ВОЛНОГАСИТЕЛЬ

Полезная модель относится к области гидротехнического строительства, а именно к погружаемым волногасителям, и может быть использована для защиты акватории на морях, озерах, водохранилищах и реках, а также берегов от волнового воздействия [Е02В 3/06].
Известен ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОЛНЫ [патент РФ №2228994] состоящий из подвижного волногасящего элемента, выполненного в виде стенки, установленной в неподвижном основании - фундаментном блоке, поперечные сечения стенки и фундаментного блока имеют трапецеидальную форму, при этом в стенке выполнены сквозные каналы с изменяющимся диаметром, а основание стенки - в сечении в виде полуокружности, причем фундаментный блок в верхней части имеет углубление, конгруэнтное основанию стенки.
Недостатками аналога являются жесткая конструкция, выполненная из железобетона, исключающая возвратно-поступательные движения, высокие затраты при возведении, а также негативное влияние на подводную флору и фауну обусловленное вымыванием верхнего песчаного грунта.
Известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ ВОЛН В ВОДОЕМЕ [авторское свидетельство СССР №470566], включающее подвижный волногасящий элемент, выполненный в виде гибкой стенки из упругого материала, жестко закрепленного нижней кромкой на неподвижном основании, снабженном горизонтальными ребрами, прикрепленными к стенке с лицевой и тыльной сторон, выполненными в виде жестких пластин.
Недостатком аналога является низкая эффективность обусловленная узким диапазоном численных характеристик волны, нестабильность работы элемента при воздействии на него волн, энергия которых превышает энергию расчетной волны, высокие затраты на изготовление и эксплуатацию, связанные с использованием в конструкции стальных элементов, подверженных коррозии.
Близким по уровню техники является ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СООРУЖЕНИЕ (патент РФ №2094565), содержащее несколько рядов гибких полотнищ, по меньшей мере, одно из которых водонепроницаемо, нижние кромки которых соединены тросами с креплениями в донном грунте, а к верхним кромкам прикреплены полые поплавковые элементы, выполненные с возможностью заполнения их полостей воздушной или водной средой и связанные с дополнительными тросами, выполненными регулируемыми по длине путем их подвижного соединения с креплениями в донном грунте.
Недостатком аналога является низкая надежность, обусловленная быстрым износом водонепроницаемых полотнищ и их крепления при значительном давлении волны.
Известен ИСКУССТВЕННЫЙ СУБСТРАТ ДЛЯ ГАШЕНИЯ ВОЛН [патент РФ №°2406798, опубл.: 20.12.2010], состоящий из волногасящих элементов, выполненных в виде сетчатого мешка заполненного в одной части камнями, а в другой волногасящими элементами, имеющими отрицательную плавучесть, при этом мешок перехвачен на границе между частями хомутом. Для дополнительного гашения волн на боковой поверхности мешка закреплены ленты, имеющие мелкосетчатую поверхность.
Технической проблемой аналога является его низкая эффективность по следующим причинам:
1. Занимает небольшой площадью сопротивлением кинетической энергии по фронту волны.
2. Сооружение не захватывает всю взволнованную толщу моря по глубине и по своей конструкции (непосредственно у дна) выступает как жесткий  подводный волнолом, вдоль которого возникают  сильные придонные течения, размывающие дно.
3. В период фазы затухания волны, он препятствует перемещению песчаного материала со дна к берегу, тем самым вызывает дефицит наносов на пляже.
4. Сбор камней, валунов из глыб, для строительства предлагаемого автором  сооружения [патент РФ №°2406798], приведет к большим  финансовым затратам.
3
Известен патент RU173520U, опубл.: 30.08.2017. на гибкий волногаситель, состоящий из волногасящих элементов, связанных одним из концов в одной точке у дна с якорем, имеющий пучок гибких нитей с положительной плавучестью, закрепленных к якорю за петлю, отличающийся тем, что пучок звена волногасящих элементов выполнен в виде полипропиленовых нитей с удельным весом не более 0,86 г/см, якорь выполнен в виде плиты, имеющей обтекаемую поверхность для морских волн, а петли якоря выполнены из стеклоарматуры.
