RU2005844C1 - Inlet crown of conduit siphon spillway - Google Patents

Abstract

FIELD: hydraulic constructions. SUBSTANCE: inlet crown has front and rear walls 1 and 2 made in form of semicylinders from pipe length, and lateral walls 3 from two triangular members 4 of cylindrical curvature with equal angles whose vortexes are located in point of intersection of edges of walls 1 and 2. Sides of members 4 are located on cylinder element. During operation of spillway, water enters aperture formed walls 1 and 2 and members 4, and further, through conduit of siphon and is discharged into lower pool. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение предназначено для использования в гидротехническом строительстве, в частности при сооружении паводковых сифонных водосбросов земляных плотин прудов и водохранилищ. The invention is intended for use in hydraulic engineering, in particular during the construction of flood siphon spillways of earthen dams of ponds and reservoirs.

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). A known method is the head of the siphon spillway, including the front upper wall of the pipe half cylinder and the sidewalls docked to it from the quarters of the pipe wall (ed. St. N 1538563, class E 02 B 7/18. The input head of the siphon spillway).

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. The disadvantage of this inlet tip is that the lower part of the inlet is not protected from air leaks at sufficiently large vacuum values. Therefore, this design cannot be used for differences in the upstream of a siphon spillway over five meters.

Известен входной оголовок сифонного водосброса, стыкуемый из отрезков трубы, сопрягающиеся полуторцы которых срезаны под равными углами ("Способ изготовления входных оголовков трубчатых сифонных водосбросов"). Known input head of the siphon spillway, mating from pipe segments, mating one and a half which are cut at equal angles ("Method of manufacturing the input heads of tubular siphon spillways").

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. This design of the input head has several disadvantages. Since the structural elements are made of whole pipe sections, after their fitting a lot of waste material remains. Half-cylinders joined in the middle part of the head have a curvature directed inside the bell and, thereby, exclude part of the entrance area from it, thereby reducing its throughput.

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"). The closest technical solution is the input head of the tubular siphon spillway, including the front and rear walls, made in the form of half-cylinders from a pipe segment located at an acute angle with concave faces to each other, and side walls, each of which is made of a flat sheet of triangular shape and attached lateral sides to the edges of the front and rear walls with the location of the vertex of the corner at the intersection of these edges ("Method for the manufacture of water heads of tubular siphon spillways").

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. This design of the water head has several disadvantages. The side walls of a flat sheet have a low stiffness in the transverse direction and, under the influence of the vacuum force, generate vibrations that cause vibration of the entire structure. For the same reason, the inlet head has a low strength in the horizontal transverse direction.

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. The width of the inlet head along the length is constant and equal to the diameter of the pipe used. As a result, the taper of the bell is located vertically and the surface flow, suitable for the structure and having a horizontal orientation, is forced to flip in the vertical direction in the input head. This causes a strong turbulence of the flow along the side walls with the formation of whirlpools and the suction of a large amount of air, which reduces the flow rate of the structure. In addition, the presence of the bell only in the vertical direction forces the length of the front wall of the head to be significantly increased for the formation of the necessary flow suction area, but at the same time, the suction area is removed from the beginning of the water conduit, as a result of this, hydraulic losses increase along the length of the head, its hydraulic resistance increases and transmission decreases ability.

Целью изобретения является повышение прочности и пропускной способности входного оголовка сифонного водосброса. The aim of the invention is to increase the strength and throughput of the input tip of the siphon spillway.

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. This goal is achieved in that each side wall of the input head is made in the form of two elements of cylindrical curvature of a triangular shape with equal angles, the vertices of which are located at the intersection of the edges of the front and rear walls, and the sides of the elements attached to the edges of the front and rear walls are located forming cylinder.

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. In contrast to the known technical solution, in which the side walls are made of flat sheets of a triangular shape, in the claimed design of the input head, each side wall is made in the form of two elements of cylindrical curvature of a triangular shape with equal angles, the vertices of which are located at the intersection of the edges of the front and rear walls and the sides of the elements attached to the edges of the front and rear walls are located along the generatrix of the cylinder.

Данные признаки являются новыми, так как не совпадают с известными по форме и достигаемому результату. These signs are new, as they do not coincide with the known in form and achieved result.

