Nachricht

May 24, 2023

Wie Wellenbäder funktionieren

Die moderne Zivilisation ist voller künstlicher Nachbildungen der Natur. Menschen schmücken Häuser mit künstlichen Weihnachtsbäumen, tragen Kunsthaare, spielen Spiele auf Kunstrasen und bauen Zookäfige

Die moderne Zivilisation ist voller künstlicher Nachbildungen der Natur. Menschen schmücken Häuser mit künstlichen Weihnachtsbäumen, tragen künstliche Haare, spielen Spiele auf Kunstrasen und bauen Zookäfige mit künstlichen Steinen. Wissenschaftler haben sogar künstliche Herzen entwickelt!

Eine der seltsamsten Naturnachbildungen der Menschheit ist das künstliche Meeresufer, auch Wellenbad genannt. Bei diesen beliebten Wasserparkattraktionen handelt es sich um sanierte, reglementierte Neuauflagen der wilden, organischen Brandungen, die die Natur geschaffen hat. In Wellenbecken ist das Wasser gechlort, der Strand ist betoniert und die Wellen kommen alle paar Minuten wie am Schnürchen.

Werbung

In diesem Artikel werfen wir einen Blick hinter die Kulissen von Thunder Bay, der Hauptattraktion im Wet 'n Wild Emerald Pointe in Greensboro, NC. Wie wir sehen werden, bedarf es einer Menge hochentwickelter, leistungsstarker Ausrüstung, um die Wellen den ganzen Tag lang in Bewegung zu halten. Aber die Grundidee ist sehr einfach.

Im Meer werden die meisten Wellen durch den Wind erzeugt. Die strömende Luft drückt einige Wassermoleküle zusammen und erzeugt an einer bestimmten Stelle einen Wasseranstieg – eine Störung der Meeresoberfläche. Diese Moleküle drücken auf die Moleküle neben ihnen, diese wiederum auf die Moleküle neben ihnen und so weiter. Auf diese Weise wird die Störung entlang der Meeresoberfläche weitergeleitet, während die einzelnen Wassermoleküle in etwa im gleichen Bereich bleiben.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Art von Wellenbewegung zu reproduzieren. Alles, was Sie brauchen, ist ein Becken mit Wasser und ein Mittel, um eine periodische Störung zu erzeugen. Sie können einen starken Luftstoß entlang der Oberfläche, ein rotierendes Schaufelrad (wie es auf Dampfschiffen verwendet wird) oder einen oszillierenden Kolben verwenden. Grundsätzlich drückt man an einer Stelle auf das Wasser und diese Energie wandert nach außen, durch das umgebende Wasser. Das Gleiche passiert, wenn man einen Stein in einen Teich wirft.

Werbung

Emerald Pointe verfügt über ein Wellenbad dieser Art auf Splash Island, einem Schwimmbereich für jüngere Kinder. In diesem Becken breiten sich vom tieferen Ende, direkt unter einer Vulkanstruktur, sanfte Wellen aus und spülen an den kleinen Strand.

Werfen wir einen Blick auf die Maschinerie, die dies ermöglicht.

Werbung

Die Maschinerie, die den Welleneffekt im Wellenbecken von Emerald Pointe erzeugt, ist sehr einfach. In einem Pumpenraum unterhalb des Beckens bläst ein Hochgeschwindigkeitsventilator Luft in ein breites Metallrohr, das zu einer Auslassöffnung am Fuß des Vulkans führt. In der Mitte dieses Rohres befindet sich eine Absperrklappe, eine breite Scheibe mit einer drehbaren Metallachsenstange. Wenn die Stange in eine Richtung geschwenkt wird, liegt die Scheibe horizontal im Rohr und blockiert so den Luftstrom. Wenn die Stange in die andere Richtung geschwenkt wird, bewegt sich die Scheibe in eine vertikale Position, sodass die Luft passieren kann.

Ein hydraulischer Kolben schwenkt die Stange in regelmäßigen Abständen hin und her, sodass kurze Druckluftstöße bis zur Auslassöffnung strömen können. Diese Luftstöße blasen auf das Wasser am Fuße des Vulkans und erzeugen fließende Wellen.

Werbung

Mit dieser Art von System ist es ziemlich einfach, kleine Wellen zu erzeugen, aber es ist viel schwieriger, große, surfbare Wellen zu formen. Sie würden einen absurd intensiven Luftstoß oder einen großen, furchtbar starken Kolben benötigen. Solche Geräte wären wahrscheinlich ineffizient, umständlich und gefährlich, sodass sie sich nicht als besonders gute Wasserparkattraktionen eignen würden. Stattdessen nutzen Wasserparks wasserpumpende Wellensysteme. In den nächsten Abschnitten werden wir sehen, wie diese Art von Wellenbad funktioniert.