3
Технической проблемой аналога является то, что волногасящие элементы состоят из полистироловых нитей с удельным весом 0.86 г/см, которые, при обрастании могут погрузится на дно.
Известно решение по патенту US 3299640, в котором волногаситель занимает подводное положение. Это означает, что волны, набегающие на берег по поверхности моря, беспрепятственно доходят до берегового уступа и разрушают берег. Значит эффект, направленный на сокращение энергии волны мизерный. В данном аналоге задача снижения разрушающей энергии волны не ставилась, решение примененимо только для аккумулятивных берегов, когда много песчаных наносов и необходимо защитить порта и портовые сооружения от заносимости. Потому и автор патента US 3299640 устанавливает свое гидротехническое сооружение не параллельно фронту волны, а поперек него.
Всем специалистам хорошо известно, что такая ориентация гидротехнических сооружений как буны (подобно построенных немцами бун на Балтике в 20-ые годы прошлого столетия) удерживают только вдольбереговой поток песчаных наносов. Но практика показала, что при этом вдоль этих бун возникают компенсационные течения (иногда до 1.5-2.0 м/сек), которые выносят не только песчаный материал с пляжа на большие глубины, но и опасны для отдыхающих.
Предлагаемое авторами патента US3299640 усилие оградительного сооружения направлено на защиту портов от зависимости, где существуют мощные вдольбереговые потоки песчаных наносов. А защиту берегов от воздействия штормовых волн оно не обеспечивает.
3
Кроме того, волногасящие элементы патента US3299640 состоят из полистироловых нитей с удельным весом 0.909 г/см, которые, при обрастании могут погрузится на дно.
Наиболее близким аналогом по технической сущности является изобретение (RU 2564868, опубл.: 10.10.2015) на гибкий волнолом, состоящий из волногасящих элементов, связанных одним из концов в одной точке у дна, с грузом, а в другой - волногасящими элементами, имеющими отрицательную плавучесть, отличающийся тем, что содержит пучок гибких волногасителей с положительной плавучестью, установленных по всей толще воды в шахматном порядке с заданным интервалом и закрепленных ко дну посредством фала, натянутого между грузами.
Решение направлено на разрушение энергии волны до подхода к берегу. Однако, в качестве якоря волнолома используются бетонные квадратные блоки, армированные и с петлями из железной арматуры, которые легко могут быть опрокинуты волнами. Кроме того, железные петли и квадратные плиты, армированные также железом, легко могут быть подвергнуты коррозии в морской воде. А это приводит к сокращению срока службы.
Задачей полезной модели является устранение вышеуказанных технических проблем.
Техническим результатом полезной модели является защита берегов от воздействия штормовых волн при увеличении эффективности, повышении надежности, упрощении конструкции. Кроме того, волногаситель можно использовать при организации временной тихой гавани в прибрежной зоне для маломерных  и других судов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен волногаситель, состоящий из волногасящих элементов, установленных нижним концом в плите, отличающийся тем, что волногасящие элементы выполнены в виде стеклоармированных стержней, установленных в шахматном порядке в армированной стеклопластиковой арматурой плите, при этом стержни ориентированы рядами параллельно друг другу.
Предпочтительно, диаметр стержней не менее 25 мм.
Предпочтительно, стержни установлены в плиты размером от 0,5 до 1 м по ширине и от 0,5 до 2 м по длине.
Предпочтительно, волногасящие стержни из стекловолокна имеют длину равной глубины мелководья с учетом значения среднемноголетнего колебания уровня моря на данном участке берега.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показан пример конструкции волногасителя согласно полезной модели (вид в объеме).
На Фиг. 2 показан пример конструкции волногасителя согласно полезной модели (вид сверху) с отображением формирования направлений входящих и выходящих турбулентных потоков.
