6) erzeugt werden, die der Meeresdünung ähnlich sind und oft im Versuchslaboratorium gewünscht werden. Dabei macht sich die Drehbewegung der Taucht körper unter Wasser in Bezug auf Widerstand und StrömungserR erzeugung kaum nachteilig bemerkbar, weil die Drehbewegung relativ langsam erfolgt.The wave generator system shown in Figure 1 consists of one Immersion body (1) which is driven by a motor (4) via a gear. Of the Immersion body (1) is eccentric on an axis of rotation (2) which is close to the Water surface (3) is rotatably mounted, attached. With continued rotation The immersion body (1) dips periodically along the axis of rotation (2), as can be seen from FIG in and out of the water. When rotating the axis of rotation (2) at constant speed periodic waves (6) that are sinusoidal in the longitudinal profile can be generated, which the Are similar to sea swell and are often desired in the test laboratory. Included makes the rotating movement of the diving body underwater in relation to resistance and StrömerR generation hardly noticeable disadvantageous because of the rotary motion occurs relatively slowly.

Bei Verwendung eines Tauchkörpers(7) bestehend aus einem Zylinder mit elliptischer oder ähnlicher Grundiläche entsprech= end Figur 3 kann man bei Drehung der Drehachse(2) ungleichförmige Wellen mit überhöhten Wellenkämmen erzeugen.When using an immersion body (7) consisting of a cylinder with an elliptical or similar base area corresponding to Figure 3 can be found at Rotation of the axis of rotation (2) produce irregular waves with excessive wave crests.

Besteht der Tauchkörper entsprechend Figur 4 aus einer rotations= symmetrischen Grundform mit unregelmäßig gewellter Oberfläche(8), so werden bei Umdrehung dieses unregelmäßigen Tauchkörpers längere Grundwellen mit kleineren, überlagerten Oberwellen(9) erzeugt, wie sie ähnlich in der Natur beobachtet werden0 An Küsten mit starkem Wellengang stellt das Wellenreiten einen beliebten Sport dar. Durch künstliche Erzeugung ausreichendhoher und langer Wellen soll dieser Sport auch an künstlichen Stränden möglich werden. Die erfindungsgemäße Wellenerzeugeranlage ist mit ihrem außerordentlich hohem Wirkungsgrad zur Erzeugung der= artig starker Wellen besonders gut geeignet. Beim Wellenreiten brauchen die Wellen nicht unbedingt periodisch anzulaufen, es genügt jeweils eine sogenannte Stoßwelle in gröberen Zeitab= ständen. Zu diesem Zweck wird die Wellenerzeugeranlage entsprechend der Erfindung in erforuerlicher Größe ausgeführt und die taucht körper(1O) werden dabei entsprecherdFigur 5 durch Übergewichte(11), die größer sind als das Gewicht des vom Tauchkörper(10) verdräng= ten Wassers, belastet. In seiner Ruhelage würde der Tauchkörper voll untergetaucht an der Drehachse(2) hängen. Die Åustauchbev wegung erfolgt mit Hilfe eines Motors und stark untersetzendem Getriebe sehr langsam, um den Leistungsaufwand niedrig zu halten.If the immersion body according to FIG. 4 consists of a rotation = symmetrical basic shape with an irregularly corrugated surface (8) Rotation of this irregular immersion body, longer fundamental waves with smaller, superimposed harmonics (9), as they are similarly observed in nature0 Surfing is a popular sport on coasts with strong waves. The aim of this sport is to artificially generate waves that are sufficiently high and long also become possible on artificial beaches. The wave generator system according to the invention is with its extraordinarily high efficiency for generating the = kind of strong Waves particularly well suited. When surfing the waves don't necessarily need to be to start periodically, a so-called shock wave in a coarser time interval is sufficient in each case stands. For this purpose, the wave generator system according to the invention Executed in the required size and the immersed body (1O) will be corresponding figure 5 by overweights (11), which are greater than the weight of the immersion body (10) displaced water, polluted. In its rest position, the immersion body would be fully submerged hang on the axis of rotation (2). The exchange movement takes place with the help of a motor and high reduction gear very slowly, in order to keep the power expenditure low to keep.

