ウェーブプールのしくみ

現代文明は自然の人工的な再現で満たされています。人々は人工的なクリスマスツリーで家を飾り、人工毛を身に着け、人工芝でゲームをし、人工岩で動物園の檻を作ります。科学者たちは人工心臓さえ開発しました！

人類の最も奇妙な自然の再現の1つは、波のプールとしても知られる人工の海岸です。これらの人気のあるウォーターパークのアトラクションは、自然によって作成された野生の有機的な波の消毒された、計画された改訂です。波のプールでは、水は塩素処理され、ビーチはコンクリートで、波は時計仕掛けのように数分に1回到着します。

この記事では、ノースカロライナ州グリーンズボロにあるウェットアンドワイルドエメラルドポイントのメインアトラクションであるサンダーベイの舞台裏を垣間見ることができます。後でわかるように、波を一日中転がし続けるには、多くの洗練された強力な機器が必要です。しかし、基本的な考え方は非常に単純です。

コンテンツ

1. 波を作る
2. 人工波
3. 水を足す（注ぐ）だけ
4. 巨大な超クリーントイレ
5. さらけ出す
6. 油と水

海では、ほとんどの波は風によって作られます。急いでいる空気は、いくつかの水分子を一緒に押して、特定のポイントで水のうねり（海面の乱れ）を生成します。これらの分子は、隣の分子を押し、隣の分子を押します。このようにして、個々の水分子がほぼ​​同じ領域にとどまる一方で、擾乱は海の表面に沿って通過します。

このタイプの波のアクションを複製する方法はいくつかあります。必要なのは、水たまりと周期的な擾乱を作り出す何らかの手段だけです。表面に沿って強い空気を吹き付けるか、回転するパドルホイール（蒸気船で使用されるもののような）または振動するプランジャーを使用できます。基本的に、あなたはある時点で水を押すと、このエネルギーは周囲の水を通って外側に移動します。これは、池に岩を落としたときに起こることと同じです。

エメラルドポイントは、小さな子供向けのスイミングエリアであるスプラッシュアイランドにこの種の波のプールを備えています。このプールでは、火山構造の真下の深い端から穏やかな波紋が広がり、小さなビーチに打ち上げられます。

これを実現する機械を見てみましょう。

エメラルドポイントの波のプール内に波及効果を生み出す機械は非常に単純です。プールの下のポンプ室では、高速ファンが幅の広い金属パイプに空気を吹き込み、火山の底にある排気口につながっています。このパイプの真ん中には、バタフライバルブがあります。これは、回転する金属製の軸ロッドを備えた幅の広いディスクです。ロッドが一方向に回転すると、ディスクはパイプ内で水平に静止し、空気の流れを遮断します。ロッドを反対方向に回転させると、ディスクが垂直位置に移動し、空気が通過できるようになります。

油圧ピストンが加圧された空気の短いバーストが排気ポートまで流れることができるように、一定の間隔でロッドの前後に旋回します。これらの空気の爆発は火山の底の水を吹き、流れる波紋を生成します。

この種のシステムでは、小さな波を作るのはかなり簡単ですが、大きなサーフィン可能な波を作るのははるかに困難です。とてつもなく激しい空気の吹き付け、または大きくて非常に強力なプランジャーが必要になります。そのようなデバイスは、非効率的で、扱いにくく、危険である可能性が高いため、特に優れたウォーターパークのアトラクションにはなりません。代わりに、ウォーターパークは揚水波システムを使用しています。次のいくつかのセクションでは、この種のウェーブプールがどのように機能するかを見ていきます。

前のセクションでは、非常に単純なウェーブプールについて説明しました。この設計では、加圧空気の短いバーストが比較的安定した水のプールに力を加えます。これにより小さな波が発生し、水面に沿って外側に広がります。

より大きな波のプールシステムは異なった働きをします。波機は、空気や櫂で水を押す代わりに、大量の水をプールの奥に投棄します。水の急増はビーチまでずっと伝わります。水位のプールでは、再び釣り合います。水はかなり重いので、それ自身のレベルを見つけるのは非常に困難です。より多くの水を捨てると、波のサイズと強さが増します。

このプロセスには多くの強力な機器が関係していますが、アイデアは非常に単純です。ウェーブプールには、5つの基本的な部分があります。

エメラルドポイントのメンテナンスマネージャーであるロバートボチェンスキーは、「サンダーベイ」タイプの波のプールを巨大なトイレと比較しています。ポンプシステムは、トイレが給水管からタンクに水を引き込むのと同じ方法で、戻り水路から収集貯水池に水を引き込みます。貯水池の水位が十分に高くなると、システムは貯水池の底にあるリリースバルブを開きます。これはトイレの水を流すようなものです。集めた水をすべてプールに捨て、波を作ります。

このシステムでは、水は常に循環しています。それは、プールの最深部から運河に出て、ポンプシステムの周りに移動し、プールの最深部に戻ります。戻り運河はフェンスで囲まれているため、スイマーはポンプ機構にさらされることはありません。

このセットアップで波を生成するシステムを構成する方法はいくつもあります。次のセクションでは、エメラルドポイントのサンダーベイで使用されている特定の機械を見ていきます。

清潔に保つ

忙しい日には、何千人もの人々がサンダーベイの波のプールに浸り、その中で最もきれいな人でさえ、ある程度の汚れや油を残します。エメラルドポイントは、水の衛生状態を維持するために、ろ過システムを24時間稼働させ続けています。

