АЭРАЦИОННЫЙ КЛАПАН Российский патент 1994 года по МПК F16K24/00 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к устройствам впуска и выпуска воздуха для водоводов.

Известен аэрационный клапан, который устанавливается в трубопровод на фланцах сверху.

Недостатком устройства является его замерзаемость при охлаждении воды в трубопроводе. Обледенение затвора и поплавка происходит раньше, чем появляется лед на стенках труб, вследствие чего устройство выходит из строя при возникновении льда в трубопроводе.

Рассматриваемая конструкция, имея развитую поверхность деталей, выступающих над трубой, является повышенным источником тепловых потерь, что при нарушении теплового режима в системе водопровода приводит к сравнительно скорому появлению льда в устройстве. Замерзаемость водопроводной арматуры - крупный недостаток, снижающий надежность водоснабжения при надземной прокладке водопроводных линий.

Надземная прокладка - основной способ строительства водоводов в районах распространения вечномерзлых грунтов. Способ широко распространен и в других районах страны при наличии скальных грунтов, высокого стояния грунтовых вод, болот, заболоченных участков, при пересечении водных преград и т. п.

Для обеспечения работы аэрационного клапана в условиях оледенения трубопровода седло снабжено втулкой с подшипниками, коаксиально расположенными относительно штока запорного элемента, причем верхний конец штока закреплен на внутренней поверхности поплавка, запорный элемент и поплавок установлены в средней части корпуса с зазором по отношению к его стенкам, а воздухоотводящая труба выполнена изогнутой с концами, направленными вниз и выступающими за стенку корпуса.

Расположение подвижных частей арматуры вдали от стенок корпуса в средней части его поперечного сечения обеспечивает работоспособность устройства при частичном оледенении водовода. Вывод каналов вниз от затвора устраняет конвективное движение воздуха и охлаждение деталей затвора, а также всей массы воды, находящейся в корпусе устройства.

Вертикальное расположение труб создает тепловой затвор, так как более теплые и легкие слои воздуха располагаются выше более холодных и тяжелых слоев. При такой конструкции воздух в каналах остается неподвижным.

На фиг. 1 изображено устройство в общем виде (разрез), на фиг. 2 - затвор (разрез) в открытом положении; на фиг. 3 - он же в закрытом положении; на фиг. 4 - зоны ледяного кольца и воды с применением величины m - коэффициента оледенения трубопровода. Если обозначить: F_л - площадь ледяного кольца в поперечном сечении трубопровода, F - площадь живого сечения трубопровода до появления в нем льда; D_л - диаметр внутренней поверхности ледяного кольца, D_в - внутренний диаметр трубопровода, δ_л - толщина ледяного кольца, то можно записать
m= ; D_л= D;
δ_л= 0.5D_в(1-
На фиг. 5 показана зона, в которой располагаются затвор и поплавок аэрационного клапана. (Величина m принималась равной 0,4-0,5. Величина m не может быть постоянной, с развитием техники в области арматуростроения она будет в определенных пределах возрастать).

В цилиндрическом корпусе 1 размещены каналы 2 для входа и выхода воздуха, например, из стальных труб, которые от затвора изменяют свое направление на вертикальное, опускаются вниз, пересекая стенку корпуса, выходят наружу. Торец патрубка 3 служит седлом запорного элемента 4, имеющего мягкое уплотнение. Шпиндель 5 соединен с поплавком 6, проходит по центру затвора во втулке 7, где установлены подшипники 8. Поплавок, повторяя цилиндрическую форму трубы, компактно расположен выше проходного сечения затвора, снизу имеет отверстия 9. Седло, запорный элемент, поплавок расположены в середине сечения корпуса. Щиток 10 защищает поплавок от воздействия скоростного напора, который возникает при движении воды в трубопроводе.

Устройство работает следующим образом.

В трубопроводе, свободном от воды, поплавок 6 занимает нижнее положение, покоясь на трубе 2. Шпиндель, закрепленный к поплавку, фиксирует положение запорного элемента. При заполнении трубопровода воздух через патрубок 3 и трубы 2 выходит в атмосферу. По мере поступления воды в трубопровод поплавок поднимается, прикрывая затвор. Когда затвор полностью закроется, запорный элемент прижмется к седлу силой, действующей на подъеме поплавка (архимедова сила) и давлением воды в трубопроводе. Корпус устройства соединен с трубопроводом косым переходом, что позволяет удалить весь воздух из трубопровода. Незначительный объем воздуха останется лишь в верхней части корпуса, что рационально, т. к. наличие воздуха смягчает резкие колебания давления, возможные в момент закрытия клапана.

При появлении вакуума в трубопроводе (опорожнение трубопровода, разгерметизация и др. ) устройство автоматически выполняет функцию аэрационного клапана, при этом, запорный элемент автоматически откроется под действием атмосферного давления, устраняя разряжение и тем самым предохраняя трубопровод от разрушения и способствуя его опорожнению.

Технико-экономическая эффективность изобретения состоит в предотвращении аварий на водоводах (надземной прокладки, а также мелкой прокладки в слое сезонного промерзания грунта), вызванных замерзанием устройств для впуска и выпуска воздуха, в продлении времени допустимой (безопасной) остановки водоводов в аварийных ситуациях.

(56) Авторское свидетельство СССР N 121928, кл. F 16 K 24/00, 1958.

Справочник по проектированию систем водоснабжения и канализации в районах вечномерзлых грунтов. Л. О. "Стройиздат", 1978, тр. 84, рис. 68.

Использование: в устройствах впуска и выпуска воздуха для водоводов. Сущность изобретения: запорный элемент соединен штоком с поплавком, размещенным в корпусе. Седло снабжено втулкой с подшипниками, коаксиально расположенными относительно штока запорного элемента. Верхний конец штока закреплен на внутренней поверхности поплавка. Запорный элемент и поплавок установлены в средней части корпуса с зазором по отношению к его стенкам. Воздухоотводящая труба выполнена изогнутой с концами, направленными вниз и выступающими за стенку корпуса. 5 ил.

АЭРАЦИОННЫЙ КЛАПАН, содержащий корпус, воздухоотводящую трубу с седлом, запорный элемент, соединенный штоком с поплавком, размещенным в корпусе, отличающийся тем, что седло снабжено втулкой с подшипниками, коаксиально расположенными относительно штока запорного элемента, причем верхний конец штока закреплен на внутренней поверхности поплавка, запорный элемент и поплавок установлены в средней части корпуса с зазором по отношению к его стенкам, а воздухоотводящая труба выполнена изогнутой с концами, направленными вниз и выступающими за стенку корпуса.