ВОЛНОГАСИТЕЛЬ

Полезная модель относится к гидротехническим сооружениям и предназначена для защиты акваторий, берегов и инженерных сооружений от волновых воздействий, а именно для гашения энергии волн.
Известен волнолом по патенту на изобретение №2223359 (опубликовано: 10.02.2004, бюл. №4) содержащий закрепленные в донном грунте вертикальные опоры и соединенный с ними погруженный в воду горизонтальный волноразрушающий элемент, при этом вертикальные опоры выполнены из труб большого диаметра, а их внутренние полости заполнены, например, песком, при этом в качестве труб большого диаметра для вертикальных опор, а также и волноразрушающего элемента использованы отслужившие срок металлические трубы, например, утратившие пригодность к эксплуатации по прочностным и антикоррозионным характеристикам трубы газовых магистралей, при этом вертикальные опоры попарно расположены с двух сторон волноразрушающего элемента и соединены между собой опорными трубами, расположенными в донном грунте перпендикулярно волноразрушающему элементу, а волноразрушающий элемент выполнен из трех длинных плетей сваренных труб, две из которых расположены на донной постели из строительного материала, например щебня, а третья плеть сваренных труб расположена сверху на первых двух плетях сваренных труб, при этом из строительного материала, например щебня, выполнен фронтальный откос до верха третьей плети сваренных труб.
Недостатком данного решения является высокая стоимость, конструктивная сложность, и недолговечность конструкции ввиду использования отслуживших срок металлических труб, (СП 277.1325800.2016 «Сооружения морские берегозащитные. Правила проектирования» запрещает использовать в подводных сооружениях бывшие в употреблении стальные конструкции).
Известен мобильный плавучий волногаситель по патенту на изобретение №2572563 (опубликовано: 20.01.2016, бюл. №2) содержащий в качестве волногасящих элементов трубы, уложенные в несколько рядов и ориентированные перпендикулярно к продольной оси волногасителя и включающий единый удерживающий каркас, в который уложены трубы, обеспечивающие необходимую продольную и поперечную жесткость волногасителя, причем на верхней его части смонтированы якорные системы, а волногаситель оборудован силовой установкой.
Недостатком данного решения является дорогостоящий монтаж, конструктивная сложность, и недолговечность конструкции, высокая стоимость.
Наиболее близкий к предлагаемому решению является подпричальный волногаситель по патенту на ПМ 175001 (опубликовано 15.11.2017, бюл. №32) включающий сквозные внутренние каналы и тыловой выпускной клапан и состоящий из пакета пластин/панелей или труб, собранных в объемную конструкцию, установленную в верхней части подпричальной зоны и жестко закрепленную к причальной плите и/или опорам/сваям.
Недостатком данного решения является высокая стоимость, дорогостоящий монтаж, конструктивная сложность, и недолговечность конструкции.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения долговечности волногасителя в морской воде, снижение материалоемкости и стоимости сооружения, ускорения и удешевления монтажа, при этом будет повышена волногасящая способность за счет более эффективного разрушения кинетической энергии волн благодаря гибкости и упругости композита. Кроме того такая проницаемая конструкция позволит сохранить водообмен между открытым морем и отгороженной акваторией, упругая амортизация волн увеличит насыщаемость воды кислородом, а большая площадь поверхности даст прибежище морским организмам и увеличит биоразнообразие акватории.
Технический результат состоит в повышении долговечности волнолома, и волногасящей способности за счет более эффективного разрушения кинетической энергии волн благодаря гибкости и упругости волногасителя, выполненного из композита и состоящего из труб базы-обрешетки и труб гребенки, а также снижения материалоемкости и стоимости сооружения, ускорения и удешевления монтажа.
Для достижения указанного технического результата в волногасителе,
содержащем в качестве волногасящих элементов трубы, собранные в объемную конструкцию состоящую из труб базы-обрешетки и труб гребенки, при этом первая часть труб базы-обрешетки размещена параллельно друг другу и выполнена с рядом сквозных отверстий, а вторая часть труб базы-обрешетки размещена перекрестно и проходит через сквозные отверстия первой части труб базы-обрешетки, 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 композиционного материала, а трубы базы-обрешетки заполнены бетоном.
