在过去的二十年，家庭水上娱乐设施的增长现象已被证实，比如家 庭的水上乐园和在传统娱乐场中的水上项目。典型的主要水道项目包括 滑水、河上漂流和水道运木。这些水道允许滑水者从一个上面的高处或 开始点沿斜面或斜槽滑向一个较低处(既可本人也可借助滑车)，比如一 个水潭。重力或重力导致的滑水者的冲量是使参与者通过传统水道向下 滑行的主要驱动力。
例如，Timbes的美国专利4,198,043，批露了一个典型重力导致的水 滑道，其特征在于一个滑水者从上面的起始池子处借助重力滑到较低的 池子处。相同地，Becker的美国专利4,196,900披露了一个传统的带有 循环水的下坡水滑道。在每一个例子中，都把水主要用作滑水者和滑水 表面的一种润滑剂和/或增加滑水的趣味和享受，比如飞溅的水花。
一个更为相近的现象是被叫做“注入水幕”的水滑道。这些水滑道 典型地使用一种或多种高压注入模式，在水滑道表面注入高速的水流， 推进参与者在水流中，或迎着水流，或在其中随重力而增速。喷嘴的位 置、规格和注入水流的速度和流量预示了最终的水流的形式和滑水者的 路径和速度。注入水幕技术使很多种水滑道及其规格成为可能。
例如，Master Blaster就销售这种注入水幕水滑道，其也可以从德克 萨斯的New Braunfels NBGS得到。有时Master Blaster的水滑道也参照 了“水道过山车”类型的水滑道，因为它本质上提供了相当于过山车滑 道的水流。特别地，它有类似于传统的过山车的上坡和下坡，也能使滑 水者至少滑上一个斜面。
在典型的水道过山车型的水滑道中，高压水喷嘴沿水平和/或水道的 上坡部分布置，以提供高速水流，使滑水者抵消或增加由重力引起的滑 水者的动力。这样的高速水流在水平或下坡能够增加滑水者的速度，使 其大于仅由重力本身所能够产生的速度。高速水流也能用于减小和/或限 制滑水者在滑道表面的速度，以避免滑水者的速度过高或在滑道的不适 当处飞出。可以参照美国专利5,213,547。
另一种流行的注入水幕类的水滑道是模拟水波的幕流水滑道。例如， Flow Rider就销售这种模拟水波水滑道，其从加里弗尼亚的Wave Loch，Inc of La Jolla也可以获得。Flow Rider的模拟水波水滑道包括一个具有理想 的水波模拟形状的雕刻的衬垫滑道表面，可以产生一种或多种高速喷射 水幕，注入的水幕流沿斜坡向上，因此形成了理想冲浪水波的近似表面。 这样的水幕流的厚度和速度同时在滑道表面和滑水者和/或滑车之间形成 了打滑或滑动的效果，并且形成了在水幕流上打滑的滑水者和/或水车上 的拖动效果。通过平衡向上的拖动力和向下的重力，熟练的滑水者能够 驾御水幕流，并能在其上进行类似于冲浪的撇水动作并取得模拟的和/或 增强的冲浪水波经验。可以参见美国专利5,401,117。
在以上的每一个注入水幕流的描述中，水流是由连接到位于水道表 面不同位置处的一个或多个水流喷嘴的高压泵系统注入的。高压泵系统 作为主要的驱动机构，产生必要的前点或传送从各个水流喷嘴形成所需 水流的数量和速度所需要的水压。传统上，泵系统包括了一组泵，每一 个泵向位于滑道表面特定位置的一个喷嘴提供水源。一系列的喷嘴相互 连接，每一个泵有一个合适的歧管向每一个喷嘴提供必需的水源。为一 个给定的系统选择的泵的特定规格和数量决定于下列因素，比如：每一 个泵的成本和容量、特定滑道的尺寸和性状、和所需滑道效果的种类。 典型地，每个泵的吸入端连于水过滤器，过滤器又被连接于水池或水容 器。
偶然地，也会发现水滑道泵系统中的一个泵坏掉或受损，而不能再 提供需要的容量和/或前点。在这种情况下，这个泵就要被关闭，进行更 换或修理。类似地，一个相关的过滤器或喷嘴会因为拥挤或堵塞而不能 达到要求的流量，在这种情况下，整个水滑道都会受到不利的影响，需 要关闭进行维修和/或进行失效元件的维修。
这是一个不利的和令人不快的情况，因为顾客在等待滑道进行维修 和再开动时会变得不安或失去信心。在强行关闭的滑道上的顾客在进行 元件的维修和/或更换时会变得进退两难。过量的故障时间会导致滑水者 数量的下降和滑道所有者利润的降低。对一定的水滑道，如果一个或多 个喷嘴因为水泵失效而突然失去水压，也会有安全隐患。例如，在具有 上坡和下坡部分的水道过山车型的滑道中，在上坡部分的喷嘴水压的突 然丧失，很可能会引起滑水者的停止和倒退下来，与正进入上坡部分的 滑水者相撞。
如果这样的弊端能够被克服或减轻，将会是巨大的进步并既有极大 的商业价值。

相应地，克服部分或全部这些缺陷，并为将一个或多个高速水流联 合起来在一个低摩擦滑道或其它滑道表面上传递动能给滑水者和/或滑车 的水道提供一种冗余阵列泵系统和关联控制及对该类水道的诊断系统就 是本发明的主要目标和优点。
相应于一个具体实施例，本发明提供了一种水滑道的冗余阵列液力 泵系统，包括：一组配置为N+x冗余阵列的泵，N等于为了达到水滑道 的设计流量的主泵的数量，其中x至少等于一个备用泵；多个供给线路， 每个供给线路被构造以从至少所述泵之一接收加压水并将所述水指向水 滑道，每个主泵被构造以将加压水供给到供给线路之一；泵旁路歧管， 所述泵旁路歧管液力地与主泵和备用泵之一以及供给线路相连接，用于 选择性地分流一个或多个上述主泵；一组与每一个所述主泵相连的阀门， 所述阀门被安排和配置为任意一个或多个所述主泵能够从所述泵系统液 力断开并用一个或多个所述至少一个备用泵液力替代，这样所述至少一 个备用泵通过旁路歧管连接到与各断开的主泵相关联的供给线路；失效 主泵能够用备用泵即时换掉而不中断所述泵系统的水流供应或水滑道的 运行。
冗余阵列泵系统的泵最好由泵旁路歧管相连接。冗余泵系统最好用 阀门机构，包括手动的或自动的阀门机构进行布置。阀门机构允许每一 个主泵和辅泵循环出入。这种方式的优点是，在主泵被隔离出来进行检 查、维护、修理或替换时，允许辅泵替换工作，因此保证了水滑道连续 平滑和不间断工作。
类似地，冗余过滤器阵列的过滤器最好由过滤器旁路歧管相连接。 冗余过滤器系统最好用阀门机构，包括手动的或自动的阀门机构进行布 置。阀门机构允许每一个主过滤器和辅过滤器循环出入。这种方式的优 点是，在主过滤器被隔离出来进行检查、维护、修理或替换时，允许辅 过滤器替换工作，因此保证了水滑道连续平滑和不间断工作。
最好地，准冗余喷嘴的每一个喷口由比如手动的或自动的水流控制 阀门的水流控制机构连接起来。形成一个特定喷嘴的喷口最好是相当紧 密地排列。这样，如果主喷口被部分堵塞，相关的水流控制机构能够调 整来补偿这种堵塞。如果堵塞很严重，相临储备喷口的水流控制机构能 够调整来补偿堵塞的储备喷口，由此保证水滑道连续平滑地运转而使其 质量受到较小地影响。
在本发明的另一个最佳的实施例中，可以将一个泵组并联到每一个 或一些主泵和辅泵上，这样的一个或多个并联的泵组可以在有或没有本 发明的第一个实施例中所述的辅泵存在的情况下，起到一个辅助的作用。 类似地，可以将一个过滤器组并联到每一个或一些主过滤器和辅过滤器 上，这样的一个或多个并联的过滤器组可以在有或没有本发明的第一个 实施例中所述的辅过滤器存在的情况下，起到一个辅助的作用。这样的 优点是，其增加了水滑道液力泵系统的冗余程度。
在另一个最佳实施例中，每一个或一些主泵向一组喷口供水，每个 喷口是一个独立的喷嘴的一部分。最好地，这些喷嘴一个挨一个地紧密 排列，并且包括主喷嘴和与水流控制机构，比如手动或自动的阀门相连 的储备喷口，在喷口堵塞的情况下，可以调整水流控制机构，以激活相 临的储备喷口，向水滑道提供充足的水量。这个准冗余喷嘴的规格允许 在两个方向上的喷嘴准冗余。
根据本发明的另外一方面，提供了一种水滑道的液力泵系统，包括： 一个包括一组主泵和至少一个辅泵的冗余泵系统，所述冗余泵系统包括 在每一个所述主泵和每一个所述辅泵中接入和接出的阀门机构；一个包 括一组主过滤器和至少一个辅过滤器的冗余过滤器系统，每个主过滤器 与对应的主泵液力地安置对齐以液力地与对应的主泵相连通，所述冗余 过滤器系统包括在每一个所述主过滤器和每一个所述辅过滤器中接入和 接出的阀门机构，这样当主过滤器环路输出时，辅助过滤器环路输入以 与主泵液力相一致，所述主泵对应环路输出的主过滤器；由此，所述泵 系统连续不断地向所述水滑道提供水流。
