ВЕНТИЛЬНАЯ ГОЛОВКА САНТЕХНИЧЕСКОЙ АРМАТУРЫ Российский патент 1999 года по МПК F16K3/08 

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к оборудованию сантехнической арматуры, и может быть использовано в сетях и инженерных сооружениях, где возникает необходимость управления (перекрытия) потоками жидкой рабочей среды.

Известна вентильная головка сантехнической арматуры, которая содержит корпус с осевым отверстием, наружной резьбой для закрепления в посадочном месте арматуры, окнами для прохода жидкой рабочей среды, установленный в отверстии корпуса приводной поворотный шток с резиновыми уплотнительными кольцами, маховиком и водилом, два керамических диска (подвижный и неподвижный) с проходными отверстиями сегментообразной формы [1].

Недостатком указанного известного технического решения является усложненная конструкция, в результате чего вентильная головка обладает пониженной надежностью в эксплуатации и повышенной стоимостью в изготовлении. Конструкция характеризуется наличием повышенного количества деталей, взаимодействующих друг с другом с образованием пар трения. В результате имеет место ускоренный износ в процессе эксплуатации и повышенные усилия, необходимые для управления вентильной головкой.

Известна вентильная головка сантехнической арматуры, включающая цилиндрический корпус с осевым отверстием и наружной резьбой для закрепления в посадочном месте арматуры и с выполненными ниже резьбы в стенке корпуса окнами для прохода рабочей среды, установленный в осевом отверстии корпуса посредством уплотнительных колец, расположенных в средней части, приводной пластмассовый поворотный шток, нижняя часть которого выполнена полой с образованием стенки с прорезями, два плотно прилегающих друг к другу керамических диска, один из которых смонтирован в прорезях с возможностью взаимодействия с поворотным штоком, а другой закреплен неподвижно, при этом в керамических дисках выполнены с возможностью совмещения друг с другом сегментообразные проходные каналы [2].

Указанная известная вентильная головка обеспечивает оптимальные расходные характеристики и обладает высокой надежностью. Данное известное техническое решение принято заявителем в качестве прототипа как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату аналог.

Недостатком прототипа является повышенное усилие, которое необходимо затрачивать на страгивание и вращение маховика при управлении вентильной головкой. Причиной проявление указанного недостатка в прототипе является наличие повышенной величины поверхности трения, а следовательно, и усилия трения, возникающего при вращении шпинделя в осевом отверстии корпуса.

В прототипе поставлена и успешно решена задача предотвращения подтекания вентильной головки через уплотнительные кольца, размещенные в специальных канавках в средней части шпинделя. Вместе с тем наличие специальных канавок ухудшает технологичность изготовления пластмассового шпинделя и сборки головки. Кроме того вентильные головки такого типа производятся с метрической и дюймовой посадочной резьбой, соответствующей различным стандартам, которые внешне малоотличимы, но являются невзаимозаменяемыми. Последнее обстоятельство создает определенные неудобства для несведущего покупателя. Указанные недостатки в определенных условиях существенно снижают преимущества прототипа.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, который выражается в том, что существенно снижается поверхность трения опорной поверхности штока по поверхности осевого отверстия в корпусе, уменьшается материалоемкость изготовления штока и корпуса, повышается удобство сборки вентильной головки при сохранении всех преимуществ прототипа.

В конечном итоге указанный технический результат обеспечивает повышение удобства пользования предлагаемой вентильной головкой, снижение ее стоимости при сохранении надежности и долговечности в эксплуатации.

Указанный положительный технический результат достигается тем, что в предлагаемой вентильной головке запорной арматуры, включающей корпус с осевым отверстием, наружной резьбой для закрепления в посадочном месте арматуры и с выполненной ниже резьбы стенкой с окнами для прохода рабочей среды, приводной пластмассовый поворотный шток, установленный в осевом отверстии корпуса посредством уплотнительных колец, расположенных в средней части штока, два плотно прилегающих друг к другу керамических диска с проходными каналами, один из которых смонтирован с возможностью взаимодействия с нижней частью поворотного штока, а другой закреплен неподвижно в корпусе. Кроме того средняя часть поворотного штока выполнена в виде гладкого цилиндрического участка, а уплотнительные кольца установлены на гладком цилиндрическом участке поворотного штока с предварительным натягом и возможностью осевого перемещения, при этом диаметр средней части меньше диаметра нижней части поворотного штока, но превышает диаметр верхней части поворотного штока на величину, составляющую 0,02 - 0,4 диаметра наружной резьбы. Вентильная головка сантехнической арматуры может быть снабжена футоркой с уплотнительным кольцом, выполненной преимущественно из цветного металла, в виде втулки с внутренней и внешней резьбами и упорным буртиком, при этом футорка смонтирована своей внутренней резьбой на наружной резьбе корпуса, а уплотнительное кольцо - между буртиком и внешней резьбой.

Величина усилия, которое необходимо для осуществления управления предлагаемой вентильной головкой (страгивания и вращения маховика), прямо пропорциональна величине усилия трения, возникающего:
- на поверхности контакта между подвижным и неподвижным керамическими дисками;
- на поверхности уступа в осевом отверстии корпуса, с которой взаимодействует опорная поверхность штока;
- на боковой поверхности штока при его вращении в корпусе.

