ВОЛНОГАСИТЕЛЬ И ЕГО ВАРИАНТЫ Российский патент 2024 года по МПК E02B3/06 

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям и предназначено для защиты морских берегов от волновых воздействий, в том числе для защиты морских берегов от размыва.

Для гашения волны известны конструкции, которые обеспечивают прохождение воды через щели или отверстия (н-р, «Сборная морская буна» а.с.SU №1523623, опубл. 23.11.1989 г., вып.43; «МОДУЛЬНАЯ БЕРЕГОЗАЩИТНАЯ КОНСТРУКЦИЯ» патент на изобретение RU №2 528 191, опубл. 10.09.2014 Бюл. №25;).

Сборная морская буна представляет собой пустотелый блок без дна, передняя и задняя стенки которого выполнены с щелевыми отверстиями, и каменную наброску внутри блока.

Сквозные волноломы модульной берегозащитной конструкции выполнены из опорных стоек и отражательной поверхности, в которую ударяется поток воды, и на ней с интервалом, образуя проемы, жестко закреплены направляющие, в сечении представляющими полукруг.

Общим недостатком данных волногасителей является необходимость выполнения большого количества щелей или проемов.

Известен волногаситель, содержащий в качестве волногасящих элементов вертикальные трубы, собранные в объемную конструкцию, установленные на донной плите тремя группами, имеющие по направлению к берегу убывающие значения диаметра и толщины стенки, со свободным пространством между собой в ряду, равным диаметру трубы соответствующей группы (заявка на полезную модель РФ №2022130526).

Недостатком известного волногасителя является необходимость изготовления большого количества волногасящих элементов.

По совокупности таких признаков, как выполнение конструкции объемной и наличию донной плиты, данный волногаситель принят за прототип.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение защиты морских берегов от волновых воздействий, в том числе от размыва такой конструкцией волногасителя, которая не требует изготовления большого количества волногасящих элементов (или щелей).

Сущность волногасителя, представляющего собой объемную конструкцию, включающую донную плиту, состоит в том, что он содержит приемный короб с сужающимся водоводом, цилиндрический колодец-завихритель со дном и пандусом, при этом все элементы волногасителя выполнены закрытыми сверху, а колодец-завихритель - открытым.

В колодце такого волногасителя вместо пандуса может быть неподвижно установленный минимум одно-, максимум четырехзаходный шнек, с витками формы прямого кольцевого геликоида с неполным оборотом, выполненный так, как показано на фигуре 2; или неподвижно установленная по спирали вокруг вертикальной оси колодца- завихрителя труба прямоугольного сечения с постепенным ее сужением к выходу. Кроме этого, указанный волногаситель может быть выполненным двусторонним, как показано на фигуре 7, перехватывающим поток как со стороны открытого моря, так и с берега.

Сущность второго варианта волногасителя, представляющего собой объемную конструкцию и включающего донную плиту, приемный короб с сужающимся водоводом, цилиндрический колодец- завихритель со дном и пандусом, состоит в том, что он содержит дополнительный колодец- завихритель, при этом оба колодца- завихрители выполнены пересекающимися друг с другом, образуя в месте их пересечения острый угол, как показано на фигуре 8, а приемный короб и водовод выполнены общими для двух колодцев- завихрителей, при этом все элементы волногасителя выполнены закрытыми сверху, а колодцы- завихрители -открытыми.

В каждом колодце- завихрителе такого волногасителя вместо пандуса может быть неподвижно установленный минимум одно-, максимум четырех- заходный с витками формы прямого кольцевого геликоида выполненный так, как показано на фигуре 12. Второй вариант волногасителя также может быть выполнен двусторонним, как показано на фигурах 10-12, перехватывающим поток как со стороны открытого моря, так и с берега.

Сущность третьего варианта волногасителя, представляющего собой объемную конструкцию и включающего донную плиту, приемный короб с сужающимся водоводом, цилиндрический колодец-завихритель со дном и пандусом, состоит в том, что он содержит дополнительный колодец-завихритель, короб и водовод, установленные на донной плите раздельно с уже имеющимися колодцем- завихрителем, коробом и водоводом, при этом все элементы волногасителя выполнены закрытыми сверху, а колодцы-завихрители - открытыми.

