МАЯТНИКОВЫЙ САМОФУНКЦИОНИРУЮЩИЙ ВОЛНОЛОМ Российский патент 2009 года по МПК E02B3/06 

Изобретение относится к устройствам для преобразования энергии волн и предохранения морских берегов и акватории портов от разрушений.

В зоне непосредственного контакта волны с инородной по молекулярным свойствам средой происходит сбой гармонического колебания жидкости с преобразованием накопленной энергии волн в ударно-механическую работу с деформацией и разрушением как самих волн, так и препятствий.

Для предохранения морских берегов и акваторий портов от разрушения создаются различные гидротехнические сооружения, к числу которых относятся простейшие волнорезы из бетона и камня, плавучие различных видов конструкции понтоны, удерживаемые на плаву с помощью якорей, а также пневматические и гидравлические, энергозатратные комплексы, включающие компрессорные станции с трубопроводной сетью, действующие против волн струями воды с воздухом под большим давлением.

Информация об устройствах использована из аннотированного обзора изобретений «Волноломы плавучие и пневматические».

Издание «Энергия. Ленинградское отделение, 1962 год, г.Ленинград и из Интернета см. сайт www. riverstar.ru

Известен плавучий волнолом, удерживаемый у поверхности воды балластной камерой на мелководье или якорной системой на глубоководных участках.

(См. патент РФ №2005838, E02B 3/06. Дата публикации 1994. 01. 15. Регистрационный номер заявки: 4906074/15.дата подачи заявки 1990. 12. 26.

Плавучий волнолом состоит из пустотелых труб, соединенных вплотную друг к другу, образующих плоскую конструкцию (забор). К нижней емкости прикреплена для удержания труб балластная камера. Верхняя емкость выступает над поверхностью воды.

Недостатками аналога является следующее.

1. Рабочий элемент устройства в виде каскада пустотелых труб обладает несравненно малой массой по сравнению с массой набегающих волн, а соответственно, малой разрушающей сопротивляемостью.

2. Подводный нижний, удерживающий блок во взвешенном состоянии на глубинных участках не может при непотопляемости быть больше массы пустотных труб, это указывает на небольшую удерживающую способность.

3. Сложность крепления труб между собой и с балластной камерой удорожает устройство, а следовательно, ограничивает по капитальным затратам длину предохраняемого побережья.

За наиболее близкое техническое решение к предлагаемому принято устройство для гашения волн. В данном устройстве рабочим органом, взаимодействующим с волнами, является сеть, которая натянута при помощи тросов, перекинутых через укрепленные на неподвижных опорах блоки и связанных с установленным на опоре двигателем, служащим для придания сети возвратно-поступательного движения. Сеть подвешена в пролете к промежуточным опорам (См. а.с. СССР №73994 А, МПК Е02В 3/06, опубликованное 31.05.1949).

Недостатками ближайшего аналога являются недостаточная сила сопротивления рабочего органа энергии волн, ограниченность сети по длине, неудобство в его эксплуатации и недостаточная устойчивость устройства в целом.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в устранении данных недостатков и, соответственно, в повышении силы сопротивления устройства энергии волн за счет увеличения массы и длины его рабочего органа, в расширении эксплуатационных возможностей и в повышении устойчивости устройства в целом.

Поставленные задачи достигаются тем, что маятниковый самофункционирующий волнолом содержит надводную маятниковую подвеску, состоящую из объединяющего вантового троса, закрепленного между пилонами. В соответствии с изобретением подвеска состоит из пластикоармированных труб, соединенных в систему, объединяющий вантовый трос обеспечен фиксаторами на якорях, а пилоны установлены на суше с использованием конфигурации выступов берега, при этом трубы размещены секциями, во взвешенном состоянии на 2/3 объема в воде, а на 1/3 над водой, с промежутками между секциями и закреплены на объединяющем вантовом тросе подвесными тросами.

В предлагаемом изобретении решается задача создания маятниковой самоработающей системы гашения энергии волн, энергией самих волн со значительно меньшей строительной стоимостью без энергозатрат и практически без эксплуатационных расходов. Это достигается тем, что конструкция маятникового волнолома, содержащего систему пластиковоармированных труб, на 2/3 заполненных водой и подвешенных подобно маятнику к объединяющему тросу с фиксаторами на якорях, представляет собой многотонное препятствие для сопротивления энергии волн.

Изобретение поясняется фиг.1, 2, 3, 4.

На фиг.1 показана схема подвески секций волнолома.

На фиг.2 - схема расположения пилонов, вантового троса и фиксаторов на участке предохраняемого берега.

На фиг.3 - схема предохранения акватории берега.

На фиг.4 - схема действия маятникового волнолома.

Названия и цифровые обозначения элементов маятникового волнолома, используемые далее в тексе

1 - предохраняемый участок берега,

2 - акватория порта,

3 - наземный пилон для подвески вантового троса,

4 - пилон на опоре в воде,

5 - вантовый трос,

6 - трос для подвески волнолома,

7 - удерживающий фиксатор вантового троса на якорях,

8 - заполненная водой часть трубы,

9 - воздушная подушка в трубе,

10 - секция трубы-волнолома,

11 - уровень воды,

12 - насыпной участок для наземного пилона,

13 - место соединения подвесного троса с вантовым тросом,

14 - место соединения подвесного троса с волноломом,

15 - контур волны в сечении,

16 - высота волны,

17 - высота волны после волнолома,

18 - роза ветров,

19 - участок смещения волнолома.

