Берегозащитное боносетевое заграждение
SHORE PROTECTION BOOM DEFENSE

Изобретение относится к берегозащитным и заградительным сооружениям, позволяющим гасить энергию волн, в том числе, таких разрушительных, как цунами (включая и искусственно вызванные). Также, устройство может быть использовано, как средство пассивной защиты портовых зон, военно-морских баз и других режимных акваторий (объектов типа АЭС и т.п.), от несанкционированного прохода плавсредств надводного и подводного флота, для защиты от торпедных атак, проникновения аквалангистов, а также животных, используемых для разведывательных и диверсионных целей (например, китообразных и ластоногих).
Известен маятниковый самофункционирующий волнолом (патент РФ №2369686 С2, опублик. 10.10.2009, бюл. №28), содержащий надводную маятниковую подвеску, состоящую из объединяющего вантового троса, закрепленного между пилонами. Недостатком данного изобретения является неэффективная работа устройства при отливах, а также риск развития аэроупругого флаттера и механического резонанса во время штормов.
Также, известно инженерно-заградительное препятствие створа водоема (патент РФ №171685 U1, опублик. 09.06.2017, бюл. №16), включающее, по меньшей мере, два модуля, содержащих два параллельно жестко соединенных бона, настил пешеходного прохода, снабженный ограждением, стойки для крепления на них надводного заграждения, закрепленное снизу подводное заграждение в виде сети. К недостаткам данной полезной модели можно отнести то, что в случае уничтожения, или значительного повреждения бонов, конструктивные элементы приобретут отрицательную плавучесть и затонут, что откроет доступ в охраняемую зону, а также то, что данное устройство предназначено для противодействия прохождения лишь судов малого водоизмещения. К тому же, участки стальной сети соседних модулей соединены между собой с помощью пропущенного через смежные ячейки сети стального троса. Данный трос может быть перекушен, что разрушит соединение модулей и может позволить аквалангистам проникнуть в охраняемую зону.
Сущность изобретения.
Берегозащитное боно-сетевое заграждение, представляющее собой сетное полотно, ячейки которого образованы взаимопересекающимися тросами, пропущенными сквозь катушки, на которых обвязкой фиксируются сетки, с находящимися внутри поплавками, размещенные по центру ячеек. Устройство фиксируется тросами, привязывающимися к катушкам, установленным на оголовках винтовых свай, внедренных в дно водоема. Ячейки, закрытыми сетками с поплавками, могут чередоваться в сетном полотне с ячейками, закрытыми сетками без поплавков, или кольчужной сеткой (сетка привязывается к катушкам по периметру ячеек). При разработке изобретения решались технические проблемы, связанные с защитой от несанкционированного преодоления подводных и надводных оборонительных элементов боно-сетевого заграждения различными плавсредствами, аквалангистами а также животными, используемыми для разведывательных и диверсионных целей, в сочетании с высокими берегозащитными функциями от разрушительного действия волн и устойчивостью конструкции к экстремальным нагрузкам. В силу этого, в конструкцию изобретения была заложена возможность использования сетного полотна с присоединенным к нему модулем (модулями) с различными дополнительными характеристиками (например - дополнительными оборонительными элементами), возможностью вертикального и наклонного размещения устройства.
Дополнительные защитные элементы представленные сетью с кольцевыми ячейками канатного кольчужного плетения, устанавливаемые впереди или позади основного сетного полотна; спиралью Бруно, пропущенной сквозь ряд поплавков; заостренными штырями (или пластинами), проходящими сквозь поплавки.
Гашение волн происходит в результате их частичного отражения от различных поверхностей устройства, разрушения их структуры (в том числе, и за счет маятникового эффекта, когда при взаимодействии боно-сетевого заграждения с волной происходит одновременное накопление им энергии с последующим цикличным соударением и разрушением новой волны), увеличения турбулентной вязкости жидкостей, омывающих конструктивные элементы.
Для санкционированного прохода боно-сетевое заграждение может иметь воротную секцию (модуль), отличающуюся тем, что она не имеет крепления ко дну, а в полузатопленном состоянии находится благодаря грузам, подвешенным к нижнему ряду ячеек и может быть отведена для прохода плавсредств. Также, возможно опускание (поднимание) участка заграждения посредством троса (тросов) привязанного (привязанных) к верхнему ряду ячеек и пропущенного через систему блоков, установленных на оголовках винтовых свай, внедренных в дно водоема, после чего он сматывается (разматывается) лебедкой, установленной на дне, или на берегу, а участок заграждения опускается (или поднимается), давая возможность прохода, или предотвращая его для плавсредств.