Im letzten Abschnitt haben wir uns ein extrem einfaches Wellenbad angesehen. Bei dieser Konstruktion üben kurze Druckluftstöße Kraft auf ein relativ stabiles Wasserbecken aus. Dadurch entstehen kleine Wellen, die sich entlang der Wasseroberfläche nach außen erstrecken.

Eine größere Wellenbadanlage funktioniert anders. Anstatt mit Luft oder einem Paddel auf das Wasser zu drücken, schüttet die Wellenmaschine eine riesige Wassermenge in das tiefe Ende des Beckens. Der Wasserschwall breitet sich bis zum Strand aus; der Wasserstand im Becken gleicht sich wieder aus. Da Wasser ziemlich schwer ist, drückt es sehr stark, um sein eigenes Niveau zu finden. Wenn Sie mehr Wasser hineinschütten, erhöhen Sie die Größe und Stärke der Welle.

Werbung

An diesem Prozess sind viele leistungsstarke Geräte beteiligt, aber die Idee ist ziemlich einfach. Das Wellenbad besteht aus fünf Grundteilen:

Werbung

Robert Bochenski, der Wartungsleiter bei Emerald Pointe, vergleicht das Wellenbad vom Typ „Thunder Bay“ mit einer riesigen Toilette. Das Pumpensystem saugt Wasser aus dem Rücklaufkanal in den Sammelbehälter, genauso wie eine Toilette Wasser aus der Wasserleitung in ihren Tank saugt. Wenn der Wasserstand im Behälter hoch genug ist, öffnet das System die Ablassventile am Boden des Behälters. Das ist wie eine Toilettenspülung: Sie leitet das gesamte gesammelte Wasser in den Pool und erzeugt so die Welle.

In diesem System zirkuliert das Wasser ständig. Es bewegt sich vom tiefen Ende des Beckens hinaus zum Kanal, um das Pumpsystem herum und zurück in das tiefe Ende des Beckens. Der Rücklaufkanal ist umzäunt, sodass Schwimmer niemals dem Pumpmechanismus ausgesetzt sind.

Werbung

Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, das Wellenerzeugungssystem in diesem Setup zu konfigurieren. Im nächsten Abschnitt werfen wir einen Blick auf die spezifischen Maschinen, die in der Thunder Bay von Emerald Pointe verwendet werden.

An einem arbeitsreichen Tag nehmen Tausende und Abertausende Menschen ein Bad im Wellenbad von Thunder Bay, und selbst die saubersten unter ihnen hinterlassen eine gewisse Menge Schmutz und Öl. Um das Wasser hygienisch zu halten, betreibt Emerald Pointe rund um die Uhr ein Filtersystem.

Das Thunder Bay-Wellenbad verwendet sechs massive Filter, die sich direkt hinter dem Wellengenerator befinden. Eine leistungsstarke Pumpe saugt Wasser aus dem Kanal an, fördert es durch das Filtersystem und schießt sauberes Wasser wieder heraus. Das gesammelte Schmutzwasser wird in die fast eine Meile entfernte städtische Abwasserleitung gepumpt.

Thunder Bay hat am tiefen Ende einen Durchmesser von 84 Fuß (26 m) und ist mehr als 400 Fuß (122 m) lang. Insgesamt fasst das Becken etwa 2 Millionen Gallonen (7,6 Millionen Liter) Wasser, und die Welle selbst fasst 90.000 Gallonen (341.000 Liter). Um eine so große Welle zu erzeugen und sie über das gesamte Becken zu verteilen, braucht man ziemlich schweres Gerät.

Der Wellengenerator verwendet eine 100-PS-Pumpe, eine 200-PS-Pumpe und eine 300-PS-Pumpe. Jede Pumpe hat oben einen Motor, der eine lange Antriebswelle dreht. Die Antriebswelle erstreckt sich durch ein Rohr nach unten zu einem Propeller, der 4 m unter Wasser positioniert ist. Wenn sich die Antriebswelle dreht, dreht sie den Propeller, der Wasser durch das Rohr nach oben treibt (so wie ein rotierender Ventilator Luft nach vorne treibt).

Werbung

Auf der Basisebene der Pumpe krümmt sich das Rohr, verläuft 6 Fuß (1,8 m) horizontal, krümmt sich dann nach oben und steigt weitere 10 Fuß (3 m) an, bevor es schließlich in den Wasserbehälter mündet. Insgesamt bewegen die Pumpen das Wasser 29 Fuß (9 m)! Bei ihrer Standardgeschwindigkeit fördern die Pumpen etwa 40.000 Gallonen (150.000 l) Wasser pro Minute.

Der Wasserbehälter ist in acht miteinander verbundene Kammern unterteilt, jede mit einem eigenen Ablassventil. Das Ablassventil besteht aus drei Hauptelementen:

Da die Metallstreben frei auf dem stationären Stahlträger schwenken, können Sie die Ventilplatte hin und her schwenken. Die Platte ist ziemlich schwer, sodass sie natürlich über den Ventilsitz schwingt. Dadurch wird der Behälter verstopft, sodass kein Wasser austreten kann. (Eine Gummidichtung um den Ventilsitz verhindert, dass das Ventil zu stark leckt.)

