ПОЖАРНЫЙ ГИДРАНТ ПОДЗЕМНОГО ТИПА Российский патент 2001 года по МПК E03B9/08 

Изобретение относится к области строительства и горного дела, в частности, к водоснабжению и канализации, и может быть использовано в устройствах, предназначенных для забора воды из водопроводной сети с целью пожаротушения.

Известны пожарные гидранты так называемого ленинградского типа, включающие устанавливаемую на пожарной подставке колонку с закрепленной в ней гайкой, вертикальный стержень с резьбой, входящей в упомянутую гайку, и шаровой клапан, запирающий со стороны пожарной подставки нижнее отверстие колонки [см. Н.И. Абрамов, Н.Н. Гениев, В.И. Павлов. Водоснабжение. Госстройиздат, М. , 1958, стр. 125]. Для приведения в действие такого гидранта устанавливают на колонку переносную часть - стендер, и вращением рукоятки стендера передают вертикальному стержню вращательное движение. Вращение резьбовой части стержня в гайке приводит к опусканию стержня. При этом нижний хвостовик стержня давит на шарик клапана, открывая нижнее отверстие колонки и пропуская воду из пожарной магистрали к патрубкам стендера. Основным достоинством таких пожарных гидрантов является простота их конструкции и отсутствие большого числа деталей клапана, что для пожарных гидрантов подземного типа особенно важно вследствие сложности устранения неисправностей таких гидрантов. Однако решения-аналоги обладают рядом серьезных недостатков, ограничивающих их применение в водопроводных сетях. Запирание таких гидрантов осуществляется за счет положительной плавучести шарика клапана при подъеме вертикального стержня гидранта. Это не позволяет применять такие гидранты при условном диаметре гидранта более 75 мм, т.е. при небольших расчетных расходах воды при тушении пожара. Малая прочность материала легкого шарика клапана является причиной разрушения шарика при большом диаметре запираемого шариком отверстия. Кроме того, решения-аналоги не исключают возможность возникновения в водопроводной сети гидравлических ударов в результате резкого изменения скорости движения воды в гидранте при срыве шарика или быстром открывании/закрывании гидранта [см. выше указанный источник, стр. 125]. Такие быстрые действия с пожарным гидрантом провоцируются обстановкой на пожаре и тренировках пожарных расчетов, когда с точки зрения сокращения времени подачи воды к источнику возгорания вращение рукоятки стендера предпочтительно осуществлять при предварительно открытых патрубках стендера. Кроме того, обстановка на загруженной автотранспортом проезжей части улиц городов также не способствует неспешному обращению с пожарными гидрантами при их обязательных периодических проверках, осуществляемых совместно представителями пожарных частей и эксплуатирующей водопроводную сеть организации.

Недостатки решений-аналогов частично устранены в пожарном гидранте подземного типа, включающем устанавливаемую на пожарную подставку колонку, гайку, стержень и клапан [см. Учебник для вузов/Абрамов Н.Н. Водоснабжение, М.: Стройиздат, 1974, стр. 129-130] - прототип.

Клапан в таком гидранте прикреплен к гайке, и он может быть изготовлен из прочного, не обладающего положительной плавучестью, материала. Поэтому такие пожарные гидранты могут применяться на водопроводных магистралях, создающих большие напоры воды для тушения пожаров, т.е. условный диаметр гидрантов может быть 125 мм. Однако недостаток решений-аналогов, связанный с возможностью возникновения гидравлических ударов при пользовании гидрантами, решение-прототип не устраняет. Кроме того, при пользовании такими гидрантами требуется прикладывать большие усилия как для преодоления напора воды, поджимающего клапан в закрытом его положении, так и для исключения течи гидранта, обусловленной большой площадью контактной поверхности клапана, неровности которой могут быть скомпенсированы только большим давлением на прокладку клапана, создаваемым усилием ее поджатия рукояткой стендера. Сложная форма поверхности клапана делает его неремонтопригодным в простых условиях эксплуатирующих водопровод подразделений, особенно для отдаленных местностей, что существенно увеличивает эксплуатационные расходы.

