ПОЖАРНЫЙ ГИДРАНТ ПОДЗЕМНОГО ТИПА Российский патент 2002 года по МПК E03B9/08 

Изобретение относится к техническим средствам водоснабжения, в частности к устройствам, предназначенным для забора воды из водопроводной сети с целью пожаротушения и для хозяйственных нужд, и может быть использовано в водопроводных сетях, оборудованных пожарными гидрантами подземного типа.

Известны пожарные гидранты упрощенного, так называемого ленинградского типа, включающие устанавливаемую на пожарной подставке колонку с закрепленной в ней гайкой, вертикальный стержень с резьбой, входящим в гайку, и шаровой клапан, запирающий колонку [см. Н.Н. Абрамов, Н.Н. Гениев, В.И. Павлов: Водоснабжение. Госстройиздат, М. , 1958, с. 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 шаровой клапан, открывая отверстие в колонке и пропуская воду из магистрали к патрубкам стендера. Основным достоинством таких пожарных гидрантов является простота их конструкции и отсутствие больших усилий при перекрывании гидранта.

Однако решения-аналоги обладают рядом серьезных недостатков, ограничивающих их применение в современных городских водопроводных сетях. Закрытие такого пожарного гидранта осуществляется за счет положительной плавучести шарика клапана при подъеме стержня гидранта. Это не позволяет применять такие гидранты при их проходных сечениях более 75 мм, т.е. при больших расчетных расходах воды через гидрант, требуемых при тушении значительного пожара. Увеличить же размер шарика не позволяет малая прочность легкого материала шарика. Конструкция решений-аналогов не исключает резкого изменения скорости жидкости в гидранте при срыве шарика, что является причиной возникновения разрушительных гидравлических ударов [см. вышеуказанный источник, с.125]. Весьма серьезным недостатком решений-аналогов является крепление гидранта к пожарной подставке при помощи фланцевого соединения. 4...8 болтов, которыми колонка гидранта крепится к пожарной подставке, в неблагоприятной среде смотрового колодца, в котором находится гидрант, быстро окисляются, их натяжение ослабляется, и герметичность фланцевого соединения нарушается. Снятие такого гидранта с пожарной подставки, например, для ремонта становится невозможным без срубания головок болтов. При этом время выполнения такой операции в тесном смотровом колодце порой занимает несколько часов.

Недостатки решения-аналога частично устранены в пожарном гидранте подземного типа, включающем устанавливаемую на пожарной подставке колонку, проходящий внутри нее вертикальный стержень, гайку и шаровой клапан [см. учебник для вузов Абрамов Н.Н. "Водоснабжение", М., Стройиздат, 1974, с. 129-130]- прототип.

Проходное сечение таких гидрантов благодаря конструктивным особенностям шарового клапана составляет, как правило, 125 мм. Однако недостатки решений-аналогов, связанные с возможностью возникновения гидравлического удара при открывании и закрывании гидранта, а также и со снятием гидранта с пожарной подставки в связи с ремонтными работами, решение-прототип не устраняет. Так, большее проходное сечение гидранта, чем у аналога определяет и более резкое изменение расхода воды через гидрант при отрыве шарового клапана от поверхности седла клапана или при посадке клапана на седло, а более массивная конструкция гидранта определяет увеличение времени на срубание стягивающих фланцевое соединение более массивных болтов. Кроме того, не подлежащие к повторному использованию крепежные детали такого гидранта являются дорогими и дефицитными.

Задачей предлагаемого изобретения является исключение отмеченных недостатков, а именно конструктивное исключение возникновения гидравлического удара при пользовании гидрантом и сокращение времени выполнения операции по снятию гидранта с пожарной подставки, а также сокращение расходов по эксплуатации гидрантов, связанных с пополнением крепежных деталей.

