Kā darbojas pretplūsmas sistēma baseinā?

Galvenie fizikas principi un pretstrāvas sistēmas darbība

Bernulija princips un impulsa līdzsvars pretējās plūsmās

Pretpretplūsmas sistēmas darbojas, balstoties uz Bernulli principu. Kad ūdens pa šiem strūklu sprauslām palielina ātrumu, tas rada zemāka spiediena zonas, kas ievilkst apkārtējo ūdeni un rada priekšpusei vērsto kustību. Šis spiediena starpības starpība ļauj peldētājiem palikt vienā vietā, neiekļūstot citu spēku ietekmē. Visu šo procesu arī nosaka impulsa līdzsvara uzturēšana. Peldētāji spiež pret straumi, un sistēma gandrīz nekavējoties reaģē, pielāgojot ūdens plūsmu. Pagājušogad žurnālā «Journal of Fluid Dynamics» publicētās dažas pētījumu atziņas bija ļoti interesantas. Ja ūdens ātrumu uztur precīzi līmenī, kas atbilst ±0,2 m/s robežām, enerģijas patēriņš samazinās aptuveni par 17 % salīdzinājumā ar vecākām sistēmām, kurām nav adaptīvās regulēšanas iespējas. Tomēr visas šīs funkcijas uzturēšanai nepieciešami ļoti jaudīgi sūkņi. Olimpiskā izmēra peldbaseinos ir nepieciešami sūkņi, kuru jauda var būt no 80 līdz 120 zirgspēkiem, lai kompensētu cilvēku radīto spēku peldot. Šiem sūkņiem ir jāpārnes kinētiskā enerģija ļoti precīzi, lai visu sistēmu turpinātu darbināt gludi.

Slāņota un nemierīga plūsma un to ietekme uz peldētāja pieredzi

Ūdens plūsmas kvalitāte ietekmē treneru nodarbību efektivitāti un sportistu komfortu. Slāņaina plūsma, kas nozīmē gludas, paralēlas straumes ar minimālu vibrāciju, sniedz peldētājiem stabili pretestību, kas nepieciešama, lai pilnveidotu peldēšanas tehniku un attīstītu labāku tehniku. Otrādi, ja rodas vērpetēja plūsma, tā izraisa dažādas neprediktīvas spiediena izmaiņas. Saskaņā ar pērn publicētu pētījumu žurnālā "Sports Engineering Review", tas patiesībā var padarīt treniņus par aptuveni 34 % grūtākus, nekā tiem vajadzētu būt. Tāpēc modernās treniņu vietas sākušas uzstādīt īpašus konusveida difuzorus un plūsmas izlīdzinātājus. Šie ierīces palīdz uzturēt stabili darbību, saglabājot Reinoldsa skaitļus zem 2000 — tieši tajā diapazonā, kur tos vajadzētu uzturēt slāņainas plūsmas apstākļos. Arī peldētāji parasti pamanāma starpība. Kad vērpšana paliek zem 5 %, lielākā daļa cilvēku norāda, ka intensīvās anaerobās treniņu sērijās viņi nejūtas tik noguruši. Tomēr, ja plūsma kļūst pārāk haotiska, tā traucē normālus elpošanas ritmus abās pusēs un sarežģī pareizu centrālo muskulatūras iesaisti.

Galvenās sastāvdaļas, kas nodrošina uzticamu pretplūsmas sistēmu

Augstas efektivitātes sūkņi: plūsmas ātrums, spiediens un enerģijas efektivitāte

Sūkņi būtībā ir jebkuras baseina sistēmas dzīvības asinsrits. Mājas baseiniem, lai peldētāji varētu uzturēt savu ātrumu — vai nu vienkārši peldoties vai veicot peldēšanas lapsus — ir nepieciešams, lai katru minūti caur sistēmu plūstu aptuveni 100–200 galoni ūdens. Arī spiediens ir svarīgs, jo, ja tam nav pietiekami liela jauda, ūdens nevar pareizi izspiesties cauri visām caurulēm un sprauslām, un straume kļūst nestabila. Šeit noder mainīgās ātruma sūkņu sistēmas. Tās ļauj lietotājiem regulēt ūdens kustības ātrumu, kas samazina elektroenerģijas patēriņu aptuveni par 70 % salīdzinājumā ar vecajiem vienā ātrumā darbojošajiem modeļiem. Laika gaitā šis ietaupījums kļūst ļoti ievērojams, jo lielākā daļa cilvēku baseinus ekspluatē stundām ilgi tieši tad, kad peld.

