DE2900947A1 - Schwimmender wellenbrecher - Google Patents

Schwimmender wellenbrecher

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    • E02B3/06Moles; Piers; Quays; Quay walls; Groynes; Breakwaters ; Wave dissipating walls; Quay equipment
    • E02B3/062Constructions floating in operational condition, e.g. breakwaters or wave dissipating walls
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Description

Schwimmender Wellenbrecher
Die Erfindung bezieht sich auf schwimmende Wellenbrecher und insbesondere auf bewegliche und flexible schwimmende Wellenbrecher, die mittels Stahlseilen oder Ketten an Ankern oder ähnlichen Einrichtungen verankert sind, die am Boden oder Grund eines Wassers in einer solchen Stellung angeordnet sind, daß eine vorbestimmte Zone des Wassers gegen Wellenbewegung geschützt ist.
Es sind verschiedene Arten von beweglichen Wellenbrechern bekannt, die in folgende zwei grundsätzliche Gruppen unterteilt werden können, nämlich erstens in die Gruppe von schwimmenden Wellenbrechern, die starr oder flexibel bzw. biegsam sein können, und in die Gruppe von nicht schwimmenden Wellenbrechern .
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Ein beweglicher nicht schwimmender Wellenbrecher ist durch eine Mehrzahl von Rohren gebildet, die am Grund eines Wassers verlegt und mit Düsen versehen sind, durch welche hindurch ein Druckmittel austritt, welches beispielsweise Luft oder Wasser sein kann. Die Strömung dieses Druckmittels ist in Sichtung gegen die Oberfläche des Wassers gerichtet,und der Zweck besteht darin, eine Gegenwirkung gegen die an der Wasseroberfläche ankommenden Wellen zu schaffen, um deren Kraft zu verringern oder aufzuheben. Jedoch sind bei dieser Art von nicht schwimmenden Wellenbrechern zahlreiche Nachteile vorhanden, zu denen auch der Nachteil gehört, daß sie nur dann wirksam sind, wenn die Wellen sehr schwach sind. Weiterhin können sie nur dort verwendet werden, Wo das Wasser nicht sehr tief ist. Weiterhin sind die Kosten für den Betrieb dieser Art von Wellenbrechern vergleichsweise hoch, da Pumpstationen erforderlich sind, um einen Strom des Druckmittels aufrechtzuerhalten. Diese Pumpstationen müssen konstant betrieben werden, so daß sich ein beträchtlicher Energieverbrauch ergibt.
Die bekannten beweglichen schwimmenden Wellenbrecher können ihrerseits in starre Wellenbrecher und in flexible oder biegsame Wellenbrecher unterteilt werden, wie es oben angegeben ist.
Eine bekannte Art eines starren schwimmenden Wellenbrechers weist starre Schwimmgebilde auf, die mit Ablenkelementen versehen sind, welche die Kraft der ankommenden Wellen durch Ablenken oder Umlenken der Wellen schwächen. Diese Art eines starren schwimmenden Wellenbrechers ist mit bekannten Mitteln am Grund des Wassers verankert, in welches der Wellenbrecher eingetaucht ist. Auch diese Art bekannter starrer schwimmender Wellenbrecher weist große Nachteile auf, zu denen auch der Nachteil gehört, daß sie nur dann wirksam sind, wenn die Wellen nicht sehr hoch sind. Weiterhin sind sie zufolge ihrer Starrheit sehr 'schadensanfällig, weil, wenn sehr hohe Wellen gegen sie
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schlagen, sie "beschädigt oder sogar zerstört werden können.
Eine bekannte Art eines beweglichen schwimmenden Wellenbrechers ist durch einen geschlossenen langgestreckten Körper gebildet, der allgemein kreisförmigen Querschnitt hat und nahe der Oberfläche des Wassers, in welches er eingetaucht ist, verankert und mit geeignetem Arbeitsmittel gefüllt ist. Dieser bekannte flexible oder biegsame schwimmende Wellenbrecher ist so verankert, daß seine größere Abmessung rechtwinklig zu der Richtung verläuft, in welcher die Wellen vorherrschend vorhanden sind.
