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. Согласно изобретению проходные отверстия подвижной и неподвижной плоских шайб выполнены с плавно изменяющимся сечением в виде фигуры, имеющей периферийную дугу с радиусом R₀ из центра шайбы от точки, лежащей на луче, выходящем из центра шайбы и отстоящем от диаметра на угол ϕ₀, который составляет от 0 до π, до точки пересечения с диаметром шайбы на расстоянии (π-ϕ₀), при этом радиус R₀ периферийной дуги составляет от 0.2 до 0.8 радиуса шайбы, выпуклая дуга выполнена с радиусом r₁ из центра, лежащего на диаметре шайбы на расстоянии от R₀/2 до R₀ от центра шайбы, от точки пересечения периферийной дуги с диаметром шайбы до пересечения с диаметром шайбы, при этом длина радиуса R₁ составляет от 0 до R₀/2, вогнутая дуга выполнена с радиусом R₂ из центра, лежащего на диаметре шайбы зеркально противоположно центру выпуклой дуги относительно центра шайбы, от точки пересечения выпуклой дуги с диаметром шайбы до пересечения с лучом, при этом длина радиуса R₂ составляет от R₂/2 до R₀, вогнутая и периферийная дуги сопряжены между собой дугой вписанной окружности.

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 длины радиуса дуги периферийной части (0,2 радиуса шайбы) объясняется тем, что при меньшем размере получаемое отверстие не будет выполнять свои функции в качестве детали санитарно-технической арматуры для систем водоснабжения (фиг.1). Кроме того, в этом случае при расположении отверстий обеих шайб диаметрально противоположно друг другу получается очень маленький зазор между выгнутой частью отверстия одной шайбы и выпуклой частью отверстия другой шайбы, что не обеспечивает перекрывание потока воды.

Превышение длины радиуса периферийной части отверстия более 0,8 от радиуса диска приведет к тому, что на подвижном диске, выполненном со срезанными сегментами для установки в обойме штока, отверстие выполнено не будет (фиг.2). Вследствие этого исключается функциональное взаимодействие подвижного и неподвижного дисков.

Диапазон изменения угла наклона ϕ₀ между лучом, выходящим из центра окружности и ее диаметром от 0 до π обусловлен следующим: при ϕ₀= 0 в положении "закрыто" выпуклая часть отверстия одной шайбы пересекается с вогнутой частью отверстия другой шайбы, что не позволяет закрыть проходное отверстие (фиг.3).

При угле ϕ₀, равном или больше π, отверстие не может быть построено.

Длина радиуса R₁ выпуклой части отверстия обусловлена следующим: при длине радиуса, равной половине радиуса дуги периферийной части отверстия, в положении "закрыто" между смежными линиями шайб нет зазора, что не позволяет перекрыть проходное отверстие (фиг.4).

При длине радиуса R₁=0 выпуклая дуга отверстия не может быть построена. При длине радиуса R₁ больше R₀/2 в положении "закрыто" смежные дуги отверстий пересекаются между собой, что не позволяет закрыть проходное отверстие.

Размещение центра O₁ выпуклой дуги от центра шайбы на расстоянии от R₀/2 до R₀ обосновано тем, что при расположении центра дуг на расстоянии от центра шайбы на R₀/2 или меньше приведет к тому, что смежные дуги двух шайб будут на одной линии или пересекутся, что не позволит обеспечить закрывание проходного отверстия (фиг.5).

При расположении центра выпуклой дуги O₁ на расстоянии, равном длине радиуса периферийной дуги, отверстие построить не представляется возможным.

Вогнутая дуга, образованная радиусом R₂ из центра О₂, сопрягается с выпуклой дугой радиусом R₁ из центра O₁. Основание диапазона размеров аналогично представленному для выпуклой дуги с учетом зеркального расположения центра O₂ (фиг.6).

