КОМБИНИРОВАННЫЙ ВОЛНОГАСИТЕЛЬ

Полезная модель относится к гидротехническим устройствам и предназначена для защиты акваторий, берегов и инженерных сооружений от волновых воздействий, а именно для гашения энергии волн.
Известны подводные волногасители (волноломы), закрепляемые на дне, к примеру, по патентным документам RU №2223359 (опубл. 10.02.2004), RU №2538392 (опубл. 10.01.2015), JP №3609052 (опубл. 12.01.2005). Недостатком таких волногасителей является то, что они не захватывают верхнюю часть волны, особенно при сильных штормах, что снижает их защитный эффект. Особенно ощутим этот недостаток на участках побережья с большой глубиной и крутизной уклона, где донные волногасители не захватывают верхнюю часть высокой волны, например, океанической волны высотой до 16 метров, а в последнее время, из-за изменений климата, океанические волны достигают и 20 метров. Такая волна может пройти над конструкцией волногасителя, не теряя своей энергии.
Известны также плавучие устройства для гашения верхней части волны. Такие волногасители известны, к примеру, из патентных документов RU №2005838 (опубл. 15.01.1994), RU №2564864 (опубл. 10.10.2015), RU №2094565 (опубл. 27.10.1997), RU №2434991 (опубл. 27.11.2011), RU №2413817 (опубл. 10.03.2011), RU №2572563 (опубл. 20.01.2016), US №5961251 (опубл. 05.10.1999). Большинство известных решений плавучих волногасителей представляют собой плоские конструкции различной формы и размера, основная задача которых сводится к гашению энергии только верхней части волн (до 2 метров), что не в полной мере защищает основание береговой полосы от размывания и уноса грунта.
Общими недостатками подводных и плавучих волногасителей являются: недолговечность конструкций из-за коррозионной уязвимости и недостаточной стойкости в морской воде металлических конструкций и низкой механической прочности гибких конструкций из полиэтилена; сложность конструкций, так как для повышения эффективности волногашения в таких конструкциях организуют дополнительные технические мероприятия (встроенные вспомогательные волногасители, пустоты, перфорационные отверстия, деривационные каналы и пр.); сложность изготовления; высокая стоимость.
Наиболее близким предлагаемому решению является волногаситель по патенту на изобретение RU №2572563 (опубл. 20.01.2016), содержащий в качестве волногасящих элементов стальные трубы, собранные в объемную конструкцию, при этом трубы уложены в несколько рядов и ориентированы перпендикулярно к продольной оси волногасителя. Волногаситель включает единый удерживающий каркас, в который уложены трубы, обеспечивающий необходимую продольную и поперечную жесткость волногасителя, причем на верхней его части смонтированы якорные системы и он оборудован силовой установкой. При этом высота волногасителя (каркаса) составляет 0,2-0,3 высоты волны. Волногаситель имеет те же недостатки, что и приведенные выше решения. Имеет высокую стоимость, дорогостоящий монтаж, конструктивную сложность и недолговечность конструкции, а также ограниченный охват только верхней части высоты волны только в пределах размера каркаса.
Таким образом, стоит проблема создания устройства, сочетающего преимущества как донных, так и плавучих волноломов, и позволяющего перехватывать волны на всю их высоту практически в любых условиях волнения.
Предлагаемой полезной моделью решается задача создания конструкции комбинированного донно-плавучего волногасителя с повышенной волногасящей способностью с охватом всей высоты волны практически в любых условиях волнения, более долговечного при эксплуатации в морской воде, снижение материалоемкости и стоимости, ускорение и удешевление монтажа.
Технический результат состоит в создании конструкции комбинированного донно-плавучего волногасителя с повышенной волногасящей способностью, с охватом всей высоты волны практически в любых условиях волнения, за счет более эффективного разрушения кинетической энергии волн на всю их высоту благодаря гибкости и упругости конструкции волногасителя, за счет изменяемой высоты волногасителя, при повышении долговечности в морской воде, снижении материалоемкости и стоимости, ускорении и удешевлении монтажа.
Для достижения указанного технического результата в комбинированном волногасителе, содержащем в качестве волногасящих элементов трубы, собранные в объемную конструкцию, объемная конструкция состоит из нижней и верхней частей, каждая из которых состоит из труб базы-обрешетки и труб гребенки, при этом первая часть труб базы-обрешетки размещена параллельно друг другу и выполнена с рядом боковых сквозных отверстий, а вторая часть труб базы-обрешетки размещена перекрестно первой части труб базы-обрешетки и проходит через их боковые сквозные отверстия, трубы гребенки размещены вертикально в отверстиях, выполненных вдоль оси в теле первой части труб базы-обрешетки, причем трубы базы-обрешетки и трубы гребенки выполнены из композитного материала, при этом трубы гребенки нижней части направлены вверх, а трубы гребенки верхней части направлены вниз и имеют меньший по сравнению с диаметром труб гребенки нижней части диаметр и размещены в трубах гребенки нижней части с возможностью перемещения вдоль своей оси, трубы базы-обрешетки нижней части заполнены бетоном, а трубы гребенки верхней части зафиксированы в отверстиях труб базы-обрешетки путем заливки полимерного материала в трубы базы-обрешетки, плотность которого позволяет верхней части оставаться постоянно в приповерхностном слое воды независимо от высоты волн, при этом концы труб гребенки верхней и нижней части выполнены с утолщениями, препятствующими разъединению конструкции.
