造浪机在水上乐园中的应用

造波机在水上乐园的应用

王秋旺(旺明国际董事长）

一、前言

水上乐园作为一个综合性的戏水乐园，深受人们的欢迎和喜爱，尤其是在炎热的夏季。水上乐园是由多种功能不同的娱乐项目加上配套的服务设施，环境艺术等组合而成。而在众多的水上娱乐项目中，戏水造波是最受人们喜爱的项目之一。

游客之所以喜爱戏水造波，是因为在人工造波池中也能够体验得到置身于大海中的感受，你可与浪搏击，在浪尖上追逐嬉戏，体验战胜大风大浪后的喜悦，使你整个身心都可以得到放松。同时在这里游玩，还不用担心安全问题，因为每个水上乐园里都有严格的管理制度和防范措施，这些是在大海中游泳所不能做到的，戏水造波可适合不同年龄不同层次的游客。

对于水上乐园的经营者来说，戏水造波的客容量又是诸多戏水项目之最，可带来丰厚的经济效益；同时，还是乐园的一道风景，为整个乐园起装点和衬托作用。也正是因为如此，在国内外众多水上乐园中几乎都有她的身影，我相信每一位从事水上乐园工作的同志，都会有同样的感受。

既然造波机（又称造浪机）在水上乐园中这么重要，作为水上乐园的经营者定会提出一系列问题，国内外造波机的发展状况怎样？可供我们选择的造波机有哪些种类？根据它们的优缺点应如何有针对性地进行选择？造波机目前的发展方向如何？等等。下面就这些问题作一简单的论述，以期与同行们共同探讨。

二、造波机的发展历史

造波机及造波技术，是随着海洋工程的发展而发展起来的。当初为了解决沿海船舶工程的问题，世界上主要的工业国家，对造波技术早有研究。在历次国际船模水池会议和海岸工程会上，陆续发表了有关造波系统的某些研究论文，并解决了许多实际问题，但那时大部用规则波进行研究。后来随着工业技术的发展，把电液伺服控制系统和微机应用到造波机，并在试验室水池中采用随机波模拟技术进行模型试验，使人们对造波机的研究工作更进了一步。但把造波机应用到娱乐行业中来，作为一种水上娱乐项目，应该是在六十年代未、七十年代初。据有关资料介绍，把造波机应用到水上乐园比较早一点的国家有瑞士的因塔明公司，美国“水上发展集团（ADG）”等。美国的WaveTek公司作为“水上发展集团”的一员，自1968年以来在世界各地已安装了170多个造波池，实际上美国95％的人到海浪池都装有WaveTek

公司的造波设备，WaveTek依靠ADG的强大工程技术力量，造波设备无疑称得上是世界上最优秀的。

在我们国家，从事海洋和船舶工作的科学家们对造波技术早有研究，而造波机在我们国内水上乐园里出现还是在80年代末。广州市旺明水之乐设计咨询有限公司正是乘着这股时代的东风，高起点地对WaveTek公司的尖端造波技术进行吸收、消化，并在适合我国国情的基础上进行了有意义的探索与改进。

三、有关造波机的种类及工作原理

目前应用在国内水上乐园的造波机归纳起来有三种形式，一种是摇板式造波机，一种是冲箱式造波机，再一种是气动造波机。

㈠摇板式造波机

它由电机（或液压伺服转动装置）、曲柄连杆机构、摆板等几个主要部分构成。摆板式造波机所产生的波可分二段：稳定段和不稳定段，即在远离摇板处为稳定段，离造波机约20米以外存在单一的规则波；在摆板附近除规则波外有扰动驻波存在，这里通常为不稳段。因此，为减少扰动，应该合理选择摇板形状、结构和接连的位置，这样可缩短不稳定段长度。（如图1）

在设计摆板式造波机时应注意以下参数和问题：

⑴摇板摆幅和波高的关系；

⑵摆板高度的选择；

⑶板面压力的计算（静水压力、规则波动压力、惯性波动压力）；

⑷摇板造波机的功率计算。

㈡冲箱式造波机（如图2）

冲箱式造波机的波长是由冲箱上下振动的周期T决定的，在深水情况下，波长和周期的关系式为

λ＝gT2／2π

如果这种冲箱式造波机在技术上有新突破，它会非常受人们欢迎的，因为它能节省大量土建费用，而且不要配置机房，但目前我国水上乐园还很少使用此类造波机，所以关于这种形式的造波机在这里我就不多谈了。

㈢气动造波机

这种形式的造波机被水上乐园普遍接受也是最受欢迎的一种造波机。目前，国内许多水上乐园生产厂家都在生产这种类型的造波机，虽然各种结构方式有所不同，但其工作原理都是一样的。

⑴气动造波机的基本部件包括造波风罩、空气供给系统和配气阀门控制系统。（如图3）

⑵其工作原理是依靠附加在风罩所限制的水域上，并随时间作周期性变化。鼓风机作为造波机的气源，鼓风机通过管路与风罩相连接，风罩内的空气靠配气阀门来实现周期性变化。配气阀门每一个工作周期均分为二个半周期，在前半周期空气自大气压入风罩，而水便从风罩内排出，在风罩前形成波峰；而后半周期空气返回大气，水被吸入风罩，即在风罩前形成波谷。因此，波浪的周期与阀门的摆动周期相等，而波长与阀门的工作周期T和水深H有关。（如图4）

当波长和水深均为一定时，波幅根据鼓风机的转速N，空气阻尼开关大小S和风罩浸深H K来决定。

⑶针对造波机的工作原理，我们在设计造波机时就应注意以下参数及问题：

①风罩的几何尺寸和下降深度；

②鼓风机的全压，流量及鼓风机驱动电机的功率；

③空气主管道及配气阀门装置的截面大小；

④配气阀门的运动性能。

⑷下面给出有关技术参数的参考计算公式：

①在以上所示参数中风罩的宽度ａ是最重要的几何尺寸，该值应该按下式确定：

λ／6≥ａ最大值≥λ／7 公式（1）

但值得注意的是，风罩宽度ａ必须小于最小波长λ的一半，因为试验证明此时的波浪不稳定。

②浸深H K是另一重要参数

从提高造波机效率看，风罩浸深越小越好，但H K大水上会产生付波而使波形破坏。合理的浸深是由波长和波高来决定的。

H K＝（0.05～0.07）λ公式（2）

③风罩顶部从理论上说做成R＝0.5ａ的圆顶最相宜，但实际上为了施工方便，造波机的风罩（顶部）一般做成平顶。这部分空间是为了保证其上部有足够大的平稳空气压力的

空间。

④风罩长度由水深宽度来决定，为防止产生横波，风罩内装置横向隔板。

⑤鼓风机压头

ρ＝ρmax＋Δρ公式（3）

其中，Δρ——管路损耗量值

ρmax ——风罩下空气压力的最大幅

⑥鼓风机流量（可参照下式确定）

Q＝1.1Q max公式（4）