Der Wellenbrecher schwächt oder hebt die Energie der gegen ihn schlagenden Wellen auf, und zwar entweder mittels seiner Schwingbewegungsperiode, die mit Bezug auf die wirkenden Kräfte, d.h. mit Bezug auf die Wellen, sehr lang ist, oder durch Erzeugung einer Gegenphasenwelle gegen die ankommenden Wellen,oder durch Aufzehren der Energie in dem im Wellenbrecher vorhandenen Arbeitsmittel. Der bekannte biegsame bewegliche schwimmende Wellenbrecher hat jedoch gewisse Nachteile, insbesondere den Nachteil, daß seine kritische Abmessung, d.h» sein Querschnitt, vergrößert werden muß, wenn die Höhe und die Länge der ankommenden Wellen zunimmt«
Für den Zweck, die Wirkungen beträchtlich großer Wellen zu verringern oder aufzuheben, sind mehrere langgestreckte geschlossene Körper beispielsweise mittels Netzen oder Seilen zusammengefaßt, xrobei die Körper sich alle parallel zueinander und in Berührung miteinander befinden derart, daß sie alle zusammen einen sehr großen Querschnitt bilden«. Andererseits sind ebenfalls zum Verringern oder Aufheben der Wirkung riesiger Wellen mehrere langgestreckte geschlossene Körper in Reihe derart angeordnet, daß jeder Körper diejenigen Wellen schwächt oder aufhebt, die der vorhergehende Körper durchlaufen gelassen hat»
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Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten Wellenbrecher zu überwinden, und insbesondere darin, einen flexiblen oder biegsamen schwimmenden Wellenbrecher zu schaffen, der ausgezeichneten Schutz gegen Wellenbewegung für diejenigen Teile des Wassers oder für diejenigen Ausführungen oder Gebilde, die der flexible oder biegsame schwimmende Wellenbrecher schützen soll, sicherstellt oder garantiert, die in dem Wasser oder nahe dem Wasser liegen.
Gegenstand der Erfindung ist ein schwimmender Wellenbrecher, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er wenigstens zwei langgestreckte geschlossene Körper aufweist, die mit ihrer größeren Abmessung rechtwinklig zur vorherrschenden Richtung der ankommenden Wellen angeordnet ist, wobei die beiden Körper Seite an Seite und in einem Abstand voneinander angeordnet sind. Der Wellenbrecher umfaßt weiterhin bekannte Mittel, mit denen es möglich ist, jeden langgestreckten geschlossenen Körper in gewünschter Weise zu trimmen, ferner eine Einrichtung, mittels welcher die äußeren derlanggestreckten geschlossenen Körper mit dem Grund des Wassers verankert werden können, in welches der schwimmende Wellenbrecher eingetaucht ist, und eine Einrichtung, um die langgestreckten geschlossenen Körper derart miteinander zu verbinden, daß in dem Wasser zwischen den langgestreckten geschlossenen Körpern eine Zone großer Turbulenz gebildet ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 ist eine schaubildliche Ansicht eines schwimmenden Wellenbrechers gemäß der Erfindung im Ruhezustand.
Jig. 2 ist eine schaubildliche Ansicht eines schwimmenden Wellenbrechers gemäß der Erfindung unter der Wirkung einer ankommenden Welle.
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In einer allgemeinen Ausführungsform eines schwimmenden Wellenbrechers gemäß der Erfindung umfaßt der schwimmende Wellenbrecher wenigstens zwei langgestreckte Körper, von denen jeder mit "bereits bekannten Mitteln zu seiner Verankerung am Grunde des Wassers versehen ist, in welches er eingetaucht ist. Weiterhin umfaßt diese allgemeine Ausführungsform eine Einrichtung, die in der Lage ist, jedem der langgestreckten geschlossenen Körper die gewünschte Trimmung zu erteilen,sowie eine Einrichtung,um die beiden langgestreckten Körper miteinander zu verbinden derart, daß in dem Wasser zwischen den beiden langgestreckten Körpern eine Zone großer Turbulenz erzeugt ist. Die langgestreckten Körper sind parallel zueinander, jedoch in einem Abstand voneinander derart angeordnet, daß ihre größere Abmessung rechtwinklig zur vorherrschenden Richtung der ankommenden Wellen verläuft.