Изобретение поясняется чертежами (Фиг. 1-15), где
1 сетки, с находящимися внутри поплавками;
2 сетки без поплавков, или кольчужные сетки;
3 катушки по периметру ячеек, на которых фиксируются сетки;
4 взаимопересекающиеся тросы, формирующие ячейки сетного полотна;
5 тросы, которыми боно-сетевое заграждение соединяется с катушками на оголовках свай;
6 винтовые сваи с полуконическими выступами;
7 блоки на оголовках винтовых свай;
8 сеть канатного кольчужного плетения;
9 пластины (штыри) проходящие сквозь поплавки;
10 фиксирующие пластины (штыри) шайбы;
11 спираль Бруно;
12 уровень дна;
13 уровень воды;
14 места крепления воротной секции (модуля) к наклонно установленному боно-сетевому заграждению;
15 грузы, подвешиваемые к нижнему ряду ячеек воротной секции (модуля);
16 лебедка.
На фиг. 1 показан вид сверху берегозащитного боно-сетевого заграждения, установленного наклонно.
На фиг. 2 показан вид сбоку берегозащитного боно-сетевого заграждения, установленного наклонно.
На фиг. 3 изображен вид сверху берегозащитного боно-сетевого заграждения, установленного наклонно с дополнительным защитным элементом (спиралью Бруно).
На фиг. 4 показан вид сбоку берегозащитного боно-сетевого заграждения, установленного наклонно с дополнительными защитными элементами.
На фиг. 5 показан вид сбоку берегозащитного боно-сетевого заграждения, установленного вертикально.
На фиг. 6 изображен вид сбоку берегозащитного боно-сетевого заграждения, установленного вертикально с дополнительными защитными элементами.
На фиг. 7 показан вид сверху берегозащитного боно-сетевого заграждения, установленного наклонно, с воротной секцией (модулем).
На фиг. 8. показан вид сбоку берегозащитного боно-сетевого заграждения, установленного наклонно, с воротной секцией (модулем).
На фиг. 9. изображен вид спереди берегозащитного боно-сетевого заграждения, установленного вертикально с воротной секцией (модулем).
На фиг. 10. показан вид сверху берегозащитного боно-сетевого заграждения, установленного вертикально с воротной секцией (модулем).
На фиг. 11. показан вид сбоку берегозащитного боно-сетевого заграждения, установленного вертикально, с дополнительными защитными секциями (модулями), соединенными перемычкой.
На фиг. 12. показан вид сбоку берегозащитного боно-сетевого заграждения, установленного наклонно с опускающимся участком.
На фиг. 13. показан вид сбоку берегозащитного боно-сетевого заграждения, установленного вертикально с опускающимся участком.
На фиг. 14. показан вид спереди винтовой сваи с полуконическими выступами.
На фиг. 15. показан вид сбоку винтовой сваи с полуконическими выступами.
Согласно изобретению (фиг. 1-13), берегозащитное боно-сетевое заграждение включает сетное полотно ячейки которого образованы взаимопересекающимися тросами (4), пропущенными сквозь катушки (3), на которых обвязкой фиксируются сетки, с находящимися внутри поплавками (1), размещенные по центру ячеек. Вышеуказанное сетное полотно фиксируется в водной толще в вертикальном (или наклонном) положении тросами, крепящимися к блокам, установленным на оголовках винтовых свай (7), внедренных в дно водоема, а боковые поверхности винтовых свай могут иметь полуконические выступы (сужением вниз), размещенные по длине сваи, с равными, или меняющимися интервалами.