Задачей предлагаемого изобретения является исключение отмеченных недостатков, а именно, конструктивное исключение возможности возникновения гидравлических ударов при пользовании пожарными гидрантами, снижение усилий для открытия/закрытия гидранта, что увеличивает ресурс гидранта. Кроме того, задачей изобретения является снижение стоимости эксплуатации пожарных гидрантов за счет увеличения степени их ремонтопригодности в простых условиях эксплуатационных участков водопроводных сетей.

Технический результат достигается тем, что в известном пожарном гидранте подземного типа, включающем устанавливаемую на пожарную подставку колонку, гайку, стержень и клапан, нижняя часть колонки дополнена цилиндрическим патрубком с диаметром, соответствующим диаметру проходного сечения пожарной подставки, и длиной, не превышающей половину радиуса колонки, верхняя часть патрубка выполнена с внутренним кольцевым выступом, на нижней поверхности которого проделан клиновидный кольцевой паз, в котором укреплена кольцевая уплотнительная прокладка, гайка закреплена в колонке, стержень выполнен вертикальным с резьбой, входящей в указанную гайку, клапан укреплен на нижнем хвостовике стержня и выполнен в виде цилиндрического стакана с центральным отверстием в донышке и с верхней кромкой, соответствующей по форме и диаметру кольцевому пазу патрубка, при этом высота стакана соответствует длине патрубка, нижний хвостовик вертикального стержня пропущен с зазором через центральное отверстие стакана, который установлен с возможностью вертикального перемещения вдоль хвостовика стержня на расстояние, ограниченное двумя упорными гайками, размещенными на хвостовике стержня соответственно над и под донышком стакана, при этом на внутренней поверхности патрубка предусмотрены не менее трех центрирующих стакан выступов, на хвостовике между донышком стакана и нижней упорной гайкой установлена уплотнительная шайба, а под нижней упорной гайкой на хвостовике стержня закреплен своей средней частью упругий элемент преимущественно в виде пластинчатой пружины сжатия, опирающийся своими концами на донышко стакана.

Идея изобретения заключается в конструктивном выполнении гидранта, обеспечивающем последовательное поэтапное изменение площади проходного сечения колонки гидранта независимо от скорости опускания или подъема клапана, что исключает резкое изменение скорости потока воды в колонке, являющейся причиной возникновения гидравлического удара. Кроме того, изменение формы контактной поверхности клапана обеспечивает существенное уменьшение площади контакта при одновременном увеличении его надежности. Уменьшение площади контактной поверхности позволяет уменьшить усилия, прилагаемые к ручке стендера при закрывании гидранта. Простая цилиндрическая форма стакана и патрубка обеспечивает возможность их изготовления в простых условиях механической мастерской, оснащенной лишь токарным станком, что увеличивает степень ремонтопригодности гидранта.

Покажем существенность отличительных признаков. Дополнение нижней части колонки гидранта цилиндрическим патрубком, выполненным с внутренним кольцевым выступом в своей верхней части с проделанным клиновидным кольцевым пазом на нижней поверхности кольцевого выступа, является для пожарных гидрантов подземного типа новым решением. Оно обеспечивает уменьшение площади контактной поверхности клапана, сведя ее к площади вмятины на поверхности кольцевой уплотнительной прокладки, размещенной в кольцевом пазу. Надежность же контакта обеспечивается вниманием этой прокладки верхней кромкой стакана, входящей в указанный кольцевой паз при закрывании гидранта.