Wenn unter Druck stehendes Öl zum Hydraulikzylinder geleitet wird, bewegt es den Kolben mit großer Kraft. Dadurch wird auf die Metallstreben gedrückt. Die Ventilplatte ragt nach außen und verschließt den Wasserbehälter. Das Wasser fällt direkt unter dem Reservoir in einen geschwungenen Durchgang, der zum Becken führt. Während das Wasser in den Pool strömt, bildet es eine Art Riff im Betonboden. Dadurch wird das fließende Wasser so fokussiert, dass es sich in einer großen, surfbaren Welle bewegt.

Die Wasserpumpen erledigen die meiste Arbeit beim Aufbau einer Welle, aber das Hydrauliksystem ist das entscheidende Element, das sie tatsächlich in Gang bringt. Im nächsten Abschnitt betrachten wir den einfachen, aber genialen Mechanismus, der dieses System steuert.

Ein Wellenbad verliert, wie jedes Schwimmbad, ständig Wasser. Ein Teil davon verdunstet in der Luft, ein Teil wird herausgefiltert und ein guter Teil wird in der Badekleidung (und am Körper) der Schwimmer abtransportiert.

Um den Wasserstand in Thunder Bay aufrechtzuerhalten, muss Emerald Pointe ständig neues Wasser nachpumpen. Der Park ist an die städtische Wasserleitung angeschlossen, das meiste Wasser stammt jedoch aus mehreren unterirdischen Brunnen. Die Brunnen pumpen Wasser in den Wellenbadkanal sowie in andere Zulaufbecken im Park. Die Installation der Wasserbrunnen erforderte eine hohe Anfangsinvestition, bedeutete aber auf lange Sicht deutlich niedrigere monatliche Wasserrechnungen.

Werbung

Im letzten Abschnitt haben wir gesehen, dass die Ventile des Wellengenerators durch hydraulische Kolben geöffnet werden. Wie bei den meisten hydraulischen Maschinen werden diese Kolben von einer einfachen Hydraulikpumpe angetrieben. Die Pumpe sorgt dafür, dass ein gleichmäßiger Druckölstrom in das System fließt. Emerald Pointe verwendet tatsächlich Pflanzenöl anstelle von normalem Maschinenöl, da die Gefahr besteht, dass das Öl in das Wellenbad gelangt.

Im Wellengenerator wird der Ölfluss durch ein Wegeventil gesteuert. Das Ventil ist mit mehreren Schläuchen verbunden, die zu Folgendem führen:

Werbung

Würde man einen der Kolbenzylinder aufschneiden, würde man etwa Folgendes sehen:

Sie können sehen, dass die Kolbenstange, die sich außerhalb des Zylinders erstreckt, tatsächlich von einem Kolbenkopf im Zylinder bewegt wird. Auf beiden Seiten dieses Kolbenkopfes befindet sich Flüssigkeit, die über zwei verschiedene Schläuche zugeführt wird. Ist die Kraft auf der blauen Seite größer, bewegt sich der Kolben nach links, ist sie auf der orangen Seite höher, bewegt sich der Kolben nach rechts. Um die Richtung der Kraft zu ändern, hören Sie auf, Öl auf eine Seite zu pumpen, und beginnen, es auf die andere Seite zu pumpen. Diese Art von Kolbenzylinder wird üblicherweise als Hydraulikzylinder bezeichnet.

Das Wegeventil leitet den Durchfluss zu diesen Stößeln. Es verfügt über eine kleine Spule, die sich hin und her bewegt, wodurch einige Einlass- und Auslassöffnungen blockiert und andere geöffnet werden.

Wenn sich der Schieber links befindet, gelangt das Hochdrucköl zur linken Seite des Zylinders und drückt den Kolben nach außen. Wenn sich die Spule nach rechts befindet, drückt sie den Kolben zurück. Während das Hochdrucköl auf einer Seite drückt, wird das Niederdrucköl auf der anderen Seite zurück in den Öltank gedrückt.

Die Spule wird durch einen einfachen Magneten (einen elektromagnetischen Schalter, der durch elektrischen Strom gesteuert wird) hin und her bewegt. Der Magnet wird durch einen elektrischen Timer gesteuert. Alle zwei Minuten aktiviert der Timer das Magnetventil, sodass es die Kolben einige Sekunden lang herausdrückt und dann wieder hineinzieht. Dadurch werden alle Ablassventile geöffnet und eine Welle erzeugt.

Eines der erstaunlichsten Dinge an diesem Steuerungssystem und dem Wellengenerator im Allgemeinen ist seine Haltbarkeit. Den ganzen Sommer über startet die Crew von Emerald Pointe die Wellen im Morgengrauen und schaltet das System erst dann ab, wenn der Park am Abend schließt. Das ist eine harte Arbeitswoche!

Werbung