ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОЛНЫ Российский патент 2004 года по МПК E02B3/06 

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, а именно к погружаемым волноломам активного типа, и может быть использовано для защиты акватории от волн.

Известно устройство волнолома активного типа, включающее прикрепленные шарнирно к якорям нижним торцом вертикальные плавучие цилиндрические волногасящие элементы с поперечными дисками. С целью повышения эффективности волногашения каждый волногасящий элемент снабжен вертлюгом, посредством которого он прикреплен к якорю, и пластинами, прикрепленными к волногасящему элементу между дисками и выступающими за пределы дисков. (А.с. СССР №65580, кл. Е 02 В 8/06, 1941).

Такой волнолом не обеспечивает эффективного волногашения при изменении интенсивности волнения и уровня воды в водоеме. Эффективность волногашения при этом мала и не перекрывает затрат на расходные материалы и изготовление элементов волнолома.

Известно устройство волнолома активного типа, включающее замкнутую гибкую оболочку в виде сильфона, снабженного фиксирующими его связями. Нижняя часть сильфона выполняется в виде поддона, заполненного легкокипящей жидкостью и снабженного электронагревателем, питание которого осуществляется по кабелю. Сильфон снабжен гибкими связями, фиксирующими степень его подъема, и гибким креплением к якорю. (А.с. СССР №672283, кл. Е 02 В 3/06, 1976).

Но технологические трудности, связанные с изготовлением и эксплуатацией волнолома приводят к полной неэффективности использования такой конструкции. Использование пара легкокипящей жидкости в качестве средства, приводящего в действие конструкцию, экологически опасно. Эффективная работа волнолома требует постоянного электропитания, что влечет дополнительные затраты на создание и поддержание линии электропередачи. Кроме того, электронагреватель, как составная часть конструкции, повышает степень опасности при авариях и внешних повреждениях.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для гашения волн в водоеме, включающее подвижный волногасящий элемент, выполненый в виде гибкой стенки из упругого материала (рессорной стали), жестко закрепленной нижней кромкой на неподвижном основании, снабженном горизонтальными ребрами, прикрепленными к стенке с лицевой и тыловой сторон, выполненными в виде жестких пластин. (А.с. СССР №470566, кл. Е 02 В 3/06, 1972).

Но эффективность работы такого регулятора ограничена весьма узким диапазоном численных характеристик волны. Гибкость упругой стойки не может обеспечить стабильную работу элемента при воздействии на него волн, энергия которых превышает энергию расчетной волны, в этом случае стойка не возвращается в исходное положение и эффект волногашения может быть сведен к минимуму. Кроме того, следует иметь в виду и сложность изготовления такого устройства, необходимость использования дорогостоящих сталей, технические трудности при соединении деталей из различных материалов, необходимость предусмотрения специальных мер, направленных на борьбу с неизбежной коррозией конструкции в целом и, особенно, узлов соединения отдельных деталей устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схема предлагаемого гасителя энергии волны.

Гаситель энергии волны состоит из подвижного волногасящего элемента в виде стенки 1 и неподвижного фундаментного блока 2. Стенка 1 имеет поперечное сечение трапецеидальной формы, нижнее основание очерчено полуокружностью. В верхней части стенки 1 расположены многочисленные сквозные каналы для пропуска воды 3 как с морской, так и с береговой стороны. Поперечное сечение канала на выходе имеет площадь, составляющую 25% от площади поперечного сечения канала на входе. Заглубление нижнего входного отверстия канала 3 от расчетного уровня воды принимают равным глубине действия расчетной волны. Наличие каналов в верхней части элемента обеспечивает дополнительную его стабилизацию за счет приближения к основанию положения центра тяжести. В отклоненном положении (в положении II) в момент максимального давления волны вершина волногасящего элемента должна находиться ниже расчетного уровня воды на глубине, равной 0,4-0,5 м.

Железобетонный фундаментный блок 2 трапецеидальной формы имеет наклонные грани и полуцилиндрическое углубление в средней части верхнего основания. С целью защиты фундаментного блока и повышения эффективности работы конструкции поверхность углубления предлагается покрывать антифрикционным материалом. Для предотвращения отложения наносов на гранях передняя грань (с морской стороны) имеет уклон 1:1, а задняя грань (с береговой стороны) имеет уклон 2:1. Для предотвращения размыва дна у основания отсыпается каменная постель 4.

Длину одной секции волногасящего устройства параллельно фронту волны принимают не менее длины расчетной волны.

Гаситель энергии волны работает следующим образом. При подходе волны к волногасящему устройству, находящемуся в положении I, волногасящий элемент - стенка 1 препятствует фронтальному перемещению водных масс. Волновой поток, набегая на стенку 1, отклоняет его от вертикального положения I в положение II, что уменьшает воздействие волны на волнолом, т.к. часть энергии волны передается на воду. Часть водных масс, перемещающаяся по многочисленным каналам для пропуска воды 3, за счет искривления оси канала образуют с береговой стороны встречный поток, вследствие чего происходит сильная турбулизация, способствующая гашению энергии перелившейся волны. В этот момент нагрузка возрастает до максимума и происходит обрушение гребня трансформированной волны с береговой стороны волногасящего элемента 1. После этого нагрузка резко падает и волногасящий элемент 1 под действием восстанавливающей силы переходит в положение III, при этом с береговой и морской стороны имеют место следующие явления по гашению волны.

С береговой стороны вследствие резкого отклонения волногасящего элемента 1 образуются зоны вакуума, подтягивающие обрушившуюся часть волны по направлению движения волногасящего элемента 1 к положению III и предотвращающие распространение волны к берегу. Одновременно водные потоки, проходящие по многочисленным каналам для пропуска воды 3, за счет искривления оси канала и его сужения образуют с морской стороны встречный поток, вследствие чего происходит сильная турбулизация и после достижения волногасящим элементом положения III он начинает движение в обратную сторону, создавая вихреобразные движения водной массы с морской стороны и отталкивая водные массы с береговой стороны.

Далее волногасящий элемент 1 продолжает совершать колебания по тем же направлениям с затухающей амплитудой до подхода следующей волны, после чего процесс волногашения повторяется.

Анализ результатов эксплуатации аналогичных сооружений в реальных условиях позволяет сделать заключение о том, что уязвимыми узлами конструкций существующих волноломов являются опорные устройства, в активных волноломах - узлы соединения подвижных элементов с фундаментными элементами, в предлагаемой конструкции эти недостатки преодолены.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, а именно к погружаемым волноломам, и может быть использовано для защиты акватории на морях, озерах, водохранилищах и реках, а также берегов от волнового воздействия. Гаситель энергии волны выполняется из железобетона и состоит из двух составных частей: волногасящего элемента трапецеидального поперечного сечения с криволинейным очертанием нижнего основания, содержащего каналы для пропуска воды, и фундаментного блока, геометрические очертания которого сопряжены с очертаниями нижней части волногасящего элемента. В результате повышается надежность и эффективность волногашения, упрощается конструкция гасителя энергии волны, снижается материалоемкость и энергозатраты, обеспечивается экологическая чистота. 1 ил.

Гаситель энергии волны в водоемах, состоящий из подвижного волногасящего элемента, выполненного в виде стенки, установленной в неподвижном основании - фундаментном блоке, отличающийся тем, что поперечные сечения стенки и фундаментного блока имеют трапецеидальную форму, при этом в стенке выполнены сквозные каналы с изменяющимся диаметром, а основание стенки - в сечении в виде полуокружности, причем фундаментный блок в верхней части имеет углубление, конгруэнтное основанию стенки.