DE102018009216A1 - Device for reducing wave movements of floating structures - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verringerung von Wellen-Bewegungen schwimmender Bauten, vor denen seeseitig eine Reihe von Pontons linienförmig mit lückenden Abstand angeordnet werden.Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verringerung von Wellen-Bewegungen schwimmender Bauten und Schwimmender Häuser im Besonderen zu bewerkstelligen.Die Erfindung ist in allgemein zum Schutz schwimmender Bauten und im Besonderen zum Schutz von Schwimmenden Häusern oder Schwimmende Ansiedlungen anwendbar.Die erfindungsgemäße Wirkung wird durch eine Reihe von linienförmig mit lückenden Abstand angeordneten Pontons erreicht, indem seeseitig eingehende energiereiche Wasserwellen durch Beugung, Interferenz und Reflektion in kurzperiodische, kurzkämmige Wellen umgewandelt werden. Die kurzperiodischen, kurzkämmigen Wellen erregen schwimmende Bauten weniger zu Wellenbewegungen, so dass sie psychologisch weniger störend wahrgenommen werden. Außerdem bauen die kurzperiodischen, kurzkämmigen Wasserwellen aufgrund von Verwirbelungen ihre Energie schneller ab.In den Nebenansprüchen werden vorteilhafte Anordnungen und Formen der Pontons beschrieben.The invention relates to a device for reducing wave movements of floating structures, in front of which a series of pontoons are arranged in a line with a gap between them. The object of the invention is to achieve a reduction in wave movements of floating structures and floating houses in particular The invention can be used in general for the protection of floating structures and in particular for the protection of floating houses or floating settlements. The effect according to the invention is achieved by a series of pontoons arranged in a line with a gap between them, by incoming high-energy water waves due to diffraction, interference and reflection can be converted into short-period, short-comb waves. The short-period, short-comb waves excite floating buildings less to wave movements, so that they are perceived less disturbing psychologically. In addition, the short-period, short-comb water waves degrade their energy more quickly due to turbulence.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verringerung von Wellen-Bewegungen schwimmender Bauten, insbesondere in Binnenseen, unter Nutzung von schwimmenden Pontons, welche seeseitig mit lückenden Abstand linienförmig angeordnet sind.The invention relates to a device for reducing wave movements of floating structures, in particular in inland lakes, using floating pontoons, which are arranged in a line on the sea side with a gap.
Die naheliegende Lösung, d.h. eine aufgeschüttete oder aus Fertigteilen montierte Mole entfällt für die vorgesehene Primäranwendung in Binnenseen von Tagebaurestlöchern, da hier ein steiler Abfall der Wassertiefe zu verzeichnen ist und zudem der Untergrund in der Regel den Festigkeitsansprüchen nicht genügt. Deshalb sind schwimmende Vorrichtungen gefragt.The obvious solution, i.e. A heaped-up or pre-assembled mole is not required for the intended primary application in inland lakes of open-cast mining holes, since there is a steep drop in water depth and, moreover, the subsoil generally does not meet the strength requirements. Therefore, floating devices are in demand.
Zur Verbesserung des Verhältnisses von Aufwand und Nutzen wurden in der Vergangenheit senkrechte Schutzbauwerke mit durchlässiger Front untersucht und verschiedene Lösungsansätze beschrieben. Im Ergebnis dessen wurde konstatiert, dass senkrechte Bauwerke mit durchlässiger Front eine starke Verbesserung der Reflexionseigenschaften bieten und zudem auch die Bauwerksstabilität erhöhen. Horizontale Anordnungen entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung wurden bisher noch nicht erwähnt, obwohl sie unter Ausnutzung des Huygensschen Effekts und der Interferenz im Nahbereich bisher nicht genutzte Wirkungen erschließen.In the past, vertical protective structures with a permeable front were investigated and various solutions were described to improve the relationship between effort and benefit. As a result, it was stated that vertical structures with a permeable front offer a strong improvement in the reflective properties and also increase the stability of the structure. Horizontal arrangements according to the solution according to the invention have not yet been mentioned, although they exploit previously unused effects using the Huygensian effect and the interference in the close range.
Es sind eine Reihe unterschiedlicher horizontale Anordnungen schwimmender Vorrichtungen zum Brechen von Wellen und zur Wellen-Beruhigung bekannt. So sind verschiedene Möglichkeiten beschrieben, um Wellen abzuweisen, Wellen zu dämpfen oder die Wellenbrecher-Funktion mit einer Energiegewinnung zu verbinden.A number of different horizontal arrangements of floating wave breaking and calming devices are known. Various options are described for rejecting waves, damping waves or combining the breakwater function with energy generation.