Eine besondere Ausführungsform eines schwimmenden Wellenbrechers gemäß der Erfindung ist in Hg. 1 im Euhezustand und in I1Xg. 2 unter der Wirkung einer ankommenden Welle dargestellt. In beiden Figuren ist der schwimmende Wellenbrecher gemäß der Erfindung in schaubildlicher Ansicht dargestellt. Der schwimmende Wellenbrecher 1 umfaßt zwei langgestreckte geschlossene Körper 2 und 3, gegen welche die ankommenden Wellen in dieser Reihenfolge anschlagen. Die langgestreckten geschlossenen Körper 2 und 3 haben rechtwinklig zu ihrer größeren Abmessung vorzugsweise Kreisquerschnitt.
Jeder langgestreckte geschlossene Körper 2 oder 3 kann eine flexible oder biegsame Ausführung haben, indem er aus elastomerem und/oder plastomerem Material oder aus einem biegsamen und undehnbaren Material gebildet ist. Er kann jedoch auch eine starre Ausführung haben, indem er beispielsweise aus Metallmaterial oder Kunststoffmaterial gebildet ist.
Unabhängig davon, ob die langgestreckten geschlossenen
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Körper 2 und 3 starr oder biegsam sind, sind sie mit bekannten Mitteln versehen, beispielsweise mit nicht dargestellten Ventilen oder öffnungen, um ein Medium oder eine Substanz ins Innere des Körpers 2 bzw. 3 einzulassen, um den langgestreckten geschlossenen Körpern 2, 3 die gewünschte Masse zu erteilen.
Außerdem können die langgestreckten geschlossenen Körper 2, 3 mit Querschottwänden, d.h. mit Wänden rechtwinklig zu ihrer größeren Abmessung, versehen sein, die nicht dargestellt sind und die das Innere der langgestreckten geschlossenen Körper 2, 3 wenigstens teilweise verschließen oder absperren.
Außerhalb jedes langgestreckten geschlossenen Körpers 2 bzw. und in.einer Lage in der größten Entfernung von der Oberfläche des Wassers, in welches die langgestreckten geschlossenen Körper 2, 3 eingetaucht sind, befindet sich je ein geschlossenes Element 4-, deren jedes ebenfalls mit bekannten Mitteln (nicht dargestellt) für das Zulassen eines Druckmittels versehen ist, so daß den langgestreckten geschlossenen Körpern 2 und 3 die gewünschte Trimmung erteilt bzw. gegeben werden kann.
Die geschlossenen Elemente 4 können gemäß einer abgewandelten Ausführungsform, die nicht dargestellt ist, im Inneren der langgestreckten geschlossenen Körper 2 und 3 angeordnet sein.
Jeder langgestreckte geschlossene Körper 2 bzw. 3 ist weiterhin mit bekannten Mitteln versehen, mit denen er am Grund des Wassers verankert wird, in welches er eingetaucht ist. Bei der dargestellten besonderen Ausführungsform umfassen diese Mittel Anker 3-, die am Grund des Wassers liegen und mittels Ketten 6 mit den langgestreckten geschlossenen Körpern 2 und verbunden sind. Einige Zugstangen, Zugstreben 7 od.dgl. verbinden die beiden langgestreckten geschlossenen Körper 2 und
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miteinander. Diese Zugstangen oder Zugstreben 7 sind gemäß einer "besonderen Ausführungsform der Erfindung so ausgeführt, daß in dem Wasser zwischen den beiden langgestreckten geschlossenen Körpern 2 und 3 eine Zone großer Turbulenz gebildet ist. Bei der dargestellten besonderen Ausführungsform sind die Zugstreben 7 durch Streifen aus biegsamem und undehnbarem Material gebildet, beispielsweise aus verkautschuktem Stoff oder aus Kunststoffmaterial, und an jedem Ende ist jeder Streifen 7 rund um den betreffenden langgestreckten geschlossenen Körper gewickelt, wobei das Streifenende an dem langgestreckten geschlossenen Körper anliegt und so weit herumgezogen ist, bis es mit dem Streifen wieder in Berührung tritt.
