ВХОДНОЙ ОГОЛОВОК ТРУБЧАТОГО СИФОННОГО ВОДОСБРОСА Российский патент 1994 года по МПК E02B7/18 

Изобретение предназначено для использования в гидротехническом строительстве, в частности при сооружении паводковых сифонных водосбросов земляных плотин прудов и водохранилищ.

Известен способ оголовок сифонного водосброса, включающий переднюю верхнюю стенку из полуцилиндра трубы и пристыкованные к ней боковины из четвертей стенки трубы (авт. св. N 1538563, кл. E 02 B 7/18. Входной оголовок сифонного водосброса).

Недостатком данного входного оголовка является то, что нижняя часть входа не защищена от подсоса воздуха при достаточно больших величинах вакуума. Поэтому данная конструкция не может быть использована при перепадах бьефов сифонного водосброса свыше пяти метров.

Известен входной оголовок сифонного водосброса, стыкуемый из отрезков трубы, сопрягающиеся полуторцы которых срезаны под равными углами ("Способ изготовления входных оголовков трубчатых сифонных водосбросов").

Данная конструкция входного оголовка имеет ряд недостатков. Поскольку элементы конструкции изготавливаются из целых отрезков трубы, то после их подгонки остается много отходов исходного материала. Полуцилиндры, стыкуемые в средней части оголовка, имеют кривизну, направленную внутрь раструба и, тем самым, исключают из него часть площади входа, снижая тем самым его пропускную способность.

Наиболее близким техническим решением является входной оголовок трубчатого сифонного водосброса, включающий переднюю и заднюю стенки, выполненные в виде полуцилиндров из отрезка трубы, расположенных под острым углом вогнутыми гранями друг к другу, и боковые стенки, каждая из которых выполнена из плоского листа треугольной формы и прикреплена боковыми сторонами к кромкам передней и задней стенок с расположением вершины угла в точке пересечения этих кромок ("Способ изготовления водных оголовков трубчатых сифонных водосбросов").

Данная конструкция водного оголовка имеет ряд недостатков. Боковые стенки из плоского листа имеют низкую жесткость в поперечном направлении и под воздействием силы вакуума генерируют колебания, вызывающие вибрацию всего сооружения. По это же причине входной оголовок имеет низкую прочность в горизонтальном поперечном направлении.

Ширина входного оголовка по длине постоянна и равна диаметру используемой трубы. Вследствие этого, конусность раструба расположена по вертикали и поверхностный поток, подходящий к сооружению и имеющий горизонтальную ориентацию вынужден во входном оголовке переворачиваться в вертикальном направлении. Это вызывает сильную турбулентность потока вдоль боковых стенок с образованием водоворотов и подсосом большого количества воздуха, снижающего расход сооружения. Кроме того, наличие раструба только в вертикальном направлении вынуждает для образования необходимой площади всасывания потока значительно увеличить длину передней стенки оголовка, но при этом происходит удаление площади всасывания от начала водовода, вследствие этого растут гидравлические потери по длине оголовка, растет его гидравлическое сопротивление и падает пропускания способность.

Целью изобретения является повышение прочности и пропускной способности входного оголовка сифонного водосброса.

Поставленная цель достигается тем, что каждая боковая стенка входного оголовка выполнена в виде двух элементов цилиндрической кривизны треугольной формы с равными углами, вершины которых расположены в точке пересечения кромок передней и задней стенок, а стороны элементов, прикрепленные к кромкам передней и задней стенок, расположены по образующей цилиндра.

В отличие от известного технического решения, в котором боковые стенки выполнены из плоских листов треугольной формы, в заявленной конструкции входного оголовка каждая боковая стенка выполнена в виде двух элементов цилиндрической кривизны треугольной формы с равными углами, вершины которых расположены в точке пересечения кромок передней и задней стенок, а стороны элементов, прикрепленные к кромкам передней и задней стенок, расположены по образующей цилиндра.

Данные признаки являются новыми, так как не совпадают с известными по форме и достигаемому результату.

Выполнение каждой боковой стенки входного оголовка из двух элементов цилиндрической кривизны позволяет придать боковым стенкам положительную кривизну, повысив тем самым их жесткость и прочность оголовка в горизонтальном направлении. Применение боковых стенок из двух элементов цилиндрической кривизны увеличивает по сравнению с прототипом площадь всасывания примерно на 60% или уменьшает длину входного оголовка при уменьшении площади всасывания. При этом появляется конусность оголовка в горизонтальном направлении, а ширина засасываемого потока увеличивается в два раза.