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. The implementation of each side wall of the input head of the two elements of cylindrical curvature allows you to give the side walls a positive curvature, thereby increasing their rigidity and strength of the head in the horizontal direction. The use of side walls of two elements of cylindrical curvature increases the absorption area compared to the prototype by about 60% or reduces the length of the inlet head while reducing the absorption area. In this case, the taper of the tip appears in the horizontal direction, and the width of the suction stream doubles.

Вышеперечисленные свойства, проявляемые признаками заявленного технического решения, позволяют сделать вывод о соответствии его критерию "существенные отличия". The above properties, manifested by the features of the claimed technical solution, allow us to conclude that it meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 показана конструкция входного оголовка, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид сверху. In FIG. 1 shows a design of the inlet head, side view; in FIG. 2 - the same, top view.

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. The input head of the tubular siphon spillway (Fig. 1) includes front 1 and rear 2 walls made in the form of half-cylinders from a pipe segment located at an acute angle with concave faces to each other, and side walls 3, each of which is joined from two elements of cylindrical curvature triangular shape 4. In this case, the sides 5 of the elements 4 attached to the edges of the front 1 and rear 2 walls are located along the generatrix of the cylinder, and the mating sides 6 are located at equal angles "α" to the same generatrix.

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. The device operates as follows. When the water level rises in the reservoir, a stream flowing through a siphon spillway removes air from it and creates a vacuum in it. The inlet head provides a vacuum distribution over the inlet area, thereby creating the suction force of the siphon spillway. Due to the convexity of the front 1, rear 2 and side walls 3, the inlet head becomes sufficiently rigid and perceives the atmospheric pressure force acting on it without deflection and vibration of the structure, which significantly increases its strength. The increase in strength is also facilitated by the fact that the sides 5 are adjacent to the edges of the front and rear walls at a right angle, forming four corner profiles having high stability during load perception.

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. When a suitable water stream is sucked in, the height position of the front 1 and rear 2 walls provides a depth capture of the flow, and the planned location of the side walls 3 provides a width capture of the stream. The width of the captured stream is approximately two times its depth.

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. The claimed design of the input head of the tubular siphon spillway due to the curvature of all the walls of the structure and the formation of longitudinal angular profiles when they are joined has higher rigidity and strength and thereby eliminates the possibility of vibration of the structure due to instability of the entrance structure.

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. The use of side walls made of two elements of cylindrical curvature in the entrance structure can significantly increase the entrance area and the width of the head. This, in turn, allows to reduce the total length of the head, to bring the suction area closer to the water conduit of the structure, and thereby reduce hydraulic losses along the length of the head. An increase in the width of the head makes the width of the flow captured by the siphon spillway twice as deep as it ensures a normal hydraulic approach of the flow to the structure without the formation of turbulent jets and air suction, which reduces the consumption of the spillway.

Вышеперечисленные гидравлические свойства заявленной конструкции входного оголовка способствуют повышению его пропускной способности по сравнению с прототипом. The above hydraulic properties of the claimed design of the input head contribute to increasing its throughput compared to the prototype.

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. The claimed technical solution allows to exclude a flat sheet from the design of the water head and to produce all the joined elements only from the pipe, which makes the process of manufacturing the input head more technological.

Заявленная конструкция входного оголовка может использоваться как типовая, удовлетворяющая всем требованиям к работе входа сифонного водосброса. The claimed design of the inlet head can be used as a typical one, satisfying all the requirements for the work of the input of the siphon spillway.

(56) Авторское свидетельство СССР N 1431400, кл. E 02 B 7/18, 1986. (56) Copyright certificate of the USSR N 1431400, cl. E 02 B 7/18, 1986.

Авторское свидетельство СССР N 1448780, кл. E 02 B 7/18, 1985.  USSR copyright certificate N 1448780, cl. E 02 B 7/18, 1985.

Claims (1)

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.  INPUT HEAD OF A TUBULAR SIPHON WATER DRAINAGE, including front and rear walls made in the form of half-cylinders from a pipe section located at an acute angle by concave faces to each other, and side walls, each of which is made triangular in shape and attached by its sides to the edges of the front and rear walls with the location of the vertex of the corner at the intersection of these edges, characterized in that, in order to increase strength and throughput, each side wall is made in the form of two cylindrical elements curvatures of a triangular shape with equal angles, the vertices of which are located at the intersection of the edges of the front and rear walls, and the sides of the elements attached to the edges of the front and rear walls are located along the generatrix of the cylinder.

Images