直埋式安全智能大流量嵌地泳池关键技术的研究.docx

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直埋式安全智能大流量嵌地泳池关键技术的研究

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摘要：本文研究能够降低终端客户产品下嵌安装工程成本，并能方便维修保养的直埋式安全智能大流量嵌地泳池。该泳池设计统一的电器部件安装维护空间，对其进行防水加固，令其可以直接嵌地埋土安装，简化了传统小型游泳池（又称移动泳池或Swimspa）下嵌安装土建工程。在此功能基础上，开发出兼容变频调速控制的电控系统，研究使用变频水泵与定频水泵，让泳池水流拥有十级档次的智能调节功能。创新设计出独立设备存放室通过密封、升温等测试，增加了产品的安全性能，提高设备的防水防护性。后续升级开发泳池中的泳池缸，使其能够与游泳系统分开，可单独或配套出售，增加产品灵活性。

关键词：游泳池；直埋式；嵌地；自动控制；智能

引言

随着人们生活水平的提高，人们对生活质量的要求也越来越高[1]。游泳作为一种新型健康运动方式，有很大的市场发展空间，城市里，人们通常都是去公共游泳池，但公共泳池人多水质较差，容易产生传染性眼病、皮肤病等安全卫生问题[2]。游泳池作为一种娱乐健身设施，越来越多地走进人们的生活[3]。少部分富裕家庭会在花园里建私家泳池，但私家泳池本身占用面积较大，水体维护保养复杂，整体成本很高。于是，短池游泳便进入了人们视野，小型泳池占地少，安装使用方便，符合生活水平提升的发展方向及游泳池家电化的趋势[4]。

1现存问题

目前，国外有一种小型游泳水池（Swimspa）（见图1）非常流行，其主体由亚克力成形，再由树脂和玻璃纤维加固，其原理是通过水泵产生急速水流，通过加装喷嘴阻力设备来平衡人游泳时的前冲力[5]，使人在游泳运动时保持相对静止的状态，从而使人在小游泳区域内达到长时间高强度的健身效果。Swimspa占地面积小，维护成本低，但由于不同人、不同泳姿的游速不一样，Swimspa水流速度只能通过开关水泵来粗略调节，无法做到智能控制。Swimspa游泳系统还有水流集中、冲力大和易偏斜的特点，较符合专业运动员进行锻炼，对游泳水平不高的消费者而言，体验感并不好。

市面上的小型游泳池主要使用定频水泵，其输出单一且能耗高。少数使用变频水泵的移动泳池能调节水流量且有效降低运行能耗，但水流的调节都是手动调节，当需要调节时，用户要停止游泳并回到控制面板旁才能进行调节，从而影响游泳体验。并且，大功率变频水泵及变频器不仅成本高，还容易出现机器故障，维修成本高。

此外，传统的移动游泳池常采用嵌地式安装方式，即通过开挖土坑来完成移动游泳池的安装[6]。但是，现有移动游泳池均没有设置防水结构对其电器部件实现防水保护，电器部件防水需要依赖另外装砌的土建及排水工程，该种方式存在以下问题：在土坑开挖完成后需要对土坑的坑壁进行防水并加固（见图2），且还需要在土坑内开设排水槽及安装排水泵，安装程序复杂且成本高；在电器部件需要维修时，还需要凿开土坑，进入土坑内才可进行维修，不利于后续的维修和维护。

图1Swimspa实际应用场景图2传统下嵌安装方式

2改进研究

2.1变频调速控制系统开发

现采用“定频水泵+变频水泵”双泵控制设计。通过控制定频水泵的开关及变频器频率，调节变频水泵的转速，从而调节游泳系统的水流量。当其中一个水泵损坏时，剩下的水泵可保证泳池的运行。回水控制部与供水部配合设计，使得游泳池的水流流速可以实现多级调节控制，减少泳池运行时部分水泵长时间使用的情况。

在小型泳池现有的基础上开发大功率电机和变频器系统，设计专用调速面板、变频装置、水泵（三泵或四泵）、推进装置及管路等。该系统可根据用户实际需求，通过控制系统改变水泵频率，从而改变水泵的电机转速，继而改变水泵出水量，最终得到不同游泳力度。根据所配水泵功率的不同，可以控制多台水泵同时运转，实现水流量的多级可控智能调节，匹配不同的泳速需求。采用10英寸大管道，提高水流量，最大流量达到4000L/min以上，最小为1500L/min。结合设计多孔结构喷嘴（见图3,a），不同于传统的单孔喷嘴（见图3,b），该设计让泳池喷嘴适中，能有效缓冲大功率水泵全速运转时带来的巨大水流，配合良好的恒温过滤功能，令游泳健身训练体验更好。

泳池的游泳力度设置为十级可调，对应显示于控制面板的“游泳力度等级显示区”，分别由1-10共10个数字显示不同的等级，每个等级对应的水泵频率见表1。泳池上设置的游泳动态显示区将分别通过人体划水速率与喷嘴喷水速率的动态显示，游泳力度等级越高划水与喷水速率越快。可设置游泳训练的模式、游泳持续时间等，令移动泳池提供可变的水流，使用户不再以枯燥的单一速度游泳。

表1游泳力度等级与水泵频率设置

游泳力度等级

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

水泵频率（Hz）

19

26

29

3