КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ЗАХВАТА И ГАШЕНИЯ ВОЛН
STRUCTURE FOR CAPTURING AND DAMPING WAVES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение принадлежит области строительной техники и относится к конструкции для захвата и гашения волн.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из-за серьезных климатических изменений, частично вызванных глобальным потеплением, проблема разрушения (эрозии) береговой линии, вызываемой сильным ветром и волнами, является одной из серьезных проблем, которые необходимо срочно решить.
Из предшествующего уровня техники известны попытки решить проблему эрозии береговой линии с помощью поплавка, установленного вблизи береговой линии на соответствующем расстоянии от нее и позволяющего уменьшить силу волн, доходящих до береговой линии. Большинство таких поплавков имеет подводные и надводные части, предназначенные для захвата и гашения волн на поверхности воды и способные также использовать энергию, получаемую от падающих на них волн, для вращения электрогенератора.
Например, в патенте США №5827011, озаглавленном "Система подавления волн", выданном 27 октября 1998 г., и патенте США №5775248, озаглавленном "Стабилизированный поплавковый барабан", описан поплавок в форме короба или цилиндра, плавающего по поверхности воды для ослабления силы волн. Однако каждый из этих поплавков представляет собой одиночный блок и потому недостаточно эффективен для гашения волн. Кроме того, эти поплавки не способны к захвату волн для использования, поэтому волновая энергия пропадает.
Другие устройства для гашения волн, такие как в патенте США №3996776, озаглавленном "Плавучий волнорез", и в патенте США №6767162, представляют собой цилиндрический удлиненный поплавок, продольно вытянутый в направлении, перпендикулярном направлению волны, поэтому он может образовывать линию волновой защиты. Однако указанная конструкция имеет лишь одну линию, поэтому в случае волн большого размера большинство таких волн способны преодолеть конструкцию и могут повредить береговую линию. В результате она не способна захватывать эти волны так эффективно, как ожидалось. Кроме того, указанная конструкция не способна использовать волновую энергию.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Исходя из вышеуказанных проблем, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать конструкцию для захвата и гашения волн, с уменьшением в результате эрозии береговой линии, а также может использовать энергию этих волн, например, для выработки электроэнергии и т.д.
Конструкция для захвата и гашения волн в соответствии с настоящим изобретением содержит по меньшей мере одну пару плавучих конструкций, каждая из которых соединена с каждой другой по существу параллельным образом для захвата волн на поверхности воды, причем соответствующие плавучие структуры содержат: корпус, состоящий из плавучего пола и боковой стенки, простирающейся вниз от периметра плавучего пола, и плавучий элемент, соединенный с плавучим полом корпуса и указанной подводной частью, чтобы поддерживать указанный корпус при погружении в воду. Указанный плавучий элемент содержит волновой экран, причем по меньшей мере одна часть экрана расположена над уровнем поверхности воды, и экран имеет поверхность, сформированную как вертикальная плоскость и наклоненную под острым углом по отношению к линии, проходящей вдоль длины указанного корпуса, если смотреть сверху. Каждая пара указанных плавучих конструкций скреплена вместе с формированием прохода для прохождения волн. Указанная конструкция дополнительно содержит: поплавок, прикрепленный к задней части указанных плавучих конструкций для гашения волн, проходящих через указанный канал. Указанный поплавок содержит плавучий корпус и подводную часть, а также опорную плиту в форме плоской пластины, расположенной ниже поверхности воды и под указанным корпусом, чтобы способствовать стабилизации указанного поплавка.
Эти и другие задачи и признаки изобретения станут более очевидными при рассмотрении их в совокупности с прилагаемыми чертежами и последующим подробным описанием изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1А и 1В представляют собой виды в перспективе, показывающие плавучую конструкцию 100 в соответствии с первым и вторым вариантами осуществления настоящего изобретения, соответственно,
На фиг. 2 показан вид сверху этой плавучей конструкции.
На фиг. 3 показан вид в поперечном разрезе плавучей конструкции 100 по линии FF на фиг. 2.
На фиг. 4 показан вид в поперечном разрезе плавучей конструкции 100А вдоль линии FF для другого варианта осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 5 показан вид сверху конструкции для захвата и гашения волн в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 6 показан вид в перспективе конструкции для захвата и гашения волн в соответствии с настоящим изобретением, в ходе введения в действие.
