Как функционира система с противоток в басейн?

Основни физични принципи и функциониране на система за плуване срещу течението

Принципът на Бернули и балансът на импулса при противоположно насочен поток

Системите с противоток работят въз основа на принципа на Бернули. Когато водата се ускорява през тези струйни дюзи, се създават зони с по-ниско налягане, които засмукват околната вода и генерират напредващо движение. Тази разлика в налягането позволява на плувците да остават на едно място, без да бъдат изтласквани. Цялата система също разчита на балансиране на импулса. Плувците оказват съпротивление срещу течението, а системата реагира почти мигновено чрез регулиране на водния поток. Някои проучвания, публикувани миналата година в „Журнал по динамика на течностите“, показаха интересни резултати. Поддържането на скоростта на водата в рамките на приблизително ±0,2 метра в секунда намалява енергийната консумация с около 17 % спрямо по-старите системи, които не са способни на адаптация. Поддържането на всичко това обаче изисква доста мощни помпи. За олимпийски басейни става дума за машини с мощност между 80 и 120 конски сили само за компенсиране на силата, която хората развиват по време на плуване. Тези помпи трябва да прехвърлят кинетичната енергия с изключителна точност, за да осигуряват безупречно функциониране на цялата система.

Ламинарен срещу турбулентен режим на течение и тяхното влияние върху опита на плувците

Качеството на водния поток оказва значително влияние върху ефективността на тренировъчните сесии и върху усещането за комфорт у спортнистите. Ламинарният поток, който означава гладки, успоредни струи с минимални вибрации, осигурява на плувците стабилно съпротивление, необходимо за усъвършенстване на техниката на плуване и развитие на по-добри навици. От друга страна, турбулентният поток предизвиква непредсказуеми промени в налягането. Според проучване, публикувано миналата година в списание „Sports Engineering Review“, това може да направи тренировките до 34 % по-тежки, отколкото би трябвало да бъдат. Затова съвременните тренировъчни обекти започват да инсталират специални конусовидни дифузори и изравнители на потока. Тези устройства подпомагат постигането на гладко течение, като поддържат числата на Рейнолдс под 2000 — стойност, при която се осигуряват идеални условия за ламинарен поток. Плувците също забелязват реална разлика: когато нивото на турбулентност остава под 5 %, повечето хора твърдят, че не се изморяват толкова силно по време на интензивните анаеробни серии. Ако обаче потокът стане прекалено хаотичен, това нарушава нормалните дишанийни ритми от двете страни и затруднява правилното ангажиране на коремните мускули.

Основни компоненти, които осигуряват надеждна система с противоток

Високоэффективни помпи: дебит, напор и енергийна ефективност

Помпите по същество са „кръвта“ на всяка басейнна система. Когато става въпрос за домашни басейни, необходимо е да се преместват около 100 до 200 галона вода на минута, за да могат плувците да поддържат скоростта си — независимо дали просто плават или извършват тренировъчни кръгове. Важен е и напорът, тъй като при липса на достатъчна мощност водата няма да преодолее правилно всички тръби и дюзи, а течението ще се наруши. Тук на помощ идват помпите с променлива скорост. Те позволяват на потребителите да регулират скоростта на движение на водата, като намаляват електроенергийните разходи приблизително с 70 % в сравнение с традиционните едносpeed модели. С течение на времето това води до значителни спестявания, особено като се има предвид, че повечето хора пускат своите басейни в продължение на часове поред по време на плуване.

Конструкция на струйните дюзи: геометрия на дифузора и насочване на потока спрямо плувеца

Начинът, по който са проектирани дюзите, има решаващо значение при превръщането на високонапрежената вода в нещо действително полезно и стабилно за плувците. Когато дифузорът се разширява постепенно, той преобразува тази хаотична турбулентност в гладко протичаща вода, което намалява дразнещите малки водовъртежи, които износват оборудването по-бързо от обикновено. Повечето системи позволяват на операторите да регулират ъгъла с около плюс или минус петнадесет градуса, така че водната струя да удря точно в областта, където би бил торсът, осигурявайки равномерно съпротивление по цялото тяло по време на упражнение. Инженерите използват тези сложни компютърни модели, наречени CFD (числено моделиране на течения), за да оптимизират начина, по който водата излиза от системата, елиминирайки зони, където водата просто застои или излиза прекалено бързо в определени участъци. Това, което получаваме в крайна сметка, се усеща много по-естествено при плуване срещу течението и остава сравнително стабилно по цялата дължина на плувената лента, като варира не повече от десета метър в секунда от началото до края.