根据本发明的一方面，提供了一种用权利要求1所述的使水滑道连 续运行的方法，包括如下步骤：打开所述主泵组，从水池向水滑道提供 水流；通过所述主线路过滤器，从所述水池引导所述水流；监测所述主 泵组和主过滤器组，当检测到失效的泵或过滤器时，将所述失效的泵或 过滤器接出并用所述辅泵或过滤器液力替代。
为了总结本发明和以前的技术所具有的优点，在上面描述了本发明 的特定的目的和优点，当然可以理解，没有必要全部这样的目的和优点 可能在本发明的任何一个具体的实施例中同时取得。比如，本领域的熟 练技术人员会认识到，本发明可以用某种方式实施，以取得或优化这里 所述的一个或一组优点，而没有必要取得这里所述的它的目的和优点。
所有的这些具体实施例都在这里公布的本发明的范围内。对本领域 的熟练技术人员来讲，从参照附图的对具体实施例的详细描述中，本发 明这里和其它的具体实施例是显而易见地，本发明不限于这里所公布的 任何具体的实施例。

本领域的普通技术人员从参照附图的详细描述中，会很容易地认识 到本发明的优点和实用性。
图1是具有本发明的特点和优点的注入水幕式水滑道的一个实施例 的示意图；
图2a是用于图1中注入水幕式水滑道的推进模件的俯视图；
图2b是图2a中推进模件的侧视图；
图2c是一系列连接起来的推进模件的侧视图，其上画了一个滑水者；
图3a是由多个连接起来的推进模件组成的向上加速系统的侧透视 图，其上画了一个滑水者；
图3b是一个连接起来的图3a中推进模件的侧透视图，其上画了一 个滑水者；
图4是有本发明特点和优点的冗余阵列泵和过滤器系统的简化的示 意图；
图5是有本发明特点和优点的冗余阵列泵和过滤器系统的正面示图；
图6是用于图5的冗余阵列泵和过滤器系统的线形过滤器的部分横 截面示意图；
图7a-d是图5的冗余阵列泵和过滤器系统的水流回路示意图，其中 示列了各种最佳操作模式；
图8a，b是具有本发明特点和优点的冗余阵列泵和过滤器系统的可替 换实施例的水流回路示意图，其中示列了各种最佳操作模式；
图9a-d是具有本发明特点和优点的冗余阵列泵和过滤器系统的进一 步可替换实施例的水流回路示意图，其中示列了各种最佳操作模式；
图10是具有本发明特点和优点的冗余阵列泵和过滤器系统的进一步 可替换实施例的水流回路示意图；
图11是具有本发明特点和优点的冗余喷嘴阵列的部分透视示意图；
图12是图11的冗余喷嘴阵列的水流回路示意图；
图13是具有本发明特点和优点的冗余喷嘴阵列的可替换实施例的水 流回路的简化示意图；
图14a-c是具有本发明特点和优点的冗余泵、过滤器和喷嘴阵列系统 的进一步可替换实施例的水流回路示意图，其中示列了水流和压力传感 器的使用；
图15是具有本发明特点和优点的水滑道的诊断和控制系统的简化控 制系统的逻辑图；

为了说明和容易理解的目的，我们主要依照水道过山车式的水滑道 讨论本发明，如图1中所示。然而，应该认识到这里所述的本发明的一 些或全部特征也可以有效地用于控制其它类型的具有多个喷水喷嘴的滑 道，例如模拟水波水滑道和水槽滑道等等。
图1是具有本发明特征的水道过山车式的水滑道90的简化示意图。 水道过山车90起始于一个传统的出发水池32，其允许滑水者29进入滑 道。滑道包括一个形成通道的滑道表面70。滑道表面70可以由一定数 量的适当材料制成，例如注入玻璃纤维的树脂、混凝土、水泥浆、密封 的木头、乙烯树脂、聚丙烯和金属等，可以分段制造，并一端对一端地 防水密封连接。滑道表面70由适当的结构支撑如木头、金属、玻璃纤维、 线缆、土壤和混凝土等71支撑。
尽管滑道表面70是连续的，但为了描述方便，仍然可以把它分成连 接于起始水池72的下降斜面的第一个平顶部分70a’，第一个下降斜面部 分70b’，下降斜面的第一个底部70c’，从下降底面70c’向上的第一个上 升部分70d’，上升部分70d’的第一个顶部70e’。此后，滑道表面70继 续进入下降斜面的第二个平顶部分70a”，第二个下降斜面部分70b”， 下降斜面的第二个底部70c”，从下降底面70c”向上的第二个上升部分 70d”，上升部分70d”的第二个顶部70e”。此后，滑道表面70继续进入 下降斜面的第三个平顶部分70a，第三个下降斜面部分70b，下降斜 面的第三个底部70c，从下降底面70c向上的第三个上升部分70d， 上升部分70d的第三个顶部70e。此后，滑道表面70继续进入下降 斜面的第四个平顶部分70a””，第四个下降斜面部分70b””，下降斜面 的第四个底部70c””，从下降底面70c””向上的第四个上升部分70d””， 上升部分70d””的第四个顶部70e””，其连接于与起始水池72和下降斜 面的第一个顶部70a’相临位置处的末端水池73。
向上加速模件42位于滑道表面72的上升部分70d’，水平加速器40A 位于滑道表面70的第二个下降部分底面70C”。下降加速器44位于滑道 表面70的第三个下降部分70B，第二个水平加速器40B位于滑道表面 70的第四个下降部分的顶部70A””。各个加速模件用来向滑道表面70 喷入幕状水流，以推动那里的滑水者或滑水车。溢出的水流，白水(就 是溅出的水花)和滑水者瞬时激起的水浪可以通过滑水表面边缘外面或 沿滑道底面和/或侧面的通孔排出。可参见这里的美国专利5,213,547。通 到各加速模件40、42、44和起始水池72的水可由后面将要详细描述的 高压水源提供。
参照图2a(俯视图)和图2b(侧视图)。描述了一个包括高压水流/ 高压水源22，水流控制阀门23，和带有可调孔隙28的水流成型喷嘴24 的推进模件21，所有上述组件共同工作形成了如箭头所示预定运动方向 的离散喷射水流30。水流成型喷嘴24的孔隙28最好有一个伸长的矩形， 如图所示，以便喷射出幕状水射流。孔隙的长乘宽尺寸可以分别从1/2 厘米*20厘米到40厘米*200厘米。可选择地，其它形状和尺寸也可以有 效的使用。
推进模件进一步包括一个非常平滑的、喷射水流30可以在其上流动 的滑道表面段25。滑道表面25最好有足够的结构完整性，以支撑滑水 者、滑水车和水流的重量。滑水表面25最好具有低摩擦系数，以使喷射 水流30和滑水者29以最小的速度损失流动和移动。模件21可以用一定 数量的下述材料制造：注入玻璃纤维的树脂、混凝土、水泥浆、密封木 头、乙烯树脂、聚丙烯和金属等，并端与端进行适当的防水连接。
图2c(侧视图)描述了一个在一系列连接的模件21a、21b、21c上 滑动的滑水者(如箭头所示的预定运动方向)。模件21a、21b、21c之间 的连接件26a、26b和26c允许在连接的推动模件的全部长度上达到理想 的角度，如在操作上、空间上和经济上。连接件26可以由螺栓连接、胶 水粘结或模件21以端到端的形式连续铸造。连接时，每个模件的滑道表 面25与它的连接模件严格地线性对齐，使在上面滑动的滑水者29和在 上面流动的喷射水流30分别安全平顺地滑过。当一个模件有从沿着滑道 表面25(如图1c所示)的长度方向的一个位置出现的喷嘴24时，最好 是滑道表面25的无喷嘴端在连接件26处扩展到并叠置于连接喷嘴24的 顶部。进一步，最好是喷嘴24的底部扩展并作为滑道表面25。   每个推进模件21的长度可以依据所需的操作特点、结构技术或运输 参数进行改变。模件21的宽度可以窄到允许一个滑水者坐在或卧在滑道 上，腿与水流方向平直进行滑动，大约50厘米(20英寸)，或宽到允许 多个滑水者并肩地坐在滑水车上或滑水管中同时滑动。
将每个喷嘴24作成并安置于适当的位置，使其在与滑道表面25的 长度方向严格平行的方向上通过可调的孔隙28喷出喷射水流30。为了 使滑水者的滑动和水流保持连续性，当模件系列地连成给定的设施(如 图2c所示)时，所有的喷嘴最好是调到相同的方向，以增加动能的传递 和滑水者的移动。喷射水流30的状态(就是温度、浑浊度、酸碱值、氯 残留和盐份等)是适合于人游泳的标准游泳池、湖或海水。
图3a、3b示例了沿一部分滑水表面25从较低处向较高处推动滑水 者29的向上加速器42的和操作。滑水者29在靠近喷嘴24的一端进入 加速模件21并如图3b所示沿其长度向上运动。在每一个加速模件上(图 3b)，喷嘴24通过可调孔径28将喷射水流30从水源22注入到滑道表面 上，最好是在滑水者和滑道表面之间。水流控制阀门23和可调孔径28 允许对水流的速度、厚度、宽度和压力进行的调整。幕状水流的厚度和 速度最好调整为其在滑水者和/或滑水车辆上产生拖动或拉动的效果，在 滑水表面和滑水者和/或滑水车之间产生打滑或滑动的效果。打滑的效果 降低或减少了滑水者/滑水车辆和滑道表面之间的摩擦力，同时，拖动或 拉动的效果产生了对滑水者/滑水车辆沿滑道表面25的拉动。