На фиг. 7 показан вариант осуществления поплавка 60 в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 8 показан другой вариант осуществления поплавка 70 в соответствии с настоящим изобретением.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Описание настоящего изобретения дано на примере вариантов осуществления этого изобретения со ссылкой на чертежи, выступающие как примеры и помогающие предоставить более четкое описание, при этом одинаковые элементы на этих чертежах обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Хотя здесь проиллюстрированы и описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, они не предназначены для ограничения этого изобретения, и объем этого изобретения определен в прилагаемой формуле изобретения.
Фиг. 1А представляет собой вид в перспективе, показывающий плавучую конструкцию 100 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.
Согласно фиг. 1А плавучая конструкция 100 имеет корпус 10, состоящий из плавучего пола 12 и боковой стенки 14, простирающейся вниз от периметра плавучего пола 12, и плавучий элемент 20, соединенный с плавучим полом 12 корпуса 10 для поддержки корпуса 10 при погружении в воду и выполнения функции волнового барьера.
При этом плавучий элемент 20 плавучей конструкции 100 содержит волновой экран 22, по меньшей мере одна часть которого расположена над уровнем поверхности воды. Волновой экран 22 плавучего элемента 20 содержит поверхность, сформированную в виде вертикальной плоскости. Плавучий элемент 20 имеет внутри пустую полость 23, которая может быть выполнена в форме герметичной камеры, содержащей воздух или газ, так что плотность плавучего элемента 20 меньше плотности воды, и этот элемент может плавать. Кроме того, плавучий элемент 20 может быть заполнен материалом с плотностью, меньшей плотности воды, таким как, например, пенопласт и т.д., чтобы повысить прочность этого плавучего элемента, или плавучий элемент 20 может быть изготовлен из прочного легкого материала с плотностью, меньшей плотности воды, такого как, например, полипропиленовая пластмасса или полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) или полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) и т.д.
Фиг. 1B представляет собой вид в перспективе, показывающий плавучую конструкцию 100 в соответствии со вторым вариантом осуществления, имеющую большинство признаков, сходных с признаками первого варианта осуществления, за исключением того, что в этом варианте осуществления настоящего изобретения плавучая конструкция 100 дополнительно содержит опорную плиту 112 в форме плоской пластины, расположенной под корпусом и прикрепленной к корпусу 10 с помощью множества опор 114, простирающихся вниз, чтобы способствовать также стабилизации плавучей конструкции.
Как показано на фиг. 2, волновой экран 22 плавучего элемента 20 наклонен под острым углом θ по отношению к линии, проходящей вдоль длины указанного корпуса, если смотреть сверху, причем острый угол θ может быть в диапазоне 30-60 градусов, предпочтительно около 45 градусов, чтобы встретить приходящую волну и ослабить ее, и в то же время собрать волну в заданном направлении, как будет подробно пояснено ниже.
Фиг. 3 показывает вид в поперечном разрезе плавучей конструкции 100 по линии FF с фиг. 2 и иллюстрирует полую часть 25 корпуса 10, причем полая часть является полой и содержит воду или позволяет воде входить в нее или эта полая часть может быть выполнена так, что жидкость может попадать в пространство полой части 25. В одном варианте осуществления корпус 10 может состоять из нижней стенки 13 для закрывания нижней части боковой стенки 14 корпуса 10 или в одном аспекте нижняя стенка 13 корпуса 10 может быть открыта для входа воды в полую часть, благодаря чему эта вода может помочь демпфировать движения корпуса 10, чтобы улучшить стабилизацию конструкции, когда та перемещается вверх и вниз вертикально под действием волн.
Плавучий элемент 20 имеет камеру или пустую полость 23, которая может быть выполнена в форме герметичной камеры, содержащей воздух, так что плавучий элемент 20 может плавать, или камера может содержать материал, имеющий плотность меньше плотности воды, такой как, например, пенопласт с закрытыми порами или подобный, и т.д., благодаря чему плавучий элемент 20 имеет малый вес и повышенную прочность.
На фиг. 4 показан вид в поперечном разрезе плавучей конструкции 100 по линии GG с фиг. 1B. Фиг. 4 показывает опорную плиту 112, прикрепленную к корпусу 10 посредством опор 114 и погруженную в воду. Кроме того, опорная плита 112 может иметь две или более пластин, причем каждая из опорных плит 112 прикреплена к корпусу в форме слоя посредством множества опор 114 (не показано) для повышения стабильности.
На фиг. 5 показан вид сверху конструкции для захвата и гашения волн в соответствии с настоящим изобретением.