Сердечник тросов (и шнуров, из которых изготавливаются сетки для поплавков) лучше всего выполнить из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, имеющего прочность в 20 раз выше, чем у стали (СВМПЭ, UHMW РЕ) и имеет оплетку из полиэфирного волокна. СВМПЭ обладает относительно высокими антифрикционными свойствами (что затрудняет создание прочных узлов при вязке), по сравнению с полиэфирным волокном также имеет значительно меньшую устойчивость к термическим воздействиям и оплетка (из полиэфирного волокна) решает эти проблемы. Возможно использование тросов из полистала, (представляет собой двухкомпонентный материал из полипропилена и полиэтилена высокого давления), или «Silver» (комбинированные изделия из полистала и полиэфира), но их прочностные характеристики значительно ниже, чем из СВМПЭ. (Данные по: Производство синтетических крученых и плетеных канатов и рыболовных шнуров. http://www.magistr.lv). Все вышеуказанные тросы и шнуры можно дополнительно армировать арамидными нитями («Русар», «Армос», и (или) имеющей большую прочность на изгиб - «Арселон» (или их аналогами)), заключенными в водо-светозащитную оболочку из полиэтилена, или более термостойкой полиимидной пленки (путем нанесения полиимидного лака). Поплавки и катушки можно выполнить из СВМПЭ (обладает плавучестью), но так как он относительно дорог, для их изготовления можно использовать альтернативные, более дешевые материалы. Например, светостабилизированный полипропилен, или полистал. Для экономии материальных средств и повышения плавучести поплавков, целесообразно использовать вышеуказанные материалы в виде газонаполненных пластмасс с замкнуто-ячеистой структурой. Поверхности поплавков и катушек (3), выполненные из полипропилена, желательно прокрыть полиимидным лаком, образующим высокопрочную полиимидную пленку, обладающую водо-светозащитными и антифрикционными свойствами.
Изобретение посредством грузов, прикрепленных к нижним рядам ячеек затапливается, после чего фиксируется тросами (5), привязывающимися к блокам, установленным на оголовках винтовых свай (7), внедренных в дно водоема, затем грузы убираются и сеть всплывает, занимая рабочее положение. Винтовые сваи (6) получат большее сопротивление к выдергиванию, если их поверхности будут иметь выступы полуконической формы (сужением вниз). В результате процесса заиливания, такие сваи будут прочнее удерживаться в грунте, чем с ровными боковыми поверхностями. При изготовлении винтовых свай (6) и их оголовок, целесообразно использовать композиционный материал на метало-полимерной основе (металлический каркас залитый (запрессованный) высокопрочными полимерами), а блоки (7), к которым крепятся фиксирующие изобретение тросы (5) - выполнить из СВМПЭ, или фторопластов (с композиционной метало-полимерной втулкой).
Ячейки, закрытые сетками с поплавками (1), могут чередоваться в сетном полотне с ячейками, закрытыми сетками без поплавков, или кольчужной сеткой (2) (сетка привязывается к катушкам по периметру ячеек). Данная сетка может иметь кольцевые ячейки канатного кольчужного плетения (канатное плетение из нитей различных вышеуказанных материалов (в том числе и покрытых полиэтиленовой (или полиимидной) оболочкой арамидных), затрудняет возможность перекусывания или перепиливания (более твердые нити при попытке перерезывания погружаются в более вязкие, более мягкие слои нитей, в которых вязнет инструмент, а нити «зажевываются», что препятствует разрушению кольца канатного плетения (а для пролаза диверсанта необходимо перекусить нескольких таких колец).
К тому же, боно-сетевое заграждение может иметь дополнительные защитные элементы, представленные (фиг. 4, 6, 11):
1) устанавливаемой впереди сетью канатного кольчужного плетения (8);
2) спиралью Бруно (в виде армированной колючей ленты, покрытой высокопрочными полимерами), пропущенной сквозь ряд поплавков (11);
3) заостренными пластинами (или штырями) (9), проходящими сквозь поплавки и фиксирующимися на их поверхности плоскими шайбами (10) (например, посредством точечной сварки шайбы и поражающего элемента в виде штыря (пластины)). Шайба препятствует выходу поражающего элемента и перераспределяет нагрузку по поверхности поплавка (при столкновении с чужеродным объектом). Для повышения прочностных характеристик пластины могут быть профилированы с целью создания ребер жесткости.
Дополнительные защитные элементы могут устанавливаться на отдельных секциях (модулях) (рядах поплавков), пристыковывающихся тросами к основному сетному полотну (например, «Г»-образно, или «Т»-образно (данный вариант сложнее устанавливается), что создает полосу препятствий на поверхности воды). Во избежание гибели крупных гидробионтов, перед боно-сетевым заграждением имеющим поражающие элементы (заостренные штыри, колючую ленту и т.п.), целесообразно устанавливать сеть с кольцевыми ячейками канатного кольчужного плетения, имеющей элементы плавучести в виде ряда (или рядов) поплавков. Данная сеть может иметь соединяющие перемычки с основным боно-сетевым заграждением, например, вышеуказанным «Г»-образным модулем (фиг. 11). Помимо природоохранных функций, сеть кольчужного плетения (8) обеспечивает дополнительную защиту от торпедных атак и действий диверсантов.
Данная сеть (8) может быть непосредственно установлена на боно-сетевом заграждении в случае его наклонного размещения (фиг. 4). Верхний край сети кольчужного плетения пристыковывается тросами (5) к верхнему ряду поплавков, а нижний ее край привязывается свободными концами тросов после фиксации ими боно-сетевого заграждения на катушках оголовок свай.