So ist zum Beispiel in
Demgegenüber beschränkt sich die erfindungsgemäße Lösung unter wesentlicher Aufwandsverringerung auf die Verringerung der Wellenbewegungen schwimmender Bauten.In contrast, the solution according to the invention is restricted to a reduction in the wave movements of floating structures, with a substantial reduction in expenditure.
Es ist des Weiteren aus
Demgegenüber ist der Fokus der erfindungsgemäßen Lösung nicht auf den Schutz eines ausgedehnten Wasserbereiches gerichtet, sondern auf die Verringerung der Wellenbewegungen schwimmender Bauten. Der Wesensunterschied zeigt sich darin, dass unter Umständen im Nahbereich der Ponton-Kette der erfindungsgemäßen Lösung gar größere, aber kurzperiodische Wellenamplituden auftreten können.In contrast, the focus of the solution according to the invention is not aimed at protecting an extensive water area, but rather at reducing the wave movements of floating structures. The essential difference is evident in the fact that even larger, but short-period wave amplitudes can occur in the vicinity of the pontoon chain of the solution according to the invention.
Eine andere technische Lösung zur Wellenberuhigung nach
Diese Lösung ist für die Verringerung von Wellen-Bewegungen schwimmender Bauten an Binnenseen zu aufwändig.This solution is too complex to reduce the wave movements of floating structures on inland lakes.
Nach dem Stand der Technik werden üblicherweise wellenbrechenden Elemente ohne lückenden Abstand in einer Linie angeordnet, so auch entsprechend der USA Trade Mark „Superflex Mooring Breakwater“. Ein biegsames Verankerungsseil nach Gebrauchsmuster
Demgegenüber nutzt die erfindungsgemäße Lösung eine Reihe Pontons die linienförmig mit lückenden Abstand angeordnet sind. Allerdings spricht nichts dagegen, dass die erfindungsgemäße Lösung ebenfalls ein biegsames Verankerungsseil nach Gebrauchsmuster
All diese Vorrichtungen sind zwar geeignet, eine Wellendämpfung zu erreichen. Nachteilig bei allen diesen Vorrichtungen sind deren hoher Aufwand und / oder die mangelhafte Eignung in Binnenseen zur Verringerung der Wellenbewegungen schwimmender Bauten.All of these devices are indeed suitable for achieving wave damping. Disadvantages of all these devices are their high expenditure and / or the inadequate suitability in inland lakes for reducing the wave movements of floating structures.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verringerung von Wellen-Bewegungen schwimmender Bauten und Schwimmender Häuser im Besonderen zu bewerkstelligen.The invention has for its object to achieve a reduction in wave movements of floating structures and floating houses in particular.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt im Gegensatz zu allen bekannten Lösungsansätzen paradoxerweise indem die erfindungsgemäße Vorrichtung im Nahbereich der Pontons durch die Überlagerung von Wellenfronten benachbarter Abstände zunächst erst einmal höhere Wellenamplituden aufbaut und damit scheinbar die Gefährdung erhöht. Dessen ungeachtet entfaltet sich die nützliche Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in vielerlei Weise.In contrast to all known approaches, this problem is solved paradoxically in that the device according to the invention initially builds up higher wave amplitudes in the vicinity of the pontoons by superimposing wave fronts of adjacent distances and thus apparently increases the risk. Whose notwithstanding, the useful effect of the device according to the invention develops in many ways.
Zum Ersten entfaltet sich die nützliche Wirkung, indem sich in dem in
Zum Zweiten entfaltet sich die nützliche Wirkung, indem die kurzperiodischen, kurzkämmigen Wellen höherfrequent sind, als die Eigenfrequenz der zu schützenden Bauten. Unter diesen Umständen ist die Wirkung der Wellenanregung auf die zu schützenden Bauten wesentlich gedämpft, so dass die Wellenbewegungen der zu schützenden Bauten minimiert sind.Secondly, the useful effect unfolds in that the short-period, short-comb waves are higher in frequency than the natural frequency of the buildings to be protected. Under these circumstances, the effect of wave excitation on the structures to be protected is substantially damped, so that the wave movements of the structures to be protected are minimized.
Zum Dritten entfaltet sich die nützliche Wirkung, indem ein Teil der Wellen an den Pontons reflektiert werden, so dass die reflektierten Anteile nicht die Schwimmenden Bauten angreifen können.Thirdly, the useful effect unfolds by reflecting part of the waves on the pontoons so that the reflected parts cannot attack the floating structures.
