СМЕННЫЙ КЛАПАННЫЙ УЗЕЛ Российский патент 2002 года по МПК F16K3/08 

Изобретение относится к области санитарно-технической арматуры для систем водоснабжения.

Одной из важнейших проблем водоснабжения жилых и общественных зданий является снижение непроизводительных расходов воды через водоразборную арматуру, возникающих в процессе водопользования и достигающих 20-25% от общего объема водопотребления. Непроизводительные расходы воды образуются в процессе ее отбора из сети внутреннего водопровода при регулировке требуемого расхода и температуры воды и обусловлены низкой регулирующей способностью вентильных головок особенно при давлениях воды более 0,3 МПа.

Известно техническое решение сменного клапанного узла поршневого типа, состоящего из корпуса, штока вращательно-поступательного действия, на котором закреплен запорный элемент с уплотнительной прокладкой [1] .

Недостатком указанного технического решения является интенсивный износ прокладки, особенно работающей на горячей воде, износ резьбы шпинделя, образование кавитационных раковин на седле запорного элемента. Это приводит к потерям воды в виде утечек. Кроме того, при открывании крана на одну четверть оборота рукояти вентиля (на свободное движение кисти руки) запорный элемент поднимается с седла перпендикулярно последнему линейно, в то время как расход воды изменяется по квадратичному закону. Таким образом, незначительное линейное перемещение запорного элемента потребителем вызывает квадратичное изменение расхода воды. В результате этого много времени затрачивается на регулировку требуемого расхода и температуры воды без ее полезного использования, что приводит к потерям воды питьевого качества.

Известно техническое решение сменного клапанного узла поршневого типа, состоящего из корпуса, штока возвратно-поступательного действия, на котором закреплен запорный элемент с уплотнительной прокладкой [2] .

Недостатки указанного технического решения аналогичны недостаткам сменного клапанного узла [1] , за исключением того, что износ прокладки происходит только за счет смятия без истирания в процессе вращения.

Прототипом заявляемого технического решения является сменный клапанный узел, содержащий корпус, уплотнительное кольцо, затвор из набора подвижной и неподвижной плоских шайб с проходными отверстиями, расположенными по диаметру с обеих сторон от центра и опирающиеся на упругую прокладку, поворотный шток привода [3] .

Недостатком прототипа является то, что при открывании и закрывании сменного клапанного узла, форма проходного отверстия не позволяет обеспечить высокую регулирующую способность.

В основу изобретения поставлена задача создать устройство, которое позволило бы повысить регулирующую способность сменного клапанного узла за счет плавного изменения площади живого сечения проходного отверстия запорного элемента.

Сущность изобретения заключается в том, что сменный клапанный узел содержит размещенный в гнезде арматуры корпус с затвором из набора подвижной и неподвижной плоских шайб, в каждой из которых выполнено проходное отверстие, опирающихся на упругую прокладку, и поворотный шток привода, герметизированный уплотнительными кольцами. Проходное отверстие плоских шайб выполнено в виде сегмента высотой от 0,2 до 0,8 радиуса шайбы, при этом основание стрелки дуги сегмента смещено от центра шайбы на расстояние от 0,2 до 0,8 радиуса шайбы, а одна половина хорды сегмента образована дугой вписанного сектора с центром, лежащим на диаметре шайбы, параллельном хорде сегмента, причем радиус сектора составляет от 0,2 радиуса шайбы до точки касания с дугой сегмента.

В результате проходное отверстие выполнено с плавно изменяющейся площадью живого сечения, что позволяет обеспечить более высокую регулирующую способность устройства за счет того, что закономерности изменения площади живого сечения проходного отверстия и расхода среды через него в этом случае близки по характеру.

Пределы размеров проходного отверстия обусловлены следующим. Нижний предел высоты сегмента (0,2 радиуса шайбы) объясняется тем, что при меньшем размере высота стрелки совпадет со своим основанием и отверстие не будет выполнено. Превышение высоты более 0,8 радиуса шайбы приведет к невозможности перекрывания отверстия сплошной частью шайбы.

Основание стрелки сегмента смещено от центра шайбы на 0,2 радиуса для того, чтобы между отверстиями шайб в закрытом положении не было перехлеста отверстий. Если этого смещения не будет, то произойдет перехлест отверстий, что повлечет за собой невозможность закрывания проходного отверстия. Превышение верхнего размера смещения основания стрелки сопряжено с тем, что отверстие будет выполнено без плавного изменения площади живого сечения и эффект улучшения регулирующей способности не будет достигнут.

Одна половина хорды сегмента образована дугой вписанного сектора с центром, лежащим на диаметре шайбы для того, чтобы обеспечить плавное изменение площади сечения отверстия и по возможности более плавной регулировки расхода воды. Если радиус сектора будет меньше или равен 0,2 радиуса шайбы, то хорда будет в виде прямой линии, что не позволит получить эффект плавного изменения площади живого сечения. Если радиус сектора будет выходить за точку касания с дугой сегмента, то образованное отверстие выйдет за пределы шайбы и отверстие не сможет быть использовано по своему назначению.

