ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМЫЙ ВОЛНОЛОМ
PNEUMOHYDRAULIC NONVOLATILE BREAKWATER

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям для защиты морских берегов и объектов от волнового воздействия и может быть использовано как в прибрежных, так и в удаленных от побережья акваториях.
Известны многие конструкции оградительных и берегозащитных волноломов. Одни из них - сплошные, выполненные из бетона и других строительных материалов, при удовлетворительных эксплуатационных данных требуют больших капитальных затрат и сами подвержены разрушению (особенно на глубоководье). Другие - сквозные и плавучие - имеют при сильном волнении низкую эффективность, так как слабо сдерживают поток волновой энергии.
Особую разновидность составляют пневматические и гидравлические волноломы, они имеют простую конструкцию, достаточную эффективность, не дороги, однако общий их недостаток заключается в необходимости установки и обслуживания насосно-компрессорного оборудования, а также затрат энергоресурсов.
К тому же, все перечисленные сооружения имеют постоянную ориентацию, не зависящую от направления подхода волн, что препятствует оптимизации режима их работы.
Известен энергонезависимый самонастраивающийся пневматический волнолом (принятый за прототип), конструктивно объединенный с защищаемой им плавучей волновой электростанцией (патент RU №2365780 от 27.08.2009). Данное устройство вполне способно выполнять свою защитную функцию, однако там, где нет потребности в электроснабжении, применение подобных установок не оправдано.
Предлагаемая конструкция относительно недорогого пневмогидравлического энергонезависимого волнолома (ПГЭВ) должна обеспечить защиту морских берегов и сооружений в любых условиях, независимо от глубины и рельефа морского дна и состояния инфраструктуры в местах использования данного волнолома, без ущерба для экосистемы защищаемой акватории.
Поставленная задача решается тем, что в представленном ПГЭВ, содержащем пневматический, гидравлический и плавучий волногасители, согласно изобретению последний, плавучий, оснащен наклонной платформой и выполнен в виде понтона с извне проницаемой фронтальной стенкой, состоящей, например, из решетчатых сегментов с внутренними клапанами, и потому в условиях воздействия на него крутых волн является и нагнетателем, и накопителем водовоздушной среды, необходимой для работы двух других волногасителей, а последние связаны с ним трубопроводами, оснащенными известными системами автоматической подачи воздуха и воды в строго определенные интервалы времени и в объемах, зависящих от параметров волн.
Такая конструкция волнолома обеспечивает следующие процессы.
Наклонная платформа трансформирует набегающую волну в бурун, при ударе которого в извне проницаемую фронтальную (т.е. обращенную в сторону набегающих волн) стенку понтона водовоздушная смесь продавливается внутрь его, разделяется и по трубам воздух подается к пневматическому волногасителю, а вода - к гидравлическому, чем обеспечивается их работа под управлением простейших систем автоматики, использующих тоже только энергию волн.
Для пояснения сущности изобретения представлены следующие чертежи:
на фиг.1 показан общий вид модуля ПГЭВ в плане; на фиг.2 - разрез "А-А"; на фиг.3 - разрез "Б-Б".
Пневмогидравлический энергонезависимый волнолом имеет модульную структуру. Общая протяженность его фронта, шаг установки в нем модулей и размеры последних определяются естественными волновыми условиями в акваториях и характером защищаемых объектов.
Модуль ПГЭВ имеет следующее устройство.
Основу его составляют три блока с положительной плавучестью, каждый из них является волногасителем: первый (по ходу волн) блок - пневмогаситель - состоит из поплавка-ресивера 1, распределительной трубы 2, разбитой на секции, каждая из которых связана с ресивером 1 через отдельный золотник 3 с приводом от датчика 4 высоты волны и оснащена аэратором 5 в виде, например, перфорированных патрубков; второй блок - плавучий волногаситель - имеет понтон 6 с примыкающей к нему наклонной платформой 7, со стороны которой последний оснащен фронтальной извне проницаемой стенкой, например, из решетчатых сегментов 8 с внутренними клапанами 9; третий блок - гидравлический волногаситель - выполнен в виде водосборника 10 с соплами 11 и тоже с извне водопроницаемой стенкой.
Первый и второй блоки связаны снизу воздуховодами 12, которые внутри понтона 6 оснащены поплавками-клапанами 13, а сверху - решеткой с продольными стержнями 14, являющейся и элементом жесткости конструкции, и ограждением от крупных плавающих предметов.