在加速模件21的情况中，喷射水流30移动的速度比刚进入的滑水 者29的速度要高，因此，从高速水流到低速滑水者的运动传递使滑水者 加速并接近快速运动的水流的速度。在这个运动传递的过程中，在滑水 者的后面会形成小的瞬时水浪33。允许过量增长的水浪流出滑道表面25 能够减小瞬时水浪。作为替代，其它通孔机构如下水孔或可渗水的通孔 也能够用做同样的目的。
向上加速器42可根据需要包括一个单独的加速器模件21(图3b) 或若干模件21a、21b、21c等(图3a)。在图3a所示的多块模件的实施例 中，随着从每个连续的喷嘴24a、24b、24c等喷出的水速的累进增加而 相应增长的加速度，滑水者29可以从模件21a移到模件21b、模件21c 等，直到达到所期望的最大水速。每一个喷嘴孔24a、24b、24c的水压 可以调节来提供这样所需的操作特性。
在典型的注入水幕式水滑道中，喷嘴压力的范围可以根据以下因素 从大约5磅/英寸到250磅/英寸：(1)喷嘴开口的尺寸和规格；(2)滑水 者相对于滑道表面的重量和摩擦力；(3)滑道表面摩擦力的连贯性；(4) 滑水者进入水流的速度；(5)滑水者相对于水流的物理方向；(6)滑道 表面倾斜或向下的角度；(7)由于从水流到滑水者的动能转换而所期望 的滑水者速度的增加或减少。在一个使用车辆的注入水幕式水滑道中， 则喷嘴的压力范围可能会更高，假设车辆可以设计为能比人体承受更大 的压力并能在动能转换中具有更好的效果。加速模件21(图3b)的液流 控制阀门23可用来根据操作参数指示，调整喷嘴压力和流量并可远程地 控制和编程。
在每一个推进模件21的水源22处提供所需水流和压力的驱动装置或 能源是一组内置于比如一个合适的水泵房或建筑物92(图1)中的水泵。 这些水泵分别通过增压供水管102、106、100、104与每一个加速器模件 40a、40b、42、44保持液体连接。水泵还和起始水池72及一个可选择 的水浪水槽94保持液体连接。该水浪水槽94提供一个低处的蓄水池以 收集和促使流出的水再泵出，还为循环水提供一个存水和/或过滤容器。
在传统的水滑道结构中，可以使用一个单个的大水泵通过分配管线向 一组加速器模件和/或其它的水流注入单元提供水流。还可以使用分离的 较小的水泵，用于每一个加速模件或一系列连接在一起的模件。为一个 给定系统选择的水泵的特定配置和数量，典型地被一些因素所限定，比 如成本和每一个泵的容量，特定的滑道尺寸和性质及所希望的滑道效果 的类型。在正常的操作中，所选择的特定水泵的配置不影响滑道的效果。
然而，有时会发现水滑道泵系统中的一个泵将会失效或损坏，而不 能再发挥所要求的能力。这种情况下，水泵就要关闭进行替换或修理。 类似的，相关连的过滤器和喷嘴可能变得不畅通，以至所要求的水流速 度达不到要求。这种情况下，在常规方式下配置的水滑道出现相反的影 响，并切一般都要求关掉设备和/或修理故障部件。
例如，考虑图3a中的向上加速器42，如果供给远距离的下游水道喷 嘴24c的水泵变得削弱或无论因哪种原因而不能操作，从喷嘴24a、24b 剩余喷出的水流不足以推动滑水者29爬上斜坡所剩余的部分。这种情况 下滑水者将会在水道表面停止下来。如果水道不关闭，其他滑水者被向 上加速器42加速滑上斜坡，那将很危险，可能撞上停下的滑水者而导致 伤害。
但是，关掉水滑道是我们所不期望的和不利的情形，因为等待水滑 道修好和重新开始会使滑水的顾客很难过或很不耐烦。而且，在强行关 闭时，滑道上的顾客可能被搁浅在滑道上一些时间，直到滑道被修好并 重新开始。过多的关机会导致减少滑水者的客流量，因而，减少滑道拥 有者或操纵者的收益。类似表明，水滑道液力泵系统的过滤器和喷嘴的 堵塞会在水滑道的安全、质量和收益上有同样有害的影响。
冗余水泵和过滤器阵列
本发明部分或全部地克服了上述的限制，提供一种包括一个冗余水 泵和过滤器阵列的水泵系统，在一个水泵或相关部件失效后，帮助快速 的恢复水滑道的正常。图4是一个简单示意图，阐明了一种可能的泵系 统10的实施例，它包括作为本发明的发明点的一个冗余水泵和过滤器阵 列12。
图4中的泵系统10是上文中图1中所阐述的水道过山车的最好的论 述和理解。如上面的示例和论述，水滑道90一般包括一个水库或水池94 和一个在水泵房中的泵系统92。供水管道100、102、104和106从水泵 房92开始，分别连接于各自加速器模件42、40a、44、40b的各自喷嘴 N2、N5、N7和N10。
随着图1中的水滑道90开始使用，滑水者29(使用或未使用车辆) 进入开始水池72并以传统方式沿向下的部分74开始下滑。当进入一个 向上的部分76时，滑水者遇到一个向上喷嘴N2，N2注入一股高速的水 流加速并升高滑水者29的位置到达上坡的顶端76。此后，滑水者29滑 向下坡部分的底部78，在底部，滑水者29遇到水平喷嘴N5，喷嘴N5 注入一股高速的水流加速并升高滑水者29的位置到达上坡的顶端80。 进一步地，向下滑向一个下坡的部分82，滑水者29遇到水平喷嘴N7， N7注入一股高速的水流加速使滑水者29下滑，最后给予足够的动力使 滑水者29上升翻过上坡部分的顶部84。滑水者随后遇到水平喷嘴N10， N10注入一股高速的水流使滑水者29加速最终翻过上坡部分的顶部86， 也即滑水者29到达滑道终点水池或喷水池73。
泵系统10(图4)更对每一个喷嘴N2、N5、N7和N10提供一个足 够大的水压，使得滑水者29完成前面所描述的路径。在这方面，那些本 领域的技术人员将认识到喷嘴N2、N5、N7和N10既可同时操作，也可 连续操作，比如为满足连续不断的大量的滑水者，或断断续续的滑水者 (根据需要)，例如为单个的或相隔的滑水者。在每种情况下，从每一个 不同的喷嘴N2、N5、N7和N10喷出的水的速度取决于水压泵系统的以 下因素，如喷嘴的尺寸和形状，喷嘴入口的水压，液力泵系统内的摩擦 力(或水流的堵塞)和喷嘴出口处自由水流的路线。
每一个喷嘴进口的水压最好由水泵系统维持(图4)。通常，水泵系 统10包括一个水泵和过滤器阵列系统12，其被安排为一个N+1冗余阵 列---四个主泵/过滤器组合201-204和一个储备泵/过滤器组合205。阵列 12的每一个主泵/过滤器组合用来在压力下，通过供水线100、102、104、 106供水给一个相应加速器模件42、40a、40b、44(图1)。至少提供一 个储备泵/过滤器组合205并液力偶合于这个系统，以便主泵/过滤器组合 201-204中的任何一个都可以从系统中被液力分离开或被旁路掉并由储备 泵/过滤器组合205有效替代。这种方式，如果一个泵/过滤器组合遇到失 常或损害，它可从系统分开，并用储备泵来取代。
更好地，组成水泵系统10中的各式各样的水泵和过滤器通过适配阀 门215、检查阀门217、旁路歧管219、221等液力排列和连接，以便各 个泵/过滤器结合体能与一个或多个储备泵/过滤器能够“即时交换”。在 这种方式下，一个失效的泵或其他部件可很容易地在系统工作时从水泵 系统中被替换或拆下，而不影响其他的泵和水道的正常运转。最好地， 这种“即时交换”由一个如下所述的适配阀门和诊断系统自动实现。
如果希望的话，一个另外的线路过滤器225(“弥补线”)可作为水 泵系统10的一部分提供，来提供一个N+1的线路过滤器冗余。举例来 说，假设一个主泵/过滤器组合失效，储备泵/过滤器组合205被转换到线 路中弥补泵水能力的损失。但是，在失效的主泵/过滤器组合被修理或被 替代之前，其中一个关联线路过滤变得堵塞。在这种情况下，当弥补线 和过滤器225为堵塞的过滤器提供一个液压替代时，N+1+1的过滤器冗 余能使堵塞的过滤器从液体线路中断开，以便于清洗或修理。再有，最 好是提供适配阀门215、检验阀门217、歧管219、221等以便堵塞的过 滤器能够被弥补线和过滤器225“即时交换”(最好是自动的)。作为选 择，本领域的技术人员会想到，各种各样的线路过滤器可以设置为N+1 或N+2冗余阵列中，并使用一个或多个适配阀门215、停止阀门217、 歧管219、221等连接在一起。