Die Verbindung der Streifenenden mit dem Streifen selbst erfolgt dadurch, daß die Streifenenden und der Streifen selbst zwischen zwei starren Platten 8, die beispielsweise aus Metall oder aus Kunststoffmaterial bestehen, zusammengeklemmt werden. Die beiden starren Platten 8 werden mittels Bolzen 9 zusammengepreßt.
Die Streifen 7 können in dem Abschnitt zwischen den beiden langgestreckten geschlossenen Körpern 2 und 3 gedoppelt werden, wobei die beiden Enden des Streifens beispielsweise durch Verklebung, Verschweißung oder Vulkanisierung miteinander verbunden werden.
Jedoch sind die starren Platten 8 und die Bolzen 9 erforderlich, um die Streifen 7 mit den langgestreckten geschlossenen Körpern 2 und 3 zu verbinden.
Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform können die Zugstangen oder Zugstreben 7 biegsam sein, und sie können mit bekannten Mitteln versehen oder nicht versehen sein, um an die langgestreckten geschlossenen Körper 2 und 3 eine elastische
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Eückkehrkraft anzulegen. Diese Mittel können beispielsweise durch das Material, aus welchem die Zugstreben 7 hergestellt sind, dargestellt sein. Die Zugstreben 7 können bei abgewandelten Ausführungsformen aus Metall oder aus einem anderen Material bestehende Seile oder Ketten sein.
Die Zugstreben 7i welche die beiden langgestreckten geschlossenen Körper 2 und 3 miteinander verbinden, können auch gemäß einer noch anderen Abwandlung aus einer oder mehreren Bahnen, Platten od.dgl. aus einem Material gebildet sein, welches dem Material der oben beschriebenen Streifen ähnlich ist, wobei die eine oder die mehreren Bahnen, Platten od.dgl. im wesentlichen die gesamte Zone des Wassers zwischen den beiden langgestreckten geschlossenen Körpern 2 und 3 bedecken.
Die Arbeitsweise des schwimmenden Wellenbrechers gemäß der Erfindung wird nachstehend in Verbindung insbesondere mit Pig. 2 beschrieben.
Gemäß Pig. 2 kommen die Wellen von rechts und sie schlagen gegen die rechte Seite des Wellenbrechers 1. Die geschützte ruhige Zone liegt gemäß Pig. 2 auf der linken Seite des Wellenbrechers 1.
Die ankommenden Wellen treffen zuerst auf den langgestreckten geschlossenen Körper 2 und werden durch dessen Vorhandensein in gewissem Ausmaß geschwächt. Derjenige Teil einer Welle, der den langgestreckten geschlossenen Körper 2 überwindet, trifft auf die Zone großer Turbulenz zwischen den beiden langgestreckten geschlossenen Körpern 2 und 3 des schwimmenden Wellenbrechers 1 und er wird vollständig beseitigt.
Die Punktion der langgestreckten geschlossenen Körper 2 und 3 besteht nicht darin, durch ihr Vorhandensein die Kraft der
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Wellen zu verringern oder aufzuheben, sondern eine Zone starker Turbulenz und starker Wirbel in dem Wasser zwischen den beiden langgestreckten Körpern 2 und 3 zu bilden. Diese Turbulenz wird gebildet durch wechselseitiges Annähern und Auseinanderbewegen der beiden langgestreckten geschlossenen Körper 2 und 3 als Folge der Wellenbewegung, jedoch vor allem zufolge des Vorhandenseins der Zugstreben 7 in den verschiedenen Ausführungsformen, wie sie oben beschrieben sind.
Die erste Welle einer Reihe von ankonimendenV'Wellen, die gegen den schwimmenden Wellenbrecher 1 schlägt, trifft die beiden langgestreckten geschlossenen Körper 2 und 3 in ihrem Ruhezustand an, in welchem sie in einem vorbestimmten Abstand voneinander liegen in Abhängigkeit von der Höhe und der Länge der zu brechenden Wellen und in Abhängigkeit von anderen örtlichen physikalischen Gegebenheiten, die von einem Fachmann bequem bestimmt werden können. Der Fachmann kann auch die optimale Bestimmung der Abmessungen der langgestreckten geschlossenen Körper vornehmen, die ebenfalls von den oben aufgeführten Variablen abhängen.