На Фиг. 3 показан пример расстановки модулей волногасителя для гашения энергии волн.
На чертежах: 1 - плита, 2 - стержень из стекловолокна, 3 - ламинарные входящие волновые потоки, 4 - выходящие турбулентные потоки.
Осуществление полезной модели
Волногаситель (см. Фиг. 1) состоит из волногасящих элементов из стекловолокна, вертикально армированные в распластанную плиту 1 у дна.
Новым является то, что волногасящие элементы выполнены в виде стержней 2, где каждый из стержней 2 армирован в распластанную - тропецовидную плиту 1, а сами стержни установлены в плите в шахматном порядке, причем все стержни ориентированы рядами, параллельно друг другу.
Диаметр стержней может быть выполнен порядка 25 мм или более, чтобы обеспечить их прочность против волнового давления воды, а длина их должны соответствовать  критическим глубинам волн в прибрежной зоне моря или озера.
Стержни могут быть установлены с промежутками между рядами на плите, например, в 10 см.
Плита 1 с волногасящими 2 элементами может быть выполнена размером от 0,5 до 1 м по ширине и от 0,5 до 2 м по длине. Это обеспечивает существенное гашение энергии волн, а значит и эффективность выше.
Предлагаемые волногосящие элементы устанавливаются не в поперек береговой линии, а параллельно береговой черте несколькими рядами как показано на Фиг. 3, перпендикулярно фронту волны, что также повышает эффективность в плане снижении энергии волны при подходе к берегу.
Каждая распластанная плита с армированными в шахматном порядке стержнями, представляют собой как отдельное звено системы берегозащитного сооружения.
Звенья устанавливаются в линию, как системы, в совокупности протяженностью до 50 метров, параллельно береговой черте в зоне критических глубин.
Общее количество звеньев линии зависит от протяженности защищаемого берегового участка.
Заявленный волногаситель в отличии от гибких волногасителей при обрастании различными биотами постоянно занимает вертикальное положение в толще воды и эффективно снижает прибойную силу волны на любом участке берега независимо от формы рельефа дна.
Волногасящие элементы состоят из экологически чистых композитных материалов - стеклоарматуры. Эти прочные стержни 2 нижним концом жестко армированы в распластанные бетонные блоки в шахматном порядке (фиг. 1). Блоки - распластанные плиты 1 предпочтительно имеют обтекаемую для волны поверхность с большей поверхностью сцепления на дне моря. Плиты 1 армированы стеклоарматурой для долговечности. Такой единый элемент всего волногасящего комплекса ставят параллельно береговой черте в зоне критических глубин как показано на Фиг. 3. В период штормовой активности моря, ламинарные входящие волновые потоки 3, проходя через многочисленные стеклоармированные стержни 2, переходят в турбулентные потоки 4 (см. Фиг. 2) и многократно снижают энергию волны еще до подхода ее к берегу. Все это увеличивает срок эксплуатации, а значит и, повышается эффективность применения волногасителя.
Волногаситель используется следующим образом:
За зоной критических глубин, в три ряда параллельно береговой черте, через каждый 1 м устанавливаются звено (плита 1) волногасителей. При этом стержни 2 волногасители (армированные в распластанную плиту в шахматном порядке) занимают всю толщу воды в зоне критических глубин. При прохождении волн через установленные стержни, кинетическая энергия ламинарного потока преобразуется в турбулентный поток 3 нестационарных слабых течений.  При этом осуществляется, с одной стороны, передача энергии волны вибрирующей среде волногасителей, с другой - происходит взаимное проникновение и многократное сокращение энергии волнового потока.
