ГИБКИЙ ВОЛНОЛОМ Российский патент 2015 года по МПК E02B3/06 

Изобретение относится к области берегоукрепительных сооружений и предназначено для защиты берегов морей, озер и водохранилищ [Е02В 3/06].

Известен ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОЛНЫ [патент РФ №2228994], состоящий из подвижного волногасящего элемента, выполненного в виде стенки, установленной в неподвижном основании - фундаментном блоке, 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.

Недостатками аналога являются жесткая конструкция, выполненная из железобетона, исключающая возвратно-поступательные движения, высокие затраты при возведении, а также негативное влияние на подводную флору и фауну, обусловленное вымыванием верхнего песчаного грунта.

Известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ ВОЛН В ВОДОЕМЕ [авторское свидетельство СССР №470566], включающее подвижный волногасящий элемент, выполненный в виде гибкой стенки из упругого материала, жестко закрепленного нижней кромкой на неподвижном основании, снабженном горизонтальными ребрами, прикрепленными к стенке с лицевой и тыльной сторон, выполненными в виде жестких пластин.

Недостатками аналога являются низкая эффективность, обусловленная узким диапазоном численных характеристик волны, нестабильность работы элемента при воздействии на него волн, энергия которых превышает энергию расчетной волны, высокие затраты на изготовление и эксплуатацию, связанные с использованием в конструкции стальных элементов, подверженных коррозии.

Близким по уровню техники является ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СООРУЖЕНИЕ (патент РФ №2094565), содержащее несколько рядов гибких полотнищ, по меньшей мере одно из которых водонепроницаемо, нижние кромки которых соединены тросами с креплениями в донном грунте, а к верхним кромкам прикреплены полые поплавковые элементы, выполненные с возможностью заполнения их полостей воздушной или водной средой и связанные с дополнительными тросами, выполненными регулируемыми по длине путем их подвижного соединения с креплениями в донном грунте.

Недостатком аналога является низкая надежность, обусловленная быстрым износом водонепроницаемых полотнищ и их крепления при значительном давлении волны.

Известен ИСКУССТВЕННЫЙ СУБСТРАТ ДЛЯ ГАШЕНИЯ ВОЛН [патент РФ №2406798], состоящий из волногасящих элементов, выполненных в виде сетчатого мешка, заполненного в одной части камнями, а в другой волногасящими элементами, имеющими отрицательную плавучесть, при этом мешок перехвачен на границе между частями хомутом. Для дополнительного гашения волн на боковой поверхности мешка закреплены ленты, имеющие мелкосетчатую поверхность.

Недостатком является низкая эффективность по следующим причинам:

- занимает небольшую площадь сопротивлением кинетической энергии по фронту волны;

- сооружение не захватывает всю взволнованную толщу моря по глубине и по своей конструкции (непосредственно у дна), выступает как жесткий подводный волнолом, вдоль которого возникают сильные придонные течения, размывающие дно;

- в период фазы затухания волны он препятствует перемещению песчаного материала со дна к берегу, тем самым вызывает дефицит наносов на пляже.

- сбор камней, валунов и глыб для строительства предлагаемого автором сооружения [патент РФ №2406798] приведет к большим финансовым затратам.

Известно устройство по патенту US 5961251, которое представляет собой искусственные водоросли для погружения вдоль береговой линии с целью предотвращения эрозии прибрежных зон и усиления аккреции (аккумуляции) твердых частиц, переносимых водой. Искусственные водоросли представляют собой единичный якорь с закрепленным к нему имитатором водорослей. Якорь выставляют на дно прибрежной зоны единично с отступом от других таких же. И их не выстраивают в шахматном порядке, а выстраивают с отступом между рядами и отступом между отдельными элементами. Сдвиг установленных якорей смежных рядов вдоль не считается тем строгим шахматным порядком, как в заявленном нами изобретении, поскольку прямого непосредственного контакта между элементами ряда такой порядок не имеет. В период эксплуатации якоря под действием волн и течений легко смещаются, течениями выносятся на большие глубины или собираются в зоны циркуляционных потоков, разрушают установленный порядок. Это означает, что ожидаемого эффекта по длине береговой зоны нет.

Кроме того, эти искусственные водоросли могут быть легко сдвинуты или порваны крупными акулами, либо дельфинами.

Технического эффекта они не дают и от абразии берега не защищают. Напротив, с течением времени под действием циркуляционных течений якоря скучиваются и образуют искусственный подводный выступ, за которым локальный участок берега не подвержен абразии. Однако вдоль них возникают придонные разрывные течения, которые выносят песчаный материал на большие глубины, тем самым разрушают пляж. Устройство по патенту US 5961251 не обеспечивает постепенную подачу песчаного материала со дна на берег как дополнительный бюджет наносов. При этом пляж никак не расширяется, напротив, перемещение и последующее окучивание резко снижает эффективность применяемых сооружений, поэтому они не могут обеспечить эффективную защиту берегов морей, озер и водохранилищ от разрушений.