Выполнение клапана в виде цилиндрического стакана с центральным отверстием в донышке и с верхней кромкой, соответствующей по форме и диаметру кольцевому пазу патрубка, является новым решением для гидрантов подземного типа. Оно обеспечивает совместно с размещением на внутренней поверхности патрубка не менее трех центрирующих стакан выступов посадку стакана своей верхней кромкой в кольцевой паз на нижней поверхности кольцевого выступа патрубка. При этом обеспечивается последовательное поэтапное изменение проходного сечения колонки гидранта. Например, при открывании гидранта сначала открывается центральное отверстие в донышке стакана, затем к площади проходного сечения, образованной зазором между хвостовиком вертикального стержня и стенками отверстия в донышке стакана, добавляется площадь, образованная зазором между внешней поверхностью стенки стакана и внутренней поверхностью патрубка. Только при выходе стакана из патрубка площадь проходного сечения колонки становится наибольшей, при закрывании гидранта изменение площади проходного сечения колонки происходит в обратной последовательности.

Установка стакана на хвостовике вертикального стержня с зазором с возможностью его вертикального перемещения вдоль хвостовика на расстояние, ограниченное двумя упорными гайками, и укрепление на конце хвостовика упругого элемента преимущественно в виде пластинчатой пружины сжатия, закрепленного своей средней частью на хвостовике, а концами опирающегося на донышко стакана, является для гидрантов подземного типа новым решением. Оно обеспечивает предварительное открытие центрального отверстия в донышке стакана при открывании гидранта и закрытие центрального отверстия последним при закрытии гидранта. Это, в свою очередь, обеспечивает разгрузку клапана при его открывании, что ведет к существенному снижению усилий, необходимых для преодоления давления воды на закрытый клапан, так как открытию клапана способствует не только уравнивание давления по обе стороны донышка стакана, но и сила упругости упругого элемента, сжатого при закрывании гидранта. Эта сила упругости помогает открыть центральное отверстие в донышке стакана. В открытом же положении гидранта упругий элемент прижимает донышко стакана к верхней упорной гайке, чем исключается "дребезжание" стакана в струе проходящей через колонку воды. При закрытии гидранта усилие прилагается практически лишь на перекрытии центрального отверстия в донышке стакана, так как стакан при закрытом центральном отверстии прижимает к кольцевой уплотнительной прокладке в кольцевом пазу патрубка давления воды в пожарной магистрали.

Сущность технического решения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема предложенного устройства.

Схема устройства пожарного гидранта подземного типа содержит следующие узлы и детали:
1 - колонка;
2 - вертикальный стержень;
3 - резьбовая часть вертикального стержня;
4 - гайка, закрепленная в колонке;
5 - нижний хвостовик вертикального стержня;
6 - пожарная подставка.

Узлы 1...6 характеризуют прототип. Дополнительно к ним в пожарный гидрант введены дополнительные узлы и детали:
7 - цилиндрический патрубок;
8 - внутренний кольцевой выступ в верхней части патрубка;
9 - центрирующие стакан выступы на внутренней поверхности патрубка. Патрубок 7 с внутренним кольцевым выступом 8 и центрирующими стакан выступами 9 может составлять единое полое с нижней частью колонки, если последняя изготовляется способом литья. В случае же модернизации пожарных гидрантов такой патрубок может представлять собой отдельную деталь, устанавливаемую в колонку либо неподвижной посадкой, либо с помощью крепежных деталей;
10 - кольцевой паз на нижней поверхности кольцевого выступа 8. Паз проделывается таким образом, чтобы в диаметральном сечении патрубка паз имел форму клина. Для закрепления в пазу уплотнительной прокладки в вершине клина может быть проделано небольшое углубление в сторону центра патрубка. При диаметре уплотнительной прокладки несколько меньшем диаметра кольцевого паза прокладка за счет своей упругости будет удерживаться в пазу без выпадания при открывании гидранта, когда нижняя поверхность прокладки может последовать за "прикипевшей" к ней верхней кромкой стакана. Могут применяться и другие способы крепления прокладки в пазу (см., например, крепление прокладки в "потолочном" пазу в а.с. N 1560690, E 03 B 9/04);
11 - кольцевая уплотнительная прокладка в пазу 10. Прокладка преимущественно изготовляется из резины, обладающей хорошими уплотняющими свойствами и отличающейся дешевизной;
12 - цилиндрический стакан. Он может изготовляться на токарном станке из чугунной заготовки, либо из трубы. В последнем случае донышко стакана крепится к боковой стенке одним из известных способов;
13 - центральное отверстие в донышке стакана 12;
14 и 15 - соответственно верхняя и нижняя упорные гайки, навинченные на хвостовик вертикального стержня 2;
16 - гайка, крепящая упругий элемент на нижнем хвостовике 5 вертикального стержня 2. Она же может служить контргайкой, контрящей нижнюю упорную гайку 15;
17 - шайба уплотнительная, уплотняющая центральное отверстие в донышке стакане 12 при закрытом гидранте;
18 - упругий элемент преимущественно в виде пластинчатой пружины сжатия, в средней части которого проделано отверстие диаметром, соответствующим диаметру нижнего хвостовика 5 вертикального стержня 2. Средняя часть упругого элемента зажата между нижней упорной гайкой 15 и гайкой 16. Концами упругий элемент опирается на донышко стакана 12.