Конструкция для захвата и гашения волн в соответствии с настоящим изобретением содержит по меньшей мере одну пару плавучих конструкций 100, как описано выше, для захвата волн на поверхности воды, при этом плавучие конструкции соединены друг с другом по существу параллельным образом. Каждая пара указанных плавучих конструкций 100 скреплена вместе фиксирующим средством 30, так что они разнесены относительно друг друга, и канал Е формирует волновой проход. Волновые экраны 22 каждой плавучей конструкции 100 совместно образуют зону А для приема волн, идущих к береговой линии, так что каждая из указанных плавучих конструкций 100 вынуждена перемещаться и быть обращенной к волнам. Таким образом, конструкция может эффективно захватывать волны.
Согласно фиг. 3 волна, прошедшая через зону А, собирается, и ее скорость растет, когда волна проходит через канал Е, образованный боковыми стенками 14 каждой плавучей конструкции 100. Канал Е, расположенный между каждой парой плавучих конструкций 100, обеспечивает захваченной волне достаточные скорость и энергию, которые можно использовать, например, для вращения гидротурбины электрогенератора (не показан), установленного в зоне А и/или зоне В, после чего волна проходит через канал Е в зону С, расположенную за плавучими конструкциями 100. При этом, канал Е имеет ширину d в зависимости от размера плавучей конструкции.
Волна, вышедшая из канала Е, все еще имеет достаточно большую энергию и может повредить береговую линию. Поэтому конструкция для захвата и гашения волн в соответствии с настоящим изобретением оснащена поплавком 50, причем поплавок 50 прикреплен к задней части плавучей конструкции 100 канатами или тросами и т.п. Поплавок 50 расположен между парой плавучих конструкций 100 на таком расстоянии от канала Е, которое подходит для эффективного гашения волны, выходящей из указанного канала Е.
Захваченная волна проходит по каналу Е через зону В, затем ударяется в поплавок 50, расположенный сзади рядом с каналом Е, так что энергия волны будет рассеяна до достижения волной береговой линии. Оставшейся энергии волны недостаточно, чтобы разрушить береговую линию.
Фиг. 6 иллюстрирует установку и ввод конструкции в действие. Конструкция для захвата и гашения волн в соответствии с настоящим изобретением надежно прикреплена ко дну 200 водоема с помощью якоря 210 или сваи, металлической стойки, бетонного блока или подобного через канаты или тросы 212 так, что плавучую конструкцию 100 можно перемещать или поворачивать для обращения ее в направлении волны. Таким образом, можно максимизировать применение захваченной волны, а сама конструкция является более стабильной, и в то же время, более стойкой к воздействию волн.
Далее подробно описан поплавок 50 и различные варианты осуществления поплавка в соответствии с настоящим изобретением.
Плотность поплавка 50 меньше плотности воды, при этом поплавок может иметь пустую полость, содержащую воздух или материал, имеющий плотность меньше плотности воды, такой как, например, пенопласт с закрытыми порами и т.д., так что одна часть поплавка выступает из воды, а другая часть поплавка погружена в воду.
На фиг. 7 показан вариант осуществления поплавка 60 в соответствии с настоящим изобретением.
Согласно фиг. 7 поплавок 60 содержит корпус 61, имеющий в нем полую часть 65 (показана штриховой линией). Внутри полой части 65 может быть воздух или пена для увеличения прочности. Корпус 61 также содержит часть 69 коробчатой конструкции в форме отверстия, так что вода может быть введена в часть 69 коробчатой конструкции. Часть 69 коробчатой конструкции может быть разделена на множество камер для повышения прочности корпуса 61, причем часть 69 коробчатой структуры действует как вертикальный стабилизатор для поплавка 60, когда поплавок перемещается вверх и вниз вследствие движения волны. При введении в действие часть 69 коробчатой конструкции уходит под поверхность воды, что приводит к демпфированию движения, в то время как, по меньшей мере, некоторая часть полой части 65 корпуса 61 выходит из воды. Дополнительно поплавок 60 имеет опорную плиту 68, прикрепленную к нижнему полу корпуса 61 поплавка 60 посредством множества монтажных элементов или опор 66, так что опорная плита 68 расположена на определенном расстоянии от корпуса 61, причем это расстояние можно регулировать в зависимости от глубины воды. Далее при введении в действие указанная опорная плита 68 расположена ниже поверхности воды и под указанным поплавком, чтобы способствовать вертикальной стабилизации поплавка 60. Следует отметить, что в случае сильных волн под поплавком 60 могут быть предусмотрены, соответственно, две опорные плиты 68 или более. Эти плиты монтируют отдельно в форме слоев на определенных вертикальных расстояниях друг над другом (не показано) как подходит для увеличения вертикальной силы сопротивления, что способствует повышению стабильности поплавка 60.
