ГИБКИЙ ВОЛНОГАСИТЕЛЬ

Полезная модель относится к области гидротехнического строительства, а именно к погружаемым волноломам, 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 подлине 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. Близким по технической сущности является ИСКУССТВЕННЫЙ СУБСТРАТ ДЛЯ ГАШЕНИЯ ВОЛН [патент РФ №2406798], 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. Недостатком прототипа является 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 и глыб, для строительства предлагаемого автором сооружения [патент РФ №2406798], приведет к большим финансовым затратам.
Из уровня техники известно решение по патенту US 3299640 на гидротехническое сооружение, которое исходя из материалов патента технически не эффективно по следующим причинам.
Если считать, что исходный материал гидротехнических сооружений один и тот же, сооружение по патенту US 3299640 занимает подводное положение. А 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 почти никакой. Здесь видно, что автор патента US 3299640 задачу снизить разрушающую энергию волны не ставил, поскольку предлагаемое устройство и его технологическое применение пригодны 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 фронта волны, а поперек него.
Всем специалистам хорошо известно, что такая ориентация гидротехнических сооружений как буны (подобно построенных немцами бун на Балтике в 25-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 материал с пляжа на большие глубины. Предлагаемое нами гидротехническое сооружение отличается:
1. По техническому устройству. Длина (Sм) волногасящего элемента имеет математическую зависимость и зависит от глубины мелководья (Нм) и определяется как S=Η+ среднемноголетнее калебание уровня моря на данном участке берега. Это обеспечивает существенное гашение энергии волн, а значит и эффективность выше.
2. По технологическому применению. Предлагаемые нами волногосящие элементы устанавливаются не в поперек береговой линии, а параллельно береговой черте несколькими рядами, что также повышает эффективность в плане снижении энергии волны при подходе к берегу.
3. В US 3299640 усилие оградительного сооружения направлено на защиту портов от зависимости, где существуют мощные вдольбереговые потоки песчаных наносов. Заявленное решение направлено на защиту разрушающих берегов от воздействия штормовых волн.
3
Также, волногасящие элементы патента (US 3299640) состоят из полистироловых нитей с удельным весом 0.909 г/см, которые, при обрастании могут погрузиться на дно. Наиболее близким аналогом, по функциональным особенностям, является изобретение (RU 2564864, опубл.: 10.10.2015) направлено на разрушение энергии волны до подхода к берегу. Представляет собой 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. Грузы могут быть выполнены в виде железобетонных блоков. В конструкции грузов могут быть предусмотрены проушины, выполненные с возможностью их установки и крепления фала. Недостатком является то, что в качестве якоря волнолома используются грузы, в отношении которых в прототипе указано, что они выполнимы в виде бетонных блоков, армированных и с петлями из железной арматуры. Эти грузы 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.
И хотя в прототипе сказано, что волногасители выполнены из тончайших полистироловых нитей с положительной плавучестью, не учтено, что обычной плавучести не достаточно, поскольку при обрастании нити могут обрести дополнительный вес и погрузиться на дно. Из-за чего в прототипе требуется устанавливать волногасители по всей толще воды в шахматном порядке с заданным интервалом, что требует большее число волногасителей, которые используются как резервные на случай погружения в воду.
Задача полезной модели состоит в устранении недостатков прототипа, в улучшении конструкции и повышение эксплуатационных показателей.
Техническим результатом является увеличение срока эксплуатации и повышение эффективности применения волногасителя.
3
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен гибкий волнолом, состоящий из волногасящих элементов, связанных одним из концов в одной точке у дна, с якорем, а в другой - волногасящими элементами, имеющими отрицательную плавучесть, имеющий пучок гибких волногасителей с положительной плавучестью, закрепленных к якорю за петли, отличающийся тем, что пучки волногасящих элементов выполнены в виде звеньев полипропиленовых волногасителей, 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.
Плита может быть выполнена в форме усеченной пирамиды или усеченного конуса.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показан общий вид волногасителя.
На Фиг. 2 показано устройство якоря гибкого волногасителя на примере плиты в виде усеченной пирамиды (а - вид сверху, 6 - вид сбоку с торца в разрезе).
На Фиг. 3 показан пример выполнения плиты якоря в форме усеченного конуса (а - вид сверху, б - вид сбоку с торца в разрезе).
