ОТКЛОНЯЮЩЕЕ КОЛЕНО
DEFLECTING BEND

Область техники, к которому относится изобретение
Настоящее изобретение относится к отклоняющему колену для отклонения сточных вод в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.
Уровень техники
В уровне техники известны отклоняющие колена. В сточных трубах отклоняющие колена обычно являются фактором, ограничивающим пропускную способность, поскольку нужно преобразовать ламинарный поток в трубе, ориентированной, по существу, в горизонтальном направлении, в вертикальный кольцевой поток в трубе, ориентированной в вертикальном направлении. В обычном трубном колене возникают большие гидравлические потери, что приводит к необходимости увеличения диаметра.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка отклоняющего колена, отличающегося улучшенной пропускной способностью.
Поставленная задача решена отклоняющим коленом по пункту 1 формулы изобретения. Соответственно, отклоняющее колено для направления сточных вод содержит
- первый участок трубопровода, проходящий вдоль первой прямой направляющей линии;
- второй участок трубопровода, проходящий вдоль второй прямой направляющей линии, и
- отклоняющий участок, соединяющий первый участок трубопровода со вторым участком трубопровода, причем отклоняющий участок проходит вдоль третьей направляющей линии, соединяющей первую направляющую линию со второй направляющей линией.
Первая направляющая линия первого участка трубопровода расположена под углом от 90° до 100° ко второй направляющей линии второго участка трубопровода. Первая и вторая направляющая линия определяют вертикальную плоскость.
Первая направляющая линия и опорная ось определяют плоскость наклона. Опорная ось пересекает первую направляющую линию под прямым углом и ориентирована под прямым углом ко второй направляющей линии и вертикальной плоскости.
Отклоняющий участок образован из нескольких частей, каждая из которых содержит соответствующие участки третьей направляющей линии. По меньшей мере одна из частей обеспечивает возможность отклонения направляющей линии отклоняющего участка от указанной вертикальной плоскости. Отклонение выполнено таким образом, чтобы сточные воды из первого участка трубопровода, проходя через упомянутую часть, совершали вращение вокруг третьей направляющей линии и, вращаясь, могли направляться во второй участок трубопровода.
В результате отклонения сточные воды могут совершать целенаправленное и управляемое вращение, в результате чего они вращаются вдоль стенок второго участка трубопровода и, вращаясь, поступают в трубу, примыкающую ко второму участку трубопровода. Управляемое вращение сточных вод способно увеличить пропускную способность отклоняющего колена.
Под упомянутыми направляющими линиями понимают геометрические направляющие линии, причем соответствующие участки, т.е. первый участок трубопровода, отклоняющий участок и второй участок трубопровода, геометрически вытянуты вдоль этих направляющих линий. Это означает, что участки проходят вдоль этих направляющих линий в смысле геометрического протяжения. Предпочтительно, направляющие линии расположены внутри пространства, ограниченного двумя участками трубопровода и отклоняющим участком.
Предпочтительно, отклоняющий участок выполнен таким образом, чтобы сточные воды, протекающие через отклоняющий участок, совершали вращение вокруг направления, совпадающего с направлением первого отклонения в отклоняющем участке. За счет этого, по существу, предотвращается двойное отклонение, что снижает гидравлические потери.
Если отклонение в направлении первой направляющей линии первого участка трубопровода происходит из вертикальной плоскости влево, то осуществляется вращение влево или против часовой стрелки вокруг направляющей линии.
Если отклонение в направлении первой направляющей линии первого участка трубопровода происходит из вертикальной плоскости вправо, то осуществляется вращение вправо или по часовой стрелке вокруг направляющей линии.
Предпочтительно, сточные воды в отклоняющем участке всегда вращаются в одном и том же направлении вокруг упомянутых направляющих линий.
Предпочтительно, вышеуказанная часть, обеспечивающая возможность отклонения направляющей линии отклоняющего участка вбок от упомянутой вертикальной плоскости, также отклонена от плоскости наклона в направлении второго участка трубопровода.
Предпочтительно, отклонение от плоскости наклона выбирают таким образом, чтобы конечная точка направляющей линии упомянутой части располагалась, исходя из плоскости наклона, ниже плоскости наклона в направлении второго участка трубопровода.
