ВЕНТИЛЬНАЯ ГОЛОВКА САНТЕХНИЧЕСКОЙ АРМАТУРЫ Российский патент 2001 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 среды.

Известны вентильные головки сантехнической арматуры, которые содержат корпус с осевым отверстием, наружной резьбой для закрепления в посадочном месте арматуры и с выполненной ниже резьбы стенкой с окнами для прохода жидкой среды, приводной поворотный шток с маховиком и водилом, два плотно прилегающих друг к другу керамических диска (подвижный и неподвижный) с проходными отверстиями, расположенный в верхней части корпуса сегментный упор для ограничения поворота приводного штока [1,2]. Эти вентильные головки характеризуются простотой конструкции и высокой надежностью при эксплуатации.

Недостатком, свойственным в равной мере обоим указанным известным техническим решениям, является повышенный осевой габаритный размер их корпуса. В результате чего вентильные головки обладают повышенной материалоемкостью. Кроме того, по некоторым зарубежным стандартам выполнение поворотного штока из пластических материалов является недопустимым. В результате вентильная головка имеет ограниченную применимость, а в конечном итоге пониженную конкурентоспособность на рынке.

Известна вентильная головка сантехнической арматуры, включающая полый цилиндрический корпус с наружной резьбой для закрепления в посадочном месте арматуры и с выполненным ниже резьбы в стенке корпуса по меньшей мере одним окном для прохода рабочей среды, установленный в полости корпуса приводной поворотный шток, на нижнем конце которого установлено водило, два плотно прилегающих друг к другу керамических диска с проходными каналами, один из которых смонтирован с возможностью взаимодействия с водилом, а другой закреплен неподвижно, расположенные в верхней части корпуса стопорный элемент для фиксации осевого перемещения штока и сегментный упор для ограничения его угла поворота, резиновая уплотнительная прокладка, контактирующая с седлом посадочного места [3].

Данная конструкция вентильной головки обеспечивает ее высокие эксплуатационные и потребительские свойства при достаточной технологичности в производстве.

Указанное известное устройство принято в качестве прототипа как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату аналог.

Недостатком прототипа являются повышенные осевой размер корпуса и диаметр приводного поворотного штока, которые выполнены из дорогостоящего цветного металла (как правило, латуни). Поскольку и корпус, и шток изготавливаются из прутка, очевидно, что длина корпуса и максимальный диаметр штока будут определять величину коэффициента использования материала (отношение веса готовой детали к весу заготовки) при их изготовлении. Стоимость цветного металла составляет весомую долю в общей стоимости вентильной головки, а следовательно, в прототипе она является повышенной, что сводит к нулю его многие преимущества.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, который выражается в том, что при применении более оптимальной схемы распределения силовой нагрузки на корпус и шток представляется возможным заместить разгруженные части корпуса малогабаритными и неметаллическими элементами, а шток выполнить более коротким и тонким. При этом в предлагаемой конструкции максимально сохранены все преимущества прототипа.

В конечном итоге указанный технический результат обеспечивает существенное повышение коэффициента использования материала при изготовлении деталей вентильной головки и соответственное снижение ее себестоимости. Кроме того, оптимизация нагрузки на элементы конструкции вентильной головки повышает ее надежность и долговечность в эксплуатации.

Указанный положительный технический результат достигается тем, что в предлагаемой вентильной головке запорной арматуры, включающей полый цилиндрический корпус с наружной резьбой для закрепления в посадочном месте арматуры и с выполненным ниже резьбы в стенке корпуса по меньшей мере одним окном для прохода рабочей среды, установленный в полости корпуса приводной поворотный шток, на нижнем конце которого установлено водило, два плотно прилегающих друг к другу керамических диска с проходными каналами, один из которых смонтирован с возможностью взаимодействия с водилом, а другой закреплен неподвижно, расположенные в верхней части корпуса стопорный элемент для фиксации осевого перемещения штока и сегментный упор для ограничения его угла поворота, резиновую уплотнительную прокладку, контактирующую с седлом посадочного места, опорно-упорную футорку, укрепленную на корпусе в нижней его части, уплотнительный элемент, установленный между водилом и стенкой корпуса, стопорный элемент для фиксации штока от осевого перемещения, выполненный заодно с корпусом, кольцевой уступ, выполненный в полости корпуса, водило, размещенное с возможностью опоры на кольцевой уступ, резиновую уплотнительную прокладку, контактирующую с седлом посадочного места и установленную в футорке.