Факторы приведены в порядке их значимости.

Первый фактор уменьшить не представляется возможным в силу данности материалов и необходимости обеспечения определенного усилия прижатия дисков друг к другу.

Третий фактор сводится к минимуму за счет выполнения средней части поворотного штока в виде гладкого цилиндрического участка и установки уплотнительных колец на гладком цилиндрическом участке поворотного штока с предварительным натягом и возможностью осевого перемещения. А за счет того, что диаметр средней цилиндрической части штока меньше диаметра нижней части поворотного штока контакт его боковой поверхности с корпусом исключается.

Очевидно что второй фактор можно существенно уменьшить путем уменьшения величины поверхности трения, которая в свою очередь зависит от разности диаметров средней и верхней цилиндрических частей поворотного штока. Чем меньше эта разность и абсолютные значения диаметров, тем меньше трение.

Абсолютные значения практически всех размеров деталей, входящих в состав вентильной головки в той или иной степени, зависят от типоразмера самой вентильной головки, то есть от диаметра ее наружной резьбы. Не составляют исключение и диаметры частей поворотного штока.

Однако естественное стремление свести разности диаметров средней и верхней цилиндрических частей поворотного штока к нулю неминуемо приводит к их равенству, а следовательно, и к потере осевой фиксации штока. Свободное осевое перемещение штока совершенно недопустимо, поскольку в этом случае не обеспечивается плотное прилегание керамических дисков друг к другу.

Следует отметить, что даже при некотором номинальном превышении диаметра средней части поворотного штока над верхней возможно их фактическое равенство в силу наличия определенных допусков и посадок при изготовлении деталей.

Проведенные исследования показали, что минимальная разность диаметров средней и верхней частей поворотного штока, при которой обеспечивается гарантированная осевая фиксация штока, составляет 0,02 диаметра наружной резьбы.

Вместе с тем при увеличении разности диаметров верхней и средней частей поворотного штока преимущества предлагаемой конструкции становятся все менее ощутимыми. В конечном итоге, при значении разности диаметров, равной 0,4 диаметра наружной резьбы, они просто сводятся к нулю. В этом крайнем случае величина усилия трения на поверхности уступа в осевом отверстии корпуса, с которой взаимодействует опорная поверхность штока, настолько возрастает, что усилие, необходимое для вращения маховика такой головки, становится равным усилию вращения маховика вентильной головки с некерамическим затвором. В пределах интервала граничных значений разности диаметров средней и нижней части штока, составляющего 0,02 - 0,4 диаметра наружной резьбы, заявленные преимущества предлагаемой конструкции отчетливо проявляются.

Предлагаемое техническое решение иллюстрировано чертежами.

На фиг. 1 изображен в разрезе общий вид предлагаемой вентильной головки сантехнической арматуры; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1 (увеличено); на фиг. 3 - фрагмент вентильной головки, установленный в футорке.

Вентильная головка сантехнической арматуры содержит корпус 1 с осевым отверстием 2, наружной резьбой 3. Ниже резьбы 3 в стенке корпуса 1 выполнены окна 4 для прохода рабочей среды. В осевом отверстии 2 корпуса 1 установлен приводной пластмассовый поворотный шток 5. Средняя часть 6 штока 5 выполнена в виде гладкого цилиндрического участка. Уплотнительные кольца 7 установлены в средней части 6 на гладком цилиндрическом участке поворотного штока 5 с предварительным натягом и возможностью осевого перемещения. Затвор вентильной головки состоит из двух плотно прилегающих друг к другу керамических дисков 8 и 9 с проходными каналами 10. Верхний поворотный керамический диск 8 смонтирован с возможностью взаимодействия с нижней частью 11 поворотного штока 5, а нижний керамический диск 9 закреплен в корпусе 1 неподвижно. Верхняя часть 12 поворотного штока 5 соединена посредством винта 13 с переходником 14, к которому в свою очередь крепится маховик (на чертеже условно не показан).

Диаметры наружной резьбы 3 средней 6, нижней и верхней 12 частей поворотного штока 5 обозначены на чертеже соответственно D_р, D_с, D_н и D_в.

Для обеспечения монтажа вентильной головки в посадочном месте сантехнической арматуры, нижняя часть корпуса 1 снабжена резиновым уплотнением 15, а в средней части корпуса 1 имеется опорная гайка 16 с прокладкой 17.

Для обеспечения универсальности и повышения удобства монтажа вентильной головки в посадочном месте сантехнической арматуры она может быть снабжена футоркой 18 с уплотнительным кольцом 19. Футорка 18 выполнена преимущественно из цветного металла, например латуни, в виде втулки с внутренней 20 и внешней 21 резьбами и упорным буртиком 22. Футорка 18 смонтирована своей внутренней резьбой 20 на наружной резьбе 3 корпуса 1, а внешней резьбой 21 - в посадочном месте сантехнической арматуры. Уплотнительное кольцо 19 футорки 18 устанавливается между буртиком 22 и внешней резьбой 21 футорки 18.