Предпочтительно, по меньшей мере одна вышеупомянутая часть содержит первую часть в форме трубного колена с направляющей линией, имеющей форму дуги окружности. При этом трубное колено входит в состав отклоняющего участка. Дугообразная направляющая линия трубного колена примыкает по касательной к первой направляющей линии первого участка трубопровода.
Предпочтительно, конечная область первого участка трубопровода и начальная область указанного трубного колена расположены в базовой плоскости, находящейся на расстоянии от первой опорной плоскости и параллельной ей, причем опорная плоскость образована торцевой стороной первого участка трубопровода, и перпендикулярна первой направляющей линии.
В первом варианте осуществления дугообразная направляющая линия расположена в базовой плоскости, повернутой относительно плоскости наклона на угол поворота от 10° до 70°, в частности 30°, вокруг первой направляющей линии в сторону второго участка трубопровода.
Во втором варианте осуществления трубное колено имеет угол дуги от 10° до 80°, в частности 30°.
В особенно предпочтительном третьем варианте осуществления дугообразная направляющая линия расположена в базовой плоскости, повернутой относительно плоскости наклона на угол от 10° до 70°, в частности 30°, вокруг первой направляющей в направлении второго участка трубопровода, а трубное колено имеет угол дуги от 10° до 80°, в частности 30°.
Под «углом дуги» в данном контексте понимают угол раскрытия трубного колена.
Предпочтительно, к первой части примыкает вторая часть в форме второго трубного колена с дугообразной направляющей линией, причем дугообразная направляющая линия второго трубного колена примыкает по касательной к дугообразной направляющей линии первого трубного колена.
Предпочтительно, дугообразная направляющая линия второго трубного колена расположена в базовой плоскости, повернутой ко второму участку трубопровода относительно базовой плоскости первого трубного колена на угол поворота от 10° до 80°, в частности 75° вокруг оси, проходящей в упомянутой базовой плоскости по касательной к дугообразной направляющей линии первого трубного колена.
Указанная опорная плоскость образована конечной областью первого трубного колена, а дугообразная направляющая линия первого трубного колена приходит к опорной плоскости под прямым углом.
В качестве дополнения или альтернативы второе трубное колено имеет угол дуги от 45° до 90°, в частности 72°.
Предпочтительно, конечная область второго трубного колена второй части расположена в плоскости, по существу, перпендикулярной вертикальной плоскости, причем эта плоскость, предпочтительно, расположена ближе к первому, чем ко второму участку трубопровода.
Предпочтительно, третья часть примыкает ко второй части, причем третья часть образует соединение между второй частью и вторым участком трубопровода.
Предпочтительно, направляющая линия третьей части представляет собой полиномиальную кривую, примыкающую по касательной к направляющей линии второй части и приходящую по касательной к направляющей линии второго участка трубопровода.
В случае трех частей направляющая линия отклоняющего участка состоит из трех участков направляющей линии.
В особенно предпочтительном варианте отклоняющий участок состоит из трех упомянутых частей. То есть между первым участком трубопровода и вторым участком трубопровода расположены исключительно три упомянутые части в соответствующей последовательности.
Предпочтительно, поперечное сечение двух участков трубопровода имеет форму круга постоянного диаметра. Это означает, что оба участка трубопровода форме круглого цилиндра проходят в вдоль двух направляющих линий. При этом направляющие линии являются центральными осями двух участков трубопровода.
Поперечное сечение отклоняющего участка может иметь различную форму.
В первом варианте поперечное сечение отклоняющего участка имеет, по существу, постоянную круглую форму и соответствует поперечному сечению двух участков трубопровода, причем направляющая линия проходит по осевой линии, проходящей по центру указанных участков
Во втором варианте поперечное сечение отклоняющего участка местами увеличено за счет расширения поперечного сечения таким образом, что площадь поперечного сечения отклоняющего участка увеличена относительно первого или второго участка трубопровода.
Предпочтительно, расширение поперечного сечения проходит от геометрически круглого поперечного сечения отклоняющего участка за пределы круглого поперечного сечения исключительно на его части, так что, если смотреть на поперечное сечение, в нем образована часть с исходным круглым поперечным сечением и часть с расширением поперечного сечения, причем третья направляющая линия проходит через геометрические центры исходного круглого поперечного сечения. То есть положение третьей направляющей линии определяется геометрическими центрами исходного круглого поперечного сечения. Третья направляющая линия состоит из соответствующих участков направляющей линии в зависимости от наличия отдельных частей отклоняющего участка.