Будучи во взвешенном состоянии на 2/3 объема в воде, а на 1/3 над водой, с соответствующей воздушной подушкой, пластиковые трубы-цистерны, секциями по 8-12 метров через 20-30 метров удерживаются в заданном положении с помощью подвесных тросов - 6, закрепляемых к общему Байтовому тросу - 5, соединенному с пилонами - 3 и с фиксаторами на якорях - 7.

Легкие при транспортировке и монтаже пластиковые трубы фиксируются в плане и по высоте в соответствии с провесом вантового троса, который закрепляется на 2-х наземных пилонах - 3, а для акватории портов на одном наземном и на одном с опорой в воде - 4.

Диаметр труб определяется высотой «вредных» (разрушающих) волн преимущественного действия по времени в году, а прочность пилонов, вантовых тросов и подвесок, а также фиксаторов - 7 определяется высотой максимальных волн в конкретном районе.

Нагрузка на вантовый трос - 5 и пилоны - 3 состоит из постоянной вертикальной от веса вантового и подвесных тросов и частей пластиковых труб, не погруженных в воду, а также дополнительной горизонтальной нагрузки, передаваемой подвесными тросами на вантовый трос и на пилоны при сопротивлении волнам и смещении по закону маятника в сторону берега.

Часть дополнительной горизонтальной нагрузки компенсируется силой возвратного движения трубы-маятника, а часть фиксаторами на якорях - 7, удерживающих вантовый трос в плане в заданном положении.

Высота пилонов, толщина и вес вантового троса, а также количество фиксаторов на якорях -7 зависит от протяженности защищаемого участка берега -1 или акватории порта -2.

Промежутки между секциями волноломов и тросовыми подвесками можно использовать для пропуска судов.

По принципу действия предлагаемая система защиты морских берегов и акваторий портов отличается от всех известных как самой конструкцией волнолома, так и самофункционирующим механизмом активного взаимодействия волнолома с естественным движением волн и погашением их энергии.

Предлагаемое в заявке устройство имеет преимущественное отличие по следующим показателям.

1. При взаимодействии маятникового тяжеловесного подвижного препятствия с набегающими волнами происходит одновременное по закону маятника накопление энергии массой волнолома с последующим цикличным соударением и разрушением новой волны.

2. Основная масса волнолома образуется при монтаже непосредственно из воды, а не сооружением дорогостоящей конструкции.

3. Удержание волнолома при сопротивлении с движущимися волнами предусмотрено креплением не за дно, а через тросы сверху за пилоны, устанавливаемые на суше и лишь частично при большой длине с помощью фиксатора на якорях.

4. Изготовление элементов устройства, в том числе пластиковых труб-цистерн в заводских условиях, а монтаж в основном производится на суше.

5. Простота конструкции и малая материалоемкость на 100 метров предохраняемого побережья.

6. Независимость от глубины и геологии дна, т.е. повсеместность использования.

7. Экологическая и технологическая безопасность окружающей среды в прибрежной зоне.

8. Эстетически привлекательный вид гирлянды подвесок на вантовом тросе и разноцветных по окраске пластиковых труб, выступающих из воды.

Недостатком разработанного предложения является, как и у аналога, проблема использования устройства в замерзающих морях.

Энергопогашающий эффект маятникового волнолома происходит за счет контактирования подходящей массы волны с многотонным подвижным в воде препятствием - 10, сопровождающейся механической работой и разрушением волны - 15.

На первом этапе труба (цистерна) с массой воды -10 инерционно оказывает сопротивление и разрушение подходящей волне. При этом смещается в сторону берега и вверх на подвеске, а в случае возвышения большой волны над трубой последняя при наличии воздушной подушки по закону вытесненной жидкости поднимается над естественным уровнем, получает дополнительную потенциальную энергию для последующего разрушающего воздействия на волны при возвращении на свой уровень.

На втором этапе масса трубы с водой, смещенная в крайнее положение на подвесе, по закону маятника возвращается в обратном направлении, соударяясь с подходящей массой новой волны, и разрушает последнюю.

Далее весь цикл повторяется с любой начальной фазы, образуя самоработающий механизм разрушения волн энергией самих волн.

Изобретение относится к устройствам для преобразования энергии волн и предохранения морских берегов и акватории портов от разрушений. Маятниковый самофункционирующий волнолом содержит надводную маятниковую подвеску, состоящую из объединяющего вантового троса, закрепленного между пилонами. Подвеска состоит из пластикоармированных труб, соединенных в систему. Объединяющий вантовый трос обеспечен фиксаторами на якорях. Пилоны установлены на суше с использованием конфигурации выступов берега. Трубы размещены секциями, во взвешенном состоянии на 2/3 объема в воде, а на 1/3 над водой, с промежутками между секциями и закреплены на объединяющем вантовом тросе подвесными тросами. Изобретение позволяет повысить силу сопротивления устройства энергии волн, расширить его эксплуатационные возможности и повысить устойчивость устройства. 4 ил.

Маятниковый самофункционирующий волнолом, содержащий надводную маятниковую подвеску, состоящую из объединяющего вантового троса, закрепленного между пилонами, отличающийся тем, что подвеска состоит из пластикоармированных труб, соединенных в систему, объединяющий вантовый трос обеспечен фиксаторами на якорях, а пилоны установлены на суше с использованием конфигурации выступов берега, при этом трубы размещены секциями, во взвешенном состоянии на 2/3 объема в воде, а на 1/3 над водой, с промежутками между секциями и закреплены на объединяющем вантовом тросе подвесными тросами.