Strūklakas sprauslu konstrukcija: difuzora ģeometrija un peldētāju centrēta plūsma

Tas, kā dizainēti šļūtenes izvadi, ir viss nozīmīgākais, pārvēršot augsta spiediena ūdeni par kaut ko patiešām noderīgu un stabili strāvojošu ūdeni peldētājiem. Kad difuzors paplašinās pakāpeniski, tas pārvērš haotisko turbulenci par gludu ūdens plūsmu, tādējādi samazinot nepatīkamās mazās virpuļstrāvas, kas nodara lielāku bojājumu aprīkojumam nekā parasti. Vairumā sistēmu operators var regulēt leņķi aptuveni ±15 grādu robežās, lai ūdens trāpītu tieši ap to vietu, kur būtu cilvēka augšdaļa, radot vienmērīgu pretestību visam ķermenim treniņa laikā. Inženieri izmanto sarežģītus datoru modeļus, ko sauc par CFD (computational fluid dynamics), lai precīzi pielāgotu ūdens izplūdi no sistēmas un novērstu vietas, kur ūdens vai nu pilnīgi nepārvietojas, vai izplūst pārāk ātri noteiktās zonās. Rezultātā iegūst daudz dabiskāku sajustu pretestību peldēšanai pret straumi, kura paliek diezgan stabila visā peldbaseina joslas garumā, mainoties ne vairāk kā 0,1 m/s no sākuma līdz beigām.

Pretestrāvas sistēmu veidi un reāllaika darbības salīdzinājums

Šodien pretplūsmas sistēmas pamatā ir divu galveno veidu: tās, ko uzstāda tieši tad, kad baseins tiek būvēts, un tās, ko vēlāk pievieno esošiem baseiniem. Iebūvētās sistēmas parasti nodrošina aptuveni 15 līdz pat 20 procentus labāku plūsmas vienmērību, jo tām ir efektīvāka hidrauliskā maršrutēšana un stiprāka strukturālā atbalsta sistēma. Pēc tam uzstādāmās (retrofit) vienības ir daudz lētākas uzstādīšanai sākumā — to uzstādīšanas izmaksas ir aptuveni par 30–40 procentiem zemākas nekā jaunu baseinu būvniecībā iebūvēto sistēmu izmaksas. Pētījumi par ūdens kustību ir atklājuši, ka ar šādām sistēmām būvēti baseini ilgstošu treniņu laikā saglabā gludu lamināro plūsmu aptuveni par 25% ilgāk. Virszemes versijām tās darbojas diezgan labi seklajos reabilitācijas baseinos, kur noteikta kontrolēta turbulences pakāpe pat palīdz muskuļu atjaunošanā un nervu sistēmas mācīšanā atkal darboties pēc traumas. Enerģijas taupīšanas jomā liela nozīme ir izvēlētajam sūknim. Mainīgās ātruma sūkņi var samazināt gadā ekspluatācijas izmaksas par $200–$400 salīdzinājumā ar vecmodīgajiem vienā ātrumā darbojošiem modeļiem pilsētas iekārtās. Tomēr lielākā daļa cilvēku, kas uzstāda šādas sistēmas, saskaras ar problēmām saistībā ar plūsmas vienmērību. Tikai aptuveni puse no visām pēc tam uzstādāmajām sistēmām spēj uzturēt ūdens kustību vienmērīgā ātrumā ar novirzi ne vairāk kā ±5% attālumā, kas pārsniedz divus metrus no izplūdes sprauslām, ja netiek pievienotas īpašas plūsmas izlīdzināšanas funkcijas.

Praktiski apsvērumi par pretplūsmas sistēmas uzstādīšanu un optimizāciju

Izmēru norādījumi, pamatojoties uz baseina izmēriem un paredzamo lietojumu (apmācība pret reabilitāciju)