Предпочтительно, расширение поперечного сечения приводит к увеличению радиуса круглого поперечного сечения на 5-20% или на 10-20%.
Предпочтительно, если смотреть в направлении первой направляющей линии, расширение поперечного сечения направлено в сторону, в которую отклонена часть отклоняющего участка.
Дополнительные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны ниже со ссылкой на фигуры, которые приведены исключительно в качестве иллюстрации и не носят ограничительного характера. На фигурах изображено:
Фигура 1: вид спереди отклоняющего колена согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фигура 2: вид в аксонометрии отклоняющего колена, изображенного на фигуре 1.
Фигура 3: вид сбоку отклоняющего колена, изображенного на предыдущих фигурах.
Фигуры 4а-4b: виды отклоняющего колена согласно предыдущим фигурам с графиками расхода.
Фигуры 5а-5с: вид в аксонометрии, сбоку и спереди геометрического исполнения отклоняющего колена согласно предыдущим фигурам.
Фигуры 6а-6с: вид в аксонометрии, сбоку и спереди геометрического исполнения отклоняющего колена согласно предыдущим фигурам.
Фигура 6d: нормальный вид базовой плоскости, показанной на фигурах 6а-6с.
Фигура 7а-7с: вид в аксонометрии, сбоку и спереди геометрического исполнения отклоняющего колена согласно предыдущим фигурам.
Фигура 7d: нормальный вид базовой плоскости, показанной на фигурах 7а-7с.
Фигуры 8а-8с: вид в аксонометрии, сбоку и спереди геометрического исполнения отклоняющего колена согласно предыдущим фигурам.
Фигуры 9а-9с: виды в разрезе поперек направляющей линии в разных местах.
Осуществление изобретения
Со ссылкой на фигуры ниже раскрыт один из вариантов осуществления отклоняющего колена.
Отклоняющее колено, изображенное на чертежах, служит для отклонения потока А сточных вод в системе вертикального или по существу горизонтального сточного трубопровода. Сточные воды А поступают в отклоняющее колено в горизонтальном направлении Н, а затем отклоняются отклоняющим коленом в вертикальном направлении V. Сточные воды А поступают через первый участок 1 трубопровода в отклоняющее колено и, затем проходят в отклоняющий участок 3, после чего попадают во второй участок 2 трубопровода, через который вытекают из отклоняющего колена. При этом отклоняющее колено выполнено таким образом, чтобы вода приводилась во вращение на внутренней стенке 15 отклоняющего колена.
Отклоняющее колено содержит первый участок 1 трубопровода, отклоняющий участок 3 и второй участок 2 трубопровода. К первому участку 1 трубопровода непосредственно и прямо примыкает отклоняющий участок 3, а к отклоняющему участку 3 непосредственно и прямо примыкает второй участок 2 трубопровода. Таким образом, отклоняющий участок 3 соединяет первый участок 1 трубопровода со вторым участком 2 трубопровода.
Первый участок 1 трубопровода проходит вдоль первой прямой направляющей линии L1. Второй участок 2 трубопровода проходит вдоль второй прямой направляющей линии L2. Отклоняющий участок 3 проходит вдоль третьей направляющей линии L3, причем третья направляющая линия L3 соединяет первую направляющую линию L1 со второй направляющей линией L2.
Под вышеупомянутыми направляющими линиями L1, L2, L3 и участками L4, L5, L6 направляющей линии L3 понимают геометрические направляющие линии, причем первый участок 1 трубопровода, отклоняющий участок 3 и второй участок 2 трубопровода геометрически вытянуты вдоль этих направляющих линий. То есть участки 1, 2, 3 проходят вдоль этих направляющих линий в смысле геометрического протяжения.
Первая направляющая линия L1 и вторая направляющая линия L2 определяют вертикальную плоскость VE. Вертикальная плоскость VE показана, например, на фиг. 5а. При этом геометрически вертикальная плоскость VE проходит через первую направляющую линию L1 и вторую направляющую линию L2.