Типове системи с противотечно течение и сравнение на реалната им производителност

Днес системите с противоток основно се предлагат в два основни типа: такива, които се инсталират още при строителството на басейна, и други, които се добавят по-късно към вече съществуващи басейни. Интегрираните системи обикновено осигуряват около 15 до дори 20 процента по-добра последователност на потока, тъй като имат по-добро хидравлично насочване и по-здрава конструктивна поддръжка. Модернизационните блокове са значително по-евтини за първоначална инсталация – струват около 30–40 процента по-малко от тези, които се вграждат в нови басейни. Проучванията върху движението на водата установиха, че басейните, построени с тези системи, запазват гладък ламинарен поток около 25% по-дълго време по време на продължителни тренировки. За надземните версии те работят доста добре в плитки реабилитационни басейни, където контролираната турбулентност всъщност допринася за мускулното възстановяване и за преподаването на нервите как да функционират отново след травма. Когато става дума за спестяване на енергия, много важно е какъв тип помпа се използва. Помпите с променлива скорост могат да намалят годишните експлоатационни разходи с между 200 и 400 щатски долара в сравнение със старите едноскоростни модели в градските обекти. Въпреки това повечето хора, които инсталират тези системи, се сблъскват с проблеми относно еднородността на потока. Само около половината от модернизационните системи успяват да поддържат постоянна скорост на водното течение в рамките на ±5% на разстояние повече от два метра от изпускателните отвори, освен ако не се добавят специални елементи за изравняване на потока.

Практически съображения за инсталиране и оптимизиране на система с противотечно движение

Ръководни принципи за размерите въз основа на размерите на басейна и предвидената употреба (тренировки срещу рехабилитация)

Изборът на оборудване с правилните размери означава съгласуване на моделите на водното движение с формата на басейна и неговото предназначение. При тренировки за състезателно плуване повечето експерти препоръчват скорост на течението между 1,8 и 2,2 метра в секунда, което обикновено изисква помпи с мощност поне 15 конски сили, за да се създаде достатъчно съпротивление за укрепване на силата на гребането и поддържане на точен темп по време на състезания. При приложенията за рехабилитация нещата се променят значително. Тези приложения обикновено изискват по-меки течения със скорост около 0,8–1,2 метра в секунда, които често се осигуряват от по-малки системи с мощност 7–10 конски сили, които могат да се регулират според нуждите, без да оказват излишно напрежение върху ставите. Важно е и дълбочината на басейна – тя определя мястото за монтиране на дюзите. В басейни с дълбочина над 1,5 метра обикновено се изискват ъглови разпръскватели, за да се избегнат нестабилни повърхностни вълни или нежелани въздушни мехурчета. Преди да вземете каквото и да е решение за покупка, важно е да проверите всички параметри срещу графиките на производителя за воден поток и да извършите изчисления въз основа на действителния обем на басейна. Системи, които са твърде малки, водят до разочароващи несъответствия в силата на течението, докато прекомерно големите системи просто увеличават разхода на електроенергия и ускоряват износването на компонентите.

Практики за поддръжка, шумов контрол и енергоспестяване

Редовното поддържане удължава срока на експлоатация на системите и подобрява общата им производителност. Месечното почистване на филтрите за въздушен вход предотвратява запушването им и намаляването на водния поток. Веднъж на три месеца проверявайте дюзите-дифузори за наличие на калциеви отлагания или биопленка, които могат да се натрупват. Искате по-тих режим на работа? Монтирайте помпите върху вибрационни изолатори и разположете оборудването на поне 3 метра разстояние от ръбовете на басейна, за да се намали предаването на шум през стените. Помпите с променлива скорост са истинска революция, когато става дума за спестяване на енергия — те намаляват енергопотреблението с около 30 % спрямо старите едноскоростни модели. Още по-нататък: планирайте работата им през часовете с най-ниско тарифно натоварване и използвайте термоизолационни капаци, когато басейните не се използват — това може да намали разходите за повторно затопляне с 50 до 66 %. Не забравяйте да запечатате всички тръбни съединения с епоксидна смола от морски клас с високо качество. Дори малки течове тук-там могат да отнемат до 20 000 литра вода годишно, така че тази проста мярка прави значителна разлика както за ефективността, така и за икономията.

Часто задавани въпроси

На кой принцип се основават системите с противоток?

Системите с противоток се основават на принципа на Бернули, който използва разликите в налягането, за да поддържа положението на плувеца чрез съответна регулиране на водния поток.

Каква е разликата между ламинарния и турбулентния поток в тези системи?

Ламинарният поток осигурява гладки, успоредни струи, които са идеални за устойчива съпротива, докато турбулентният поток предизвиква непредсказуеми промени в налягането, които правят тренировките по-трудни.

Какви са двата основни типа системи с противоток?

Двата основни типа са интегрирани системи за нови басейни и модернизационни (ретрофит) устройства за съществуващи басейни, като интегрираните системи осигуряват по-добра последователност на потока.

Как мощността на помпата и дебитът на потока влияят върху производителността на системата?

Мощността на помпата и дебитът на потока са от решаващо значение, като изискванията им се различават при тренировки и при реабилитация, което оказва влияние върху съпротивлението, енергийната ефективност и разходите.

Какви практики за поддръжка повишават ефективността на системите с противоток?

Редовното почистване на входните филтри, проверката на дюзите-дифузори за отлагания и използването на вибрационни изолатори за по-тих режим на работа помагат да се поддържа ефективността на системата.