В некоторых предложениях (Япония) с этой целью рекомендуется снизу подвешивать грузы. Для лучшего гашения энергии перекатывающихся через понтоны волн на их верхней палубе устраивают специальные ребра.
Отдельные плавающие тела, закрепленные за дно или за притопленные понтоны, выполняют в виде стальных или деформируемых шаров, плавающих пучков синтетических нитей, вертикальных элементов или специальных цилиндров (рис.). Число отдельных элементов в составе устройств для гашения энергии волн, которая тратится на преодоление сопротивления при их колебании, изменяется от нескольких сотен до нескольких тысяч.
Большинство предложений основывается на применении для гашения волн гибких экранов или оболочек различной конфигурации (рис.).
Пневматические волноломы.
Гашение волн на поверхности тяжелой жидкости с помощью сжатого воздуха было предложено в начале ХХ в. Установка для реализации этого предложения представляет собой трубы с перфорацией – отверстиями. Воздух, нагнетаемый в трубы, выходит через отверстия в воду и поднимается кверху в виде отдельных пузырьков, образуя так называемый факел. Пузырьки воздуха увлекают за собой частицы воды, обусловливая подъем уровня и создание двух зон циркуляции воды (рис.), в результате чего образуются поверхностные течения в стороны от факела навстречу и попутно волне. Потоки воды сильно турбулизированы и насыщены воздухом. По мнению большинства исследователей, основное значение для гашения волны имеют мощность встречного потока, а также потери энергии волны на турбулентное трение.
Было установлено, что наиболее целесообразно применять пневматические волноломы для частичной защиты акваторий от воздействия коротких и круговых волн (Т менее 5 сек., отношение высоты волны к длине 1/10-1/15) при расположении перфорированных труб на глубине от ½ до 1/3 длины волны. Воздух подается по трубам с перфорацией диаметром 4-8 мм. при шаге 100-400 мм. Давление на выходе небольшое и может превышать гидростатическое давление воды на 30кПа. Для уменьшения засорения отверстия делают с нижней части трубы в плоскости, угол которой с вертикальной составляет 15-200.
Для требуемого количества воздуха необходимо рассчитать диаметр трубопроводов (магистральных и рабочих) при заданном давлении воздуха в начале (у компрессора) и в конце трубопровода, а также размеры отверстий – площадь перфорации на единицу длины трубопровода – из условия равномерной подачи расчетного путевого расхода воздуха. В результате технологического расчета трубопровода определяют температуру воздуха в конце любого рассматриваемого участка. На основании технологического расчета проводят гидроаэродинамический расчет трубопровода с учетом трения и теплообмена для определения падения давления воздуха по длине воздухопровода от его начала (у выхода из компрессора) до конца перфорации. Задавшись избыточным давлением в конце воздухопровода, можно рассчитать давление, которое должна развивать компрессорная установка при необходимом расходе. Таким образом, по заданной величине остаточной волны при каждом конкретном шторме при неизменных характеристиках волнолома можно определить наиболее экономичный режим работы энергетической установки.
В конструктивном отношении пневматические волноломы достаточно просты и представляют собой магистральные и рабочие трубопроводы, уложенные на специальные опоры, установленные на дне (рис.).
Конструкция опор может быть самая различная. Рекомендуется в качестве несущей конструкции использовать магистральные стальные трубопроводы, рабочие перфорированные трубы выполнять съемными из более легкого некорродирующего материала, например из пластмассы. Рабочие трубопроводы необходимо устанавливать строго горизонтально, между рабочим и магистральным трубопроводами следует предусмотреть обратный клапан, чтобы предупредить засорение магистральных трубопроводов. На трубопроводах необходимо установить клапаны для их промывки.
К достоинствам пневматических волноломов следует отнести простоту конструкции, возможность прохода над ними судов, что позволяет применять их для перекрытия ворот порта, и, наконец, невысокую стоимость.
К недостаткам пневматических волноломов следует отнести их удовлетворительную работу только в узких пределах изменения длины волны (длинные волны крутизной менее 1/20 практически не гасятся), резкое увеличение расхода воздуха с уменьшением глубины установки перфорированного рабочего трубопровода, относительно высокие эксплуатационные затраты, большую энергоемкость и невыгодную загрузку энергосистемы.
Пневматические волноломы могут найти применение в первую очередь на водохранилищах и на море для защиты отдельных сооружений – ворот доков, плавдоков, ворот портов, подходов к шлюзам и т.п.
Гидравлические волноломы.
При использовании пневматических волноломов, как уже указывалось, основным фактором, определяющим гашение волн, является поверхностный поток воды, направленный против движения волн. В связи с этим появилась идея гашения волн встречным потоком, созданным не в результате движения пузырьков воздуха, а каким – либо другим путем, например работой водометного движения, винтовым двигателем или действием водяных струй. Последний способ получил наибольшее распространение.
Разрушение волн на встречном течении известно давно, и есть теоретические решения, которые связывают степень деформации волн с отношением максимальной скорости потока u max., к скорости распространения волны c и крутизной волны h/λ. Механизм гашения волн на встречном течении заключается в том, что при этом уменьшается длина, увеличивается высота волны, крутизна достигает критического значения и волна разрушается. Имеется различие потоков при работе пневматического и гидравлического волноломов. В первом случае поток сильно турбулизирован и аэрирован, что обеспечивает при прочих равных условиях большую степень гашения по сравнению с потоком, созданным истекающими струями воды. В последнем случае завихренность незначительная, степень аэрации мала. При расчетах мощности волнолома обычно задаются необходимым коэффициентом гашения при известных параметрах волн и глубине воды. Опытами установлено, что степень гашения волн уменьшается с возрастанием длины и высоты волны, уменьшением ее крутизны и глубины воды.
В опытах было установлено, что волногасящаяся способность гидравлического волнолома не зависит от диаметра насадков и определяется удельной площадью отверстий и расходом истекающих струй воды. Наибольший эффект гашения наблюдается при горизонтальном истечении струй на отметке спокойного уровня.
Область применения гидравлического волнолома ограничивается условиями водохранилищ или временной защиты отдельных объектов на море, например строительных плавучих механизмов при коротких и крутых волнах, при длине волны λ = 30 м. на уровне современных разработок гидравлический волнолом менее эффективен, чем пневматический.