图4中所示的特殊的水泵系统10中，提供了一个可选择的过滤器水 泵230和关联线路过滤器232，以便通过过滤水箱235、237提供用于平 行或再循环水的脱机过滤。这些是典型的沙过滤器和可替代的弹子过滤 器，并且如果希望的话，可以如图所示被安排在一个N+1冗余阵列中。 再有，最好提供适配阀门215、检验阀门217歧管219、221等，使一个 过滤器235能和其他的过滤器237进行“即时交换”(自动地)，以确保 水道连续运行。如果希望的话，从过滤泵230泵出的一部分水流可以通 过一个旁路管线241被选择性的转移到一个关联的水道，比如一条小河 或其他地方。
图5-7是一个选择性的具有本发明的特征和优点的实施例的图示说 明。此例中，泵系统10既包括一个供水给喷嘴阵列13冗余泵阵列16和 一个的冗余过滤器阵列18。每一个喷嘴N1-11最好包括一个关联的水流 控制阀门FCV1、FCV2、FCV3、FCV4、FCV5、FCV6、FCV7、FCV8、 FCV9、FCV10和FCV11，如图7a所示，提供注入水流的局部调整和控 制来获得一个理想的滑道效果。
最好地，冗余泵阵列16包括一组主泵P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、 P8、P9、P10和P11，至少一个辅助的或储备的泵P12。冗余过滤器阵列 18包括一组主过滤器F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F10和F11， 和至少一个辅助的或储备的过滤器P12。喷嘴系统13包括一组喷嘴N1、 N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8、N9、N10和N11。
如图5所示，冗余泵阵列16、冗余过滤器阵列18和一组冗余喷嘴13 之间是由一些比如管子、螺母、弯管接头、套管、凸缘、螺丝缩接、扩 散管、阀门等等的标准管道接头液压地相互连接。储水池94(图6)是 为一个注入水道或有多重入水喷嘴的其他水道提供水的水源(如图1)。 储水池94外的主要管道装置包括将储水池分别连接到过滤器F1-F12的 阀门SV1、SV2、SV3、SV4、SV5、SV6、SV7、SV8、SV9、SV10、SV11 和SV12(见图6)。
阀门SV1到SV12最好是开关类型的阀门，比如蝴蝶阀门，并最好 是通过比如一个螺线管、活塞或其他相应于从相关控制器的激励信号的 合适的传动器进行电力机械或液力机械的操作。作为选择，其他适配阀 门和传动器可以根据功效使用，包括入口阀门、活塞阀门和球阀门。本 领域技术人员将直接地想到，如所期望的，也可以利用节流阀门来提供 流量控制。
更好地，如图5和图6中所示的，冗余泵阵列16包括一个泵歧管20。 泵歧管20和到喷嘴N1-N11的水管最好有一个大约25-30厘米(10-12 英寸)的公称直径。歧管20允许从辅助泵P12的输出水流被供给沿着水 道90分布的喷嘴N1-N11中的一个，后面将会更详细讨论。泵阵列16 最好还包括一组位于各自的泵P1到P11的流出端下游的阀门PV1、PV2、 PV3、PV4、PV5、PV6、PV7、PV8、PV9、PV10和PV11。阀门PV1 到PV11的设置用于管理从泵P1至P11分别到各自的喷嘴N1到N11的 流量。更好地，泵阵列16进一步包括一组连接于泵歧管20的阀门PMV1、 PMV2、PMV3、PMV4、PMV5、PMV6、PMV、PMV8、PMV9、PMV10 和PMV11，阀门APV12和APV13与辅助泵P12相连。阀门PMV1到 PMV11的设置和与阀门PV1到PV11的设置相关联的阀门APV12和 APV13负责直接将从泵P1到P11，和P12的输出水流，沿着预先设定 的路线传送到预定的目的地，对此后面将有长篇讨论。再有，这些阀门 最好是开关类型的阀门，比如蝴蝶阀门，并最好是通过比如一个螺线管、 活塞或其他相应于从相关控制器的激励信号的合适的传动器进行电力机 械或液力机械的操作。作为选择，其他适配阀门和传动器可以根据功效 使用，包括入口阀门、活塞阀门和球阀门。本领域技术人员将直接地想 到，如所期望的，也可以利用节流阀门来提供流量控制。
在图7a中所述的最佳实施例中，冗余泵阵列16包括11个主泵P1 到P11和一个辅助泵P12。当然，主泵数量的多少可以根据需要增减， 部分依水道的类型而定。相似地，如果需要或希望附加的备份容量的话， 多于一个的辅助泵可能被合并进入这里所描述的液压泵系统。还有，一 个组泵可以靠连接成串联、并联或其组合替换一个特别的泵。本领域技 术人员直接地可以看出本发明的冗余泵系统可包括N+x个泵，N是主泵 的数量，x是辅泵的数量，N和x都是大于或等于1的整数，x最好等于 1。
图5中冗余泵阵列16的泵P1到P12最好是离心泵，具有大约23-37 米(75-120英尺)高的水头压力，并有大约为60-110L/S(1000到1800GPM) 的容量，尽管也可用各式各样其他类型的泵，比如旋转泵(使用叶片、螺 旋桨、瓣轮、累进的模槽)、喷嘴泵和喷射泵。从每一个泵P1到P12的 最大的可泵出功率最好是大约37-74千瓦(50-100马力)。泵P1到P12 最好能在大约0.35-17.2巴(5磅/平方寸到250磅/平方寸)的压力下向喷嘴 N1至N11供水。在一个最佳的实施例中，泵P1到P12是由康涅狄格的 Flygt of Trumbull飞力泵业公司生产的ITT Marlow泵。
同样地，如图7a所示，冗余过滤器系统18包括一个过滤器歧管22。 更好地，过滤器歧管22，它的连接管和到泵P1至P12的管有一个大约 15-30厘米(6-12英寸)的公称直径。过滤器歧管22允许辅助的过滤器F12 作为一个主过滤器F1到F11中的一个的替换，对此将随后详细讨论。过 滤器系统18，最好包括多个位于各自过滤器F1到F11出口的下游的阀 门FV1、FV2、FV3、FV4、FV5、FV6、FV7、FV8、FV9、FV10和FV11。 阀门FV1到FV11的设置用于管理通过各自的过滤器F1至F11到各自的 泵P1到P11的流量。过滤器阵列18最好进一步包括多个安排在与辅助 过滤器F12相连的过滤器歧管22、阀门AFV12和AFV13中的阀门 FMV1、FMV2、FMV3、FMV4、FMV5、FMV6、FMV7、FMV8、FMV9、 FMV10和FMV11。
阀门FMV1至FMV11的设置和与阀门FV1至FV11的设置相关的 阀门AFV12和AFV13负责直接将水流通过过滤器F1至F11，和F12， 如需要的话，沿预定的传送到泵P1到P11，和P12，如果需要的话，这 将在后面详细讨论。再有，这些阀门最好是开关类型的阀门，比如蝴蝶 阀门，并最好是通过比如一个螺线管、活塞或其他相应于从相关控制器 的激励信号的合适的传动器进行电力机械或液力机械的操作。作为选择， 其他适配阀门和传动器可以根据功效使用，包括入口阀门、活塞阀门和 球阀门。本领域技术人员将直接地想到，如所期望的，也可以利用节流 阀门来提供流量控制。
在图7a中所描述的最佳实施例中，冗余过滤器系统18包括11个主 过滤器F1到F11和一个辅助过滤器F12。这些能用本领域众所周知的任 何商业上可用的各种过滤网。过滤器F1至F12的每一个过滤器元件都是 可替代的过滤网或过滤器滤筒175，如图6所示。在更多的最佳实施例 中，过滤器F1至F12是由德克撒斯的NBGS国际新Braunfel公司附属 的美国ETA制造的过滤网。过滤器F1至F12的入口和出口最好有一个 大约15-30cm(6英寸至12英寸)的公称直径。通过每一个线路过滤器 F1至F12的压力下降最好是在全部额定容量中相对较少(少于总量的 5％)。
当然，主过滤器的数量可根据需要进行增减。同样地，多于一个的 辅助过滤器可以合并到这里描述的液压泵系统中，并且如希望的话，多 于一个的过滤器可以与多个过滤器进行串联、并联混合连接。本发明的 冗余过滤系统最好包括N+x个过滤器，N是主泵的数量，x是辅助泵的 数量，N和x都是大于或等于1的整数，x最好等于1。