Отличительными признаками предлагаемого волногасителя, от наиболее близкого, указанного выше является то, что первая часть труб базы-обрешетки размещена параллельно друг другу и выполнена с рядом сквозных отверстий, а вторая часть труб базы-обрешетки размещена перекрестно и проходит через сквозные отверстия первой части труб базы-обрешетки, 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 композиционного материала, а трубы базы-обрешетки заполнены бетоном.
Благодаря наличию этих признаков в предлагаемой конструкции повышается долговечность волногасителя, снижается материалоемкость сооружения, упрощается, ускоряется и удешевляется монтаж конструкции повышается волногасящая способность.
Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-4
На фиг. 1 показан общий вид волногасителя
На фиг. 2 показан волногаситель, вид спереди
На фиг. 3 показан волногаситель, вид сбоку
На фиг. 4 показан волногаситель, вид сверху
Волногаситель представляет собой объемную конструкцию, собранную из труб базы-обрешетки 1 и труб гребенки 2. Первая часть труб базы-обрешетки 1 размещена параллельно друг другу, причем в каждой трубе и выполнен ряд сквозных отверстий, а вторая часть труб базы-обрешетки 1 размещена перекрестно и параллельно друг другу проходит через ряд сквозных отверстий первой части труб базы-обрешетки. Трубы гребенки 2 размещены вертикально в отверстиях, выполненных в ряд и вдоль оси в теле первой части труб базы-обрешетки 1. Трубы базы-обрешетки 1 - это несколько параллельных рядов основных труб большого диаметра, соединенных между собой второй частью труб базы-обрешетки 1 меньшего диаметра и образующих решетку, при этом поперечные трубы меньшего диаметра проходят через тело основных труб. Трубы гребенки 2 это вертикально установленные трубы малого диаметра, которые с определенным промежутком устанавливаются в первой части труб базы-обрешетки 1. Трубы гребенки 2 размещены с заданной периодичностью вертикально в отверстиях, выполненных в первой части труб базы-обрешетки 1. Высота (до 24 метров), плотность установки и возможная ступенчатость труб гребенки определяется конкретным местом размещения для решения задачи по максимально эффективному разрушению кинетической энергии волн по всей их высоте.
Волногаситель, состоящий из труб базы-обрешетки 1 и труб гребенки 2 выполнен из композиционного материала, например стеклопластиковых, стеклобазальтопластиковых, базальтопластиковых труб. База-обрешетка 1 устанавливается на дно. Определенная гибкость базы-обрешетки позволяет устанавливать волногаситель на горизонтальных участках дна так и с уклоном. Закрываемая конструкцией ширина по фронту волны составляет до 10-12 метров, по площади участка дна до 100-150 квадратных метров (количество рядов труб в базе может варьироваться). В качестве основных труб базы используются трубы диаметром 0,3 м - 1,2 м, в качестве поперечных труб - диаметром 0,2-0,5 м, в качестве труб гребенки - диаметром 0,1-0,5 м. С учетом конкретных местных условий могут применяться трубы с диаметром до 4 м. Частота установки труб гребенки - вертикальных труб и их высота также определяется местными условиями. Трубы базы-обрешетки 1 заполняются бетоном. Конструкция волногасителя является сборной, собирается на берегу или на судне, с которого происходит спуск на дно, и мобильной (может устанавливаться в любом месте и перемещаться на другие участки). Трубы гребенки 2 после установки в сквозных отверстиях 3 труб базы-обрешетки 1 фиксируются в них путем заливки бетона в трубы базы-обрешетки 1. При необходимости нижняя часть труб гребенки может быть заполнена инертным материалом (бетон или инертные материалы, которые при этом также являются утяжелителем для предотвращения опрокидывания конструкции при шторме и от сдвига волногасителя после установки). Заливка бетона или/заполнение инертным материалом может осуществляться как на берегу, так и с судна. После этого конструкция становится неразъемной, она может перемещаться на другие участки дна или подниматься на берег целиком. Вес конструкции для ее удержания под воздействием волн может быть от 20 до 120 тонн, а при необходимости и более.
