Портал тоннеля для скоростного подвижного состава

 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту. Сущность изобретения: портал тоннеля для скоростного подвижного состава включает подпорную стену, с внутренней стороны которой расположено звено тоннельной обделки, а с противоположной, наружной стороны лобового откоса заходная часть портала в виде тоннелеподобного участка. Последний состоит из боковых стенок и верхнего перекрытия и имеет большее сечение на входе и сечение, равное сечению тоннеля на выходе. Кроме того тоннелеподобный участок имеет форму трапеции в горизонтальном сечении. Боковые стенки тоннелеподобного участка выполнены со сквозными окнами с поворотными глухими створками, имеющими пружиняющие возвратные элементы. Такое выполнение позволяет плавно уменьшить величину удара воздушной волы при входе в тоннель скоростного состава и увеличить комфорт пассажиров. 3 ил.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, конкретно к портальным частям тоннеля на участках входа и выхода из него.

На линиях скоростного подвижного состава встречаются различные высотные препятствия: холмы возвышенных водоразделов, горные массивы, хребты, отроги, осыпи и пр. которые можно эффективно преодолевать, сокращая и выпрямляя железнодорожную линию, только с помощью сооружения тоннелей. Как установлено опытом строительства железных дорог, преодоление высотных препятствий с помощью тоннелей приводит к значительному сокращению строительной и эксплуатационной длины железнодорожных линий и уменьшению капитальных затрат.

Входные и выходные части тоннеля, выступающие за пределы лобового откоса выемки, с архитектурно оформленными лицевыми гранями называются порталами.

Портал представляет собой несущую конструкцию в виде подпорных стен, поставленных в большинстве случаев под прямым углом к продольной оси входной части тоннеля, выступающей на земную поверхность (Тоннели на железных дорогах. С. А.Компаниец, Западно-Сибирского книжного изд. Новосибирск, 1965, с. 19, рис.12а и б, с.113, рис.68, с.118, рис.74).

В состав конструкции портала входит первое усиленное звено тоннельной обделки, сопряженное с бетонной подпорной стенкой и составляющее с ней одно целое. Фронтальная сторона подпорной стенки обычно оформляется архитектурно: облицовывается декоративным камнем и др. декоративными элементами.

Недостатком тоннеля с такой конструкцией порталов является его постоянное на всем протяжении сечение, в результате чего при входе подвижного состава в тоннель, на выходе его возникает ударная волна, которая распространяется на близлежащей местности в виде волны, повышающей давление воздуха в зоне окружающей среды, что вызывает вибрацию в строительных элементах домов и др. строительных сооружений.

Кроме этого электроподвижной состав (идущий со скоростью, к примеру, 200 км/ч и более) при входе в тоннель испытывает сильный удар воздушной волны и резкое возрастание лобового сопротивления встречного воздушного потока внутри тоннеля, что вызывает у пассажиров неприятные болевые ощущения в ушах, подобно тем, которые появляется при крутом и резком снижении самолета, и др. негативные явления. Известны случаи выдавливания стекол в локомотивах, а это авария.

Поэтому при подходе к такому тоннелю подвижной состав вынужден снижать скорость, а это потеря времени: на торможение, прохождение тоннеля с малой скоростью, последующее затем наращивание скорости, что ведет к повышенным энергетическим затратам и др. потерям.

Наиболее близким к предлагаемому является тоннель с портальной частью, имеющей ступенчатое изменение сечения на участке входа и выхода (Скоростные железные дороги Японии, линия "Синкансен"./под ред. В.Г.Альбрехта. М. Транспорт, 1974, с.102, рис.74).

Известный портал тоннеля содержит подпорную стену, с внутренней стороны которой находится усиленное звено тоннельной обделки, а с противоположной, наружной стороны лобового откоса заходная часть портала в виде тоннелеподобного, закрытого с трех сторон (с боков и сверху) участка пути с большей величиной поперечного сечения, чем сам тоннель, которая выполнена монолитно с подпорной стенкой портала и составляет с ней одно целое.