在水泵系统10的通常操作中，泵P1至P11通过各自的线路过滤器 F1至F11吸水。泵P1至P11增加水的压力并因此给各自的喷嘴N1至N11 提供足够的增压的水流。这样，到喷嘴N1的水流从储水池94开始，流 过阀门SV1、过滤器F1、阀门FV1、泵P1、阀门PV1并最终到喷嘴N1。 到喷嘴N2至N11的水流过各自相同的路径。在正常的操作中，辅助泵 P12和辅助过滤器F12通常并不启动。
图7b描述了泵系统10在正常的操作中各种阀门的设置。一个开放 (工作中)的阀门用“白色”或“＞＜”表示，一个关闭(堵塞)的阀门 用“黑色”或“”表示，在正常的操作中，储水池阀门SV1至SV11打 开，过滤器歧管阀门FMV1至FMV11关闭，过滤器阀门FV1至FV11 打开，泵歧管阀门PMV1至PMV11关闭，泵阀门PV1至PV11打开。 这样使主泵P1至P11通过各自的主过滤器F1至F11，从储水池94中抽 取水，向各自的喷嘴N1至N11供水。还有与辅助泵P12和辅助过滤器 F12相连的阀门SV12、AFV12、AFV13、APV12和APV13，虽然最好 是关上，但也可开关，如图7b所示，在液压泵系统10的正常操作中使 冗余辅助泵P12和过滤器F12完全独立。如上述讨论，辅助泵P12和相 关的辅助过滤器F12向泵系统10提供了冗余，并确保在泵P1至P11中 的一个关机维护或替换或主过滤器F1至F11中的一个需要清洁或替代的 情况下，水滑道的顺利运行。
图7c中描述了比如主泵P1，不得不关机的情况。在那种情况下， 辅助泵P12被接入来弥补丧失的动力，并保证泵系统10给喷嘴N1提供 必需的水。程序上，关上主泵P1，打开辅助泵P12，关闭阀门PV1并打 开阀门PMV1、SV12、AFV13和APV12来完成，以便到喷嘴N1的水 流不被中断或仅仅是瞬时中断。尽管以手动操作该系统也是有效的，但 这最好都是自动完成，下面将要讨论。在这个P1旁路结构中，辅助泵P12 从储水池94抽出水，通过阀门SV12、辅助阀门F12、阀门AFV13，并 通过阀门APV12、泵歧管20和阀门PMV1供水到喷嘴N1。阀门SV1 和FV1可以保持打开或关闭，但最好是关闭，如图7c，使主泵P1和相 关的主过滤器F1完全独立。主泵P1外的回路和从辅助泵P12到喷嘴N1 的水流的重新选择路线，最好在剩余的泵和水道的运行中完成，因而提 供了受影响部件的“即时交换”。
当主泵P1准备再次打开(检查、维护、修理或替换后)，上述程序 简单翻转，辅助泵P12接出冗余泵系统16，水流再次从主泵P1到喷嘴 N1，恢复液压泵系统10的正常操作，所有这些都不关闭水道。程序上， 可由关掉辅助泵P12，打开主泵P1，关上阀门PMV1并打开阀门SV1、 FV1和PV1来完成，所以到水道90(图1)的水流不被破坏或中断。再 有，阀门SV12、AFV1和APV12在液压泵系统10的正常操作中，可保 持开放或关闭，虽然最好是如图7c中所描述的关闭。
上述描述的接出主泵P1利用了与辅助过滤器F12相连接的辅助泵 P12。本领域技术人员可容易想到通过液压泵系统10的较小的修改，辅 助泵P12可以用于连接一个主过滤器。举例来说，如果主泵P1需被关机 但主过滤器F1正在运行，辅助泵P12可以与主过滤器F1一起使用。这 可以通过以下方式实现，比如，通过一个管道，加一个阀门，将过滤器 F1的出口连接到主泵P12的吸水端。通过调整适当的阀门，主过滤器F1 和辅助泵P12可结合在一起，提供水流到喷嘴N1。同样地，主过滤器F2 到F11可连接到辅助泵P12。由于这种对液压泵系统10的修改对本领域 技术人员来讲是显而易见的，这里不需详细讨论和出示附图，但这种修 改在本发明范围内。
图7d所描述的是例如主过滤器F1堵塞并得被清洗或替代的情况。 在这种情况中，一种类似的“即时交换”方式可再次被用于安全地进行 主过滤器的检查、维修或替换的操作，并通过辅助过滤器F12再接通水 流，而不会中断或破坏水泵系统或相关水道的水流供应。举例来讲，如 果主过滤器F1不得不被接出，辅助过滤器F12接受主泵P1中抽出的水 的过滤任务，如图7d中阀门的设置所描述的(打开阀门用“白色”或“＞＜” 表示，关闭阀门用“黑色”或“”表示)。打开阀门SV12、AFV12和FMV1， 关上阀门FV1，所以到喷嘴的水流并不被中断或只是瞬时中断。这种方 式下，主泵P1从储水池94中抽出的水通过SV12、辅助过滤器F12、阀 门AFV12、过滤器歧管22、阀门FMV1并通过阀门PV1供水到喷嘴N1。 阀门SV1可保持开放或关闭，但如图7d所示，最好是关上，完全使主 过滤器F1独立。
当主过滤器F1再次准备使用时(检查、维修或替换后)，上述程序 反转，辅助过滤器F12接出冗余过滤器系统18，水流再次从主过滤器F1 到主泵P1，恢复液压泵系统10的正常操作，所有这些都不中断水道。 这通过关掉阀门FMV1、打开阀门SV1和FV1来完成，以便到水道90 的(图1)的水流并不被破坏或中断。阀门SV12和APV12在液压泵系 统10的正常操作中，可保持开放或关闭，虽然图7d中所描述的最好是 关闭的。
本领域技术人员可直接想到通过液压泵系统10的很小的修改，辅助 泵P12可以用于连接一个主过滤器。举例来说，如果主泵P1需被关机但 主过滤器F1正在运行，辅助泵P12可以与主过滤器F1一起使用。这可 以通过以下方式实现，比如，用一根管道，加一个阀门，将过滤器F1出 水口连接到主泵P12的吸水端。通过调整适当的阀门，主过滤器F1和辅 助泵P12可结合在一起，提供水流到喷嘴N1。同样地，主过滤器F2到 F11可连接到辅助泵P12。由于这种对液压泵系统10的修改对本领域技 术人员来讲是显而易见的，这里不需详细讨论和出示附图，但这种修改 在本发明范围内。
图8a-8d描述一个具有本发明特征和优点的泵系统10的更进一步的 可替换的实施例。为方便说明和简短描述，那些相同的元件用相同的参 考号指定并不再重复描述。除了随着开关阀门SV13和AFV13’提供一 个附加的辅助过滤器F12’，泵系统10’与以上的描述相同，此类型上述 已描述过。图8a描述整个正常操作中的液压泵系统10’的各种阀门的 设置。再次，一个开放(工作中)的阀门用“白色”或“＞＜”表示，一 个关闭(堵塞)的阀门用“黑色”或“》《”表示，在正常操作中，储水 池阀门SV1至SV11打开，过滤器歧管阀门FMV1至FMV11关闭，过 滤器阀门FV1至FV11打开，泵歧管阀门PMV1至PMV11关闭，泵阀 门PV1至PV11开放。因此，允许主泵P1至P11通过各自的主过滤器F1 至F11，从储水池94中抽取水，向各自的喷嘴N1至N11供水。还有与 辅助泵P12和辅助过滤器F12和F12’结合的阀门SV12、SV13、AFV12、 AFV13、APV12和APV13，虽然最好是关上，但也可开关，如图8a所 示，使冗余辅助泵P1和辅助过滤器F12和F12’在液压泵系统10’的正 常操作中完全独立。
便利的，图8a描述的泵系统10’不仅允许辅助泵P12可通过辅助 过滤器F12和F12’中的任一个抽水，以提供一个第二级过滤器冗余， 而且允许辅助泵P12和辅助过滤器F12单独运转。举例来说，如图8b中 阀门设置所描述的，辅助泵P12可代替主泵P1，同时辅助过滤器F12替 换主过滤器F6。接出主泵P1可以按如下方式完成，关掉主泵P1，打开 辅助泵P12，关上阀门PV1，打开阀门PMV1、SV13、AFV13’和APV12， 以便水流不被中断或只是瞬时中断。这种方式下，辅助泵P12通过阀门 SV13、辅助过滤器F12’、阀门AFV13’从储水池94吸水，通过阀门 APV12、泵歧管20和阀门PMV1供水到喷嘴N1。阀门SV1和FV1可 能保持打开或关闭，但最好是关闭，如图8b所示，使主泵P1和相关主 过滤器F1完全独立。类似地，过滤器F6的独立由打开阀门SV12、AFV12 和FMV6、关闭阀门FV6来完成，以便水流不再被破坏或中断。这种方 式下，主泵P6通过阀门SV12、辅助过滤器F12、阀门AFV12、过滤器 歧管22、阀门FMV6从储水池94抽水，并通过阀门PV6供水到喷嘴N6。 阀门SV6可以保持打开或关闭，但最好是关上，如图8b所示，使主过 滤器F6完全独立。
