Волноломное устройство

Настоящая полезная модель относится к гидротехнической фасонной волноломной конструкции, более конкретно к волноломному устройству в виде тетраэдра, предназначенному для сохранения береговых линий и причалов от размывания волнами и течениями, улавливания гальки и песка, а также удерживания от уноса в море намывной гальки и песка из пляжной зоны.
Из уровня техники известен элемент искусственного рифа, дополнительно предотвращающий вымывание почв (WO 2012051984 А2, 26.04.2012), выполненный в виде правильного тетраэдра с усеченными вершинами, на каждой из граней которого выполнено отверстие, четыре отверстия в гранях соединяются в центре тетраэдра.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является известное из уровня техники волноломное устройство (JPH 11303043 А, 02.11.1999), выполненное в виде правильного тетраэдра с усеченными вершинами, на каждой из граней которого выполнено отверстие в форме треугольника, четыре отверстия в гранях соединяются в центре тетраэдра.
Однако упомянутый источник информации не раскрывает геометрию известного волноломного устройства в виде тетраэдра, в частности, размеров его граней и размеров отверстий в них.
Вместе с тем, практическое применение волноломных устройств в виде тетраэдров показало, что, в зависимости от соотношения площади грани и площади отверстия в ней, имеет место смещение волноломных устройств при воздействии силы волн, а также удельно-высокие скорости обратных потоков, что является препятствием для эффективной работы волноломных устройств в виде тетраэдров.
На основании изложенного, задачей заявленной полезной модели является устранение недостатков известного уровня техники, а именно создание волноломного устройства, которое позволило бы эффективно функционировать, осаждая песок и гальку значительно не смещаясь.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении эффективности волноломного устройства, обеспечиваемой гашением силы волн и улавливанием песка и гальки, с одновременным исключением, по меньшей мере, значительного сдвига при воздействии упомянутой силы волн.
Технический результат достигается за счет волноломного устройства, выполненного в виде правильного тетраэдра с усеченными вершинами, на каждой из граней которого выполнено отверстие в форме равностороннего треугольника, четыре отверстия в гранях соединяются в центре тетраэдра, при этом площадь каждого из отверстий составляет 9…22% от площади грани.
В частных формах реализации волноломное устройство выполнено следующим образом.
На ребрах тетраэдра выполнены фаски.
Внутри тетраэдра установлен арматурный каркас.
На усеченных вершинах тетраэдра расположены монтажные элементы.
Необходимо отметить, что конструктивное выполнение, при котором площадь каждого из соединяющихся в центре правильного тетраэдра отверстий в форме равностороннего треугольника составляет 9…22% от площади грани тетраэдра, позволяет заявленному волноломному устройству обеспечивать гашение силы волн и улавливание песка и гальки с одновременным исключением, по меньшей мере, значительного сдвига при воздействии упомянутой силы волн.
Вместе с тем, при выполнении отверстия площадью менее 9% от площади грани, вследствие наличия большой площади взаимодействия с силами волн, имеет место значительное смещение волноломных устройств, в частности при шторме, что не позволяет ему выполнять свои функции в зоне изначальной установки.
Кроме того, при выполнении отверстия площадью больше 22% от площади грани из-за уменьшения упомянутой площади взаимодействия, имеет место критичное снижение эффективности осаждения и гашения силы волн.
Упомянутые выводы были сделаны на основе результатов проведенных натурных испытаний, которые далее будут рассмотрены более подробно.
Настоящая заявка поясняется следующими графическими материалами.
Фиг. 1. Волноломное устройство (вид на вершину).
Фиг. 2. Волноломное устройство (вид на грань).
Как показано на фигурах, волноломное устройство выполнено в виде правильного тетраэдра с усеченными вершинами, на каждой из граней которого выполнено отверстие в форме равностороннего треугольника, четыре отверстия в гранях соединяются в центре тетраэдра, при этом площадь отверстия составляет 9...22% от площади грани.
