EP2289605B1

EP2289605B1 - Transportabler Wasserumlaufkanal

Info

Publication number: EP2289605B1
Application number: EP20100171722
Authority: EP
Inventors: Wigand Dipl.-Ing. Fitzner; Klaus Dr. Döge
Original assignee: TZ Technisches Zentrum Entwicklungs- & Handelsgesellschaft mbH
Current assignee: Tz Technisches Zentrum Entwicklungs- & Handelsgese
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-08-03
Also published as: DE102009038451A8; DE102009038451A1; EP2289605A1; RU2540737C2; RU2010134795A

Description

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.
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.
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.
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.
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.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen für Wasserumlaufkanäle bekannt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Um eine strömungstechnisch besonders günstige Umlenkung zu erreichen, muss die Relation $\frac{r_{a}}{r_{i}} < \frac{4}{(\frac{a_{2}}{a_{1}})}$
erfüllt sein.

mit: a₁ = lichte Weite des Umlenkkanals am Eintritt
a₂ = lichte Weite des Umlenkkanals am Austritt
r_i = Außenradius des Zwischenbodens (Innenradius des Umlenkkanals)
r_a = Innenradius des Halbrohrs (Außenradius des Umlenkkanals)

Übliche Werte von a₂/a₁ (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 a₂/a₁ < 1,5 ist die Ablösegefahr wesentlich geringer, sodass die berechneten Winkel dann kleiner als 10° sind.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Darüber hinaus erfordern die Umlenkeinrichtungen und der Kurzdiffusor nur einen vergleichsweise geringen bautechnischen Aufwand.
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.
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.
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.
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.

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.
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.
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.
Ein Umlauf des Wassers gestaltet sich daher wie folgt:
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.
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 a₂) als an dessen Unterseite (kleinere lichte Weite a₁). 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.
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.
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

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
r_i: Außenradius des Zwischenbodens
r_a: Innenradius des Halbrohrs

Claims

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.
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 (r_i) des Zwischenbodens (2) und den Innenradius (r_a) des Halbrohrs (8) die Beziehung r_a/r_i<4/(a₂/a₁) gilt.
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.
Wasserumlaufkanal nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe bei kleinen Nabenverhältnissen als Spitze ausgeformt ist.
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.
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.
Wasserumlaufkanal nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Zwischenbodens (2) 10 bis 60% des Radius des Halbrohres entspricht.
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.
Wasserumlaufkanal nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle eingesetzten Pumpen (4) schnellläufige Axialpumpen mit gleichen Leistungsparametern sind.
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.