见图8a、8b，当主泵P1准备再次打开(检查、维护、修理或替换 后)，辅助泵P12从冗余泵系统16’中接出，水流再次从主泵P1流到喷 嘴N1，恢复液压泵系统10’的正常操作，所有这些都不用关闭水道。 这可以通过关掉辅助泵P12，打开主泵P1，关上阀门PMV1并打开阀门 SV1、FV1和PV1来完成，以便水流不被破坏或中断。再有，阀门SV13、 AFV13’和APV12在液压泵系统10’的正常操作中，可保持开放或关 闭，虽然图8a中所描述的最好是关闭的。
相同的，当主过滤器F6(见图8a、8b)准备再次使用(检查、维修 或替换后)，辅助过滤器F12被接出冗余过滤器系统18’，水流再次从主 过滤器F6到主泵P6，恢复液压泵系统10’的正常操作，所有这些都不中 断水道。参见图8a、8b，这可以通过关上阀门FMV6，并打开阀门SV6 和FV6来完成，以便流到水道90(图1)的水流不被中断或只是临时中 断。阀门SV12和APV12在液压泵系统10’的正常操作中，可保持开放 或关闭，虽然图8a中所描述的最好是关闭的。
图9a-9d描述了具有本发明特征和优点的泵系统10’的一个更进一步 可替换的实施例。为方便说明和简短描述，那些相同的元件用相同的参 考号指定并不再重复描述。泵系统10’除了进行方便地、对称地和同样地 配置，以便任何一个泵和过滤器的组合(既可组合也可分开)为实施本 发明的目的，可以被指定作为“备用部件”或“辅助部件”外，与上述 实施例相同。比如，可在水道运行超过几个月或几年的平常的过程中， 被轮流指定为备用部件，以提供泵或过滤器常规维护/维修和/或均匀地分 配各种部件的磨损或破坏。
图9a用各种的阀门的设置描述了一个在正常运行中的泵系统10”。 同样地，开放(工作中)的阀门用“白色”或“＞＜”表示，关闭(堵塞) 的阀门用“黑色”或“》《”表示。假设，比如，泵P12和过滤器F12被 指定作为系统的备用或辅助部件。这样，在正常操作中，储水池阀门SV1 至SV11打开，过滤器歧管阀门FMV1至FMV11关闭，过滤器阀门FV1 至FV11打开，泵歧管阀门PMV1至PMV11关闭，泵阀门PV1至PV11 打开。这样使主泵P1至P11通过各自的主过滤器F1至F11，从储水池94 中抽取水，向各自的喷嘴N1至N11供水。与指定的辅助泵P12和指定 的辅助过滤器F12相连的阀门SV12、FV12、FMV12和PMV12虽然最 好是关上，但也可开关，如图9a所示，使指定的冗余辅助泵P12和指定 的过滤器F12完全独立。如上述讨论，指定的辅助泵P12和指定的相关 辅助过滤器F12可被选择性地指定，来提供对泵系统10”所希望的冗余， 并确保在泵P1至P11中的一个关机维护或替换或主过滤器F1至F11中 的一个需要清洁或替代的情况下，相关水滑道的平稳运行。作为选择， 泵P1-11或过滤器F1-11中的任一个可以被指定作为备用或辅助部件， 并且如希望的话，泵P12和过滤器F12可以指定为主部件。
图9b说明了比如主泵P1不得不关机的情况。这种情况下，指定的 辅助泵P12被接入来弥补丧失的动力，保证泵系统10”能提供必需的水 给喷嘴N1。程序上，关上主泵P1，打开指定的辅助泵P12，关闭阀门PV1 并打开阀门PMV1、FMV12和PMV12可完成上述过程，以便到喷嘴N1 的水流不被中断，或仅是瞬时中断。再有，虽然以手动操作本系统也是 有效的，但最好都是自动完成。在这个“P1旁路”结构中，辅助泵P12 通过阀门SV1，通过主过滤器F1和阀门FV1和FMV1，通过过滤器歧 管22和阀门FMV12从储水池94抽出水，通过阀门PMV12，泵歧管20 和阀门PMV1在压力下供水到喷嘴N1。阀门SV12和FV12可以保持开 放或关闭，但最好是关闭，如图9b，使辅助过滤器F12完全独立。接出 主泵P1和水流再次从辅助泵P12到喷嘴N1应在剩余泵和水滑道的运行 中完成，因此提供受影响部件的“即时交换”。
当主泵P1再次准备好被打开(检查、维护、修理或替换后)，上述 程序简单反转，指定的辅助泵P12被接出泵系统10”，水流再次从主泵 P1流到喷嘴N1，恢复液压泵系统10的正常操作，所有这些都不中断水 道的运行。本领域技术人员将注意到上面所描述的主泵P1的接出持续利 用了相关主过滤器F1，所以也为过滤器阵列18”提供了独立的N+1冗余。
图9c说明比如主过滤器F1变为堵塞和须被清洗或替换的情形。这 种情况下，指定的辅助过滤器F12被接入以弥补丧失的动力，保证泵系 统10”能给喷嘴N1提供必需的水。程序上，这可以通过关上阀门FV1， 打开阀门SV12、FMV1、FMV12和FV12来完成，以便到喷嘴N1的水 流不被中断，或仅仅是临时中断。再有，虽然这种方式下本系统的手工 操作也是有效的，但最好是自动完成。在这个“F1旁路”配置中，主泵 P1通过阀门SV12，通过指定的辅助阀门F12、阀门FV12和FMV12， 通过过滤器歧管22和阀门FMV1从储水池94抽出水，通过阀门PV1在 压力下供水到喷嘴N1。阀门SV1可能保持打开或关闭，但最好是关闭， 如图9c，使堵塞的过滤器F1完全独立。主过滤器F1的接出和从指定的 辅助过滤器F12到喷嘴N1的水流的重新接通，最好在剩余的泵和水滑 道的运行中完成，因而为受影响部件提供便利的“即时交换”。
当主过滤器F1再次准备打开(检查、维护、修理或替换后)，上述 程序简单反转，指定的辅助过滤器F12被接出泵系统10”，水流再次从 主过滤器F1到喷嘴N1，恢复液压泵系统10”的正常操作，所有这些都 不中断水道。本领域技术人员将注意到上面所描述主过滤器F1的接出不 影响关联主泵P1的运行，所以也为泵阵列16”提供了独立的N+1冗余。
图9d说明一个主泵(比如P3)和一个主过滤器(比如F6)同时需 要被保养或替换的情况。这种情况下，指定的辅助过滤器F12被接入以 弥补丢失的过滤器容量，指定的辅助泵P12被接入以弥补丢失的泵的动 力。这样确保泵系统10’在甚至当一个主泵P3和一个非关联过滤器F6 都需要关闭和/或替代的情况下，能够提供必需的水给N3和N7。程序上， 这可由关闭阀门FV6，打开阀门SV12，FMV12和FV12来完成，以便 流到N6的水不被中断，或仅仅是临时中断。同时或即而(取决与故障 的时间)，主泵P3关上并打开指定的辅助泵P12。阀门PV3是关闭的， 阀门PMV3、FMV3和PMV12是打开的，以便流到喷嘴N3的水流足够 充分，不被破坏或只是临时中断。
再有，虽然这种方式下泵系统10”的手动操作也有效，但每一步最 好是自动进行。在这种“P3/F6旁路”配置，主泵P6通过阀门SV12， 指定辅助过滤器F12和阀门FV12和FMV12，过滤器歧管22和阀门FMV6 从储水池94吸水，并在压力下通过阀门SV3的供水到N6。辅助泵P12 通过阀门SV3，主过滤器F3和阀门FV3和FMV3，过滤器歧管22和阀 门FMV12从储水池94吸水，并在压力下通过阀门PMV12供水给N3。 主过滤器F6和主泵P3的接出和各种水流的重新接通，最好在剩余的泵 和水滑道的运行中完成，因而为受影响的部件提供便利的“即时交换”。
当主过滤器F6和/或主泵P3再次准备恢复工作(检查、维护、修理 或替换后)，上述程序简单反转，指定的辅助过滤器F12和泵P12被接出 泵系统10”，水流再次接通，以恢复泵系统10”的正常运行，而不需要 关闭水滑道。
随意地，在上面所描述的任一实施例中，泵P12可以向轮换的非关 键终点32提供加压的水，比如一个不流动的小河，一个在循环过滤器或 其它不重要的终点。因此，随着泵歧管阀门PMV1到PMV11和阀门AFV12 的关闭，阀门SV12、AFV13、APV12和APV13可能被打开，并打开泵 P12。泵P12通过阀门SV12、过滤器F12、阀门AFV13从储水池94抽 水，并通过阀门APV12、泵歧管20和阀门APV13泵出水到轮换的终点 32。
本领域技术人员将很容易理解本发明的范围允许通过其他多种途径 增加液压泵系统10、10’、10”的冗余级别来获得商业和应用上的利益。 图10中显示了另一实施例。再有，为方便说明和简短描述，那些相同的 元件用相同的参考号指定并不再重复描述。这种情况下，例如，前面描 述的实施例的主泵P1和阀门PV1被一个并联泵组26替代，并且主过滤 器F1和阀门FV1被一个并联过滤器组28替代。当然，任何其它的主泵 P2到P11和辅助泵P12，以及主过滤器F2到F11和辅助过滤器F12可 以被这样的并联组所替代。如果喷嘴，比如喷嘴N1给水道的一个非常 关键的部分供水，则这个泵和过滤器的并联组是非常理想的。图10中的 实施例说明了提供一个特别的保证，使得到喷嘴N1的水流将不会中断 或被破坏。