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

На фиг.7 представлен сменный клапанный узел, который состоит из корпуса 1, снабженного неподвижной обоймой 2 с посадочным гнездом для неподвижной 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.8. представлены сечения А-А и В-В на фиг.7. 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 плоских шайб выполнены с плавно изменяющимся сечением. Периферийная линия отверстия образована дугой с радиусом R₀ из центра О от точки 1, лежащей на луче ОА, отстоящем от диаметра на угол ϕ₀ до точки 2 на длину дуги (π-ϕ₀). При этом радиус дуги R₀ составляет от 0.2 до 0.8 радиуса шайбы R, а угол ϕ₀ составляет от 0 до π/2. Выпуклая часть отверстия образована дугой от точки 2 до точки 3 с радиусом R₁ из центра О₁, лежащего на диаметре на расстоянии от R₀/2 до R₀ от центра О. При этом длина радиуса R₁ составляет от 0 до R₀/2. Вогнутая часть отверстия образована дугой от точки 3 до точки 4, лежащей на луче ОА, с радиусом R₂ из центра O₂, расположенного на диаметре с противоположной стороны от выпуклой части и точки О₁ на расстоянии от R₀/2 до R₀. При этом длина радиуса R₂ составляет от R₀/2 до R₀. Дуга вогнутой части и дуга периферийной части отверстия сопряжены между собой дугой вписанной окружности в точках 4 и 1.

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. Авт. свид. СССР 1634912, F 16 К 1/16, Е 03 С 1/04.

Изобретение относится к области санитарно-технической арматуры для систем водоснабжения. Сменный клапанный узел содержит размещенный в гнезде арматуры корпус из набора подвижной и неподвижной плоских шайб. В каждой шайбе выполнено проходное отверстие, шайбы опираются на упругую прокладку. Поворотный шток привода герметизирован уплотнительными кольцами. Проходные отверстия подвижной и неподвижной плоских шайб выполнены с плавно изменяющимся сечением в виде фигуры, имеющей периферийную дугу с радиусом R₀ из центра шайбы от лежащей на луче точки до точки пересечения с диаметром шайбы на расстоянии (π-ϕ₀). Упомянутый луч выходит из центра шайбы и отстоит от диаметра на угол ϕ₀. Последний составляет от 0 до π. Радиус R₀ периферийной дуги составляет от 0,2 до 0,8 радиуса шайбы. Выпуклая дуга выполнена с радиусом R₁ из центра, лежащего на диаметре шайбы на расстоянии от R₀/2 от центра шайбы, от точки пересечения периферийной дуги с диаметром шайбы до пересечения с диаметром шайбы. Длина радиуса R₁ составляет от 0 до R₀/2, вогнутая дуга выполнена с радиусом R₂ из центра, лежащего на диаметре шайбы зеркально противоположно центру выпуклой дуги относительно центра шайбы, от точки пересечения выпуклой дуги с диаметром шайбы до пересечения с лучом. Длина радиуса R₂ составляет от R₀/2 до R₀. Вогнутая и периферийная дуги сопряжены между собой дугой вписанной окружности. Изобретение позволяет обеспечить более высокую регулирующую способность устройства за счет плавного изменения площади живого сечения проходного отверстия запорного элемента. 9 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 проходные отверстия подвижной и неподвижной шайб выполнены в виде фигуры, имеющей периферийную дугу с радиусом R₀ из центра шайбы от точки, лежащей на луче, выходящем из центра шайбы и отстоящем от диаметра на угол ϕ₀, который составляет от 0 до π, до точки пересечения с диаметром шайбы на расстоянии (π-ϕ₀), при этом радиус R₀ периферийной дуги составляет от 0,2 до 0,8 радиуса шайбы, выпуклая дуга выполнена с радиусом R₁ из центра, лежащего на диаметре шайбы на расстоянии от R₀/2 до R₀ от центра шайбы, от точки пересечения периферийной дуги с диаметром шайбы до пересечения с диаметром шайбы, при этом длина радиуса R₁ составляет от 0 до R₀/2, вогнутая дуга выполнена с радиусом R₂ из центра, лежащего на диаметре шайбы зеркально противоположно центру выпуклой дуги с диаметром шайбы до пересечения с лучом, при этом длина радиуса R₂ составляет от R₀/2 до R₀, вогнутая и периферийная дуги сопряжены между собой дугой вписанной окружности.