По этой причине заявленный технический результат: усовершенствование конструкции, увеличение эффективности использования, снижение затрат на изготовление и эксплуатацию, повышение надежности в источнике US 5961251 не достигается.

Наиболее близким аналогом является гидротехническое сооружение по патенту US 3299640. Представляет собой волнолом, состоящий из волногасящих элементов с грузом, имеющих отрицательную плавучесть. Особенностью его является то, что волногасящие элементы по патенту US 3299640 занимают подводное положение. А это означает, что волны, набегающие на берег по водной поверхности, беспрепятственно доходят до берегового уступа и разрушают берег. Значит эффект, направленный на сокращение энергии волны, почти никакой. Автор патента US 3299640 задачу снизить разрушающую энергию волны не ставил, потому что предлагаемое ими устройство задерживает вдольбереговой поток песчаных наносов и технологическое применение пригодно только для аккумулятивных берегов, когда необходимо защитить порта, морские каналы и портовые сооружения от заносимости. Поэтому в прототипе гидротехническое сооружение размещается не параллельно фронту волны, а поперек него. Всем специалистам хорошо известно, что такая ориентация гидротехнических сооружений, как буны (подобно построенным немцами бун на Балтике в 25-е годы прошлого столетия), удерживает только вдольбереговой поток песчаных наносов, но практика показала, что при этом вдоль этих бун возникают компенсационные течения (иногда до 1.5-2.0 м/сек), которые выносят материал с пляжа на большие глубины.

Отличия прототипа

Длина (Sм) волногасящего элемента имеет математическую зависимость и зависит от глубины мелководья (Нм) и определяется как S=Н+2,5. Такая длина занимает не придонное положение, а занимает всю толщу по всей глубине и распластано по водной поверхности 10 D (D см - диаметр пучков). Это обеспечивает существенное гашение энергии волн, а значит и эффективность выше.

Предлагаемые нами волногасящие элементы устанавливаются не поперек береговой линии, а параллельно береговой черте несколькими рядами и в шахматном порядке, что также повышает эффективность в плане снижения энергии волны при подходе к берегу.

Если предлагаемое автором прототипа сооружение направлено на защиту портов и портовых сооружений от зависимости, где сильные вдольбереговые потоки песчаных наносов, то заявленное в нашем изобретении гидротехническое сооружение устанавливается на тех участках береговой зоны, где берег разрушается и наблюдается дефицит песчаных наносов. Предлагаемое нами сооружение обеспечивает постепенную подачу песчаного материала со дна на берег, являющегося как дополнительный бюджет наносов. При этом пляж расширяется, который, в свою очередь, выступает как берегозащитное сооружение.

Цель изобретения состоит в разрушении энергии волны, упрощении конструкции и повышении эксплуатационных показателей.

Техническим результатом изобретения является усовершенствование конструкции, увеличение эффективности использования, снижении затрат на изготовление и эксплуатацию, повышении надежности. Также обеспечивается постепенная подача песчаного материала со дна на берег как дополнительный бюджет наносов, при этом пляж расширяется, который, в свою очередь, сам выступает как берегозащитное сооружение.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен гибкий волнолом, состоящий из волногасящих элементов, связанных одним из концов в одной точке у дна с грузом, а в другой - волногасящими элементами, имеющими отрицательную плавучесть, отличающийся тем, что содержит пучок гибких волногасителей с положительной плавучестью, установленных по всей толще воды в шахматном порядке с заданным интервалом и закрепленных ко дну посредством фала, натянутого между грузами.

Волногасители могут быть выполнены из тончайших полистироловых нитей с положительной плавучестью.

Фал может быть выполнен из устойчивого к коррозии материала.

Грузы могут быть выполнены в виде железобетонных блоков.

В конструкции грузов могут быть предусмотрены проушины, выполненные с возможностью их установки и крепления фала.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлен общий вид волнолома.

Осуществление изобретения

Гибкий волнолом (см. чертеж) состоит из пучков тончайших полистироловых нитей 1, связанных одним из концов в одной точке у дна. Нити в продолжении после узла сплетены между собой в канат 2. Свободный конец каната привязывается к фалу 3, натянутому между как минимум двумя грузами 4, расположенными на дне водоема.

Гибкий волнолом используется следующим образом.

В зоне критических глубин прибрежной зоны моря, между двумя грузами, например, выполненных в виде железобетонных блоков, натягивается капроновый фал длиной 50-100 м, диаметром 16 мм.

В отличие от других существующих гибких сооружений предлагаемый нами волнолом состоит из системы пучков тончайших полистироловых нитей-волногасителей с положительной плавучестью, установленных в толще воды в шахматном порядке с заданным интервалом.

Каждый сплетенный канат длиной S=Н+2,5 м (где Н - глубина мелководья в метрах) поочередно через 2.5 м одним концом прикрепляется к фалу в шахматном порядке.