サンダーベイの波のプールは、波発生器のすぐ後ろにある6つの巨大なフィルターを使用しています。強力なポンプが運河から水を吸い込み、フィルターシステムに送り、きれいな水を送り返します。集められた汚れた水は、約1マイル離れた都市の下水道に汲み上げられます。

サンダーベイの深さは幅84フィート（26 m）で、長さは400フィート（122 m）を超えています。全体として、プールには約200万ガロン（760万L）の水があり、波自体は90,000ガロン（341,000 L）です。波をこれほど大きくしてプール全体に波を届けるには、かなり重い機器が必要です。

波動発生器は、100馬力のポンプ、200馬力のポンプ、および300馬力のポンプを使用します。各ポンプの上部には、長いドライブシャフトを回転させるモーターがあります。ドライブシャフトは、パイプを通って、水中13フィート（4 m）に配置されたプロペラまで伸びています。ドライブシャフトが回転すると、プロペラが回転し、パイプを通して水を上向きに駆動します（回転するファンが空気を前方に駆動するのと同じ方法で）。

ポンプのベースレベルで、パイプは曲がり、6フィート（1.8 m）水平に走り、次に曲がり、さらに10フィート（3 m）上昇してから、最終的に貯水池に開きます。全体として、ポンプは水を29フィート（9 m）移動させます。標準速度では、ポンプは1分あたり約40,000ガロン（150,000 L）の水を駆動します。

貯水池は、それぞれ独自のリリースバルブを備えた8つの接続されたチャンバーに分割されています。放出弁は三個の大要素があります。

金属製の支柱は固定されたスチールビーム上で自由に回転するため、バルブプレートを前後に振ることができます。プレートはかなり重いので、自然にバルブシート上で揺れます。これは貯水池を塞ぎ、水が逃げられないようにします。（バルブシートの周りのゴム製ガスケットは、バルブが漏れすぎないようにします。）

場合圧油を油圧シリンダに向けられ、それは大きな力でピストンを移動させます。これは金属支柱を押し出します。バルブプレートが外側に伸び、貯水槽のプラグを抜きます。水は貯水池の真下、プールにつながる湾曲した通路に落下します。それがプールに突入すると、水はコンクリートの床の一種のサンゴ礁を上昇します。これにより、流れる水が集中し、適切なサイズのサーフィン可能な波で移動します。

ウォーターポンプは波を構築するためのほとんどの作業を行いますが、油圧システムは実際に波を動かすための重要な要素です。次のセクションでは、このシステムを制御するシンプルで独創的なメカニズムを見ていきます。

古いものと一緒に、新しいものと一緒に

波のプールは、他のプールと同じように、絶えず水を失っています。その一部は空気中に蒸発し、一部はろ過され、スイマーの水着（およびその体）にかなりの量が運び去られます。

サンダーベイの水位を維持するために、エメラルドポイントは常に新しい水を汲み上げる必要があります。公園は市の喫水線に接続されていますが、ほとんどの水はいくつかの地下井戸から供給されています。井戸は、波のプールの運河と公園内の他のフィーダープールに水を汲み上げます。井戸の設置には多額の初期投資が必要でしたが、長期的には毎月の水道料金がはるかに低くなることを意味しました。

前のセクションでは、波発生器のバルブが油圧ピストンによって開かれていることを確認しました。ほとんどの油圧機械と同様に、これらのピストンは基本的な油圧ポンプによって駆動されます。ポンプは、システムに流入する加圧オイルの安定した流れを維持します。エメラルドポイントは、通常の機械油ではなく植物油を実際に使用しています。これは、油が波のプールに漏れるリスクがあるためです。

ウェーブジェネレーターでは、オイルの流れは方向制御バルブによって制御されます。バルブはいくつかのホースに接続されており、次のようになります。

ピストンシリンダーの1つを切り開くと、次のように表示されます。

シリンダーの外側に伸びるピストンロッドが、実際にはシリンダーの内側のピストンヘッドによって動かされていることがわかります。このピストンヘッドの両側には、2つの異なるホースから供給される液体があります。青い側の力が大きい場合はピストンが左に移動し、オレンジ側の力が大きい場合はピストンが右に移動します。力の方向を変えるには、一方の側へのオイルのポンプを停止し、もう一方の側へのオイルのポンプを開始します。この種のピストンシリンダーは、一般に油圧ラムと呼ばれます。

方向制御バルブは、これらのラムに流れを導きます。前後に移動する小さなスプールがあり、一部の入口ポートと出口ポートをブロックし、他のポートを開きます。このアニメーションでは、この種の油圧システムの基本設計を見ることができます。

スプールが左側にある場合、高圧オイルはシリンダーの左側に行き、ピストンを外側に押し出します。スプールが右側にあると、ピストンが押し戻されます。高圧オイルが一方の側を押すと、もう一方の側の低圧オイルがオイルタンクに押し戻されます。

スプールは、単純なソレノイド（電流によって制御される電磁スイッチ）によって前後に移動します。ソレノイドは電気タイマーによって制御されます。2分ごとに、タイマーがソレノイドをアクティブにして、ピストンを数秒間押し出し、次に引き戻します。これにより、すべてのリリースバルブが開き、波が発生します。

この制御システム、および一般的な波動発生器の最も驚くべき点の1つは、その耐久性です。夏の間ずっと、エメラルドポイントの乗組員は夜明けに波を開始し、公園が夕方に閉まるまでシステムをシャットダウンしません。それは1週間の大変な仕事です！

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