На ребрах тетраэдра выполнены фаски.
Внутри тетраэдра установлен арматурный каркас.
На усеченных вершинах тетраэдра расположены монтажные элементы.
Волноломное устройство изготовлено из сульфатостойкого бетона.
Армирование тетраэдра может осуществляться каркасом из стальной или пластиковой, в частности стеклопластиковой, арматуры.
Монтажные элементы, расположенные на усеченных вершинах тетраэдра могут представлять собой кольца или крюки.
Благодаря форме правильного тетраэдра, монтаж волноломных устройств, при возведении гидротехнического сооружения, может выполняться насыпным способом, так как позиционирование волноломных устройств будет осуществляться благодаря их форме, и они будут занимать пространство между элементами гидротехнического сооружения, это позволяет увеличить скорость монтажа и дать серьезный экономический эффект.
Работа гидротехнического сооружения, включающего волноломные устройства заявляемой конструкции, заключается в гашении силы волн и течений за счет преломления и перенаправления водных потоков, их рассекания и снижения скорости, осуществляемых, в частности, за счет большого количества разнонаправленных зазоров.
Вместе с тем, волноломное устройство в виде правильного тетраэдра, на каждой из граней которого выполнено отверстие в форме равностороннего треугольника, и в кортом четыре отверстия в гранях соединяются в центре тетраэдра, позволяет, за счет направления рассеченного потока в стороны (как самим тетраэдром, так и через упомянутые отверстия), создавать сопротивление потоку воды.
Таким образом, снижаются скорости обратного потока, что способствует удержанию поступающих с потоком гальки и песка, и предотвращает их унос в море, а также формирует вал наносов перед конструкциями, укрепляя их с грунтом. Осаждение происходит за счет разности скоростей набегающего и обратного потоков.
Оценка эффективности волноломных устройств заявляемой конструкции производились в отношении тетраэдров в трех основных размерах: со стороной 0,6 метра, 1,2 метра и 2 метра - как наиболее часто применяемых.
Натурные испытания проводились на побережьях Калининградской области РФ в естественных условиях при штормах до 5 баллов включительно по шкале Бофорта, волноломные устройства размещались группами в зоне приливных волн.
Тетраэдры с отверстиями, площадь каждого из которых составляла мене 9% от площади грани, имели смещение, превышающее длину их ребра, что недопустимо при эксплуатации гидротехнических сооружений, так как происходит нарушение целостности сооружения, которое приводит к местному размыванию и затоплению прибрежной зоны. Необходимо отметить, что часть из упомянутых волноломных устройств имело вес более 3 тонн, однако это не воспрепятствовало их смещению более чем на 2,5 метра. Упомянутое смещение, в подавляющем большинстве случаев, вызвано опрокидыванием тетраэдров.
Вместе с тем, тетраэдры с отверстиями, площадь каждого из которых превышает 9% от площади грани, имели смещение, не превышающее двух третей длины их ребра, таким образом, целостность гидротехнического сооружения не нарушалась. Также необходимо отметить, что такие тетраэдры не опрокидывались.
При упомянутом соотношении площади в 9% осаждение грунта достигает от трети до половины высоты тетраэдра.
С увеличением площади отверстия по отношению к площади грани снижается сопротивление силам волн и, вследствие роста скорости обратной волны, снижается и осаждающая способность. Например, при соотношении в 15% осаждение колеблется в пределах 25...30% от высоты тетраэдра, при увеличении площади отверстия, происходит постепенное снижение осаждения, примерно, в 2,5% высоты тетраэдра на 1% увеличения упомянутого соотношения площадей.
При выполнении отверстия площадью более чем 22% относительно площади грани, осаждение снижается до неэффективных менее чем 15% от высоты тетраэдра.
Упомянутая величина в 15% является пороговой, так как осаждение до 15 см/м может обеспечиваться простой рядной каменной кладкой.