Таким образом, нижняя часть корпуса значительно укорочена и недостающая длина дополнена опорно-упорной футоркой. Такое конструктивное решение становится возможным потому, что эта часть корпуса не испытывает сколько-нибудь значимых нагрузок, но составляет определенную и сравнительно большую величину. Резиновая уплотнительная прокладка, контактирующая с седлом посадочного места, при этом естественно смещена вниз от стенки корпуса в футорку, что обеспечивает ее нормальное размещение и обжатие. Следует отметить, что указанное усилие обжатия передается керамическим дискам лишь до определенной степени, а частично воспринимается опорно-упорной футоркой. Водило, размещенное с возможностью опоры на кольцевой уступ, выполненный в полости корпуса, обеспечивает практически полную разгрузку приводного поворотного штока от осевого усилия. Это в совокупности с размещением уплотнительного элемента между водилом и стенкой корпуса исключает необходимость герметизации зазора между штоком и стенкой. Таким образом удается укоротить шток и уменьшить его диаметр. Кроме того разгрузка штока от осевого усилия позволяет практически исключить его осевое перемещение, а следовательно выполнить стопорный элемент заодно с корпусом.

Кроме того вентильная головка преимущественно снабжена компенсатором, опорно-упорная футорка имеет цилиндрическую внешнюю поверхность, а на ее внутренней поверхности со стороны торцев выполнены буртики, между которыми расположен кольцевой выступ, на внешней цилиндрической поверхности корпуса в нижней его части выполнена кольцевая канавка, а резиновая уплотнительная прокладка имеет утолщение на внешней цилиндрической поверхности, при этом футорка укреплена на корпусе таким образом, что один из ее буртиков совмещен с кольцевой канавкой корпуса, компенсатор размещен между неподвижным керамическим диском и кольцевым выступом футорки, а резиновая уплотнительная прокладка установлена в футорке таким образом, что второй буртик футорки охватывает ее ниже утолщения, причем верхний торец резиновой уплотнительной прокладки взаимодействует с кольцевым выступом футорки. Опорно-упорная футорка может быть выполнена из пластического материала, что существенно снижает стоимость всей вентильной головки. Такая конструкция футорки обеспечивает надежное функционирование керамических дисков и резиновой уплотнительной прокладки.

Предпочтительным является вариант конструкции, при котором на поверхности водила, смежной со стенкой корпуса, выполнена кольцевая проточка, а уплотнительный элемент выполнен в виде резинового кольца и установлен в кольцевой проточке с возможностью взаимодействия со стенкой корпуса. Такое техническое решение обеспечивает простоту конструкции и надежность герметизации вентильной головки от протечки жидкой среды через зазор между корпусом и штоком.

Приводной поворотный шток в дополнение ко всем его отличительным особенностям имеет на нижнем торце прямоугольный гребень, а водило - на верхнем торце соответствующий крестообразный шлиц для взаимодействия с гребнем приводного поворотного штока. На нижней торцевой поверхности водила выполнены три цилиндрические бабышки, а на верхнем торце подвижного керамического диска - соответствующие выемки для взаимодействия с бабышками. Такое соединение элементов вентильной головки между собой обеспечивает простоту их сборки и надежное взаимодействие друг с другом при вращении штока. Наибольший эффект достигается при изготовлении водила из пластического материала.

Стопорный элемент для фиксации штока от осевого перемещения предпочтительно выполняется в виде деформируемого пояска, охватывающего приводной поворотный шток в его верхней части, а сам поясок выполнен разрезным. Поясок может быть выполнен сколь угодно узким и тонким, что также направлено на уменьшение осевого размера корпуса. Под деформируемым пояском стопорного элемента в стенке корпуса выполнен сегментный упор для ограничения угла поворота штока, при этом на приводном поворотном штоке против сегментного упора выполнена соответствующая сегментная выборка. От величины угла сегментов упора и выборки зависит максимальный угол поворота приводного штока. Примененные конструкции стопорного элемента и узла ограничения поворота штока позволяют максимально использовать материал корпуса и штока и исключить применение дополнительных деталей.