Бетон, традиционно применяемый в подводных сооружениях даже сульфатостойкиий (по оценке специалистов кафедры цементов Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева) проигрывает композитным материалам по коррозионной стойкости и, следовательно, по долговременной прочности. В органической структуре изделий из композитных материалов нет вымываемых веществ, а в бетоне основным вымываемым компонентом является гидроксид кальция. Полностью закрыть поры в бетоне невозможно, следовательно, морская вода, проникая через поры, вступает в реакцию с гидроксидом кальция в бетоне, в результате наступает так называемая «сульфатная коррозия» - образуются игольчатые кристаллы эттрингита и гипса, которые разрывают структуру бетона изнутри, что приводит к вымыванию бетона и образованию трещин. В прибрежных водах из-за постоянного движения потока под воздействием волн этот процесс в порах идет быстрее. Доказательством этому является разрушение железобетонных глубоководных выпусков большинства очистных сооружений в Крыму. Добавляемые для уменьшения пористости путем повышения плотности бетона гидрофобизаторы/пластификаторы замедляют этот процесс, но могут со временем вымываться. Сам по себе сульфатостойкий бетон имеет прочность ниже, чем обычный бетон. Вымывание вредных веществ из бетона (в т.ч. упомянутых гидрофобизаторов) не столь значительно, но в любом случае бетонные сооружения по экологичности уступают композитным изделиям (так предлагаемые в конструкцию композитные стеклопластиковые, базальтопластиковые и стеклобазальтопластиковые трубы имеют сертификацию для питьевого водоснабжения и для горячего водоснабжения, т.е. по более жестким стандартам, чем для морской воды). Не в пользу бетона и сравнение некоторых механических прочностных характеристик, что важно в условиях сейсмики. Так по оценке специалистов Центра исследования сейсмостойкости сооружений ЦНИИСК им. Кучеренко, сами по себе тяжелые бетонные сооружения в гораздо большей степени подвержены разрушениям в случае землетрясений, т.к. генерируют более сильные внутренние колебания структуры согласно 3-му закону Ньютона. Композитные стеклопластиковые, базальтопластиковые и стеклобазальтопластиковые трубы (СБПТ), из которых состоит конструкция волногасителя, имеют разрешение на применение в сейсмоопасных зонах до 9 баллов. Контакт волногасителя с массивом дна, через который передаются колебания, значительно меньше, чем у неподвижно и плотно «посаженной» на дно бетонной конструкции. При этом упругие характеристики бетона уступают композитам. Так относительное удлинение эпоксидного стеклопластика (из него делаются упомянутые выше композитные трубы) в упругой зоне - 1%, а у бетона 0,3% на сжатие и всего лишь порядка 0,03% на растяжение т.е. у бетона способность упруго воспринимать нагрузки в 30 раз меньше, чем у композита. В результате прочность бетона на сжатие составляет от 10 до 60 МПа (зависит от марки бетона), против 200 МПа у эпоксидного стеклопластика, а на растяжение у бетона всего лишь 1,6-3,2 МПа против 300-490 МПа у эпоксидного стеклопластика. Армирование бетона повышает прочность бетона при растягивающих напряжениях, но т.к. разница относительного удлинения бетона и проволоки может достигать 1000 раз, то и железобетон все равно, значительно более уязвим к линейным колебаниям. Это особенно важно при растягивающих напряжениях/сжатиях, например, при сейсмособытиях. Сказывается эта разница и при температурных колебаниях среды, хотя в морской воде перепады температуры не столь велики, т.о. сооружение из композитного материала будет долговечнее практически любого аналога в морской среде, а наличие в волногасителе вертикальной проницаемой части в виде труб гребенки значительно повышает его волногасящую эффективность.