В каждом колодце-завихрителе третьего варианта волногасителя вместо пандуса может быть неподвижно установленный минимум одно-, максимум четырехзаходный шнек с витками формы прямого кольцевого геликоида; или неподвижно установленная по спирали вокруг вертикальной оси колодца-завихрителя труба прямоугольного сечения с постепенным ее сужением к выходу. Третий вариант волногасителя может быть выполнен двусторонним, перехватывающим поток как со стороны открытого моря, так и с берега, как показано на фигуре 14.

Сущность группы изобретений поясняется рисунками:

на фиг. 1 - рисунок волногасителя, вид сверху;

на фиг. 2 - рисунок волногасителя со шнеком в колодце- завихрителе, вид сверху;

на фиг. 3- поперечный разрез волногасителя через центр колодца- завихрителя со шнеком;

на фиг. 4 - рисунок волногасителя с трубой в колодце-завихрителе, вид сверху;

на фиг. 5 - поперечный разрез колодца-завихрителя с трубой;

на фиг. 6 - рисунок трубы, выполненной установленной в два витка, вид 3/4;

на фиг. 7 - рисунок двустороннего волногасителя, вид сверху;

на фиг. 8 - рисунок волногасителя второго варианта, вид сверху;

на фиг. 9 - продольный разрез волногасителя второго варианта;

на фиг. 10 - рисунок двустороннего волногасителя второго варианта, вид сверху;

на фиг. 11 - продольный разрез двустороннего волногасителя второго варианта;

на фиг. 12 - рисунок двустороннего волногасителя второго варианта со шнеком в каждом колодце-завихрителе, вид сверху;

на фиг. 13 - рисунок волногасителя третьего варианта с трубой в каждом колодце-завихрителе, вид 3/4;

на фиг. 14 - рисунок двустороннего волногасителя третьего варианта с трубой в каждом колодце-завихрителе, вид ¾;

Все заявленные волногасители имеют основание в виде железобетонной донной плиты 1 и приемный короб 2, сужающийся водовод 3 и цилиндрической формы колодец- завихритель 4, со дном 5, собранные в объемную конструкцию, при этом короб 2 и водовод 3, выполненные закрытыми сверху, а колодец-завихритель 4 - открытым из железобетонного (ЖБ) или стеклобазальтопластикового (СПБ) материала. Для работы все заявленные волногасители используют волновой поток 9, в результате взаимодействия с которым образуются восходящие завихренные струи 10 над колодцем-завихрителем 4 волногасителя.

Первый вариант волногасителя содержит по одному из указанных выше элементов конструкции 1-5, а также содержит пандус 6, образованный дном 5 колодца-завихрителя 4, выполненным плавно повышающимся вокруг его вертикальной оси, и размещенный в противоположной стороне от положения узкой части водовода 3.

Волногаситель первого варианта может быть выполнен с положением узкой части водовода 3 как в левой части колодца-завихрителя 4 (фиг. 2), так и в правой (фиг. 1). Вместо пандуса 6 на дне 5 колодца-завихрителя 4 волногасителя может быть неподвижно установлен минимум одно-, максимум четырехзаходный шнек 7, выполненный так, как показано на фигурах 2, 3 (каждый виток которого формы прямого кольцевого геликоида выполнен с неполным оборотом, с зазорами между витками, достаточными для прохождения наносов наибольшей крупности вместе с потоком 9, а справа от колодца - точками показана нерабочая внутренняя полость волногасителя, заполняемая местным пляжным материалом (дешевым грунтом), служащим для увеличения стойкости сооружения (фиг. 3). Вместо пандуса 6 на дне 5 колодца-завихрителя 4 волногасителя также может быть неподвижно установлена (прикрепленная ко дну и стенкам колодца) труба 8 прямоугольного поперечного сечения, выполненная завитой (от одного до трех витков) вокруг центральной оси колодца-завихрителя 4 и сужающаяся к выходу, как показано на фигуре 4.

Волногаситель работает следующим образом.