Пожарный гидрант подземного типа по предложенному решению работает следующим образом. В исходном положении гидрант закрыт и его вертикальный стержень 2 находится в верхнем положении. Стакан 12 прижат давлением воды в пожарной подставке 6 и нижней упорной гайкой 15 через уплотнительную шайбу 17 к кольцевой уплотнительной прокладке 11 в кольцевом пазу 10 на нижней поверхности кольцевого выступа 8 цилиндрического патрубка 7. Вода из полости пожарной подставки 6 не поступает в колонку 1. При открывании гидрата вертикальный стержень 2 движется вниз и это движение приводит к разжатию гибкого другого элемента 18. Нижняя упорная гайка 15 отдаляется от донышка стакана, открывая доступ воде в колонку через центральное отверстие 13 в донышке стакана 12. При дальнейшем движении стержня 2 вниз на донышко стакана начинает давить верхняя упорная гайка 14, вызывая выход верхней кромки стакана 12 из кольцевого паза 10. Вода при этом поступает в колонку 1 через зазор, образованный стенками стакана 12 и патрубка 7. При этом поверхность скольжения, возникающая между вращающейся верхней упорной гайкой 14 и не вращающимся донышком стакана 12, "смазывается" водой, поступающей в стакан через его центральное отверстие 13. При дальнейшем движении вниз стержня 2 стакан 12 полностью выходит из патрубка 7, открывая полное проходное сечение колонки. Размеры патрубка и стакана выбраны такими (длина стакана соответствует длине патрубка, который, в свою очередь, по длине не превышает половину радиуса колонки, что соответствует высоте шарового клапана в решении-прототипе), чтобы при полном открытии гидранта стакан 12 умещался в пожарной подставке 6. Закрытие гидранта осуществляется в обратной последовательности. Сначала стакан 12 благодаря центрирующим выступам 9 подходит к кольцевому пазу 10. Клиновидная форма паза 10 и соответствующая пазу форма верхней кромки стакана 12 обеспечивают попадание верхней кромки стакана 12 в кольцевой паз 10. Под действием упругого элемента 18 стакан 12 садится своей верхней кромкой на уплотнительную прокладку 11 в кольцевом пазу 10, оставляя доступ воде в колонку 1 только через центральное отверстие 13 в донышке стакана 12. При дальнейшем движении вверх вертикального стержня 2 это отверстие закрывается уплотнительной шайбой 17, прижимаемой к донышку стакана 12 нижней упорной гайкой 15. В этом положении узкая кромка стакана 12 вминается в кольцевую прокладку 11, надежно герметизируя колонку 1 от протечек воды со стороны пожарной подставки 6.

