УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F16K31/128 F16K11/07 

Изобретение относится к устройству для компенсации давления в гидравлических машинах и оборудовании.

В гидравлических системах, которые включают трубопроводы подачи горячей воды и холодной воды, часто неожиданно происходит значительные изменения давления. Эти изменения давления обусловлены большими непредвиденными падениями давления на подаче горячей или холодной воды. Падение давления происходит, если открывают другой кран водопровода, посудомоечной машины, стиральной машины и т. п. , или промывают унитаз сильной струей воды. Это падение давления приводит к быстрому изменению температуры воды. Для того, чтобы предотвратить это нарушение, в системе размещают устройство для компенсации давления, которое компенсирует изменения давления в трубопроводах подачи горячей и холодной воды путем ограничения потока в трубопроводе с более высоким давлением.

Обычно устройства для компенсации давления представляют собой один из двух основных типов: устройства для компенсации давления с деформируемой мембраной и устройства для компенсации давления с золотниковой коробкой. Компенсирующие давление клапаны обоих типов имеют определенные характерные преимущества и недостатки.

Компенсирующие давление клапаны с мембраной включают подвижный блок, который опирается на тугую деформируемую мембрану и который движется, если имеется разница давления между трубопроводами подачи, для того, чтобы частично заглушить или ограничить трубопровод с большим давлением. Наличие мембраны обеспечивает раздел между трубопроводами подачи. Однако сами мембрана вносит в устройство признаки нестабильности. Мембрана легко создает вибрацию и, в определенных условиях, эти колебания могут достигать такой интенсивности, которая серьезно нарушает нормальную работу. Более того, с точки зрения конструкции этих устройств, хотя мембрана может иметь относительно большой диаметр, полезное активное поперечное сечение, через которое давление воздействует на работу устройства, оказывается значительно ограниченным, поэтому для того, чтобы обеспечить надлежащую эксплуатацию, необходимо изготавливать эти устройства довольно большими.

Устройства для компенсации давления с золотниковой коробкой включают поршневую коробку, смонтированную в расточенном отверстии в корпусе, в который входят трубопроводы подачи. Они меньше подвергаются воздействию нестабильности и больших вибраций, однако они не обеспечивают раздела между трубопроводами подачи, в результате чего на трубопроводах подачи требуются невозвратные клапаны. Более того, поршневая коробка имеет маленький диаметр по сравнению с общими размерами устройствами и силы давления, приложенные к коробке, невелики. Следовательно, коробка не может быть снабжена удерживающей прокладкой или уплотнением, поскольку это приводит к чрезвычайному износу и задиранию, что ухудшает работу устройства. Поэтому коробка и соответствующее отверстие должны быть очень точно обработаны, что дорого и приводит к тому, что устройство легко засоряется. В конце концов, требования к точности обработки обуславливают необходимость изготовления основных частей из металла, а это приводит к образованию отложений кальция, что затрудняет эксплуатацию и может привести к блокаде устройства.

Наиболее близким к устройству по настоящему изобретению является устройство для компенсации давления, содержащее корпус, в полость которого сообщенную с отводящим патрубком, с двух противоположных открытых торцов введены патрубки подвода горячей и холодной воды, в боковой поверхности каждого из которых выполнено радиальное входное отверстие, сообщающее полости патрубков с полостью корпуса, при этом в последней установлен подвижный в осевом направлении элемент с центральной частью и боковыми цилиндрическими гильзами с радиальными отверстиями в стенках (SU, 56698 A, 31.03.40).

Известное устройство не защищено от воздействия вибраций, не обеспечивает достаточной надежности и возможности его установки в маленькие корпуса и патроны.

Задачей изобретения является создание устройства, лишенного указанных недостатков, а также не требующего дорогостоящей обработки и обеспечивающего раздел между линиями подачи и в котором полезное поперечное сечение, на которое воздействуют давления, будет таким большим, как только возможно, по отношению к внешним габаритам устройства, что позволит выпускать изделия уменьшенных размеров для того, чтобы обеспечить возможность установки их в маленькие корпуса или патроны.