参见图10，泵P1和P1’与阀门EPV1、EPV1’在它们各自的吸水端 和阀门PV1、PV1’在它们各自的出水端分别并联。类似地，过滤器F 1 和F1’与阀门EFV1和EFV1’在各自的入水口和阀门FV1和FV1’在各自 的出水口并联。这些阀门最好是以上提到的开关阀门。在典型正常操作 中，泵P1、P1’之一和过滤器F1、F1’之一被接出。比如，泵P1’是被关 闭的阀门EPV1’和PV1’接出，并且过滤器F1’被关闭的阀门EFV1’和FV1’ 接出。当然，正常操作中，当阀门FMV1和PMV1关闭的时候，阀门SV1、 EFV1、FV1、EPV1和PV1是打开的。因此，储水池94流出的水通过过 滤器F 1并被泵P1泵出到喷嘴N1。
如果泵P1失效或不得不关闭，泵P1’能够接受提供充分的水供给到 喷嘴N1的责任。这靠关闭泵P1，打开泵P1’，关闭阀门EPV1和PV1， 并打开阀门EPV1’和PV1’来完成，从而孤立泵P1但不破坏或中断到水 滑道的水流。当泵P1准备好再次打开时，上面描述过的程序被反转，泵 P1’被接出，水再次从泵P1到喷嘴N1，来恢复典型的正常操作，所有这 些都不需关闭水滑道。这需要关上泵P1’，打开泵P1，关上阀门EPV1’ 和PV1’，并打开阀门EPV1和PV1来完成，以便到水滑道的水流并不被 破坏或中断。便利的，如果泵P1和P1’都失效或不得不关闭，辅助泵P12 (图7-9)可以提供特别的冗余。在一个可替换的正常模式下，泵P1和 P1’在泵速率降低时可以被同时使用，如果泵P1和P1’中的一个失效或需 关闭，每一个泵具有充分的泵动力来独立供水到喷嘴N1。
相同地，如果过滤器F1堵塞或需要替换，过滤器F1’能够接受提供 充分的过滤水给到喷嘴N1的责任。这靠关闭阀门EFV1和FV1，打开阀 门EFV1’和FV1’来完成，从而孤立过滤器F1但不破坏或中断到水滑道 的水流。当过滤器F1准备再次使用，上面描述过的程序被反转并且过滤 器F1’被接出，水再次从过滤器F 1到喷嘴N1，以恢复典型的正常运行， 所有这些都不需中断水道。这需要关上阀门EFV1’和FV1’，打开阀门EFV1 和FV1来实现，以便到水滑道的水流不被破坏或中断。便利的，如果过 滤器F1和F1’都失效或不得不关闭，辅助过滤器F12(如图7-9)可以提 供特别的冗余。在一个可替代的正常运行模式下，过滤器F1和F1’可以 被同时使用。
再参照图10，显示两个并联的泵P1、P1’和两个并联的过滤器F1、 F1’，任何数量的泵和过滤器并联使用对本领域技术人员来说是显而易见 的。另外，泵P1和P1’可以与一个串联到并联泵组的过滤器并联，或者 过滤器F1和F1’可以被并联并串接到一个泵。另外，一个并联组可以使 用串接于每一个分支上的过滤器和泵。本领域技术人员会直到许多其它 类似的修改都在本发明所描述的范围内。
冗余喷嘴阵列
如先前所描述的，如图7-9所示的，喷嘴系统13包括多个喷嘴N1 到N11。它们位于沿着水滑道预先定好的位置(图1)来提供所希望的 到滑水者或滑水车辆的动量转移，和/或提供其它所希望的滑水效果。由 于使用上面所描述的泵和过滤器，如果偶然地发现水道中的其中一个喷 嘴失效，变得全部或部分堵塞或被水中或水道表面的叶子、细枝或其他 废物阻塞。这种情况，喷嘴不再能够发挥所需要容量和/或产生所需要的 速度和水量而获得所需要的效果。这种情况下，水道不得不关闭来维护 和修理。但是，上面提到，关闭水道是不希望的和不利的情形，因为水 道的参与者可能会变得不安或在等待水道被修理和替换时失去耐心。而 且，在强行关闭的滑道上的顾客在进行维修和重新启动时会变得进退两 难。过量的故障时间会导致滑水者数量的下降和滑道所有者利润的降低。
相应地，本发明另外的特征和优点是用一个冗余或准冗余喷嘴系统， 克服或减轻这些问题，如在图11和12中的图解示例。在本发明实施例 中，喷嘴系统13是最好是准冗余配置。喷嘴N1到N11中的一个或多个 可以包括多个较小的喷嘴或喷口，由图11和12中的喷嘴N1可见。因 此，N1最好包括喷口J11、J12、J13、J14和J15，它们最好是沿线性紧 密地布置。准冗余喷配置喷嘴N1进一步包括多个水流控制阀门FCV11 到FCV15，每一个阀门与喷嘴N1的不同喷口连接。这些水流控制阀门 控制着流经喷嘴N1的每一个喷口的流量。尽管为简便起见，图11和图 12中只显示了喷嘴N1的流量控制阀门，但喷嘴N2到N11具有相同的 结构。因此，流经喷口J11到J15的水流量分别由位于每个喷口J11到J15 的上流的水流控制阀门FCV11、FCV12、FCV13、FCV14和FCV15控 制。
在如图11和图12的最佳实施例中，准冗余喷嘴N11有5个喷口。 当然，与每个准冗余喷嘴N1到N11相关的喷口的数量可以增加或减少。 更进一步，每一个准冗余喷嘴N1到N11都可以有不同数量的喷口与其 相连，最好地，准冗余喷嘴N1到N11的喷口孔隙是矩形的，尽管其它 的形状如圆形、椭圆形或多角形也可以单独或成组地使用。每个喷口孔 隙的高度最好是从1/2厘米到40厘米，宽度从4厘米到40厘米。另外， 给定喷嘴的喷口的孔隙尺寸可以不相同，如准冗余喷嘴N1的喷口J11到 J15。类似地，准冗余喷嘴N1到N11的喷口的孔隙尺寸也可以不相同。 如图11所示，喷口J11到J15的孔隙尺寸可以由螺栓孔隙板24进行调 整。
控制阀门FCV11到FCV15最好是蝴蝶阀门，尽管其它的阀门如球 阀门、角阀门和针阀门也可以有效地使用。这些水流控制阀门最好能够 由电磁和/或液力机构调节器自动调整，在正常的运行中提供均衡的水 流。
在如图12所示的最佳的操作模式中，水流控制阀门FCV12和FCV14 常闭(关闭，用“黑”或“”表示)时，水流控制阀门FCV11、FCV13 和FCV15常开(打开，用“白”或“＞＜”表示)。这样，喷口J13和J15 向喷嘴N1提供准冗余，并因此通过储备容量向系统13提供准冗余。其 优点是，准冗余喷口减小了水滑道上意想不到的全部或部分堵塞。
例如，参照图12，一旦一个或多个主喷口J11、J13和J15堵塞，流 量控制阀门FCV12和/或FCV14就打开到要求的设置，允许需要的水量 流出储备喷口J12和/或J14，以补偿阻塞的主喷口J11、J13和J15。部 分或全部的阻塞可以由压力和/或流量传感器进行检测(在后面讨论)， 一旦一个或多个主喷口J11、J13和J15发生部分阻塞，就需要独立地或 与流量控制阀门FCV12和/或FCV14的开口度相关连地调整流量控制阀 门FCV11、FCV13和FCV15。流量控制阀门也可以依据泵水速率进行调 整。由储备喷口，如主冗余喷嘴N1的储备冗余喷口J12和J14，提供的 准冗余有助于允许当喷口堵塞时相关的水滑道(如图1)进行不间断地 运行，直到受影响的喷口得到需要的维护或维修。当然，所有喷嘴N1 到N11的主喷口或储备喷口的特定数量和规格可独立地依据水滑道地特 性进行配置。水流控制阀门的特殊设置也可以独立依据水流量的要求和 喷口阻塞的程度进行。
图13简要地描述了另一个具有本发明的附加优点的冗余或准冗余的 可替换的实施例。在图13所示的特定的实施例中，泵P1向一组喷口供 水，每个喷口是独立喷嘴的一部分。本领域的普通技术人员很容易理解 这个泵到喷口的配置可以集成于上面所述的任何一个泵系统10、10’和 10”。图13显示了向分别作为喷嘴NA、NB和NC的一部分的喷口JA1、 JB2和JC3供水的泵P1，泵P1最好是液力泵系统10、10’或10”的主泵 (图7至9)。喷嘴NA、NB和NC最好沿水滑道的30’部分(图1)一 个挨一个地紧密布置。通过喷口JA1、JB2和JC3的流量分别由流量控 制阀门VA1、VB2和VC3控制。类似地，可以理解泵P2”向喷口JA2、 JB3和JC1供水，泵P3”向喷口JA3、JB1和JC2供水(为清楚，图中省 略了连接)。图13中的泵、喷嘴、喷口和阀门最好是如这里所述是相近 的型号。