При установке волногасителя по направлению от берега к морю стороной, где размещен приемный короб 2, масса волнового потока 9, натекающая на сооружение, разделяется на две части - верхняя часть, двигаясь над ним, поступает к берегу и выносит с собой наносы, которые отлагаются возле берега и на пляже. Вторая часть потока 9 - попадает внутрь приемного короба 2, перехватывающего основную массу набегающего волнового потока 9, и, проходя через сужающийся водовод 3 и увеличивая свою скорость, поступает в пределы колодца-завихрителя 4. Высокоскоростная струя начинает свое движение по круговой орбите, следуя конфигурации стенок этого колодца-завихрителя 4 и далее начинается подъем массы воды по спирали, образуя завихренный поток со струями 10; пандус 6 способствует более эффективному поднятию завихренных струй 10 с наносами вверх. Вместо пандуса этому может способствовать и шнек 7, каждый виток которого выполнен с неполным оборотом, как показано на фигуре 2, поднимающий поток 9 по его ходу из колодца-завихрителя 4 кверху и образуя, таким образом, винтообразное движение, которое обладает как вращательным так и поступательным движением вдоль его оси; вместо пандуса поднятию завихренных струй 10 с наносами вверх может способствовать также и труба 8, сужающаяся к выходу для ускорения потока 9 и образования эффекта форсунки, из которой выходят восходящие завихренные струи 10.

Таким образом, над колодцем-завихрителем 4 образуется винтообразное течение с вертикальной осью вращения. Наносы, которые двигались с волновым потоком 9, поднимаются в верхние слои прибрежного волнового потока 9 благодаря высокой наносотранспортирующей способности винтообразного течения, существующего некоторое время и поддерживающего частицы наносов во взвешенном состоянии; за это время обычно подходит следующая волна и смывает наносы к берегу, где они откладываются.

Выполнение волногасителя левосторонним (положение узкой части водовода 3 с правой стороны колодца-завихрителя 4) или правосторонним (положение узкой части водовода 3 с левой стороны колодца- завихрителя 4) определяет преимущественное положение выхода восходящих завихренных струй 10 из колодца-завихрителя 4. В левостороннем волногасителе выход восходящих завихренных струй 10 будет приходится в основном на левую половину колодца-завихрителя 4, в правостороннем - на правую половину колодца-завихрителя 4, что позволяет регулировать поток 9 с наносами не только со стороны моря или с берега, но и сбоку, например, разместив левосторонний волногаситель в таком месте, где волны бьют не только перпендикулярно берегу, но и справа от волногасителя.

В то же время, при выполнении волногасителя двусторонним, принимающим поток 9 как со стороны открытого моря, так и с берега, обратный поток 9, скатывающийся с берега и смывающий значительное количество наносов, также попадает в приемный короб 2 волногасителя с противоположной стороны и, аналогичным образом, проникает в колодец-завихритель 4, который также создает винтообразный поток двигающийся кверху и поднимает наносы, которые со следующей подходящей волной с моря также переносятся к берегу. Таким образом, в работе волногасителя происходит непрерывная генерация вертикальных завихренных струй 10 (фонтанов), тормозящих верхнюю часть волнового потока 9 и выводящих наносы кверху. А последние непрерывно гонятся к берегу и не могут уйти в сторону открытого моря.

Второй вариант волногасителя содержит дополнительный колодец 4, при этом оба колодца-завихрителя 4 выполнены пересекающимися друг с другом, образуя в месте их пересечения острый угол 11, как показано на фигуре 8, а приемный короб 2 и водовод 3 выполнены общими для двух колодцев-завихрителей 4, при этом пандус 6 каждого колодца-завихрителя 4 размещен на одной из двух противоположных сторон от положения узкой части водовода 3. Также, как и в первом варианте, вместо пандуса 6 на дне 5 колодца- завихрителя 4 волногасителя может быть неподвижно установлен минимум одно-, максимум четырехзаходный шнек 7, выполненный так, как показано на фигуре 12 (с неполным оборотом каждого витка формы прямого кольцевого геликоида (или, иначе - винтового коноида) с зазорами между этими витками, достаточными для прохождения наносов наибольшей крупности вместе с потоком 9.

Второй вариант волногасителя работает подобно первому варианту, но часть потока 9, попадая внутрь общего приемного короба 2 и, проходя через сужающийся общий водовод 3 и увеличивая свою скорость, поступает в общие пределы колодцев-завихрителей 4, и, натыкаясь на острый угол 11, разделяется на два противоположнонаправленных высокоскоростных потока, которые движутся по круговой орбите каждого колодца-завихрителя 4 и далее каждый совершает работу, описанную выше для одного колодца-завихрителя 4, с тем же результатом. Поскольку в волногасителе колодцев два, то и эффективность работы удваивается.

Третий вариант в отличие от первого варианта содержит дополнительный колодец-завихритель 4, короб 2 и водовод 3, раздельно установленные на донной плите 1 с уже имеющимся колодцем 4, коробом 2 и водоводом 3.