Pareizā izmēra aprīkojuma iegāde nozīmē ūdens kustības raksturlielumu pielāgošanu baseina formai un tā funkcijām. Konkurētspējīgai peldēšanas apmācībai lielākā daļa ekspertu ieteic strāvas ātrumu diapazonā no 1,8 līdz 2,2 m/s, kas parasti prasa vismaz 15 ZS jaudas sūkņus, lai radītu pietiekamu pretestību spēka uzraudzībai un precīzai tempa uzturēšanai sacensību laikā. Rehabilitācijas vajadzībām situācija mainās diezgan būtiski. Šādām lietojumprogrammām parasti nepieciešamas mierīgākas straumes — aptuveni 0,8–1,2 m/s, ko bieži nodrošina mazākas 7–10 ZS jaudas sistēmas, kuras var regulēt pēc vajadzības, neiegūstot lieku slogu locītavām. Arī baseina dziļums ir svarīgs faktors, nosakot, kur novietot šos izplūdes sprauslas. Baseiniem, kuru dziļums pārsniedz 1,5 metrus, parasti nepieciešamas slīpi novietotas difuzoras, lai tie neradītu haotiskas virsmas viļņus vai neiesūktu nevēlamas gaisa burbuļus. Pirms pieņemt jebkādu pirkšanas lēmumu, ir svarīgi visu pārbaudīt pret ražotāja plūsmas diagrammām un veikt aprēķinus, pamatojoties uz faktisko baseina tilpuma mērījumiem. Pārāk mazas sistēmas izraisīs neapmierinošas nepastāvības straumes stiprumā, savukārt pārmērīgi lielas sistēmas vienkārši patērē lieku elektrību un ātrāk nodilst komponenti, nekā tas būtu nepieciešams.

Uzturēšana, trokšņa kontrole un energotaupības labākās prakses

Regulārā tehniskā apkope ļauj sistēmām ilgāk darboties un kopumā nodrošināt labāku veiktspēju. Mēneša grafikā notīriet ieplūdes filtrus, lai novērstu to aizsērēšanos un samazinātu ūdens plūsmu. Katru trīs mēnešus pārbaudiet šļūtenes izkliedētājus, vai uz tiem nav veidojušās kalcija nogulsnes vai bioplēves, kas var būt sākušas veidoties. Vai vēlaties klusāku darbību? Uzstādiet sūkņus uz vibrācijas izolatoriem un novietojiet aprīkojumu vismaz 3 metrus attālumā no baseina malām, lai samazinātu trokšņa pārnešanu caur sienām. Mainīgās ātruma sūknis ir patiesa revolūcija enerģijas taupīšanā — tās elektroenerģijas patēriņš ir aptuveni par 30 % zemāks salīdzinājumā ar vecmodīgajiem vienā ātrumā darbojošajiem modeļiem. Turpinot tālāk, plānojiet sistēmas darbību ārpus galvenajām slodzes stundām un izmantojiet termiskās segas, kad baseini nav lietošanā — tas var samazināt atkārtotas sildīšanas izmaksas par pusi līdz divām trešdaļām. Neaizmirstiet visus cauruļvadu savienojumus noslēgt ar augstas kvalitātes jūras klases epoksīda līmi. Pat neliela noplūde šeit vai tur katru gadu var izraisīt pat līdz 20 000 litru ūdens zaudējumus, tāpēc šis vienkāršais pasākums ievērojami uzlabo gan efektivitāti, gan izmaksu taupījumu.

Biežāk uzdotie jautājumi

Uz kāda principa balstās pretplūsmas sistēmas?

Pretplūsmas sistēmas balstās uz Bernulli principu, kas izmanto spiediena starpības, lai uzturētu peldētāja pozīciju, atbilstoši regulējot ūdens plūsmu.

Kā laminārā plūsma atšķiras no turbulentās plūsmas šajās sistēmās?

Laminārā plūsma nodrošina gludas, paralēlas straumes, kas ir ideālas stabila pretestības nodrošināšanai, kamēr turbulentā plūsma rada neprediktīvas spiediena izmaiņas, kas padara fiziskās aktivitātes grūtākas.

Kādi ir divi galvenie pretplūsmas sistēmu veidi?

Divi galvenie veidi ir integrētās sistēmas jauniem baseiniem un pēc tam uzstādāmās vienības esošiem baseiniem, kur integrētās sistēmas nodrošina labāku plūsmas vienmērīgumu.

Kā sūkņa jauda un plūsmas ātrums ietekmē sistēmas darbību?

Sūkņa jauda un plūsmas ātrums ir būtiski faktori; to prasības atšķiras atkarībā no mērķa — treneru vajadzībām vai reabilitācijai — un tādējādi ietekmē pretestību, enerģijas efektivitāti un izmaksas.

Kādas apkopes procedūras uzlabo pretplūsmas sistēmu efektivitāti?

Regulāra ieplūdes filtru tīrīšana, sprauslu difuzoru pārbaude nogulsnēm un vibrācijas izolatoru izmantošana klusākai darbībai palīdz uzturēt sistēmas efektivitāti.