В одном варианте осуществления поплавок 60 может дополнительно содержать наклонную поверхность 62, приспособленную для обращения к набегающей волне. Наклонная поверхность 62 наклонена под углом примерно 20-60 градусов относительно приблизительно горизонтальной линии в зависимости от исполнения. Одна часть наклонной поверхности 62 погружена в воду, в то время как оставшаяся часть выступает из воды, так что набегающая на поплавок 60 волна может распространяться вверх вдоль наклонной поверхности 62. Некоторая часть волны может проходить по наклонной поверхности 62 до конца и падать с задней части поплавка 60, в то время как оставшаяся часть волны будет стекать обратно вниз вдоль наклонной поверхности 62. Однако если наклон поверхности 62 слишком мал, то значительная часть волны может переходить через поплавок 60 к береговой линии, из-за чего этот поплавок не сможет эффективно гасить волну. В то же время, если наклон поверхности 62 слишком большой, то сила удара волны о поплавок может оказаться довольно большой, из-за чего поплавок 60 может начать колебаться и может потерять стабильность.
Поплавок 60 дополнительно содержит петли 64 для крепления поплавка 60 к плавучей конструкции 100, как указано выше.
На фиг. 8 показан другой вариант осуществления поплавка 70 в соответствии с настоящим изобретением.
Согласно фиг. 8 поплавок 70 содержит корпус 71, имеющий часть 79 коробчатой конструкции в форме отверстия, так что вода может входить в часть 79 коробчатой конструкции. Часть 79 коробчатой конструкции может быть разделена на множество камер для повышения прочности корпуса 71, и часть 79 коробчатой структуры действует как вертикальный стабилизатор для поплавка 70, когда поплавок перемещается вверх и вниз под действием движения волны. При введении в действие часть 79 коробчатой конструкции погружена под поверхность воды, результатом чего является демпфирование вертикального движения поплавка, в то время как, по меньшей мере, некоторая часть полости (не показано) корпуса 71 выходит из воды, поддерживая поплавок 70 над поверхностью воды. Дополнительно поплавок 70 также имеет опорную плиту 78, прикрепленную к корпусу 71 поплавка 70 посредством множества монтажных элементов 76 так, что опорная плита 78 отстоит от корпуса 71. Далее при введении в действие указанная опорная плита 78 расположена ниже поверхности воды и под указанным поплавком, чтобы способствовать стабилизации поплавка 70.
Поплавок 70 имеет наклонную поверхность 72, предназначенную для обращения к набегающей волне. Наклонная поверхность 72 наклонена под углом около 20-60 градусов относительно горизонтальной линии.
Кроме того, наклонная поверхность 72 также содержит выпускные канавки 73, например, по меньшей мере одну канавку, причем выпускные канавки простираются в боковом направлении для выпуска воды и песка, захваченных в набегающей волне, действующей на наклонную поверхность поплавка 70, так что вода сбрасывается вбок относительно направления волны.
Поплавок 70 дополнительно содержит петли 74 для крепления поплавка 70 к плавучей конструкции 100.
Из вышеизложенного следует, что конструкция для захвата и гашения волн в соответствии с настоящим изобретением улучшена так, что она позволяет захватить и ослабить волны, уменьшая остроту проблемы разрушения береговой линии, причем предусмотрены две линии захвата и гашения волн, так что ими можно эффективно управлять. Кроме того, энергия перехваченной волны может иметь другие применения, например, применяться для вращения турбины гидротурбинного электрогенератора с целью выработки электроэнергии и т.д.
Хотя настоящее изобретение подробно описано на примерах со ссылкой на прилагаемые чертежи, следует понимать, что предусмотрены различные модификации и изменения специалистами в данной области техники без отклонения от объема и задач настоящего изобретения. Объем правовой охраны изобретения соответствует изобретению, указанному в прилагаемой формуле изобретения, и включает признаки этого изобретения даже если те не охарактеризованы специально в формуле изобретения, но он применим и эффективен в сходных признаках настоящего изобретения, как указано в формуле изобретения.