Технический результат достигается за счет того, что устройство для компенсации давления по настоящему изобретению включает корпус, в полость которого, сообщенную с отводящим патрубком, с двух противоположных открытых торцов введены патрубки подвода горячей и холодной воды, в боковой поверхности каждого из которых выполнено радиальное входное отверстие, посредством которого полость каждого патрубка сообщена с полостью корпуса, при этом между патрубками подвода в полости корпуса установлен подвижный в осевом направлении элемент, выполненный с расположенными по обе стороны от его центральной части цилиндрическими гильзами с радиальными отверстиями в их боковых стенках. При этом полость корпуса выполнена в форме цилиндрической расточки, отводящий патрубок разделен на патрубок отвода горячей воды и патрубок отвода холодной воды, торцы патрубков подвода заглушены, а гильзы подвижного элемента выполнены длиной, обеспечивающей возможность совмещения радиальных отверстий в обеих гильзах с соответствующими входными отверстиями в патрубках подвода горячей и холодной воды в центральном положении подвижного элемента между торцами патрубков подвода и совмещения радиального отверстия в одной из гильз с входным отверстием в одном из патрубков подвода и, по меньшей мере, частичного перекрытия входного отверстия в другом патрубке боковой стенкой соответствующей гильзы при смещении центрального элемента из центрального положения.

Подвижный элемент может быть выполнен за одно целое с цилиндрическими гильзами или в виде отдельной детали. На каждой стороне подвижного элемента может быть выполнена радиальная канавка, а гильза - с радиальным фланцем, входящим в канавку при расширении гильзы за счет имеющего на ней осевого разреза.

Подвижный элемент может быть в форме диска с уплотнением вокруг его периферийной кромки.

Устройство может быть выполнено в виде патрона, вставляемого в корпус смесителя, при этом корпус патрона выполнен из двух соединенных в осевом направлении частей.

На фиг. 1 изображен осевой поперечный разрез устройства для компенсации давления по настоящему изобретению;
фиг. 2 - осевой поперечный разрез модификации устройства по настоящему изобретению;
фиг. 3 - аксонометрическое изобретение подвижного элемента, используемого в модификации изобретения по фиг. 2;
фиг. 4 - частичное поперечное сечение, показывающее размещение уплотнения в элементе;
фиг. 5 - сечение, показывающее второй вариант установки уплотнения;
фиг. 6 - сечение, показывающее третий вариант установки уплотнения;
фиг. 7 - поперечный разрез варианта воплощения устройства по настоящему изобретению, которое может быть использовано в качестве патрона в корпусе смесителя, либо в качестве патрона смесительного клапана;
фиг. 8 - разрез по линии VIII-VIII фиг. 7;
фиг. 9 - изображение в разобранном виде деталей, образующих устройство для компенсации давления по фиг. 7.

Как показано на фиг. 1, в корпусе 1 выполнена расточка 2 с двумя выходными трубопроводами 3 и 4, которые расположены перпендикулярно расточке 2. С торцом введены два патрубка для подвода воды 5. Каждый патрубок 5 проходит внутрь расточки 2 на определенное расстояние по оси от участка 6, имеющего наружную цилиндрическую поверхность. Каждый патрубок подвода 5 закрыт с внутреннего торца задней стенкой 7. К каждой задней стенке 7 примыкают радиальные проходы 8 в цилиндрической поверхности 6. Патрубки 5 удерживаются навинченными кольцами 9.

Внутри расточки 2 в пространстве между задними стенками 7 патрубков подвода 5 расположен подвижный элемент 10, выполненный, по существу, в форме диска с уплотнением 11. Подвижный элемент 10 имеет возможность перемещаться в осевом направлении. С двух сторон подвижного элемента 10 расположены две цилиндрические гильзы 12, на торцах которых имеются участки со сплошными стенками 13 и внутри которых имеются открытые проходы 14. Каждая цилиндрическая гильза 12 находится в контакте с наружной цилиндрической поверхностью участка 6 патрубка подвода 5. Это устройство таково, что когда подвижный элемент 10 находится в центральном положении по отношению к задним стенкам 7 патрубков 5, открытые проходы 14 цилиндрических гильз 12 соединены с радиальными проходами в патрубках подвода 5 и находятся над их центрами. Более того, открытые проходы 14 выполнены достаточно широкими для того, чтобы оставаться в соединении с радиальными проходами патрубков подвода 5 даже когда подвижный элемент 10 смещается из центрального положения покоя и доходит до одного или другого патрубка 5. На фиг. 1 показан подвижный элемент смещенным влево, таким образом, радиальные проходы 8 патрубка подвода 5 с левой стороны полностью сообщаются с открытыми проходами 14, в то время как радиальные проходы 8 патрубка подвода 5 с правой стороны частично перекрыты.