Zum Vierten entfaltet sich die nützliche Wirkung, indem die patentgemäße Nutzung des Huygensschen Effektes mit Interferenzen im Nahbereich der Pontons in weiten Grenzen unabhängig von Toleranzen der Vorrichtung und der wetterbedingten Variationen der Wellen ist, da das Wirkungsprinzip nicht auf der Ausnutzung wellenlängenabhängiger Effekte beruht.Fourth, the useful effect unfolds, since the patented use of the Huygens effect with interference in the vicinity of the pontoons is largely independent of tolerances of the device and the weather-related variations of the waves, since the principle of action is not based on the use of wavelength-dependent effects.
Zum Fünften kann mit der Wahl des lückenden Abstandes der Pontons die Sedimentation beeinflusst werden, welche sich ansonsten bei alle bisher bekannten Verfahren mit einer Wellenberuhigung ergeben würde.Fifthly, the choice of the gap between the pontoons can influence the sedimentation, which would otherwise result in all previously known methods with a wave calming.
Zum Sechsten entfaltet sich die nützliche Wirkung dadurch, dass das Wasser im Bereich der kurzperiodischen, kurzkämmigen Wellen auf Grund der Verwirbelungen seine Wellenenergie schneller abbaut.Sixth, the useful effect unfolds in that the water in the area of the short-period, short-comb waves breaks down its wave energy faster due to the turbulence.
Zum Siebenten entfaltet sich die nützliche Wirkung nicht zuletzt dadurch, dass die Pontons selbst auf Grund ihrer Massenträgheit Wellenenergie aufnehmen und somit zur Verringerung der Wellenamplituden landseitig der Reihe von Pontons beitragen.For the seventh, the useful effect unfolds not least because the pontoons themselves absorb wave energy due to their inertia and thus contribute to reducing the wave amplitudes on the land side of the series of pontoons.
Die patentgemäße Nutzung des Huygensschen Effektes mit Interferenzen erfüllt im Nahbereich der Pontons auch dann seine Wirkung, wenn die einfallenden Wellenfronten schräg auf die Linie der Pontons treffen.The patented use of the Huygens effect with interference fulfills its effect in the vicinity of the pontoons even if the incident wave fronts meet the line of the pontoons at an angle.
Die nützliche Wirkung wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren rückbezüglichen Unteransprüche.The useful effect is achieved according to the invention by the features of the first claim. Further expedient embodiments of the invention are the subject of the further back-related subclaims.
Der wesentliche Lösungsansatz der vorliegenden erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in einer an sich aus dem Stand der Technik bekannten Verringerung von Wellenbewegungen von Bauten, wobei aufwändige Schüttungen von Molen oder der Einsatz von ununterbrochenen Linien von schwimmenden Wellenbrechern durch eine lückende Aneinanderreihung von Pontons ersetzt wird. Im Gegensatz zu bekannten Lösungen kommt hier der Huygenssche Effekt zum Tragen, das heißt jede Lücke in der Pontonreihe wird zum Ausgangspunkt einer neuen Kreiswelle. Diese sogenannten Elementarwellen erzeugen durch Überlagerungen Interferenzen. Auf Grund dessen werden seeseitige energiereiche längere Wellen im Nahbereich der Pontonreihe in kurzperiodische, kurzkämmige Wellen umgewandelt. Der Frequenzbereich der kurzperiodischen, kurzkämmigen Wellen liegt bei vorteilhafter Auslegung der erfindungsgemäßen Lösung über der Eigenfrequenz der schwimmenden Bauten. Damit werden die zu schützenden Bauten in wesentlich geringeren Maß zu Bewegungen angeregt, als wenn die Bauten direkt den seeseitigen energiereicheren längeren Wellen ausgesetzt wären.The essential approach of the present device according to the invention consists in a reduction in the wave movements of buildings known per se from the prior art, with complex piling of moles or the use of uninterrupted lines of floating breakwaters being replaced by a gaping arrangement of pontoons. In contrast to known solutions, the Huygensian effect comes into play here, which means that every gap in the pontoon row becomes the starting point for a new circular wave. These so-called elementary waves generate interference through superimposition. Because of this, longer waves on the sea side in the vicinity of the pontoon row are converted into short-period, short-comb waves. With an advantageous design of the solution according to the invention, the frequency range of the short-period, short-comb waves lies above the natural frequency of the floating structures. This means that the structures to be protected are stimulated to move to a much lesser extent than if the structures were directly exposed to the longer waves with higher energy levels on the lake side.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll an Hand der
Die Erfindung ist in erster Linie zum Schutz von Schwimmenden Häusern oder Schwimmenden Siedlungen auf Binnenseen vor Zerstörungen durch Unwetter anwendbar. Des Weiteren ist es für das alltägliche Wohnen in Schwimmenden Häusern oder Schwimmenden Siedlungen wichtig, Wellenbewegungen zu verringern und somit gesundheitlichen Folgen der Wellenbewegungen (Seekrankheit) entgegenzuwirken.The invention is primarily applicable to the protection of floating houses or floating settlements on inland lakes from destruction by storms. Furthermore, it is important for everyday living in floating houses or floating settlements to reduce wave movements and thus counteract the health consequences of wave movements (seasickness).