Вышеперечисленные свойства, проявляемые признаками заявленного технического решения, позволяют сделать вывод о соответствии его критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показана конструкция входного оголовка, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид сверху.

Входной оголовок трубчатого сифонного водосброса (фиг. 1) включает переднюю 1 и заднюю 2 стенки, выполненные в виде полуцилиндров из отрезка трубы, расположенных под острым углом вогнутыми гранями друг к другу, и боковые стенки 3, каждая из которых состыкована из двух элементов цилиндрической кривизны треугольной формы 4. При этом стороны 5 элементов 4, прикрепляемые к кромкам передней 1 и задней 2 стенок расположены по образующей цилиндра, а сопрягаемые стороны 6 расположены под равными углами " α " к той же образующей.

Работает устройство следующим образом. При подъеме уровня воды в водохранилище поток, протекая через сифонный водосброс, выносит из него воздух и создает в нем вакуум. Входной оголовок обеспечивает распределение вакуума по площади входа, создавая тем самым всасывающую силу сифонного водосброса. Благодаря выпуклости передней 1, задней 2 и боковых стенок 3 входной оголовок становится достаточно жестким и воспринимает действующую на него силу атмосферного давления без прогибов и вибрации конструкции, что существенно повышает его прочность. Повышению прочности способствует также то, что стороны 5 примыкают к кромкам передней и задней стенок под прямым углом, образуя четыре угловых профиля, имеющих высокую устойчивость при восприятии нагрузок.

При всасывании подходящего потока воды высотное положение передней 1 и задней 2 стенок обеспечивает захват потока по глубине, а плановое расположение боковых стенок 3 обеспечивает захват потока по ширине. При этом ширина захватываемого потока примерно в два раза больше его глубины.

Заявленная конструкция входного оголовка трубчатого сифонного водосброса за счет криволинейности всех стенок конструкции и образования продольных угловых профилей при их стыковке имеет более высокую жесткость и прочность и исключает тем самым возможность появления вибрации сооружения из-за неустойчивости конструкции входа.

Применение в конструкции входа боковых стенок из двух элементов цилиндрической кривизны позволяет значительно увеличить площадь входа и ширину оголовка. Это в свою очередь позволяет уменьшить общую длину оголовка, приблизить площадь всасывания к водоводу сооружения и тем самым снизить гидравлические потери по длине оголовка. Увеличение ширины оголовка делает ширину потока, захватываемого сифонным водосбросом, в два раза больше его глубины, что обеспечивает нормальный гидравлический подход потока к сооружению в него без образования турбулентных струй и подсоса воздуха, снижающего расход водосброса.

Вышеперечисленные гидравлические свойства заявленной конструкции входного оголовка способствуют повышению его пропускной способности по сравнению с прототипом.

Заявляемое техническое решение позволяет исключить из конструкции водного оголовка плоский лист и изготавливать все стыкуемые элементы только из трубы, что делает процесс изготовления входного оголовка более технологичным.

Заявленная конструкция входного оголовка может использоваться как типовая, удовлетворяющая всем требованиям к работе входа сифонного водосброса.

(56) Авторское свидетельство СССР N 1431400, кл. E 02 B 7/18, 1986.

Авторское свидетельство СССР N 1448780, кл. E 02 B 7/18, 1985.

Использование: в конструкциях, трубчатых сифонных водосбросов гидротехнических сооружений. Сущность изобретения: оголовок содержит переднюю и заднюю стенки 1 и 2, выполненные в виде полуцилиндров из отрезка трубы, и боковые стенки 3 из двух треугольных элементов 4 цилиндрической кривизны с равными углами, вершины которых расположены в точке пересечения кромок стенок 1 и 2. Стороны 5 элементов 4 расположены по образующей цилиндра. При работе сифонного водосброса вода поступает в отверстие, образованное стенками 1, 2 и элементами 4, и далее по трубе сифона сбрасывается в нижний бьеф. 2 ил.

ВХОДНОЙ ОГОЛОВОК ТРУБЧАТОГО СИФОННОГО ВОДОСБРОСА, включающий переднюю и заднюю стенки, выполненные в виде полуцилиндров из отрезка трубы, расположенных под острым углом вогнутыми гранями друг к другу, и боковые стенки, каждая из которых выполнена треугольной формы и прикреплена боковыми сторонами к кромкам передней и задней стенок с расположением вершины угла в точке пересечения этих кромок, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и пропускной способности, каждая боковая стенка выполнена в виде двух элементов цилиндрической кривизны треугольной формы с равными углами, вершины которых расположены в точке пересечения кромок передней и задней стенок, а стороны элементов, прикрепленные к кромкам передней и задней стенок, расположены по образующей цилиндра.