Осуществление полезной модели
3
Новым в заявленном техническом решении является то, что волногасящие элементы гидротехнического сооружения состоят из полипропиленовых нитей 2 с большей, чем у прототипа, плавучестью и с удельным весом не более 0.86 г/см (Фиг. 1), а якорь 1 волногасителя выполнен как распластанная плита, (Фиг. 2) имеющая обтекаемую для волны поверхность с большей поверхностью сцепления на дне моря. Кроме того, распластанный блок якоря армируется стеклоарматурой, равно как и крепежные петли, что позволяет исключить коррозию арматуры, в сравнении с использованием металла. Все это увеличивает сопротивление к сдвигу, увеличению плавучести волногасящих нитей при любых волнах 3. Все это многократно увеличивает срок эксплуатации и повышает эффективность применения волногасителя. А меньший удельный вес нитей 2 волногасителя позволяет дольше оставаться в эксплуатации и не тонуть даже при обрастании.
Гибкий волногаситель (см. Фиг. 1) состоит из пучков тончайших полипропиленовых нитей 2, связанных одним из концов в одной точке у дна. Нити 2, свободным концом привязываются к якорю 1 на дне как одно звено волногасителя. Системы волногасителей состоят из звеньев, количество, которых зависит от длины укрепляемого участка берега. При этом якорь 1 (см. Фиг. 2) выполнен в виде плиты, имеющей обтекаемую поверхность для морских волн, а петли 4 якоря выполнены из стеклоарматуры. Обтекаемая поверхность якоря 1 может быть обеспечена, например, выполнением плиты в форме усеченной пирамиды, либо выполнением плиты в форме усеченного конуса (см. Фиг. 3).
Гибкий волногаситель используется следующим образом:
За зоной критических глубин, в три ряда параллельно береговой черте, через каждый 2 м устанавливаются распластанные якоря (фиг 2). К каждой петле якоря прикрепляются звено гибкого волногасителя. Длина пучков гибких волногасителей достигает величины равная Н, (где Η - глубина мелководья в метрах) + среднемноголетний подъем уровня моря на данном участке берега. Пучки волногасителей занимают всю толщу воды и определенную площадь водной поверхности. При прохождении волн через нити, кинетическая энергия ламинарного потока преобразуется в турбулентный поток нестационарных слабых течений. При этом осуществляется, с одной стороны, передача энергии волны гибкой среде волногасителей, с другой - происходит взаимное проникновение и гашение турбулентного водного потока.
Полезными техническими эффектами от использования устройства являются:
- увеличение эффективности применения за счет того, что волногасители осуществляют постоянные гидроупругие колебания в любом направлении, тем самым сокращая энергию и скорость движения волны;
- увеличение эффективности защиты берега от размыва за счет того, что в результате ослабления энергии волны в зоне критических глубин, возникают гидродинамические условия достаточные для переноса рыхлого песчаного материала со дна к берегу и формирования устойчивого пляжа, защищающего берег.
- увеличение эффективности применения за счет того, что установка волногасителя возможна на любом участке берега при любой ориентации береговой черты и независима от рельефа дна и угла подхода волны к берегу;
- повышение надежности за счет того, что высокую плавучесть, а конструкция пластична и водопроницаема; что исключает образования волноотбойной силы и создает условия подачи рыхлого материала к берегу для формирования пляжа;
- удерживающий элемент - якорь имеет обтекаемую поверхность, что многократно увеличивает устойчивость в период волнового воздействия.
- Высокая плавучесть гибких волногасителей обеспечивает долговечность и эффективность.
- упрощение конструкции и уменьшении стоимости изготовления и эксплуатации за счет того, что для изготовления и монтажа применяются недорогие материалы, простые в производстве и монтаже.
- Единая система волнонасителя, состоящая из отдельных звеньев, соответствует Своду Правил, разработанных «Трансстрой» ЦНИИС, (СП 32-103-97) проектирования берегозащитных сооружений.
Также полезными техническими эффектами являются:
- увеличение области применения за счет того, что волногаситель можно использовать при организации спасательных работ на штормовой акватории моря, при установке на якорях с наветренной части волны;
- увеличение области применения за счет того, что волногаситель можно использовать при организации временной тихой гавани в прибрежной зоне для маломерных и других судов.