在正常的操作中，参照图13，仅会用到一定数量的喷口(不是全部)。 具体的数量可依照水滑道的尺寸、特性和期望的效果。例如，如果在正 常的操作中使用喷口JA1、JA3、JB2和JC2，喷口JA1发生堵塞，就可 以在调整一个或多个泵P2”和P3”的泵水率的同时，分别调整连到周围 的喷如JA2、JB2和JC1的流量控制阀门VA2、VB1和VC1，以补偿喷 口JA1失效后减小的水流。当然，如果喷口JA1仅仅是部分堵塞，可以 独立地或与其它的流量控制阀门一起调整与JA1相关的流量控制阀门 VA1，获得足够的水的流量和流速。
在正常的情况下，所有的喷口可以不达到最大的容量和速度。任何 一个喷口的堵塞都可以通过调整其它的流量控制阀门以增加流量。如果， 例如喷口JB3堵塞，通向周围喷口如JA3、JB2和JC3的流量控制阀门 VA3、VB2和VC3可以同时调整以补偿喷口JB2失效后的水流量的损失。 再有，如果喷口JB2仅仅是部分堵塞，可以独立地或与其它的流量控制 阀门一起调整与JB2相关的流量控制阀门VB2，获得足够的正常水流量。
因此，图13的冗余喷嘴阵列提供了方法，允许水滑道在喷口堵塞的 情况下，继续不间断地运行，直到该喷口得到应有的维护或维修。再有， 泵、喷嘴、喷口的数量和配置以及流量控制阀门的特殊设置，都独立地 依据于水滑道的特性，堵塞的喷口的位置和喷口堵塞的程度。
压力和流量传感器
随意地，在上述的任何一个冗余泵、过滤器和喷嘴阵列中，每个操 作部件可以包括一个或多个相关的压力传感器，如图14A-C所示。因此， 如图14A所示，压力传感器PSS1置于水泵P1的吸水端，压力传感器PSD1 置于水泵P1的出水端。压力传感器PSS1和PSD1用来监测水泵P1的性 能和由此产生的水头的流量，这个信息提供给后面将要讨论的自动控制 和诊断系统，此系统提供了失效水泵的自动诊断和“即时交换”。压力传 感器PSS1和PSD1可以是市场上能得到的任一种压力测量仪器，如压力 表、压力传感器、应力表、隔膜表等等。
类似地，在冗余过滤器阵列中的任何一个过滤器，可以包括一个或 多个相关的压力传感器，如图14B所示。因此，压力传感器PSI1置于过 滤器F 1的吸水端，压力传感器PSO1置于过滤器F1的出水端。压力传 感器PSI1和PSO1用来监测过滤器F1到F12的压力下降，这个信息提 供给后面将要讨论的自动控制和诊断系统，此系统提供了堵塞的过滤器 的自动诊断和“即时交换”。压力传感器PSI1和PSO1可以是市场上能 得到的任一种压力测量仪器，如压力表、压力传感器、应力表、隔膜表 等等。
如果需要，可以提供各种传感器来监测每个喷嘴N1到N11的性能。 例如每个喷嘴N1到N11可以包括一个相关的压力和/或流量传感器，如 图14A所示，在喷嘴的吸水口监测水头和流速，图14C显示了一个更复 杂的喷嘴传感器系统，压力和流量传感器置于喷嘴N1的吸水端和每一 组喷口J11到J15的吸水端。在上面描述的每一个实施例中，压力传感 器PS1可以是市场上能得到的任一种压力测量仪器，如压力表、压力传 感器、应力表、隔膜表等等。同样地，流量传感器FS1可以是市场上能 得到的任一种流量测量仪器，如旋转式流量计、文氏管测量计、静态压 力探测计、流速计、热线计、磁流量计和质量流量计等等。这些由压力 传感器和/或流量传感器提供的信息可以提供给自动控制和诊断系统，来 诊断可能的失效并相应地采取正确的补偿方法。这个控制和诊断系统将 在下面进行详细地描述。
控制/诊断系统
如上面所述，如果需要的话，可以相应于冗余泵、过滤器和喷嘴/喷 口阵列的任何一个操作部件提供一个压力和流量传感器阵列，以便能对 这个部件进行监测。这个控制和诊断系统最好监测各种活动有效的部件 并自动地采取正确的步骤。例如，图15显示了这个简单的具有本发明的 特点和优点的控制诊断系统300的流程逻辑图。下面将要讨论的控制逻 辑和系统可以把程序编入适当的PLC、计算机或本领域内其它的控制或 逻辑电路(电子的、液力的或其它的)。
控制系统从第310步开始，询问启动水滑道是否安全。这个询问通 过检查各种错误中断回路的状态、操作者的输入、键盘互锁等等进行测 试。如果询问不满足，则系统进行第312步，产生一个输出信号给操作 员，指明需要清除水道和重置或检查错误中断回路。
假设水道对于启动来讲是安全的，系统会进行到第314步，等待操 作员输入指令以启动水滑道。例如，这个输入可以是启动按钮、键盘互 锁等等。本发明也可以替换使用更复杂的计算机控制互锁、远程访问控 制等等方法。一旦启动输入被接受，系统就进行到第316步，PLC引发 主要启动序列，在这个序列中，构成水滑道泵系统的各种泵以预定的序 列和模式被启动，最好是每个间隔10秒钟。随意地，第318步是操作者 能够通过切换板或其它输入接口来调整启动模式和/或为运行明确选择的 特定的泵。
一旦在第318步选择了特定的泵，PLC在第320步询问各种压力和 流量传感器(如上描述)。这个数据(或经过分类或处理的数据)被输出 到一个显示屏或远程数据访问口(第324步)，可以由操作员进行监视。 这个提供给远程监测站，例如通过互联网或直接调制解调器连接。因此， 如果操作员检查或观察到一个感应条件，例如压力或流速，表明了水滑 道系统的操作部件出了问题，操作员能够诊断这个问题，并采取正确的 方法如从泵系统中断开受影响的部件，进行维护和/或修理。随意地，PLC 可以被编程序，以自动诊断错误条件如失效的泵，并通过向一个或多个 远程激励阀门(如上描述)传送激励信号来自动采取正确的方法。
PLC也常常监测一系列的错误中断回路，例如位于沿水滑道的各个 点的紧急制动开关等等。这些可以由一个或多个监视水滑道和确保那里 的滑水者的安全的操作员激活。如果水滑道失效或滑水者失控，例如正 在观察的操作员可以关闭制动开关，以关闭水滑道或其一部分，以便他 能够采取正确的行动。在图15的逻辑图中，这些制动开关在第326、328 和330步中提供，相应于水滑道中指定的区域1、2和3。如果错误条件 326、328和330中的任何一个发生，则根据步骤336、338和340，泵会 在每一个区域1、2和3中相应停止。如果没有错误条件发生，系统到达 第342步并通过各步进行循环。
随意地，本领域的熟练技术人员将容易地认识到可以使用更复杂的 传感器和逻辑程序，例如滑水者位置传感器、速度传感器等等。这些传 感器可以用来在水滑道的关键部分监测滑水者的速度和他们之间的距 离，以确保最佳的安全性和滑水者的容量。位置传感器可以用来触发各 种注入喷嘴的间断操作，以便他们仅当有滑水者的时候运行。这可以节 省大量的能量和成本。额外有用的输入/输出和系统功能列于如下的表1：
表1-控制输入/输出/功能
传感器输入
P  过滤网前的压力传感器
P  过滤网后的压力传感器
P  水泵出口的压力传感器
P  喷嘴的压力传感器
F  流量传感器
L  滑道所需的位置传感器(相近或图片眼)
A安培表
给操作者的输出
●清除过滤网通知
●滑水者的位置(由区域)
●滑水者在特定位置的速度
●滑水者停止的警告(由区域)
●一旦关闭的错误指示
●清除以准备开始的信号
功能输出(自动控制)
●“开始”命令的序列泵启动器
●一旦滑水者停止或紧急停止激活的自动关闭
减慢泵马达直到滑水者接近喷嘴
增加泵速以补偿脏过滤网或其它情况
●激活滑水者接近的水滑道部分的光线效果
统计和诊断
●滑水者的记数(任意时间段的累计)
●滑水者的速度(任意时间段的单个或平均)
●滑水时间(最后到平均)
●滑道停止的次数及原因
●总的上升和下降的时间
●所有压力和流量的柱状图
●能量损耗(峰值、电流和累积)
●通过本地电脑屏幕或调制解调器能够获得的所有信息
上述的控制和诊断系统也可以进行数据的远程记录和监测，以便滑 道的运行可以通过运行当中的实际数据得到改善。
本领域的熟练技术人员可以容易地明白本发明的实用性和优点。尽管 在特定的实施例中描述了各种最佳的实施例，那些本领域的熟练技术人 员可以容易地明白本发明可以在更广阔的范围内以不同的实施例来实 现，并具有本发明这里所述的特点和优点。因此，本发明的描述具有一 定程度的特殊性，很显然，在具体的设计和构造中的许多变化并不脱离 这里所公布的本发明的精神和范围。可以理解，本发明不限于这里为举 例的目的而描述的具体实施例，并仅由后面的权利要求所限定，权利要 求包括了由法律规定的全部等价的范围。