Первая направляющая линия L1 первого участка 1 трубопровода расположена под углом Δ наклона в диапазоне от 90° до 100° относительно второй направляющей линии L2 второго участка 2 трубопровода. В монтажном положении вторая направляющая линия L2 ориентирована, по существу, в вертикальном направлении, а первая направляющая линия L1 в зависимости от угла Δ расположена в горизонтальном положении или наклонена к горизонтали.
Первая направляющая линия L1 и опорная ось R определяют плоскость NE наклона. Опорная ось R пересекает первую направляющую линию L1 под прямым углом и перпендикулярна второй направляющей линии L2 и вертикальной плоскости VE.
Отклоняющий участок 3 образован из нескольких частей. На фигурах части обозначены ссылочными позициями 4, 5, 6. Каждая из частей 4, 5, 6 содержит участок L4, L5, L6 направляющей линии, соответствующий части 4, 5, 6. При этом участки L4, L5, L6 направляющей линии входят в состав третьей направляющей линии L3, вдоль которой проходит отклоняющий участок 3. Таким образом, третья направляющая линия L3 образована участками L4, L5, L6 направляющей линии.
При этом по меньшей мере одна из частей 4, 5, 6 выполнена таким образом, чтобы она обеспечивала возможность отклонения направляющей линии L3 отклоняющего участка 3 от упомянутой вертикальной плоскости VE. При этом отклонение выбирают таким образом, чтобы сточные воды А из первого участка 1 трубопровода, протекая через упомянутую часть 4, 5, 6, приходила во вращение вокруг третьей направляющей линии L3 и, вращаясь, могла поступать во второй участок 2 трубопровода.
Это вращение показано на фигурах 4а и 4b. Сточные воды А поступают в первый участок 1 трубопровода, по существу, в виде горизонтального ламинарного потока в направлении отклоняющего участка 3. Под ламинарным потоком понимают ситуацию, в которой вода и, возможно, твердые частицы текут в нижней части первого участка 1 трубопровода, в то время как воздух находится в верхней части. Поток изображен линиями AS. Сточные воды А, попадая на отклоняющий участок 3, отклоняются от вертикальной плоскости VE по меньшей мере в одной из частей 4, 5, 6. Отклонение сточных вод А приводит к вращению потока вокруг направляющей линии L3 отклоняющего участка 3 и, тем самым, к поступлению потока во второй участок 2 трубопровода также с вращением.
При этом отклоняющий участок 3 выполнен таким образом, чтобы сточные воды А, протекающие через отклоняющий участок 3, совершали вращение в направлении, совпадающем с направлением первого отклонения в отклоняющем участке 3.
В варианте осуществления, изображенном на фигурах 4а/4b, сточные воды отводятся влево в направлении потока вдоль первой направляющей линии L1. Последующее вращение происходит в том же направлении, а именно против часовой стрелки вокруг направляющих линий L3, L2. Направление «влево» обозначено направленной влево стрелкой на фигуре 4а. Направление вращения против часовой стрелки имеет обозначение GUZ.
Учитывая, что сточные воды А, протекающие через отклоняющий участок 3, совершают вращение в направлении, совпадающем с направлением первого отклонения в отклоняющем участке 3, появляется возможность обойтись без дальнейшего отклонения сточных вод А. Это является большим преимуществом с точки зрения гидравлических характеристик, поскольку позволяет избежать дополнительных потерь, вызванных последующим отклонением.
Упомянутая часть 4, 5, 6, обеспечивающая возможность отклонения направляющей линии L3 отклоняющего участка 3 вбок от вертикальной плоскости VE, также отклоняется от плоскости NE наклона в направлении второго участка 2 трубопровода. Это отклонение показано на фигурах 6a-6d. При этом отклонение выполнено таким образом, чтобы конечная точка направляющей линии L4 упомянутой части 4, отходя от плоскости NE наклона, оказалась ниже плоскости NE наклона в направлении второго участка 2 трубопровода.
По меньшей мере одна вышеупомянутая часть 4, 5, 6, обеспечивающая возможность отклонения направляющей линии L3 отклоняющего участка 3 от вышеупомянутой вертикальной плоскости VE, предпочтительно, является первой частью 4 трубного колена 8.