Таким образом, на основе анализа структуры и функционирования схемы предложенного технического решения, можно заключить, что пожарный гидрант подземного типа, в котором реализовано данное решение, обладает преимуществами, отвечающими задачам изобретения: исключение возможности возникновения гидравлического удара при пользовании гидрантом, снижение усилий, прилагаемых к ручке стендера при пользовании гидрантом, увеличение ресурса гидранта и придание свойств ремонтопригодности гидранту в простых условиях эксплуатационного участка водопровода. Кроме того, реализация предложенного технического решения отвечает целям ресурсосберегающих технологий, так как не требует использования редких и дорогостоящих материалов: латуни, бронзы, нержавеющей стали, хосталена, что применяются в импортных пожарных гидрантах, например в гидранте модели 93 DN 80/PN 16 фирмы КОЙЛАХЮТТЕ КРАУШВИЦ ГМБХ.

Предложение разработано на уровне технического предложения по одной из программ, предложенных городскому хозяйству Санкт-Петербурга Северо-западной гильдией руководителей науки.

Изобретение относится к области водоснабжения. Техническим результатом является исключение возможности гидравлического удара, снижение стоимости эксплуатации и увеличение ремонтопригодности. Гидрант включает устанавливаемую на пожарную подставку колонку, гайку, стержень и клапан, причем нижняя часть колонки дополнена цилиндрическим патрубком с диаметром, соответствующим диаметру проходного сечения пожарной подставки, и длиной, не превышающей половину радиуса колонки, верхняя часть патрубка выполнена с внутренним кольцевым выступом, на нижней поверхности которого проделан клиновидный кольцевой паз, в котором укреплена кольцевая уплотнительная прокладка, гайка закреплена в колонке, стержень выполнен вертикальным с резьбой, входящей в указанную гайку, клапан укреплен на нижнем хвостовике стержня и выполнен в виде цилиндрического стакана с центральным отверстием в донышке и с верхней кромкой, соответствующей по форме и диаметру кольцевому пазу патрубка, при этом высота стакана соответствует длине патрубка, нижний хвостовик вертикального стержня пропущен с зазором через центральное отверстие стакана, который установлен с возможностью вертикального перемещения вдоль хвостовика стержня на расстояние, ограниченное двумя упорными гайками, размещенными на хвостовике стержня соответственно над и под донышком стакана, при этом на внутренней поверхности патрубка предусмотрены не менее трех центрирующих стакан выступов, на хвостовике между донышком стакана и нижней упорной гайкой установлена уплотнительная шайба, а под нижней упорной гайкой на хвостовике стержня закреплен своей средней частью упругий элемент преимущественно в виде пластинчатой пружины сжатия, опирающийся своими концами на донышко стакана. 1 ил.

Пожарный гидрант подземного типа, включающий устанавливаемую на пожарную подставку колонку, гайку, стержень и клапан, отличающийся тем, что нижняя часть колонки дополнена цилиндрическим патрубком с диаметром, соответствующим диаметру проходного сечения пожарной подставки, и длиной, не превышающей половину радиуса колонки, верхняя часть патрубка выполнена с внутренним кольцевым выступом, на нижней поверхности которого проделан клиновидный кольцевой паз, в котором укреплена кольцевая уплотнительная прокладка, гайка закреплена в колонке, стержень выполнен вертикальным с резьбой, входящей в указанную гайку, клапан укреплен на нижнем хвостовике стержня и выполнен в виде цилиндрического стакана с центральным отверстием в донышке и с верхней кромкой, соответствующей по форме и диаметру кольцевому пазу патрубка, при этом высота стакана соответствует длине патрубка, нижний хвостовик вертикального стержня пропущен с зазором через центральное отверстие стакана, который установлен с возможностью вертикального перемещения вдоль хвостовика стержня на расстояние, ограниченное двумя упорными гайками, размещенными на хвостовике стержня соответственно над и под донышком стакана, при этом на внутренней поверхности патрубка предусмотрены не менее трех центрирующих стакан выступов, на хвостовике между донышком стакана и нижней упорной гайкой установлена уплотнительная шайба, а под нижней упорной гайкой на хвостовике стержня закреплен своей средней частью упругий элемент преимущественно в виде пластинчатой пружины сжатия, опирающийся своими концами на донышко стакана.