Функционирование вентильной головки сантехнической арматуры осуществляется следующим образом.

При совпадении типоразмера резьбы, вентильная головка устанавливается посредством наружной резьбы 3 корпуса 1 в ответное посадочное место сантехнической арматуры (на чертежах условно не показано). Положение поворотного штока 5, соответствующее перекрытию потока жидкой рабочей среды, условно названо "Закрыто", при этом проходные каналы 10 в керамических дисках 8 и 9 обязательно не совмещены друг с другом.

При вращении вручную маховика (на чертежах условно не показан) происходит адекватный поворот штока 5 в положение, соответствующее открытию прохода рабочей среды. Верхний поворотный керамический диск 8, по мере вращения вместе со штоком 5 вокруг вертикальной оси, постепенно перемещается в положение, когда его проходные каналы полностью совмещаются с проходными каналами 10 в нижнем неподвижном керамическом диске 9. Такое состояние вентильной головки обеспечивает беспрепятственный проход через нее рабочей среды и соответствует положению "Открыто".

Перекрытие потока осуществляется обратным поворотом штока 5 в положение "Закрыто". Полный ход штока 5 из одного крайнего положения в другое составляет 180^o и ограничивается выступом в верхней части корпуса 1, взаимодействующим с переходником 14. Любое промежуточное положение шпинделя 5 соответствует частичному перекрытию протока рабочей среды.

В процессе функционирования вентильной головки возможно осевое перемещение уплотнительных колец 7, которые самоустанавливаются в оптимальном положении, обеспечивая предотвращение подтекания вентильной головки.

В случае, если типоразмер резьбы вентильной головки и ответного посадочного места сантехнической арматуры (на чертежах условно не показано) не совпадают, при установке вентильной головки используется футорка 18 с уплотнительным кольцом 19. В этом случае в ответное посадочное место сантехнической арматуры (на чертежах условно не показано) посредством внешней резьбы 21 вворачивается соответствующая футорка 18 с уплотнительным кольцом 19 до упора в буртик 22. После того как футорка 18 установлена, в нее по внутренней резьбе 20 монтируется вентильная головка. Функционирование вентильной головки с использованием футорки 18 осуществляется в обычном порядке.

Таким образом, предлагаемое техническое решение отличается повышенным удобством в эксплуатации, универсальностью и сравнительной простотой конструкции при сохранении высокой надежности и долговечности.

Литература
1. Патент РФ N 2027933, F 16 K 3/08, 1992.

2. Патент РФ N 2074996, F 16 K 3/08, 1995.

3. Патент РФ N 2074995, F 16 K 3/08, 1995.

Изобретение относится к оборудованию сантехнической арматуры и предназначено для управления потоками жидкой рабочей среды в сетях и инженерных сооружениях. Вентильная головка содержит корпус с осевым отверстием и наружной резьбой для закрепления в посадочном месте арматуры. Ниже резьбы в стенке корпуса выполнены окна для прохода рабочей среды. В осевом отверстии корпуса установлен приводной пластмассовый поворотный шток. Средняя часть штока выполнена в виде гладкого цилиндрического участка, диаметр которой меньше диаметра нижней части штока, но превышает диаметр верхней части на величину 0,02-0,4 диаметра наружной резьбы. Уплотнительные кольца установлены в средней части с предварительным натягом и возможностью осевого перемещения. Верхний поворотный керамический диск смонтирован с возможностью взаимодействия с нижней частью поворотного штока. Нижний керамический диск закреплен в корпусе неподвижно. Такое выполнение обеспечивает повышение удобства в пользовании вентильной головкой, снижение ее стоимости при сохранении надежности и долговечности в эксплуатации. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Вентильная головка сантехнической арматуры, включающая корпус с осевым отверстием, наружной резьбой для закрепления в посадочном месте арматуры и с выполненной ниже резьбы стенкой с окнами для прохода рабочей среды, приводной пластмассовый поворотный шток, установленный в осевом отверстии корпуса посредством уплотнительных колец, расположенных в средней части штока, два плотно прилегающих друг к другу керамических диска с проходными каналами, один из которых смонтирован с возможностью взаимодействия с нижней частью поворотного штока, а другой закреплен неподвижно в корпусе, отличающаяся тем, что средняя часть поворотного штока выполнена в виде гладкого цилиндрического участка, а уплотнительные кольца установлены на гладком цилиндрическом участке поворотного штока с предварительным натягом и возможностью осевого перемещения, при этом диаметр средней части меньше диаметра нижней части поворотного штока, но превышает диаметр верхней части поворотного штока на величину 0,02 - 0,4 диаметра наружной резьбы. 2. Вентильная головка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена футоркой с уплотнительным кольцом, выполненной в виде втулки с внутренней и внешней резьбами и упорным буртиком, при этом футорка смонтирована своей внутренней резьбой на наружной резьбе корпуса, а уплотнительное кольцо - между буртиком и внешней резьбой. 3. Вентильная головка по п.2, отличающаяся тем, что футорка выполнена из цветного металла.