Die erste ankommende Welle trifft auf den langgestreckten geschlossenen Körper 2 auf und bewegt ihn dadurch in Richtung gegen den langgestreckten geschlossenen Körper 3· Demgemäß ergibt sich auch eine Bewegung des Wassers zwischen den beiden langgestreckten geschlossenen Körpern 2 und 3· Außerdem werden die Seile oder Ketten 6 gespannt, mit denen der langgestreckte geschlossene Körper 2 mit der am Boden des Wassers liegenden Verankerungseinrichtung verbunden ist. Der Wellenkamm läuft über den langgestreckten geschlossenen Körper 2 und bewirkt, daß dieser sich in dem nachfolgenden Wellental nach unten bewegt. Als eine Folge dieses Vorganges beginnt der langgestreckte geschlossene Körper 2, der von seinen mit der Verankerungseinrichtung verbundenen Seilen 6 zurückgeholt wird, sich von dem langgestreckten geschlossenen Körper
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wegzubewegen. Es ist zu "bemerken, daß der Kamm der ersten ankommenden Welle nicht auf eine Zone starker Turbulenz trifft, weil zum Zwecke der Vereinfachung der Erläuterung der Erfindung angenommen wird, daß der schwimmende Wellenbrecher 1 sich anfänglich im Ruhezustand befand, so daß auch das Wasser zwischen den beiden langgestreckten Körpern 2 und 3 sich anfänglich in ruhigem Zustand befand.
Der Kamm der ersten Welle trifft dann auf den langgestreckten geschlossenen Körper 3 und wird durch dessen Vorhandensein weiter geschwächt und beginnt, den,langgestreckten geschlossenen Körper 3 von dem langgestreckten geschlossenen Körper 2 wegzuziehen. Zu diesem Zeitpunkt v/erden jedoch die Zugstreben 7 gespannt und in Zusammenarbeit auch mit den gegebenenfalls vorgesehenen Mitteln für elastisches Zurückziehen der beiden den Zugstreben 7 zugeordneten langgestreckten geschlossenen Körpern 2 und. 3 wird bewirkt, daß die beiden langgestreckten geschlossenen Körper sich in Richtung gegeneinander bewegen. Die zweite ankommende Welle trifft dann auf den langgestreckten geschlossenen Körper 2 auf und schiebt ihn weiter in Richtung gegen den langgestreckten geschlossenen Körper-3.
Zu diesem Zeitpunkt ist das zwischen den beiden langgestreckten geschlossenen Körpern 2 und 3 vorhandene Wasser durch die gegenseitige Annäherung der beiden langgestreckten geschlossenen Körper 2 und 3 gezwungen, starke wirbelartige Bewegungen anzunehmen, die hauptsächlich in Richtung gegen den Grund des Wassers gerichtet sind, und zwar derart, daß der Kamm der zweiten ankommenden Welle, wenn er über den langgestreckten geschlossenen Körper 2 gelaufen ist, auf eine Wassersperre trifft, d.h. auf die Zone starker Turbulenz, in welcher ein beträchtlicher Teil der kinetischen Energie der Welle aufgezehrt wird.
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Bekanntlich ist etwa 70% der kinetischen Energie einer Welle in den oberen 20% der Wassertiefe zu diesem Zeitpunkt enthalten. Als Folge müssen die große Turbulenz und die vertikalen Bewegungen, die durch wechselseitiges Annähern und Auseinanderbewegen der beiden langgestreckten geschlossenen Körper 2 und 3 hervorgerufen sind, nicht sehr tief in das Wasser reichen, um wirksam gegen die ankommende Welle zu wirken und als Folge deren kinetische Energie zu verringern oder aufzuzehren.
Der schwimmende Wellenbrecher 1 gemäß der Erfindung bildet in der Zone des Wassers zwischen den beiden langgestreckten geschlossenen Körpern 2 und 3 eine Wassersperre, deren Wasser eine Bewegung mit einer starken vertikalen Komponente und einer starken turbulenten Komponente derart hai, daß die kinetische Energie einer gegen die Wassersperre schlagenden Welle aufgezehrt wird.