Повышение эффективности применения достигается за счет того, что волногасители осуществляют постоянные гидроупругие колебания в любом направлении, тем самым сокращая энергию и скорость движения волны к берегу. Увеличение эффективности защиты берега от размыва за счет того, что в результате ослабления скорости движения и энергии волны еще в зоне критических глубин возникают уже слабые гидродинамические условия,  достаточные для переноса рыхлого песчаного материала со дна только к берегу (при их наличии на дне) и формирования устойчивого естественного пляжа, защищающего берег. Также, установка волногасителя возможна на любом участке берега при любой ориентации береговой черты и независима от рельефа дна и угла подхода волны к берегу.
Все это увеличивает эффективность устройства.
Повышение надежности достигается за счет того, конструкция виброустойчива и водопроницаема, что исключает образования волноотбойной силы и создает условия подачи рыхлого материала к берегу для формирования пляжа. Кроме того, удерживающий элемент - армированный распластанный блок, как якорь имеет обтекаемую поверхность, что многократно увеличивает устойчивость в период волнового воздействия.
Упрощение конструкции, увеличение надежности и долговечности достигается за счет того, что для изготовления и монтажа применяются недорогие материалы, простые в производстве и монтаже.
При этом волногаситель можно использовать при организации временной тихой гавани в прибрежной зоне для маломерных  и других судов.
Единая система плит 1 волногасителя устанавливается за зоной критических глубин в шахматном порядке в зоне критических глубин (по ширине берега) с промежутками равными 1/2 среднемноголетней длины волны данного участка берега.
Например, в три ряда параллельно береговой черте в шахматном порядке (см. Фиг.3), например, через каждый 1 м. Стержни 2 волногасителя занимают всю толщу воды в зоне критических глубин (глубина определяется как ½ высоты 5%-ной повторяемости волн для данного участка берега). При прохождении волн через установленные стержни, кинетическая энергия ламинарного потока преобразуется в турбулентный поток нестационарных слабых течений.  При этом осуществляется, с одной стороны, передача энергии волны вибрирующей среде волногасителей, с другой - происходит взаимное проникновение и гашение турбулентного водного потока.
За счет того, что гибкий волногаситель превращает кинетическую энергию ламинарного потока волны в турбулентный поток нестационарных течений осуществляется передача энергии волны к вибрирующей среде волногасителя. Физический смысл этого процесса заключается в переходе кинетической энергии волны, в тепловую. В результате ослабления энергии и скорости волны в зоне критических глубин, возникают гидродинамические условия достаточные  для переноса рыхлого песчаного материала со дна (в основном) к берегу, где и накапливаются. Т. е. если все существующие и широко применяемые жесткие, а также другие гибкие гидротехнические сооружения создают сильные волноотбойные течения, которые размывают берег и выносят весь песчаный материал на большие глубины, то предлагаемый нами волногаситель, наоборот, разрушает энергию волны до подхода ее к берегу, а остаточные нестационарные волновые колебания создают благоприятные условия для подачи рыхлого песчаного материала со дна к берегу. При этом формируется устойчивый пляж, защищающий берег моря от размыва. Предлагаемый волногаситель, в отличие от других, в том числе от жестких берегоукрепительных сооружений, постоянно осуществляет гидроупругие колебания в любом направлении, тем самым сокращает энергию и скорость движения волны к берегу. В зоне волногасителей не возникают разрывные и волноотбойные течения. Волногаситель свободно пропускает песчаные наносы в основном к берегу (при их наличии на дне), тем самым постепенно наращивает пляж, в то время как жесткие и другие известные гибкие берегоукрепительные сооружения формируют волноотбойный поток или препятствуют подачи песчаного материала со дна к берегу, что приводят к дефициту наносов на пляже и размыву берега. Волногаситель в отличии от гибких волногасителей при обрастании различными биотами постоянно занимает вертикальное положение в толще воды и эффективно снижает прибойную силу волны на любом участке берега независимо от формы  рельефа дна. Волногаситель не приводит формированию разрывных течений, которые разрушают пляж и выносят песчаный материал на большие глубины. Волногаситель применим при любой ориентации береговой черты и угла подхода волны к берегу.