Целесообразно выполнять трубы гребенки нижней части высотой до 24 м, трубы гребенки верхней части высотой до 12 м.
Отличительными признаками предлагаемого волногасителя, от наиболее близкого, указанного выше является то, что объемная конструкция состоит из нижней и верхней частей, каждая из которых состоит из труб базы-обрешетки и труб гребенки, при этом первая часть труб базы-обрешетки размещена параллельно друг другу и выполнена с рядом боковых сквозных отверстий, а вторая часть труб базы-обрешетки размещена перекрестно первой части труб базы-обрешетки и проходит через их боковые сквозные отверстия, трубы гребенки размещены вертикально в отверстиях, выполненных вдоль оси в теле первой части труб базы-обрешетки, причем трубы базы-обрешетки и трубы гребенки выполнены из композитного материала, при этом трубы гребенки нижней части направлены вверх, а трубы гребенки верхней части направлены вниз и имеют меньший по сравнению с диаметром труб гребенки нижней части диаметр и размещены в трубах гребенки нижней части с возможностью перемещения вдоль своей оси, трубы базы-обрешетки нижней части заполнены бетоном, а трубы гребенки верхней части зафиксированы в отверстиях труб базы-обрешетки путем заливки полимерного материала в трубы базы-обрешетки, плотность которого позволяет верхней части оставаться постоянно в приповерхностном слое воды независимо от высоты волн, при этом концы труб гребенки верхней и нижней части выполнены с утолщениями, препятствующими разъединению конструкции. В частном случае выполнения полезной модели трубы гребенки нижней части выполнены высотой до 24 м, трубы гребенки верхней части - высотой до 12 м.
Благодаря наличию этих признаков в предлагаемой конструкции комбинированного волногасителя повышается волногасящая способностью, с охватом всей высоты волны практически в любых условиях волнения, повышается долговечность, снижается материалоемкость конструкции, упрощается, ускоряется и удешевляется монтаж конструкции.
Благодаря тому, что трубы гребенки верхней части конструкции имеют меньший диаметр, чем трубы гребенки нижней части, это позволяет трубам гребенки верхней части свободно заходить внутрь труб гребенки нижней части конструкции как в пенал. В спокойном положении верхняя часть конструкции лежит на нижней части, трубы гребенки верхней части практически полностью вставлены внутрь труб гребенки нижней части. В случае, когда высота волн превосходит высоту труб гребенки нижней части, то благодаря заданной плавучести верхняя часть всплывает с поднявшейся волной и ее трубы гребенки выдвигаются из труб гребенки нижней части, создавая проницаемый свайный многорядный волнолом на всю высоту нижней и верхней части и перехватывая волны практически любой высоты в диапазоне до 36 метров от уровня дна.
Конструкция нижней части волногасителя, в которой трубы базы-обрешетки заполнены бетоном, обеспечивает устойчивость всего сооружения на дне, а верхняя плавучая часть волногасителя имеет заданную плавучесть, что позволяет ей оставаться постоянно в приповерхностном слое воды, и соединенные в замок, благодаря утолщениям на концах, трубы гребенки нижней и верхней части разбивают как верхнюю, так и нижнюю часть волны в диапазоне до 36 метров от уровня дна. При защите, к примеру, акваторий портов, необходимо учитывать их глубину. Волногасители с одной стороны должны располагаться на небольших глубинах. С другой стороны, при размещении защитного устройства на глубинах менее определенного предела, волны превращаются в прибойные и разбитые, оказывающие большее силовое воздействие. Выполнение труб гребенки нижней части высотой до 24 м, а труб гребенки верхней части - высотой до 12 м, с возможностью перемещения вдоль своей оси, позволяет учесть эти особенности. По двенадцатибалльной шкале Бофорта максимальная высота волны во время сильного шторма достигает 12,5 м, во время жестокого, крайне редкого, шторма -16 м, при расположении на дне на глубине до 24 м, комбинированный волногаситель обеспечить защиту от таких волн. Таким образом, предлагаемый комбинированный волногаситель обеспечивает волногасящую способность с охватом всей высоты волны практически в любых условиях волнения на море. При этом вертикальные трубы гребенки из упругого композитного материала будут создавать амортизационный эффект и разбивать ламинарный поток воды, превращая его в турбулентный, значительно снижая кинетическую ударную энергию волны. Сооружение из композитного материала в морской среде будет долговечнее практически любого аналога. Композитные трубы легко обрабатываются, благодаря чему устройство может быть легко изготовлено и смонтировано, удешевляется стоимость конструкции. Благодаря отсутствию удерживающего каркаса, уменьшению количества труб в объемной конструкции уменьшается материалоемкость по сравнению с ближайшим аналогом. Монтаж собранного устройства прост и относительно дешев.
Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежами.
На фигуре 1 показан общий вид комбинированного волногасителя в аксонометрической проекции с опущенной верхней частью при отсутствии волнения
на фигуре 2 показан общий вид комбинированного волногасителя в аксонометрической проекции при сильном волнении
на фигуре 3 показан вид спереди комбинированного волногасителя
на фигуре 4 - вид сбоку комбинированного волногасителя
на фигуре 5 - вид сверху, где 1 - нижняя часть объемной конструкции комбинированного волногасителя, 2 - верхняя часть объемной конструкции, 3 - трубы базы-обрешетки, 4 - трубы гребенки, 5 - боковые сквозные отверстия в трубах базы-обрешетки 3, 6 - отверстия в теле труб базы-обрешетки 3.
Нижняя 1 и верхняя 2 части комбинированного волногасителя представляет собой конструкцию, собранную из труб базы-обрешетки 3 и труб гребенки 4. Первая часть труб базы-обрешетки 3 размещена параллельно друг другу, причем в каждой трубе и выполнен ряд боковых сквозных отверстий, а вторая часть труб базы-обрешетки 3 размещена перекрестно первой части труб и параллельно друг другу и проходит через ряд боковых сквозных отверстий 5 первой части труб базы-обрешетки. Трубы гребенки 4 размещены вертикально в отверстиях 6, выполненных в ряд и вдоль оси в теле первой части труб базы-обрешетки 3. Трубы базы-обрешетки 3 - это несколько параллельных рядов основных труб большого диаметра первой части, соединенных между собой второй частью поперечных труб базы-обрешетки 3 меньшего диаметра и образующих решетку, при этом поперечные трубы меньшего диаметра проходят через тело основных труб. Трубы гребенки 4 это вертикально установленные трубы малого диаметра, которые с определенным промежутком устанавливаются в первой части труб базы-обрешетки 3. Трубы гребенки 4 размещены с заданной периодичностью вертикально в отверстиях, выполненных в первой части труб базы-обрешетки 3. При этом трубы гребенки 4 нижней части 1 направлены вверх, а трубы гребенки 4 верхней части 2 направлены вниз. Высота (до 24 м для труб гребенки 4 нижней части 1 или до 12 м для труб гребенки 4 верхней части 2), плотность установки и возможная ступенчатость труб гребенки 4 определяется конкретным местом размещения волногасителя для решения задачи по максимально эффективному разрушению кинетической энергии волн по всей их высоте. Решетка, образованная трубами базы-обрешетки 3 нижней части 1, является базой конструкции и находится на дне, а решетка, образованная трубами базы-обрешетки 3 верхней части 2 находится в приповерхностном слое воды, при этом благодаря меньшему диаметру труб гребенки 4 верхней части 2 они свободно заходят внутрь труб гребенки 4 нижней части 1 конструкции как в пенал. В спокойном положении верхняя часть 2 конструкции лежит на нижней части 1, трубы гребенки 4 верхней части 2 вставлены внутрь труб гребенки 4 нижней части 1. В случае, если высота волн превосходит высоту труб гребенки 4 нижней части 1, плавучая верхняя часть 2 всплывает в поднявшейся волне и ее трубы гребенки 4 выдвигаются из труб гребенки 4 нижней части 1, создавая проницаемый свайный многорядный волнолом на всю высоту нижней 1 и верхней 2 частей и перехватывая волны практически любой высоты в диапазоне до 36 метров от уровня дна.
Комбинированный волногаситель выполнен из композиционного материала, например стеклопластиковых, стеклобазальтопластиковых, базальтопластиковых труб.
Закрываемая конструкцией ширина по фронту волны составляет до 10-12 метров, количество рядов труб в базе-обрешетке может варьироваться. С учетом конкретных местных условий могут применяться трубы разных диаметров. Частота установки труб гребенки и их длина также определяется местными условиями. Конструкция комбинированного волногасителя является сборной, собирается на берегу или на судне, с которого происходит спуск на воду, и мобильной (может устанавливаться в любом месте и перемещаться на другие участки). Трубы гребенки нижней части после установки в отверстиях труб базы-обрешетки нижней части фиксируются в них путем заливки бетона в трубы базы-обрешетки. Трубы гребенки верхней части после установки в отверстиях труб базы-обрешетки фиксируются в них путем заливки полимерного материала в трубы базы-обрешетки, после чего они вставляются сверху как в пенал в трубы гребенки нижней части с более крупным диаметром. Трубы гребенки верхней и нижней части снабжаются утолщениями, которые не позволяют трубам гребенки верхней части при всплытии полностью выйти из нижней части и разъединиться с ней. После этого конструкция комбинированного волногасителя становится неразъемной, она может перемещаться на другие участки акватории или подниматься на берег целиком. Комбинированный волногаситель может содержать другие подходящие приспособления для предотвращения разъединения нижней и верхней частей.
Предлагаемая конструкция комбинированного донно-плавучего волногасителя реализована в проекте волногасителя «Барьер».