Входной участок каждого проходного канала в подвижном керамическом диске выполнен предпочтительно с возможностью расположения против окна для прохода жидкой среды в стенке корпуса, а образующая профиля проходного канала имеет форму дуги для обеспечения плавности поворота потока жидкой среды. Такая конструкция подвижного керамического диска позволяет максимально заглубить его в корпус и тем самым обеспечить уменьшение осевого размера последнего. В дополнение к этому плавный поворот потока жидкой среды снижает шумность функционирования вентильной головки.

Предлагаемое техническое решение иллюстрировано чертежами. На фиг. 1 изображен в разрезе общий вид вентильной головки сантехнической арматуры; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечении Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - сечении Г-Г на фиг. 1.

Вентильная головка сантехнической арматуры содержит полый цилиндрический корпус 1 с наружной резьбой 2 для закрепления в посадочном месте арматуры. В стенке корпуса 1 ниже резьбы 2 выполнены окна 3 для прохода жидкой рабочей среды. В полости корпуса 1 установлен приводной поворотный шток 4. Нижний концевой участок штока 4 взаимодействует с водилом 5. Под водилом 5 расположены два плотно прилегающих друг к другу керамических диска 6 и 7. Верхний (подвижный) керамический диск 6 смонтирован с возможностью взаимодействия с водилом 5, а нижний керамический диск 7 закреплен неподвижно. В керамических дисках 6 и 7 выполнены проходные каналы 8 и 9 соответственно. На корпусе 1 в нижней его части укреплена опорно-упорная футорка 10 из пластического материала. Между водилом 5 и стенкой корпуса 1 установлен уплотнительный элемент 11. В полости корпуса 1 выполнен кольцевой уступ 12, а водило 5 размещено с возможностью опоры на кольцевой уступ 12. В опорно-упорной футорке 10 размещена резиновая уплотнительная прокладка 13, которая контактирует с седлом посадочного места сантехнической арматуры (на фигурах не показано). Опорно-упорная футорка 10 имеет цилиндрическую внешнюю поверхность, а на ее внутренней поверхности со стороны торцов выполнены буртики 14 и 15, между которыми расположен кольцевой выступ 16. На внешней цилиндрической поверхности корпуса 1 в нижней его части выполнена кольцевая канавка 17, а резиновая уплотнительная прокладка 13 имеет утолщение 18. Опорно-упорная футорка 10 укреплена на корпусе 1 таким образом, что верхний ее буртик 15 совмещен с кольцевой канавкой 17 в корпусе. Между неподвижным керамическим диском 7 и кольцевым выступом 16 футорки 10 размещен компенсатор 19. Резиновая уплотнительная прокладка 13 установлена в футорке 10 таким образом, что нижний буртик 14 футорки 10 охватывает ее ниже утолщения 18. Верхний торец резиновой уплотнительной прокладки 13 взаимодействует с кольцевым выступом 16 футорки 10. На поверхности водила 5, смежной со стенкой корпуса 1, выполнена кольцевая проточка 20. Уплотнительный элемент 11 в рассматриваемом случае выполнен в виде резинового кольца и установлен в кольцевой проточке 20 с возможностью взаимодействия со стенкой корпуса 1. Приводной поворотный шток 4 имеет на нижнем торце прямоугольный гребень 21, а водило - на верхнем торце соответствующий крестообразный шлиц 22 для взаимодействия с гребнем 21 приводного поворотного штока 4. На нижней торцевой поверхности водила 5 выполнены три цилиндрические бабышки 23, а на верхнем торце подвижного керамического диска - соответствующие выемки 24, в которые входят бабышки 23. Стопорный элемент для фиксации штока 4 от осевого перемещения выполнен в виде деформируемого разрезного пояска 25, охватывающего приводной поворотный шток 4 в его верхней части. На фиг. 1 и 2 разрезной поясок 25 изображен уже в деформированном (обжатом) состоянии. Сегментный упор 26 для ограничения угла поворота штока 4 выполнен в стенке корпуса 1 под деформируемым пояском 25 стопорного элемента. На приводном поворотном штоке 4 против сегментного упора 26 выполнена соответствующая сегментная выборка 27. Входной участок 28 каждого проходного канала 8 в подвижном керамическом диске 6 расположен против окна 3 в стенке корпуса 1, а образующая профиля проходного канала 8 имеет форму дуги для обеспечения плавности поворота потока жидкой среды.