В результате предложенная конструкция сменного клапанного узла позволяет обеспечить плавное изменение расхода среды, проходящей через отверстие.

На фиг. 1 представлен сменный клапанный узел, который состоит из корпуса 1, снабженного неподвижной обоймой 2 с посадочным гнездом для неподвижного шайбы 3, в которой выполнено проходное отверстие 4. В полости неподвижной обоймы 2 размещен шток 5, имеющий возможность поворота на 180^o, снабженный обоймой с посадочным гнездом для подвижной шайбы 6, в которой выполнено проходное отверстие 7. Запорный элемент из набора неподвижной шайбы 3 и подвижной шайбы 6 поджат упругой прокладкой 8.

Для обеспечения неподвижного закрепления шайбы 6 посадочное место штока 5 выполнено в виде круга с выступами в виде сегментов, хорды которых параллельны, а шайба 6 выполнена со срезами в виде сегментов, хорды которых параллельны хордам сегментов проходных отверстий.

На фиг. 2. представлены сечения А-А и В-В на фиг. 1. Запорный элемент состоит из двух шайб 3 и 6, одна из которых является неподвижной и установлена в неподвижную обойму, а другая - подвижна, т. к. установлена в обойму штока, имеющего возможность поворота на 180^o. Шайбы прижимаются друг к другу упругой кольцевой прокладкой, опирающейся с одной стороны по контуру на периферийную часть неподвижной обоймы корпуса, а с другой - на посадочное гнездо вентиля.

Проходные отверстия шайб 3 и 6 выполнены в виде сегмента высотой h от 0,2 до 0,8 радиуса шайбы. Основание стрелки дуги s сегмента смещено от центра О шайбы на расстояние от 0,2 до 0,8 радиуса R шайбы, одна половина хорды l сегмента образована дугой вписанного сектора с центром О₁, лежащим на диаметре шайбы, параллельном хорде l сегмента. Радиус R' сектора имеет размер от 0,2 радиуса шайбы до точки касания А с дугой сегмента.

Устройство работает следующим образом.

В закрытом положении проходные отверстия шайб 3 и 6 не совпадают и вода не поступает. При повороте штока 5 закрепленная в обойме подвижная шайба 6 получает вращательное движение относительно своего центра. При этом отверстия шайб 3 и 6 совмещаются, постепенно увеличивая или уменьшая площадь живого сечения. Это позволяет обеспечить более плавное изменение расхода среды, проходящей через отверстие.

Источники информации
1. Кожинов И. В. Снижение потерь воды в жилых зданиях. М. : Стройиздат, 1985, с. 21.

2. Репин Н. Н. , Шопенский Л. А. Санитарно-технические устройства и газоснабжение зданий. М. : Стройиздат, 1974, с. 16.

3. Боярский В. М. Сменный клапанный узел. АС СССР 1634912, F 16 К 1/16, Е 03 С 1/04.

Изобретение относится к санитарно-технической арматуре для систем водоснабжения и предназначено для экономии расхода воды. Сменный клапанный узел содержит размещенный в гнезде арматуры корпус с раствором из набора подвижной и неподвижной плоских шайб. В каждой из шайб выполнено проходное отверстие. Шайбы опираются на упругую прокладку. Поворотный шток привода герметизирован уплотнительными кольцами. Проходное отверстие плоских шайб выполнено в виде сегмента высотой от 0,2 до 0,8 радиуса шайбы. Основание стрелки дуги сегмента смещено от центра шайбы на расстояние от 0,2 до 0,8 радиуса шайбы. Одна половина хорды сегмента образована дугой вписанного сектора с центром, лежащим на диаметре шайбы, параллельном хорде сегмента. Радиус сектора составляет от 0,2 радиуса шайбы до точки касания с дугой сегмента. Изобретение позволяет обеспечить более высокую регулирующую способность устройства за счет выполнения проходного отверстия с плавно изменяющейся площадью живого сечения. 2 ил.

Сменный клапанный узел, содержащий размещенный в гнезде арматуры корпус с затвором из набора подвижной и неподвижной плоских шайб с проходными отверстиями, опирающихся на упругую прокладку, и поворотный шток привода, герметизированный уплотнительными кольцами, отличающийся тем, что проходное отверстие выполнено в виде сегмента высотой от 0,2 до 0,8 радиуса шайбы, при этом основание стрелки дуги сегмента смещено от центра шайбы на расстояние от 0,2 до 0,8 радиуса шайбы, а одна половина хорды сегмента образована дугой вписанного сектора с центром, лежащим на диаметре шайбы, параллельном хорде сегмента, причем радиус сектора составляет от 0,2 радиуса шайбы до точки касания с дугой сегмента.