Технический результат достигается тем, что в известном пожарном гидранте подземного типа, включающем устанавливаемую на пожарной подставке колонку, проходящий внутри нее вертикальный стержень, гайку и шаровой клапан, введены дополнительные узлы и детали и изменены связи между узлами, состоящие в том, что стержень выполнен с резьбой и входит в гайку, расположенную в колонке с возможностью вертикального перемещения, к которой снизу прикреплен шаровой клапан, в гидрант дополнительно введены противоударное кольцо, наружная и внутренняя втулки и защитное кольцо, при этом противоударное кольцо выполнено в виде втулки высотой, соответствующей шагу резьбы гайки гидранта, и установлено на верхней поверхности шарового клапана соосно с ним с зазором по отношению к внутренней поверхности колонки гидранта, а верхний торец противоударного кольца имеет наружную фаску, наружная втулка своим верхним торцом прикреплена к колонке гидранта, внутренняя втулка своим нижним торцом прикреплена к пожарной подставке, причем внутренний диаметр наружной втулки соответствует наружному диаметру внутренней втулки, наружный диаметр наружной втулки соответствует наружному диаметру колонки гидранта, между втулками размещены по крайней мере две шпонки, выполненные гибкими, имеющими клиновидную форму в плане, с выступом на широком конце, в средней части втулок на наружной поверхности внутренней втулки и на внутренней поверхности наружной втулки выполнены расположенные друг против друга ответные под шпонки кольцевые канавки прямоугольной формы, в корпусе наружной втулки в местах расположения кольцевых канавок проделаны окна для ввода шпонок в канавки, длина шпонки соответствует длине окружности кольцевой канавки, причем на наружной поверхности внутренней втулки по обе стороны от кольцевых канавок под шпонки на концах втулки образованы кольцевые канавки под уплотнительные кольца, а защитное кольцо выполнено в виде эластичного обода шириной, соответствующей расстоянию между крайними кольцевыми канавками под шпонки, и диаметром, соответствующим наружному диаметру наружной втулки.

Идея изобретения заключается в конструктивном выполнении гидранта, обеспечивающем за счет размещения на поверхности шарового клапана противоударного кольца последовательное поэтапное изменение площади проходного сечения колонки гидранта при открывании/закрывании шарового клапана, чем исключается резкое изменение скорости потока жидкости в колонке, являющееся причиной возникновения гидравлического удара. Соединение же колонки гидранта с пожарной подставкой быстросъемными шпонками, защищенными от коррозии защитным кольцом, обеспечивает исключение трудоемкой операции срубания крепежных болтов при ремонтах гидранта и экономит время и средства на эксплуатацию гидрантов.

Покажем существенность отличительных признаков.

Введение в состав пожарного гидранта наружной и внутренней втулок с размещенными между ними по крайней мере двумя шпонками, выполнение на наружной поверхности внутренней втулки и на внутренней поверхности наружной втулки прямоугольных в плане кольцевых канавок под шпонки и проделывание в корпусе наружной втулки окон для ввода в канавки шпонок является новым для пожарных гидрантов решением. Оно обеспечивает возможность соединения колонки гидранта с пожарной подставкой без применения расходуемых при рассоединении гидранта с пожарной подставкой болтов и гаек. При этом выполнение шпонок гибкими, клиновидными в плане и длиной, соответствующей длине окружности кольцевой канавки, обеспечивает возможность легкого ввода шпонки в кольцевую канавку через окно в корпусе наружной втулки, в частности путем постукивания по торцу широкого конца шпонки молотком. Выполнение же шпонки с выступом на ее широком конце обеспечивает выбивание шпонки из канавки при разъединении соединения гидранта с пожарной подставкой. Использование не менее двух шпонок обеспечивает прочность соединения и исключает смятие ребер шпонки при знакопеременных радиальных нагрузках, испытываемых гидрантом. (При использовании всего одной шпонки вследствие зазора между наружной и внутренней втулками произошло бы смятие ребер шпонки, и образовался бы нежелательный люфт в соединении. При относительно большой длине гидранта момент, создаваемый боковой силой, приложенной к присоединенному к гидранту стендеру, оказывается весьма значительным).