Ein Dimensionierungsbeispiel der neuen erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung von Wellen-Bewegungen schwimmender Bauten soll die entscheidende Bedeutung der Verringerung der Wellenbewegungen unterstreichen. Unter den Bedingungen, dass die anströmende seeseitige Wellenlänge kleiner ist, als die Länge der zu schützenden Bauten (kleiner ½) und dass die Bauten im Nahbereich der Pontons angeordnet sind (Entfernung im Bereich einer bis drei Wellenlängen), kann die Wellenbewegung der zu schützenden Bauten um ein bis zwei Größenordnungen verringert werden.A dimensioning example of the new device according to the invention for reducing wave movements of floating structures is intended to underline the crucial importance of reducing wave movements. Under the conditions that the incoming wavelength on the sea side is smaller than the length of the structures to be protected (less than ½) and that the structures are located in the vicinity of the pontoons (distance in the range of one to three wavelengths), the wave movement of the structures to be protected can be reduced by one to two orders of magnitude.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- gekennzeichneter Bereich kurzperiodische, kurzkämmige Wellenüberlagerungenmarked area short-period, short-comb wave overlays
- 22nd
- ursprüngliche langgezogene Welleoriginal elongated shaft
- 3 3rd
- ein Ponton aus einer lückenden Reihe von Pontonsa pontoon from a gaping series of pontoons
- 44th
- Lücke innerhalb der Reihe von PontonsGap within the row of pontoons
- 55
- Huygenssche ElementarwelleHuygensian elementary wave
- 66
- kurzperiodische, kurzkämmige Welleshort-period, short-comb wave
- 77
- schwimmende Bauten, z.B. Schwimmendes Hausfloating structures, e.g. Floating house
- 88th
- Stegweb
- 99
- Boote, Yachten etc.Boats, yachts etc.
- 1010th
- UferlinieShoreline
- 1111
- Ausbreitungsrichtung der angreifenden WellenfrontDirection of propagation of the attacking wavefront
- 1212
- Ausbreitungsrichtung der reflektierten WellenfrontDirection of propagation of the reflected wavefront
- 1313
- Spannseil oder Spannkette zur linienförmigen AusrichtungTension rope or tension chain for linear alignment
- 1414
- Fläche mit Micro-Fresnel-ReflexionSurface with micro-Fresnel reflection
Zusammenstellung der Figuren
-
1 Vorrichtung der erfindungsgemäßen Lösung -
2 Ausführungsbeispiel mit Steg und Booten -
3 Ausführungsbeispiel für Standorte mit ausgeprägter Vorzugswindrichtung -
4 Ausführungsbeispiel mit gerundeter Grundfläche der Pontons -
5 Fouriertransformation der Erregung -
6 Einfluss der Erregerfrequenz eines Schwimmenden Hauses -
7 Störempfinden von Wellenbewegungen nach D.I. Harald Melwisch -
8 : Fläche mit Micro-Fresnel-Reflexion -
9 : Beispielanordnung -
10 : Reflexionsgrad vs. Einfallswinkel für die Beispielanordnung
-
1 Device of the solution according to the invention -
2nd Embodiment with dock and boats -
3rd Example for locations with a pronounced preferred wind direction -
4th Embodiment with a rounded base of the pontoons -
5 Fourier transform of excitation -
6 Influence of the excitation frequency of a floating house -
7 Disturbance of wave movements according to DI Harald Melwisch -
8th : Surface with micro-Fresnel reflection -
9 : Example arrangement -
10th : Reflectance vs. Angle of incidence for the sample arrangement
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- US 9556573 [0007]US 9556573 [0007]
- US 20060225634 A1 [0009]US 20060225634 A1 [0009]
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2018
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