Второй и третий блоки разбиты на секции, имеют в верхней части поплавковые отсеки и связаны трубами 15, подвижно соединенными с понтоном 6 и сообщающимися с его полостью через запорные шиберы 16 с приводом от датчиков 17 потока.
Модуль закреплен на морском дне (например, связями от нижнего края платформы 7 к одному общему якорю) с возможностью самоустановки по ходу волн.
ПГЭВ обеспечивает гашение волн в одном из трех режимов работы в зависимости от интенсивности волнения водной поверхности. При малоопасных волнах модуль работает как обычный плавучий волнолом, отражая волну фронтальной стенкой понтона 6. К тому же, гашению энергии волн, как и в двух других режимах, способствует трансформация их с частичным разрушением на искусственном откосе - наклонной платформе 7 (в данном случае волна превращается в скользящий бурун).
При более интенсивном волнении гребни волн, резко меняющих форму на откосе перед понтоном 6, опрокидываются, при ударе о его стенку продавливают внутрь его через решетчатые сегменты 8 с клапанами 9 водовоздушную смесь, образующуюся в полости буруна, и, таким образом, создают запас воды и воздуха, находящихся под избыточным давлением. При этом волны, израсходовав большую часть своего энергетического ресурса, уже не способны с достаточной силой воздействовать на датчики 17 потока над понтоном 6. При подходе к модулю очередных волн их высота может оказаться достаточной для срабатывания датчика 4, воспринимающего эту высоту волн, в данном варианте - через давление воды и управляющего золотником 3, отчего сработает пневматическая система волнолома. Интенсивность гашения волн, зависящая от объема воздуха, поступающего в активную зону волнолома из ресивера 1 по распределительной трубе 2 и через аэраторы 5, определяется высотой самих волн. Дальнейшее разрушение остаточных волн происходит, как в предыдущем режиме.
В режиме экстремального волнения разрушение волн пневматическим волногасителем, далее - на наклонной платформе 7 и при ударе о понтон 6 не заканчивается, гребни волн (на фиг.3 показано пунктиром) преодолевают преграду и следуют дальше. При этом они воздействуют на датчики 17, которые открывают шиберы 16, через них вода из понтона 6 по трубам 15 подается под напором в водосборник 10, откуда ее поток через сопла 11 устремляется навстречу остаточной волне, погашая ее до безопасной высоты. Такой гидравлический волногаситель способен работать и при полностью израсходованном запасе воды в понтоне 6; в этом случае водосборник 10 заполняется водой через собственные решетчатые сегменты, а ее поток через сопла 11 обеспечивается подачей сжатого воздуха через те же шиберы 16.
При предельном заполнении понтона 6 водой поплавки-клапаны 13 перекрывают сообщение его полости с воздуховодами 12, чем предотвращают попадание в них воды.
Подвижное соединение водосборника 10 с понтоном 6 обеспечивает их независимое перемещение в вертикальной плоскости при изменении их плавучести, обусловленной непостоянством объема содержащейся в них воды и в условиях морского волнения.
Решетка из продольных стержней 14 защищает от попадания на платформу 7 и к решетчатым сегментам 8 понтона 6 крупных плавающих предметов.
Для обеспечения возможности самоориентации модулей при изменении направления хода волн модули устанавливаются с определенным шагом. Разрушение волн, проходящих через интервалы между соседними модулями, осуществляется только пневматической системой волнолома, выходящей за габариты платформы 7, но не препятствующей повороту модулей, так как пневмосистема располагается над якорем - центром этого поворота. В этих интервалах можно обеспечить усиленную аэрацию.
Свойство модулей (благодаря парусности их подводной части) ориентироваться по ходу волн наряду с зависимостью эффективности его волногасителей от параметров последних обеспечивает работу ПГЭВ в оптимальном режиме с сохранением нормальных условий для экосистемы в защищаемой акватории.
В замерзающих акваториях на период ледостава модули притапливаются известными способами.
Важным преимуществом ПГЭВ, наряду с его высокой эффективностью при низких капитальных затратах, является отсутствие потребности в инфраструктуре: он не нуждается ни в энергоресурсах, ни в дополнительных объектах стройиндустрии, ни в дорожных и подготовительных работах на защищаемых берегах, поскольку изготовление всех элементов конструкции модулей выполнимо в заводских условиях, а их установка и обслуживание производятся с моря. Это создает возможность использования таких волноломов в самых различных условиях эксплуатации.