Ниже в деталях раскрыто геометрическое исполнение трубного колена 8 со ссылкой на фигуры 5a-6d. Трубное колено 8 проходит вдоль дугообразной направляющей линии L4. Круговая направляющая линия L4 трубного колена 8 проходит по касательной к первой направляющей линии L1 первого участка 1 трубопровода. Это означает, что направляющая линия L4 по касательной примыкает к первой направляющей линии L1.
Конечная область 1b первого участка 1 трубопровода и начальная область 8а указанного трубного колена 8 находятся в базовой плоскости BE. При этом базовая плоскость BE представляет собой геометрическую базовую плоскость. В зависимости от исполнения поперечного сечения отклоняющего участка 3 в базовой плоскости BE могут находиться только части конечной области 1b или начальной области 8а. Базовая плоскость BE расположена на расстоянии от первой опорной плоскости RE и параллельно ей. Опорная плоскость RE образована торцевой стороной 1а первого участка трубопровода и перпендикулярна первой направляющей линии L1.
В представленном варианте осуществления дугообразная направляющая линия L4 расположена в базовой плоскости Е8. Это означает, что дугообразная направляющая линия L4 проходит в базовой плоскости Е8 или образует базовую плоскость Е8. Базовая плоскость Е8 повернута относительно плоскости NE наклона на угол α8 поворота от 10° до 70°, в данном случае 30°, вокруг первой направляющей линии L1 ко второму участку 2 трубопровода. Далее, трубное колено 8 имеет угол β8 дуги от 10° до 80°, в данном случае 30°. В этом контексте под углом β8 дуги понимают угол раскрытия трубного колена 8 и его направляющей линии L4.
В альтернативном варианте осуществления, не показанном на фигурах, также возможно, что трубное колено повернуто только на угол α8 поворота и имеет другой угол дуги, или трубное колено имеет только указанный угол β8 дуги, но не повернуто на угол α8 поворота.
В представленном варианте осуществления к первой части 4 примыкает вторая часть 5. Ниже со ссылкой на фигуры 7a-7d подробнее раскрыто геометрическое исполнение второй части 5.
Вторая часть 5 имеет форму второго трубного колена 9, проходящего вдоль дугообразной направляющей линии L5. Дугообразная направляющая линия L5 второго трубного колена 9 примыкает по касательной к дугообразной направляющей линии L4 первого трубного колена 8.
В представленном варианте осуществления дугообразная направляющая линия L5 расположена в базовой плоскости Е9. Это означает, что дугообразная направляющая линия L5 проходит в базовой плоскости Е9 или образует базовую плоскость Е9.
Базовая плоскость Е9 повернута ко второму участку 2 трубопровода относительно базовой плоскости Е8 первого трубного колена 8 на угол β9 поворота от 10° до 80°, в частности 75°, вокруг оси S9 поворота, проходящей в указанной базовой плоскости Е8 и касательной к дугообразной направляющей линии L8 первого трубного колена 8. Упомянутая опорная плоскость R9 образована конечной областью 8b первого трубного колена 8. Дугообразная направляющая линия L8 первого трубного колена 8 перпендикулярна опорной плоскости R9.
Далее, второе трубное колено 9 имеет угол β9 дуги от 45° до 90°, в данном случае 72°. В этом контексте под углом β9 дуги понимают угол раскрытия трубного колена 9 и его направляющей линии L5.
Конечная область 9b второго трубного колена 9 второй части 5 расположена в плоскости Е9'. Плоскость Е9', по существу, перпендикулярна вертикальной плоскости VE. Плоскость Е9', предпочтительно, расположена ближе к первому участку 1 трубопровода, чем ко второму участку 2 трубопровода. То есть оба трубных колена 8, 9 находятся в первой половине общей длины направляющей линии L3, проходящей через отклоняющий участок.
Ко второй части примыкает третья часть 6. Ниже со ссылкой на фигуры 8а-8с раскрыто геометрическое исполнение третьей части. Третья часть 6 обеспечивает соединение второй части 5 со вторым участком 2 трубопровода.
Третья часть 6 проходит вдоль направляющей линии L6. Направляющая линия L6 представляет собой полиномиальную кривую, примыкающую по касательной к направляющей линии L5 второй части 5 и приходящую по касательной к направляющей линии L2 второго участка 2 трубопровода.