Die Erzeugung der Stoßwelle geschieht beim Eintauchen des sich frei unter Gravitation der lYbergewichte(11) drehenden Tauch= körpers(10), nachdem er seinen Kulminationspunkt erreicht hat.The generation of the shock wave happens when you immerse yourself freely under gravity of the upper weights (11) rotating immersion body (10) after it has reached its culmination point.

Sobald sich der Tauchkörper(10) wieder in seiner Ruhelage be= findet, greift der Motor-antrieb ein und führt die Austauchbe2 wegung durch, bis der Kulminationspunkt des Tauchkörpers- zu einer neuen Stoßwellenerzeugung erreicht ist.As soon as the immersion body (10) is in its rest position again, the motor drive intervenes and carries out the exchange movement until the culmination point of the immersion body to a new shock wave generation is reached.

Zur Erzeugung von Wellen, deren Wellenkammlinien(14) mit einem Winkel zur Erzeugeranlage(12) austreten oder aYe gebogene Wellenkammlinien aufweisen, wird erfindungsgemäß eine Anordnung (12) entsprechend Figur 6 benutzt. Auf der starren Drehachse(2) sind Tauchkörpersegmente(13) verdreht gegeneinander fest angel ordnet. Dabei ist die Drehachse(2) zum jeweiligen Tauchkörper= segment(13) exzentrisch angeordnet. Bei fortgesetzter Drehung der Drehachse(2) tauchen die Tauchkörpersegmente(13) zeitlich nacheinander in das Wasser ein. Durch gezieltes Einstellen des Verdrehungswinkels von benachbarten Tauchkörpersegmenten(1 5) können beliebig schräg ablaufende Wellen(14) erzeugt oder verX bogene Wellenkanunlinien hervorgerufen werden.For generating waves whose crest lines (14) with an angle exit to the generator system (12) or aYe have curved crest lines According to the invention, an arrangement (12) according to FIG. 6 is used. On the stare Axis of rotation (2) are immersion body segments (13) twisted against each other firmly arranged angel. The axis of rotation (2) is arranged eccentrically to the respective immersion body = segment (13). With continued rotation of the axis of rotation (2), the immersion body segments (13) dive in time one after the other into the water. Through targeted adjustment of the angle of rotation Any inclined shafts (14) can be produced from adjacent immersion body segments (1 5) generated or bent wave channel lines are caused.

Mit Hilfe einer solchen Anlage ist es möglich, in Schwimmbecken interessante Wellenbilder zu erzeugen mit auf den Strand schräg zulaufenden Wellen, die eine interessantere Brandung ergeben, den Meereswellen ähnlicher sind und dadurch die Badefreuden erhöhende In Wasserbauversuchslaboratorien sind Wellenerzeugeranlagen nots wendig, die 3ede beliebige Wellenform erzeugen können, um die Wellenbewegungen in Künstenmodellversuchen mit den in der Natur auftretenen Wellenbeugungen und Wellenbrechungen genauestens simulieren zu können. Die beschriebene Wellenerzeugeranlage(12) bietet sich wegen ihrer einfachen Konstruktion und des guten Wirkungsgrades anO Dabei ist noch zu beachten, daß bei schräg austretenen Wellen der-Wirkungsgrad günstiger wird, wenn kon= struktionsmäßig beachtet wird, daß bei der verdrehten Anordnung der Tauchkörpersegmente(13) gegeneinander die Gewichtskräfte beim Austauchen einiger Tauchkörpersegmente(13) mit den Verdrängungs= kräften beim Eintauchen der übrigen Tauchkörpersegmente möglichst ausgeglichen sind. Um besonders schöne und glatte Wellen mit einer solchen Anlage zu erreichen, sind viele schmale Taucht körpersegmente(13) anzuordnen oder im Idealfalle sogar annähernd unendlich schmale Segmente, was zu der Form eines um die Drehachse(2) spiralförmig verwundenen Tauchkörpers führen würde.With the help of such a facility it is possible to get interesting in swimming pools To create wave images with waves tapering towards the beach, the one result in more interesting surf, are more similar to the ocean waves and thus the In hydraulic engineering test laboratories there are wave generator systems nots agile, which can generate any waveform to support the wave movements in art model experiments with the wave diffraction and wave refraction occurring in nature to be able to simulate precisely. The wave generator system (12) described offers because of their simple construction and good efficiency it should also be noted that the efficiency is more favorable with shafts emerging at an angle, if construction-wise attention is paid to the fact that with the twisted arrangement of the immersion body segments (13) the weight forces against each other when some immersion body segments emerge (13) with the displacement forces when immersing the remaining immersion body segments, if possible are balanced. To get particularly beautiful and smooth waves with such a system To achieve, many narrow submerged body segments (13) are to be arranged or ideally even almost infinitely narrow segments, resulting in the shape of a around the axis of rotation (2) spiral wound immersion body would lead.