Для санкционированного прохода боно-сетевое заграждение может иметь воротную секцию (модуль), отличающуюся тем, что она не имеет крепления ко дну, а в полузатопленном состоянии находится благодаря грузам, подвешенным к нижнему ряду ячеек и может быть отведена для прохода плавсредств (фиг. 12, 13). Воротная секция может размещаться параллельно волнам во избежание ее сноса во время штормов. В том случае, если воротная секция будет перекрывать проход перпендикулярно волнам, то ячейки сетного полотна должны быть заблокированы лишь сетками (без поплавков) (2), для лучшего водопропуска, во избежание сноса водными потоками данного модуля (плавучесть же воротной секции будет обеспечена катушками (3)). Также, возможно опускание участка заграждения посредством троса (тросов) (5) привязанного (привязанных) к верхнему ряду ячеек и пропущенного через систему блоков) (7), установленных на оголовках винтовых свай (6), внедренных в дно водоема, после чего он сматывается (разматывается) лебедкой, установленной на дне, или на берегу, а участок заграждения опускается (или поднимается), давая возможность прохода, или предотвращая его для плавсредств.
Боно-сетевое заграждение имеет возможность вертикального и наклонного размещения. При наклонном размещении и дополнительной фиксации устройство способно рассеивать (диссипировать) кинетическую энергию цунами, снижая их разрушительную силу, а также более надежно препятствовать проходу различных плавсредств, в том числе, и большого водоизмещения.
Преимущества представленного боно-сетевого заграждения:
1) Возможность использования (в различных вариантах) в военной и гражданской сферах);
2) Сочетание жесткости и гибкости конструкции позволяет ей противостоять ударным динамическим нагрузкам при выполнении защитных функций;
3) Относительная легкость конструкции не создает избыточного давления на грунт;
4) Возможность применения на малых и больших глубинах;
5) Возможность установки при различных геологических и геоморфологических особенностях дна;
6) Возможность изготовления конструктивных элементов в заводских условиях и на месте возведения;
7) Возможность установки дополнительных защитных элементов (8, 9, 11);
8) Устройство может состоять из модулей, соединенных несколькими, а не одним тросом, что затрудняет их разъединение и проникновение в охраняемую зону;
9) Быстрота установки и возможность переноса;
10) Высокая живучесть конструкции;
11) Малые эксплуатационные расходы;
12) Высокая ремонтопригодность;
13) Возможность установки различных датчиков и сенсоров обнаружения по поверхности сетного полотна;
14) Чередование ячеек, заблокированных сетками с поплавками (1), с ячейками, закрытыми сетками без поплавков, или кольчужной сеткой (2), размеры колец которых не препятствуют проходу промысловых рыб, позволяет минимизировать экологические риски, в том числе, связанные с негативными застойными явлениями воды в охраняемой зоне (например - ее цветением), обеспечивая ее достаточную циркуляцию, а шахматное их размещение - позволяет наиболее эффективно рассеивать кинетическую энергию волн, увеличивать турбулентную вязкость воды;
15) Установленное наклонно (в сторону океана) и дополнительно зафиксированное устройство способно рассеивать (диссипировать) кинетическую энергию даже таких волн, как цунами, снижая их разрушительную силу. При этом, такая установка сдерживает быстрый приток воды на сушу и не препятствует ее уходу в океан.
16) Данное боно-сетевое заграждение может быть использовано, как средство пассивной защиты портовых зон и военно-морских баз от широкого спектра угроз (несанкционированного прохода плавсредств надводного и подводного флота, для защиты от торпедных атак, проникновения аквалангистов-диверсантов, а также животных, используемых для разведывательных и диверсионных целей (например, китообразных и ластоногих)).
Применимость изобретения. Представленное берегозащитное боно-сетевое заграждение разработано с учетом потребностей военной и гражданской сфер в защите от разрушительного воздействия волн, в том числе, таких разрушительных, как цунами и обороны портовых зон, военно-морских баз и других режимных акваторий (объектов типа АЭС и т.п.), от несанкционированного прохода плавсредств надводного и подводного флота вероятного противника, для защиты от торпедных атак, проникновения аквалангистов, а также животных, используемых для разведывательных и диверсионных целей (например, китообразных и ластоногих). Устройство может быть использовано для защиты от абразии берегов океанов и морей, рек, озер, водохранилищ, судоходных каналов.