Под действием волн плетеный пучок полистирола, прикрепленный к натянутому капроновому фалу (например, диаметром 16 мм, длиной 50-100 м), быстро распускается на миллионы тончайших нитей и занимает водную толщу и поверхность подобно тине. Они при прохождении волн превращают кинетическую энергию ламинарного потока в турбулентный поток нестационарных слабых течений в зоне критических глубин прибрежной зоны моря. Эти слабые поступательные волновые колебания, в свою очередь, волоком подают песчаный материал со дна на пляж и постепенно наращивают его. При этом осуществляется, с одной стороны, передача энергии волны гибкой среде волнолома, с другой - происходит взаимное проникновение и гашение турбулентного водного потока, т.е. диссипация волны.

По ширине береговой зоны пропиленовые пучки волнолома закрепляются на дне и располагаются с заданным интервалом. Физический смысл этого процесса заключается в переходе кинетической энергии волны в тепловую. В результате ослабления энергии и скорости волны в зоне критических глубин возникают гидродинамические условия, достаточные для переноса рыхлого песчаного материала со дна (в основном) к берегу, где и накапливаются. Т.е. если все существующие и широко применяемые жесткие, а также другие гибкие гидротехнические сооружения создают сильные волноотбойные течения, которые размывают берег и выносят весь песчаный материал на большие глубины, то предлагаемый нами гибкий волнолом, наоборот, разрушает энергию волны до подхода ее к берегу, а остаточные нестационарные волновые колебания создают благоприятные условия для подачи рыхлого песчаного материала со дна к берегу. При этом формируется устойчивый пляж, защищающий берег моря от размыва.

Предлагаемый нами гибкий волнолом в отличие от других, в том числе от жестких берегоукрепительных сооружений, постоянно осуществляет гидроупругие колебания в любом направлении, тем самым сокращает энергию и скорость движения волны к берегу. В зоне гибкого волнолома не возникают разрывные и волноотбойные течения. Гибкий волнолом в отличие от других жестких и других берегоукрепительных сооружений пластичный и водопроницаем. Это исключает факт образования волноотбойной силы.

При этом осуществляется, с одной стороны, передача энергии волны гибкой среде волнолома, с другой - происходит взаимное проникновение и гашение турбулентного водного потока.

Полезными техническими эффектами от использования изобретения являются:

- увеличение эффективности применения за счет того, что волнолом осуществляет постоянные гидроупругие колебания в любом направлении, тем самым сокращая энергию и скорость движения волны;

- увеличение эффективности защиты берега от размыва за счет того, что в результате ослабления энергии волны в зоне критических глубин возникают гидродинамические условия, достаточные для переноса рыхлого песчаного материала со дна к берегу и формирования устойчивого пляжа, защищающего берег.

- увеличение эффективности применения за счет того, что установка волнолома возможна на любом участке берега при любой ориентации береговой черты и независима от рельефа дна и угла подхода волны к берегу;

- повышение надежности за счет того, что конструкция пластична и водопроницаема; что исключает образование волноотбойной силы и создает условия подачи рыхлого материала к берегу для формирования пляжа;

- упрощение конструкции и уменьшение стоимости изготовления и эксплуатации за счет того, что для изготовления и монтажа применяются недорогие материалы, простые в производстве и монтаже.

Дополнительным полезным техническим эффектов являются:

увеличение области применения за счет того, что волнолом можно использовать при организации спасательных работ на штормовой акватории моря, при установке на якорях с наветренной части волны, при организации временной тихой гавани в прибрежной зоне для маломерных судов.

Изобретение относится к области берегоукрепительных сооружений. Волнолом состоит из волногасящих элементов, связанных одним из концов в одной точке у дна, с грузом, а в другой - волногасящими элементами, имеющими отрицательную плавучесть. Волнолом содержит пучок гибких волногасителей с положительной плавучестью, установленных по всей толще воды в шахматном порядке с заданным интервалом и закрепленных ко дну посредством фала, натянутого между грузами. Обеспечивается усовершенствование конструкции, увеличение эффективности использования, повышение надежности. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гибкий волнолом, состоящий из волногасящих элементов, связанных одним из концов в одной точке у дна, с грузом, а в другой - волногасящими элементами, имеющими отрицательную плавучесть, отличающийся тем, что содержит пучок гибких волногасителей с положительной плавучестью, установленных по всей толще воды в шахматном порядке с заданным интервалом и закрепленных ко дну посредством фала, натянутого между грузами.

2. Гибкий волнолом по п.1, отличающийся тем, что волногасители выполнены из тончайших полистироловых нитей с положительной плавучестью.

3. Гибкий волнолом по п.1, отличающийся тем, что фал выполнен из устойчивого к коррозии материала.

4. Гибкий волнолом по п.1, отличающийся тем, что грузы выполнены в виде железобетонных блоков.

5. Гибкий волнолом по п.1 или 4, отличающийся тем, в конструкции грузов предусмотрены проушины, выполненные с возможностью их установки и крепления фала.