Entsprechend Figur 7 kann die Wellenerzeugeranlage(15) mit nur zwei Tauchkörpersegmenten(16), die um 180 6iad - oder annähernd soviel - verdreht gegeneinander exzentrisch auf der Drehachse(2) angeordnet sinds versehen sein. Dabei ergeben sich leistungsmäßig Vorteile, weil eintauchende und austauchende Teile des Taucht körpers(15) sich jeweils die Waage halten. Durch das abwechselnde Ein- und Austauchen der Tauchkörpersegmente(16) wird eine stehende Querwelle erzeugt, die bogenförmige Wellen ins Schwimmbecken entsendet. Dabei müssen natürlich Beckenbreite und Tauchkörper= länge für die jeweilige Wellenperiode in einem günstigen Verhältnis stehen, um für die Querwelle den Resonanziall zu erreichen.According to Figure 7, the wave generator system (15) with only two Immersion body segments (16) which are rotated by 180 6iad - or almost as much - against each other arranged eccentrically on the axis of rotation (2). This results performance Advantages because parts are immersed and immersed of the immersed body (15) each keep the balance. The alternating and when the immersion body segments (16) emerge, a standing transverse wave is generated, which sends arc-shaped waves into the pool. Of course, the width of the pelvis must be used and immersion body = length for the respective wave period in a favorable ratio stand in order to reach the Resonanziall for the transverse wave.

Bei Verwendung in Versuchslaboratorien und vorteilhafterweise auch für Schwimmbecken sollte die Wellenereugeranlage leicht regulierbar sein, um jede gewünschte Wellenform mit modellahnlicher Wellenlänge, Wellenperiode, Wellenhöhe und Wellenkamm= linie erzeugen zu können. Die Einstellung der Wellenlänge und der damit zusammenhängenden Wellenperiode ist direkt von der Drehzahl der Drehachse(2) abhängig und durch Vorstellen der Motore oder Getriebeübersetzungen oder über eine automatische Drehzahlregelung möglich und allen Wünschen anpaßbar. Die Wellenhöhe läßt sich bei der erfindungsgemäßen Wellenerzeuger= anlage dadurch leicht einstellen, daß der Abstand der Drehachse zur Wasseroberfläche verändert wird oder die Exzentrizität der Drehachse zur Tauchkörperschwerachse verstellbar ist oder auto= matisch reguliert wird.When used in test laboratories and advantageously also For swimming pools, the wave generator system should be easily adjustable to accommodate every Desired waveform with model-like wave length, wave period, wave height and wave crest = line to be able to generate. Adjusting the wavelength and the related wave period is directly from the speed of rotation axis (2) dependent and by introducing the motors or gear ratios or via a automatic speed control possible and adaptable to all requirements. The wave height can be easily adjusted in the wave generator system according to the invention, that the distance of the axis of rotation to the water surface is changed or the eccentricity the axis of rotation is adjustable to the immersion body's center of gravity or is automatically regulated will.