Aus praktischen Untersuchungen ergaben sich die nachstehend angegebenen Ergebnisse: Mit einem Durchmesser der langgestreckten geschlossenen Körper 2 und 3 eines Wellenbrechers der in den Figuren dargestellten Art von 380 mm, einem Durchmesser der geschlossenen Elemente 4· von 160 mm und einem Abstand zwischen den Achsen der beiden langgestreckten geschlossenen Körper 2 und 3 von 2000 mm für eine Gesamtlänge des Wellenbrechers 1 in Richtung der Wellen von etwa 2400 mm ergab sich eine prozentuale Verringerung von immer höher als 65%, und zwar für Wellen mit einer Länge, die bis zu 1,25 mal größer als die Länge des Wellenbrechers 1 ist.
Unter prozentualer Verringerung ist zu verstehen der Unterschied zwischen der Höhe der Welle stromaufwärts des Wellenbrechers und der Höhe der Welle stromabwärts des Wellenbrechers, geteilt durch die Höhe der Welle stromaufwärts des Wellenbrechers und ausgedrückt in Prozent.
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Mit einem Wellenbrecher gemäß der Erfindung, der aus drei
langgestreckten geschlossenen Körpern gebildet ist, von denen nur die beiden Endkörper mit dem Grund des Wassers verankert sind und die miteinander verbunden sind, und mit einem Durchmesser für jeden langgestreckten geschlossenen Körper von
380 mm und mit einem geschlossenen Element 4· eines Durchmessers von 160 mm für jeden der geschlossenen langgestreckten Körper, mit einem Abstand der Achsen zweier benachbarter langgestreckter Körper von 1500 mm und mit einer Gesamtlänge des Wellenbrechers von etwa 34-00 mm ergab sich eine prozentuale Schwächung oder Verringerung, die immer höher oder größer als 70% war, und zwar für Wellen mit einer Länge bis zu etwa der Länge des Wellenbrechers.
Im Bahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen möglich. Beispielsweise können die Zugstreben 7 io vorteilhafter Weise geeignet dimensionierte Schraubenfedern aufweisen.
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Claims (6)

Patentansprüche
1. Schwimmender Wellenbrecher, dadurch gekennzeichnet, daß er wenigstens zwei langgestreckte geschlossene Körper (2 und 3), die mit ihrer größeren Abmessung rechtwinklig zur vorherrschenden Richtung ankommender Wellen sowie Seite an Seite und in einem Abstand voneinander angeordnet sind, eine Einrichtung (4-), um jedem langgestreckten geschlossenen Körper die gewünschte Trimmung zu erteilen, eine Einrichtung (5, 6) zum Verankern der äußeren langgestreckten geschlossenen Körper mit dem Grund des'Wassers, in welches der schwimmende Wellenbrecher eingetaucht ist, und eine Einrichtung (7) aufweist, um die langgestreckten geschlossenen Körper derart zu verbinden, daß in dem Wasser zwischen den langgestreckten geschlossenen Körpern eine Zone großer Turbulenz gebildet ist.
2. Wellenbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verbinden der langgestreckten geschlossenen Körper (2, 3) miteinander und zum Bilden einer Zone starker Turbulenz in dem Wasser zwischen den langgestreckten geschlossenen Körpern eine Mehrzahl von Zugstreben (7) aus biegsamem Material aufweist.
3- Wellenbrecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Zugstreben (7) aus biegsamem Material bekannte Mittel zugeordnet sind, um eine elastische Rückkehrkraft auszuüben, um die langgestreckten geschlossenen Körper (2,3) enger zueinander zuziehen.
4·. Wellenbrecher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus biegsamem Material bestehenden Zugstreben (7) undehnbar sind. .909829/0768
ORIGINAL INSPECTED
5- Wellenbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verbinden der langgestreckten geschlossenen Körper (2 und 3) miteinander und zum Bilden einer Zone starker Turbulenz in dem Wasser zwischen den langgestreckten geschlossenen Körpern wenigstens ein Band, eine Bahn od.dgl. aus biegsamem und undehnbarem Material aufweist.
6. Wellenbrecher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstreben (7) Schraubenfedern aufweisen.
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