Работа третьего варианта также принципиально не отличается от работы волногасителя первого варианта, но, поскольку в волногасителе колодцев-завихрителей 4 два, как и во втором варианте, то и эффективность работы удваивается. В отличие же от второго варианта волногасителя, направленность раздельных высокоскоростных потоков в колодцах-завихрителях 4 может быть не только разной, но и одинаковой - в зависимости от расположения приемных коробов 2 с водоводами 3 относительно колодцев-завихрителей, по аналогии с выполнением волногасителя первого варианта левосторонним или правосторонним, что позволяет регулировать поток с наносами не только со стороны моря или с берега, но и сбоку.

Все волногасители представляют собой объемную конструкцию, сооруженную на донной прямоугольной плите 3, которая характеризуется такими размерами ширины и длины, как 5,5 м, 6,5 м - для волногасителя с одним колодцем-завихрителем и одним коробом и водоводом, и 5,5 м, 13 м - для такого же волногасителя, но выполненного двусторонним. Для волногасителя с двумя колодцами-завихрителями, как пересекающихся, так и выполненных раздельно - 11 м, 6,5 м; и 11 м, 13 м- для такого же волногасителя, но выполненного двусторонним; высота донной плиты около 0,5 м, а высота всего волногасителя может достигать 2,5 м в зависимости количества оборотов конструкций, установленных в колодце (шнека или трубы). Данные примеры с указанием размеров волногасителей даны для понимания пропорциональных изменений при осуществлении вариантов волногасителя. Использование того или иного варианта и габариты волногасителя должны определяться на основе физического или математического эксперимента, проводимого с целью определения оптимального его значения.

Гашение волны волногасителем происходит в результате создания восходящих завихренных струй, выходящих из колодцев конструкции, и одновременным перехватом потока с наносами приемным коробом, проведением потока по водоводу и вдоль криволинейных стенок колодца, его подъему по пандусу (или по винту шнека, или по трубе) приходящего со стороны открытой акватории, а в случае выполнения волногасителя двусторонним - также тех, которые смываются с пляжного откоса и улавливаются сооружением с противоположной стороны. При этом трижды достигается идеальный конечный результат (ИКР) - когда система сама выполняет возложенные на техническое предложение функции: используется энергия самого волнового потока, торможение волн осуществляется самим потоком за счет его энергии, и используется периодичность наката волн для транспорта наносов. То есть, поднимающиеся со дна наносы каждой последующей волной относятся к берегу, а те наносы, которые были смыты с берега, также поднимаются вверх и опять-таки сносятся к берегу.

В результате работы устройства получаем успокоение волны верхней части потока и захват наносов вместе с нижней частью потока с переносом их к берегу благодаря движению новой волны верхней части потока, а при выполнении конструкции двусторонней - невозможный или затрудненный обратный захват наносов с берега, а значит, такое устройство, которое обеспечивает защиту берега от волновых воздействий, в том числе от размыва, и не требует изготовления большого количества волногасящих элементов.

Группа изобретений относится к волногасителям, предназначенных для защиты морских берегов от волновых воздействий, в том числе для защиты морских берегов от размыва. Волногаситель представляет собой объемную конструкцию, включающую донную плиту, и содержит приемный короб с сужающимся водоводом, цилиндрический колодец-завихритель с дном и пандусом, при этом все элементы волногасителя выполнены закрытыми сверху, а колодец-завихритель - открытым. Волногаситель по первому варианту выполнения содержит цилиндрический колодец-завихритель, включающий пандус, образованный дном колодца-завихрителя, или неподвижно установленный минимум одно-, максимум четырехзаходный шнек с витками формы прямого кольцевого геликоида с неполным оборотом, как показано на фигуре 2, или неподвижно установленную в виде спирали трубу прямоугольного сечения с постепенным сужением к выходу. Волногаситель по второму варианту выполнения содержит дополнительный колодец-завихритель, при этом первый и второй колодцы-завихрители выполнены пересекающимися друг с другом, образуя в месте их пересечения острый угол, как показано на фигуре 8, а приемный короб и водовод выполнены общими для двух колодцев-завихрителей. В каждом колодце-завихрителе установлен пандус, образованный дном колодца-завихрителя, или неподвижно установленный минимум одно-, максимум четырехзаходный шнек с витками формы прямого кольцевого геликоида с неполным оборотом, как показано на фигуре 12. Волногаситель по третьему варианту выполнения содержит дополнительный колодец-завихритель, короб и водовод, при этом дополнительный колодец-завихритель, короб и водовод установлены на донной плите раздельно с колодцем-завихрителем, коробом и водоводом. В каждом колодце-завихрителе установлен пандус, образованный дном колодца-завихрителя, или неподвижно установленный минимум одно-, максимум четырехзаходный шнек с витками формы прямого кольцевого геликоида с неполным оборотом, или неподвижно установлена в виде спирали труба прямоугольного сечения с постепенным сужением к выходу. Волногаситель по четвертому варианту выполнен двусторонним, как показано на фиг. 7, перехватывающим поток как со стороны открытого моря, так и с берега, при этом обе стороны волногасителя содержат приемный короб с сужающимся водоводом и цилиндрический колодец-завихритель с дном. Цилиндрический колодец-завихритель содержит пандус, образованный дном колодца-завихрителя, или неподвижно установленный минимум одно-, максимум четырехзаходный шнек с витками формы прямого кольцевого геликоида с неполным оборотом, или неподвижно установленную в виде спирали трубу прямоугольного сечения с постепенным сужением к выходу. Технический результат - обеспечение защиты морских берегов от волновых воздействий, в том числе для защиты морских берегов от размыва конструкцией, не требующей изготовления большого количества волногасящих элементов. 4 н.п. ф-лы, 14 ил.