Функционирование вентильной головки сантехнической арматуры осуществляется следующим образом. Вентильная головка устанавливается посредством наружной резьбы 2 в ответное посадочное место сантехнической арматуры (на фигурах не показано) в положении поворотного штока 4, которое соответствует перекрытию потока жидкой рабочей среды. В этом положении, которое условно названо "закрыто", проходные каналы 8 и 9 в керамических дисках 6 и 7 обязательно не совмещены друг с другом. По мере затяжки вентильной головки при ввинчивании ее по наружной резьбе 2 в посадочное место происходит обжатие водила 5, керамических дисков 6 и 7 и компенсатора 19 для обеспечения плотного прилегания их друг к другу и надежной герметизации. Указанное обжатие осуществляется до достижения определенной требуемой величины, которая обеспечена ограничением осевого перемещения опорно-упорной футорки 10. При дальнейшей затяжке происходит обжатие резиновой уплотнительной прокладки 13, а на пакет керамических колец 6, 7 и водило 5 чрезмерное усилие не передается, что благоприятно сказывается на долговечности последних. Кроме того осевое усилие обжатия керамических дисков 6 и 7 не передается на шток 4, поскольку полностью воспринимается кольцевым уступом 12. Такая схема нагружения обеспечивает также повышенное удобство эксплуатации вентильной головки за счет облегчения усилия, требуемого для вращения приводного поворотного штока 4. При вращении вручную маховика (на фигурах не показан) происходит адекватный поворот штока 4, а вместе с ним и водила 5 в положение, соответствующее открытию прохода жидкой рабочей среды. Подвижный керамический диск 6, смонтированный с возможностью взаимодействия с водилом 5, по мере вращения вместе со штоком 4 вокруг вертикальной оси постепенно перемещается в положение, когда его проходной канал 8 полностью совмещается с ответным проходным каналом 9 в нижнем неподвижном керамическом диске 7. При этом окна 3 в стенке корпуса 1 обязательно совмещены с соответствующими входными участками 28 проходных каналов 8 в верхнем подвижном керамическом диске 6. Такое состояние вентильной головки обеспечивает беспрепятственный проход через нее жидкой рабочей среды и соответствует положению "открыто". На фигурах вентильная головка изображена в положении "открыто". Перекрытие потока осуществляется обратным поворотом штока 4 в положение "закрыто". Полный ход штока 4 из одного положения в другое составляет в приведенном исполнении 90^o и ограничевается сегментным упором 26 и величиной соответствующей сегментной выборки 27.

Таким образом, вентильная головка сантехнической арматуры характеризуется сравнительно низкой себестоимостью в производстве при сохранении долговечности удобства и надежности в эксплуатации.

ЛИТЕРАТУРА
1. Патент РФ N 2074995, кл. F 16 K 3/08, 1995 г.

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

3. Патент РФ N 2027933, кл. F 16 K 3/04, 1995 г. - прототип.