Это устройство работает следующим образом. Предположим, что подвижный элемент вначале находится в центральном положении покоя и что величины давлений в двух трубопроводах подачи, которые соединены с патрубком подвода 5, равны одна другой, давления создают равные силы на обе поверхности подвижного элемента 10, и подвижный элемент 10 не сдвинется с центральной позиции. В этих условиях радиальные проходы 8 открыты, и вода, поступающая через патрубок подвода 5, протекает через эти радиальные проходы и поступает в отводящие трубопроводы 3 и 4. Если, однако, например, давление в трубопроводе, соединенном с патрубком подвод 5 слева, падает, или если давление в трубопроводе, соединенном с патрубком подвода справа, повышается, тогда сил давления, приложенные к подвижному элементу, не будут более равными, и подвижный элемент сдвигается влево в положение, показанное на фиг. 1. Замечено, что поскольку давление действует на всю поверхность подвижного элемента 10, создаваемые силы относительно велики и сдвиг подвижного элемента 10 может произойти без трудностей, несмотря на неизбежное сопротивление и трение в уплотнении 11. В связи со сдвигом подвижного элемента 10 влево, радиальные проходы 8 патрубка подвода 5 справа, по крайней мере, частично перекрываются сплошным участком стенки 13 цилиндрической гильзы 12 справа, в результате чего поток воды через эти радиальные проходы уменьшается. Это приводит к падению давления в отводящем трубопроводе 4 и соответствующему уменьшению силы, приложенной к подвижному элементу 10 по направлению влево, в то время как давление в отводящем трубопроводе 3, а следовательно и сила, приложенная к подвижному элементу 10 по направлению вправо, не изменяются. Сдвиг подвижного элемента 10 продолжается, увеличивая перекрытие радиальных проходов с правой стороны до тех пор, пока величины давления в отводящих трубопроводах 3 и 4 не станут существенно равными. В этой точке подвижный элемент 10 прекращает свое движение влево и устройство выполнит поставленную задачу - выровнять величины давления в разгрузочных трубопроводах. Понятно, что то же самое происходит при реверсировании, если давление в правом подающем трубопроводе больше, чем давление в левом подающем трубопроводе. Поэтому устройство постоянно уравновешивает величины давления в разгрузочных трубопроводах, даже если величины давления в подающих трубопроводах могут изменяться.

В описанном здесь воплощении цилиндрические гильзы 12 выполнены как один узел вместе с диском подвижного элемента 10. Хотя этот узел может быть отштампован из пластмассы, его штамповка может оказаться затруднительной. Более того, для того, чтобы работа производилась надлежащим образом, необходимо обеспечить коаксиальность между цилиндрическими поверхностями 6 патрубков подвода 5 и поверхностью расточки 2 корпуса 1. Эта коаксиальность требует определенной точности при изготовлении и сборке. Эти трудности устраняются в устройстве, показанном на фиг. 2.

В устройстве, показанном на фиг. 2, на обоих сторонах подвижного элемента 10 имеются канавки 15, в которые вставлены радиальные фланцы 16 цилиндрических гильз 12. Цилиндрические гильзы 12 представляют собой детали, отдельные от элемента 10. Гильзы 12 по этому воплощению показаны на фиг. 3. Гильза 12 имеет разрез 17, который дает возможность расширить гильзу для того, чтобы вставить ее радиальный фланец 16 в соответствующую канавку 15 подвижного элемента 10. Несмотря на то, что цилиндрические гильзы 12 в осевом направлении соединены с подвижным элементом 10, они могут иметь небольшие радиальные перемещения по отношению к нему и могут, следовательно, компенсировать любой дефект в коаксиальности между расточкой 2 и цилиндрическими поверхностями 6. Более того, возможность использовать различные материалы для подвижного элемента 10 и гильз 12.

В описанных до сих пор вариантах воплощений материал, образующий подвижный элемент 10, в своей периферической части образует опорную кромку. Это удачно, если материал, используемый для формовки подвижного элемента 10, имеет такие характеристики, которые подходят для образования уплотнения 11. В противном случае уплотнение 11 может быть изготовлено отдельно и соединено с подвижным элементом, как показано на фиг. 4 и 6. Уплотнение 11 такого типа с двумя выступами, показанное на фиг. 4, подобно тому, которое показано в виде части подвижного элемента на фиг. 1 и 2. В воплощении, показанном на фиг. 5 и 6, однако, уплотнение состоит из кольцевой прокладки, которая может быть плотно вставлена в канавку либо в осевом, либо в радиальном направлении (фиг. 6). Понятно, конечно, что могут быть выбраны также уплотнения других форм.