1. Волногаситель, представляющий собой объемную конструкцию и включающий донную плиту, отличающийся тем, что содержит приемный короб с сужающимся водоводом, цилиндрический колодец-завихритель с дном, причем цилиндрический колодец-завихритель содержит пандус, образованный дном колодца-завихрителя, или неподвижно установленный минимум одно-, максимум четырехзаходный шнек с витками формы прямого кольцевого геликоида с неполным оборотом, как показано на фигуре 2, или неподвижно установленную в виде спирали трубу прямоугольного сечения с постепенным сужением к выходу, при этом все элементы волногасителя выполнены закрытыми сверху, а колодец-завихритель - открытым.

2. Волногаситель, представляющий собой объемную конструкцию и включающий донную плиту, отличающийся тем, что содержит приемный короб с сужающимся водоводом, цилиндрический колодец-завихритель с дном и дополнительный колодец-завихритель, при этом оба колодца выполнены пересекающимися друг с другом, образуя в месте их пересечения острый угол, как показано на фигуре 8, а приемный короб и водовод выполнены общими для двух колодцев-завихрителей, причем в каждом колодце-завихрителе установлен пандус, образованный дном колодца-завихрителя, или неподвижно установленный минимум одно-, максимум четырехзаходный шнек с витками формы прямого кольцевого геликоида с неполным оборотом, как показано на фигуре 12, при этом все элементы волногасителя выполнены закрытыми сверху, а колодец-завихритель - открытым.

3. Волногаситель, представляющий собой объемную конструкцию и включающий донную плиту, отличающийся тем, что содержит приемный короб с сужающимся водоводом, цилиндрический колодец-завихритель с дном, а также дополнительный колодец-завихритель, короб и водовод, при этом дополнительный колодец-завихритель, короб и водовод установлены на донной плите раздельно с колодцем-завихрителем, коробом и водоводом, причем в каждом колодце-завихрителе установлен пандус, образованный дном колодца-завихрителя, или неподвижно установленный минимум одно-, максимум четырехзаходный шнек с витками формы прямого кольцевого геликоида с неполным оборотом, или неподвижно установлена в виде спирали труба прямоугольного сечения с постепенным сужением к выходу, при этом все элементы волногасителя выполнены закрытыми сверху, а колодец-завихритель - открытым.

4. Волногаситель, представляющий собой объемную конструкцию и включающий донную плиту, отличающийся тем, что выполнен двусторонним, как показано на фиг. 7, перехватывающим поток как со стороны открытого моря, так и с берега, при этом обе стороны волногасителя содержат приемный короб с сужающимся водоводом, цилиндрический колодец-завихритель с дном, причем цилиндрический колодец-завихритель содержит пандус, образованный дном колодца-завихрителя, или неподвижно установленный минимум одно-, максимум четырехзаходный шнек с витками формы прямого кольцевого геликоида с неполным оборотом, или неподвижно установленную в виде спирали трубу прямоугольного сечения с постепенным сужением к выходу, при этом все элементы волногасителя выполнены закрытыми сверху, а колодец-завихритель - открытым.