Изобретение относится к сантехническому оборудованию и предназначено для использования в сетях водоснабжения при возникновении необходимости перекрытия потоков жидкой рабочей среды. Вентильная головка включает полый цилиндрический корпус с наружной резьбой для закрепления в посадочном месте арматуры. Ниже резьбы выполнены окна для прохода жидкой среды. В полости корпуса установлен приводной поворотный шток. На нижнем его конце установлено водило. Под водилом расположены два плотно прилегающих друг к другу керамических диска с проходными каналами. Один из дисков взаимодействует с водилом. Другой диск закреплен неподвижно. В верхней части корпуса расположены стопорный элемент для фиксации осевого перемещения штока и сегментный упор для ограничения его угла поворота. На корпусе в нижней его части укреплена опорно-упорная футорка. Между водилом и стенкой корпуса установлен уплотнительный элемент. Стопорный элемент для фиксации штока от осевого перемещения выполнен заодно с корпусом. В полости корпуса выполнен кольцевой уступ. Водило размещено с возможностью опоры на кольцевой уступ. Резиновая уплотнительная прокладка контактирует с седлом посадочного места и размещена в опорно-упорной футорке. Изобретение обеспечивает повышение коэффициента использования материала при изготовлении деталей вентильной головки и снижение ее себестоимости. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Вентильная головка сантехнической арматуры, включающая полый цилиндрический корпус с наружной резьбой для закрепления в посадочном месте арматуры и с выполненным ниже резьбы в стенке корпуса, по меньшей мере, одним окном для прохода рабочей среды, установленный в полости корпуса приводной поворотный шток, на нижнем конце которого установлено водило, два плотно прилегающих друг к другу керамических диска с проходными каналами, один из которых смонтирован с возможностью взаимодействия с водилом, а другой закреплен неподвижно, расположенные в верхней части корпуса стопорный элемент для фиксации осевого перемещения штока и сегментный упор для ограничения его угла поворота, резиновая уплотнительная прокладка, контактирующая с седлом посадочного места, отличающаяся тем, что она снабжена опорно-упорной футоркой, укрепленной на корпусе в нижней его части, и уплотнительным элементом, установленным между водилом и стенкой корпуса, стопорный элемент для фиксации штока от осевого перемещения выполнен заодно с корпусом, в полости корпуса выполнен кольцевой уступ, а водило размещено с возможностью опоры на кольцевой уступ, при этом резиновая уплотнительная прокладка, контактирующая с седлом посадочного места, установлена в футорке. 2. Вентильная головка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена компенсатором, опорно-упорная футорка имеет цилиндрическую внешнюю поверхность, а на ее внутренней поверхности со стороны, торцов выполнены буртики, между которыми расположен кольцевой выступ, на внешней цилиндрической поверхности корпуса в нижней его части выполнена кольцевая канавка, а резиновая уплотнительная прокладка имеет утолщение на внешней цилиндрической поверхности, при этом футорка укреплена на корпусе таким образом, что один из ее буртиков совмещен с кольцевой канавкой корпуса, компенсатор размещен между неподвижным керамическим диском и кольцевым выступом футорки, а резиновая уплотнительная прокладка установлена в футорке таким образом, что второй буртик футорки охватывает ее ниже утолщения, причем верхний торец резиновой уплотнительной прокладки взаимодействует с кольцевым выступом футорки. 3. Вентильная головка по п.2, отличающаяся тем, что опорно-упорная футорка выполнена из пластического материала. 4. Вентильная головка по п.1, отличающаяся тем, что на поверхности водила, смежной со стенкой корпуса, выполнена кольцевая проточка, уплотнительный элемент выполнен в виде резинового кольца и установлен в кольцевой проточке с возможностью взаимодействием со стенкой корпуса. 5. Вентильная головка по пп.1 и 4, отличающаяся тем, что приводной поворотный шток имеет на нижнем торце прямоугольный гребень, а водило - на верхнем торце соответствующий крестообразный шлиц для взаимодействия с гребнем приводного поворотного штока. 6. Вентильная головка по п.1, 4 и 5, отличающаяся тем, что на нижней торцевой поверхности водила выполнены три цилиндрические бабышки, а на верхнем торце подвижного керамического диска - соответствующие выемки для взаимодействия с бабышками. 7. Вентильная головка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что стопорный элемент для фиксации штока от осевого перемещения выполнен в виде деформируемого пояска, охватывающего приводной поворотный шток в его верхней части. 8. Вентильная головка по п. 7, отличающаяся тем, что поясок выполнен разрезным. 9. Вентильная головка по пп. 1, 2, 7 и 8, отличающаяся тем, что сегментный упор для ограничения угла поворота штока выполнен в стенке корпуса под деформируемым пояском стопорного элемента, при этом на приводном поворотном штоке против сегментного упора выполнена соответствующая сегментная выборка. 10. Вентильная головка по п.1, отличающаяся тем, что входной участок каждого проходного канала в подвижном керамическом диске выполнен с возможностью расположения против окна в стенке корпуса, а образующая профиля проходного канала имеет форму дуги для обеспечения плавности поворота потока.