На фиг. 7 и 8 показано, что корпус 1 устройства для компенсации давления по изобретению может быть легко изготовлен в форме патрона, который должен быть вставлен в корпус смесителя, либо должен быть объединен в смесительном патроне. В этом случае корпус 1 устройства изготавливается из двух примыкающих частей с уплотнением между ними, и обе части удерживаются в соприкосновении друг с другом путем установки корпуса 1 внутрь корпуса смесителя или патрона, который приспособлен для того, чтобы вставить в него корпус 1 устройства для компенсации давления. Корпус 1 имеет два гнезда для колпачковых уплотнений, изготовленных из эластомерного материала, образующих соединение между пространством внутри патрубка 5 и внешними подающими трубопроводами (не показаны). Целесообразны, чтобы расточка 2 выполнена роль кожуха, который также состоит из двух частей, как и корпус 1, в который он вставляется. Как можно ясно видеть на фиг. 9, все части, образующие устройство, могут быть смонтированы в обратном порядке в одном и том же осевом направлении. Это облегчает монтаж устройства. Устройство по этому варианту воплощения может быть изготовлено значительно меньших размеров, что делает возможным установку его в таких применениях, в которые было бы невозможно установить доступные в настоящее время традиционно применяемые устройства для компенсации давления. Основным преимуществом в компенсирующем устройстве по изобретению является то, что все основные части этого устройства могут быть изготовлены из пластмассы, что не только снижает стоимость, но также практически полностью устраняет возможность образования накипи кальция и затруднение в результате этого эксплуатации устройства.

Могут быть изготовлены различные модификации устройства для компенсации, описанного и показанного на примере, без отклонения от объема изобретения и формулы изобретения.

Изобретение предназначено для компенсации изменений давления в трубопроводах горячей и холодной воды путем ограничения потока в трубопроводе с более высоким давлением и может быть использовано в гидравлических машинах и оборудовании. Устройство содержит подвижный в осевом направлении элемент о двумя цилиндрическими гильзами по обе стороны от его центральной части. Элемент перемещается в расточке корпуса, снабженного патрубками для подвода и отвода горячей я холодной воды. Торцы патрубков подвода заглушены. В боковых стенках гильз выполнены радиальные отверстия с возможностью их совмещения с радиальными входными отверстиями в патрубках подвода горячей и холодной воды в центральном положении подвижного элемента. В соответствии с неравным давлением воды между торцами патрубков элемент перемещается. При этом гильзы либо закрывают, либо открывают радиальные отверстия патрубков, выравнивая количества горячей и холодной воды, поступающей в патрубки отвода. Устройство обеспечивает повышение надежности функционирования, снижение стоимости его изготовления, возможность установки в малогабаритные корпуса иди патроны. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство для компенсации давления для гидравлических систем, содержащее корпус, в полость которого, сообщенную с отводящим патрубком, с двух противоположных открытых торцов введены патрубки подвода горячей и холодной воды, в боковой поверхности каждого из которых выполнено радиальное входное отверстие, посредством которого полость каждого патрубка сообщена с полостью корпуса, при этом между патрубками подвода в полости корпуса установлен подвижный в осевом направлении элемент, выполненный с расположенными по обе стороны от его центральной части цилиндрическими гильзами с радиальными отверстиями в их боковых стенках, отличающееся тем, что полость корпуса выполнена в форме цилиндрической расточки, отводящий патрубок разделен на патрубок отвода горячей воды и патрубок отвода холодной воды,
торцы патрубков подвода заглушены, а гильзы подвижного элемента выполнены длиной, обеспечивающей возможность совмещения радиальных отверстий в обеих гильзах с соответствующими входными отверстиями в патрубках подвода горячей и холодной воды в центральном положении подвижного элемента между торцами патрубков подвода и совмещения радиального отверстия в одной из гильз с входным отверстием в одном из патрубков подвода и по меньшей мере частичного перекрытия входного отверстия в другом патрубке боковой стенкой соответствующей гильзы при смещении подвижного элемента из центрального положения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подвижный элемент выполнен за одно целое с цилиндрическими гильзами. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подвижный элемент и цилиндрические гильзы выполнены в виде отдельных деталей. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на каждой стороне подвижного элемента выполнена радиальная канавка, а каждая гильза выполнена с радиальным фланцем, входящим в канавку. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что на цилиндрической гильзе выполнен осевой разрез, обеспечивающий возможность расширения гильзы для вставки радиального фланца в радиальную канавку. 6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что подвижный элемент выполнен в виде диска. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что диск снабжен уплотнением, размещенным вокруг его периферийной кромки. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено в виде патрона с обеспечением возможности его вставки в корпус смесителя или смесительного патрона. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что корпус патрона выполнен из двух частей с возможностью их примыкания друг к другу и соединения в осевом направлении. 10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно содержит гнезда для уплотнений, выполненных из эластомерных материалов для соединения с трубопроводами подачи воды.