Eine geregelte automatische Verstellung der Drehzahl kombiniert mit einer automatischen Verstellung der Exzentrizität ermöglicht die Erzeugung von unregelmäßigen Wellen, die zeitlich vgaheinR ander verschiedene Höhen und gen aufweisen Für alle beschriebenen , erfindungsgemäßen Wellenanlagen können die Antriebsmotre und die Untersetzungsgetriebe innerhalb der Drehtauchkörper angeordnet werden um die unschönen Teile der Antriebsanlage von außen unsichtbar zu machen. Die gesamte An= lage kann überbaut und verstreckt angeordnet werden, so daß die Bewegungen der Tauchkörper unsichtbar bleiben.A regulated automatic adjustment of the speed combined with an automatic adjustment of the eccentricity enables the generation of irregular Waves that vary in time and have different heights and levels For everyone described, shaft systems according to the invention, the drive motors and the Reduction gears are arranged within the rotating plunger to avoid the unsightly To make parts of the drive system invisible from the outside. The entire system can be built over and stretched, so that the movements of the immersion body stay invisible.

Claims

1) Wave generator system with at least one immersion body, thereby characterized in that the immersion body (1,7,8,10,12, 15) with an eccentric axis of rotation (2) is arranged in such a way in water surface near that with continued drive the Axis of rotation (2) by a motor (4) the volume of the immersion body (1,7,8,10,12,15) in the water dips in and out

2) wave generator system according to claim 1, characterized in = net that the immersion body (1) consists of a rotationally symmetrical one eccentrically attached to the axis of rotation (2) Cylinder exists, which when the axis of rotation (2) rotates at a constant speed periodically dips into and out of the water and thereby generates sinusoidal waves (6).

3) wave generator system according to claim 1, characterized in that the immersion body (7) consists of a cylinder eccentrically attached to the axis of rotation (2) with an elliptical or similar base area, which when rotating the axis of rotation (2) periodically dips into and out of the water at constant speed and thereby irregular waves with excessive crests generated.

4) wave generator system according to claim 1, characterized in that the immersion body (8) consists of a displacement body (8) eccentrically attached to the rotary achae (2) with a corrugated surface, there is 2 when the rotation axis (2) is rotated periodically in the water plunges in and out, creating waves that come out of a lengthy one Fundamental wave with smaller, superimposed harmonic (9) exist.

5) wave generator system according to claim 1, characterized in that there he immersion body (12) from several eccentrically attached to the axis of rotation (2) and there is immersion body elements (13) arranged rotated relative to one another, which upon rotation the Rotation axis (2) with constant speed periodically time = Lich dive into and out of the water one after the other and waves with bent waves Corrugated chimney lines or with a corresponding selection of the angle of rotation of the immersion body segments (13) Wave fronts (14) emerging at an angle to one another from the wave generator system (12) produce.

6) wave generator system according to claim 5, characterized in that the immersion body segments (13) are adjustable and also during the rotation of the axis of rotation (2) are adjustable or rotated or adjusted against each other by servo drives can be.

7) wave generator system according to claims 1 to 6, characterized in that that the immersion body (15) has two immersion body segments (16) which by 180 degrees or approximately 180 degrees against each other twisted on the axis of rotation (2) are.

8) wave generator system according to claim 1, characterized in that the immersion body is arranged twisted in a spiral around the axis of rotation (2).

9) wave generator system according to claims 1 to 8, characterized in = denotes, that the immersion body (10) is loaded with weights (11) and is eccentric on the axis of rotation (2) is attached, after reaching the upper culmination point by the gravitational forces the weights (11) is set in rotation so that it is immersed in the Water creates a shock wave and after reaching the lowest point by a motor drive is turned up again to the upper culmination point.

1G) wave generator system according to claims 1 to 9, characterized geX, that the eccentricity of the axis of rotation (2) to the immersion body axis of gravity can be changed.

11) wave generator system according to claims 1 to 10, characterized in that that the speed of the axis of rotation (2). is changeable.

12) wave generator system according to claims 1 to 11, characterized in, that the distance between the axis of rotation (2) and the water surface can be changed. L. e e r e i t e