В случае трех частей 4, 5, 6 направляющая линия L3 отклоняющего участка состоит из трех участков L4, L5, L6 направляющей линии.
В особенно предпочтительном варианте отклоняющий участок состоит из трех упомянутых частей. То есть между первым участком трубопровода и вторым участком трубопровода находятся исключительно три упомянутые части в соответствующей последовательности.
Предпочтительно, два участка 1, 2 трубопровода имеют круглое поперечное сечение постоянного диаметра. То есть два участка 1, 2 трубопровода в форме кругового цилиндра проходят вдоль двух направляющих линий L1, L2. Направляющие линии L1, L2 представляют собой центральные оси двух участков 1, 2 трубопровода.
Поперечное сечение отклоняющего участка 3 может иметь различную форму.
В первом варианте поперечное сечение отклоняющего участка 3 имеет, по существу, постоянную круглую форму и соответствует поперечному сечению обоих участков 1, 2 трубопровода. Направляющая линия L3 проходит по осевой линии, проходящей по центру отклоняющего участка 3. То есть направляющая линия L3 проходит через геометрические центры отклоняющего участка 3.
Во втором варианте, изображенном на фигурах, поперечное сечение отклоняющего участка 3 увеличено местами за счет расширения 13 поперечного сечения. При этом расширение 13 поперечного сечения выбрано таким образом, чтобы площадь поперечного сечения отклоняющего участка 3 была увеличена относительно первого и второго участка 1, 2 трубопровода. На фигуре 2 такое расширение поперечного сечения особенно хорошо показано в поперечных сечениях Q1, Q2 и Q3.
Расширение 13 поперечного сечения проходит от геометрически круглого поперечного сечения 14 отклоняющего участка 3 за пределы круглого поперечного сечения 14 исключительно на его части. При этом прохождение за пределы таково, что, если смотреть на поперечное сечение, в нем образована часть с исходным круглым поперечным сечением 14 и часть с расширением 13 поперечного сечения. При этом направляющая линия L3 проходит через геометрические центры исходного круглого поперечного сечения 14.
Предпочтительно, расширение 13 поперечного сечения увеличивает радиус круглого поперечного сечения на 5-20% или 10-20%.
Расширение поперечного сечения, если смотреть в направлении первой направляющей линии L1, направлено в сторону, в которую отклонена часть 4 отклоняющего участка 3.
На фигуре 9а показано поперечное сечение, расположенное в опорной плоскости R9. Здесь хорошо видно, что направляющая линия расположена в центре исходного круглого поперечного сечения 14, и что поперечное сечение расширяется в боковом направлении наружу.
На фигуре 9b показано поперечное сечение в плоскости Е9', а на фигуре 9с - в плоскости, перпендикулярной участку L6 направляющей линии третьей части. Кроме того, на этих фигурах показано расположение направляющей линии.
Перечень ссылочных обозначений
1 первый участок трубопровода
1а торцевая сторона
1b конечная область
2 второй участок трубопровода
3 отклоняющий участок
4 первая часть
5 вторая часть
6 третья часть
8 первое трубное колено
8а начальная область
8b конечная область
9 второе трубное колено
9b конечная область второго трубного колена
13 расширение поперечного сечения
14 круглое поперечное сечение
15 внутренняя стенка
L1 первая направляющая линия
L2 вторая направляющая линия
L3 третья направляющая линия
L4 участок направляющей линии первой части или трубного колена 8
L5 участок направляющей линии второй части
L6 участок направляющей линии третьей части
Н горизонталь
V вертикаль
BE базовая плоскость
Е8 базовая плоскость
Е9 базовая плоскость
R9 опорная плоскость
S9 ось поворота
Е9' плоскость
VE вертикальная плоскость
NE плоскость наклона
НЕ горизонтальная плоскость
А сточные воды
GUZ против часовой стрелки
AS линии потока
R опорная ось
α8 угол поворота между плоскостью NE наклона и базовой плоскостью Е8
β8 угол дуги трубного колена 8
α9 угол поворота между базовой плоскостью Е9 и базовой плоскостью Е8
β9 угол дуги трубного колена 9
Δ угол между первой направляющей линией и второй направляющей линией