Таким образом, начиная от наружной поверхности подпорной стенки, стандартное сечение тоннеля ступенчато изменяется на большее сечение (примерно, в 2 раза). Поэтому в начальный момент при входе подвижного состава в тоннель он испытывает меньшее сопротивление воздуха и соответственно снижение силы ударной волны.

При дальнейшем продвижении подвижной состав входит в собственно тоннель и сопротивление встречного воздуха и сила ударной волны увеличиваются, но это происходит более плавно во времени, что несколько снижает вышеописанные негативные явления.

Недостатком указанного устройства является то обстоятельство, что сила ударной волны при вхождении подвижного состава в тоннель снижается недостаточно.

Целью изобретения является плавное уменьшение величины удара воздушной волны при входе в тоннель скоростного подвижного состава и увеличение комфорта пассажиров.

Цель достигается тем, что портал тоннеля содержит подпорную стену, с внутренней стороны которой находится усиленное звено тоннельной обделки, а с противоположной, наружной стороны лобового откоса заходная часть в виде тоннелеподобного участка, состоящего из боковых стенок и верхнего перекрытия, причем заходная часть тоннелеподобного участка портала имеет форму усеченного равнобокого клина с плавно изменяющимся сечением (поперечным) от максимального, равного сечению в открытой части, до минимального, близкого к сечению тоннеля в подпорной стенке портала, а его боковые скошенные стенки содержат ряд сквозных окон с поворотными глухими створками, снабженными возвратными пружинящими элементами.

Новизна предполагаемого изобретения состоит в том, что заходная часть тоннеля выполнена в виде тоннелеподобного участка портала с плавно изменяющимся поперечным сечением и имеет форму усеченного равнобокого клина, причем внутренний объем его может изменяться при повышении давления в момент прохождения скоростного подвижного состава за счет автоматического открывания сквозных окон с поворотными глухими створками.

Благодаря клиновидной форме тоннелеподобного участка и наличию сквозных окон с поворотными глухими створками появляются новые свойства, а именно: сопротивление встречного воздуха при движении подвижного состава нарастает постепенно, по мере продвижения к тоннелю, и выравнивание давления в заходной части тоннелеподобного участка происходит автоматически, в зависимости от скорости движения подвижного состава и от предварительной установки величины усилий возвратных пружинящих элементов.

Указанные свойства позволяют снизить воздушное сопротивление движению подвижного состава при входе его в тоннель, уменьшить силу ударной волны и улучшить условия комфорта пассажиров.

Следовательно, по сравнению с известными техническими решениями имеются следующие технико-экономические преимущества: ударная волна нарастает плавно; энергия ударной волны эффективно поглощается и рассеивается в окружающей среде; действует автоматически; возможность регулирования силы ударной волны; увеличение комфорта пассажиров; снижение энергетических затрат и др. потерь.

На фиг. 1 показан портал тоннеля, вид сбоку (до прохождения подвижного состава); на фиг.2 сечение А-А на фиг.1 (до прохождения подвижного состава); на фиг.3 то же, в момент прохождения подвижного состава.

На чертежах буквами обозначены: F_max максимальная площадь поперечного сечения входной части; F_min минимальная площадь поперечного сечения; Б направление движения скоростного подвижного состава; α- угол поворота створок при прохождении скоростного подвижного состава; q₁,q_n направления выхода воздуха повышенного давления.

Предлагаемый портал тоннеля для скоростного подвижного состава (фиг.1, 2 и 3) представляет собой вертикальную монолитную подпорную стену 1, с внутренней стороны которой находится первое усиленное звено 2 тоннельной обделки 3 тоннеля 4, составляющее с ней единое целое. С противоположной, наружной стороны лобового откоса 5 находится заходная часть портала в виде тоннелеподобного участка 6, который имеет форму усеченного равнобокого клина с плавноизменяющимся поперечным сечением: от максимального сечения (F_max), равного сечению в открытой части, до минимального сечения (F_min), близкого к сечению тоннеля 4 в подпорной стенке 1 портала. Тоннелеподобный участок 6 состоит из боковых стенок 7 и верхнего перекрытия 8, жестко сочлененного между собой и с подпорной стеной 1 и соcтавляющие единое целое. Боковые стенки 7 содержат ряд последовательно друг за другом расположенных сквозных окон 9, которые снаружи закрыты легкими (к примеру, из алюминия или пластмассы) поворотными глухими створками 10 с возвратными пружинящими элементами 11.

Возвратные пружинящие элементы 11 могут быть разной конструкции (к примеру: пружины растяжения, сжатия или кручения), но представляется более рациональным использование вертикальных торсионных пружин (валов), которые являются одновременно и шарнирными петлями поворотных створок 10.

Натяг возвратных пружинящих элементов 11 устанавливается при наладке.

В исходном положении, до подхода подвижного состава 12 (фиг.1 и 2) все сквозные окна 9 закрыты снаружи поворотными глухими створками 10 (∠α= 0) и открыта (наружу) лишь одна заходная часть тоннелеподобного участка 6 и в тоннеле нормальное атмосферное давление.

Во время работы, т.е. при заходе скоростного подвижного состава 12 (по стрелке Б) в тоннелеподобный участок 6 портала (фиг.3), в нем создается волна подвижной зоны повышенного давления, перед лобовой частью подвижного состава 12 и с боков. В результате этого поворотные глухие створки 10 автоматически приоткрываются на угол поворота α пропорционально давлению на данном участке и перепускают часть воздуха (по стрелкам q₁,q_n) через сквозные окна 9 наружу, в окружающую среду.

Поэтому при подходе скоростного подвижного состава 12 к самому тоннелю 4 сопротивление встречного воздуха нарастает постепенно, по мере продвижения состава, а ударная волна частично гасится и рассеивается через сквозные окна 9 и часть ее кинетической энергии переходит в потенциальную энергию поворотных пружинящих элементов 11 глухих створок 10 и тратится на механические усилия движения.

При прохождении скоростного подвижного состава 12 целиком в тоннель 4 давление внутри тоннелеподобного участка 6 падает и возвратные пружинящие элементы 11 поворачивают глухие створки 10, закрывая снаружи сквозные окна 9.

Портал тоннеля автоматически приводится в исходное положение (∠α 0) и готов вновь принять и пропустить следующий скоростной подвижной состав.

Наиболее рационально использовать предлагаемое техническое решение при реализации создания высокоскоростных железных дорог, т.е. при скоростях подвижного состава 200-300 км/ч), пересекающих высотные препятствия, к примеру, при строительстве железнодорожных линий на территории Сибири и Дальнего Востока, где основными высотными препятствиями являются: Кузнецкий Алатау, Салаирский горный кряж, отроги Алтайских гор, Восточный и Западный Саяны, Енисейский кряж, хребты Яблоновый, Верхноянский, Сихотэ-Алинь и др. которые без применения тоннелей просто не могут быть реализованы.

Реализация предлагаемого технического решения с учетом всех вышеприведенных преимуществ весьма актуальна, особенно в свете развития высокоскоростных пассажирских перевозок во всем мире (к примеру, в Японии, Франции, ФРГ и др. странах) и дает значительный технический и экономический эффект.

Формула изобретения

ПОРТАЛ ТОННЕЛЯ ДЛЯ СКОРОСТНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА, включающий подпорную стену, с внутренней стороны которой расположено звено тоннельной обделки, а с противоположной, наружной, стороны лобового откоса заходная часть портала в виде тоннелеподобного участка, состоящего из боковых стенок и верхнего перекрытия и имеющего большее сечение на входе и сечение, равное сечению тоннеля на выходе, отличающийся тем, что тоннелеподобный участок имеет форму трапеции в горизонтальном сечении, а боковые стенки тоннелеподобного участка выполнены со сквозными окнами с поворотными глухими створками, имеющими пружинящие возвратные элементы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3