Выполнение наружной втулки с диаметром, соответствующим диаметру колонки гидранта, и прикрепление наружной втулки к колонке гидранта, а внутренней втулки - к пожарной подставке является новым решением. Оно обеспечивает максимальную прочность соединения при сохранении габаритов пожарного гидранта.

Выполнение кольцевых канавок для уплотнительных колец на наружной поверхности внутренней втулки по обе стороны от канавок для шпонок является новым для гидрантов решением. Оно обеспечивает герметичность соединения при одновременной защите шпонок от воздействия как водопроводной воды (верхнее уплотнение), так и от воздействия грунтовых вод (нижнее уплотнение). Кроме того, выполнение канавок на внутренней втулке обеспечивает удобство установки уплотнительных колец перед соединением гидранта с пожарной подставкой.

Установка противоударного кольца на верхней поверхности шарового клапана соосно с ним и с зазором по отношению к внутренней поверхности колонки гидранта и выполнение кольца в виде втулки с наружной фаской на верхнем торце является новым для пожарных гидрантов решением. Оно обеспечивает плавность изменения скорости потока воды через гидрант при его закрывании и открывании. При этом выбор зазора и высоты противоударного кольца, соответствующими шагу резьбы гайки гидранта, обеспечивает плавность изменения скорости потока на самом критическом для возникновения гидравлического удара участке кривой зависимости изменения расхода воды от положения шарового клапана - при отрыве клапана от седловой поверхности и посадке клапана на седловую поверхность.

Введение в состав гидранта защитного кольца и выполнение его в виде эластичного обода шириной, соответствующей расстоянию между крайними шпоночными канавками, является новым для гидрантов решением. Оно обеспечивает защиту выступов шпонок от воздействия агрессивной среды, чем исключается срезание выступов при выбивании шпонок.

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

Схема устройства пожарного гидранта подземного типа содержит следующие узлы и детали:
1 - колонка гидранта.

2 - вертикальный стержень.

3 - гайка, установленная в колонке с возможностью вертикального перемещения.

4 - шаровой клапан, прикрепленный к гайке 3.

5 - нижний фланец колонки гидранта.

6 - пожарная подставка.

7 -верхний фланец пожарной подставки.

Узлы 1. . .7 характеризуют прототип. Дополнительно к ним в предложенном техническом решении введены дополнительные узлы и детали:
8 - наружная втулка. Она может быть выполнена в виде короткого металлического полого цилиндра, прикрепленного к нижнему фланцу 5 колонки 1 гидранта. В случае серийного производства предложенных гидрантов наружная втулка 8 может составлять единое целое с нижней частью колонки 1, если она изготовляется способом литья.

9 - внутренняя втулка. Изготовление ее аналогично изготовлению наружной втулки 8. Внутренняя втулка 9 прикреплена к верхнему фланцу 7 пожарной подставки 6 или составляет с ним единое целое.

10 - кольцевые канавки под шпонки на внутренней и наружной поверхностях соответственно наружной втулки 8 и внутренней втулки 9.

11 - кольцевые канавки на наружной поверхности внутренней втулки 9 с уплотнительными кольцами.

12 - окна для ввода в канавки шпонок.

13 - шпонки. Они могут быть изготовлены из сплава ВТ6 или другого гибкого материала. Шпонки имеют небольшую клиновидность для облегчения их ввода в канавки 10. На широком конце шпонки выполнен выступ ("зуб") для упора при выбивании шпонки из окна 12.

14 - защитное кольцо. В простейшем виде представляет собой резиновый обод, надеваемый на наружную втулку 8 после ввода шпонок 13 в окна 12.

15 - противоударное кольцо. Представляет собой короткую втулку, прикрепленную к верхней поверхности шарового клапана 4 соосно с ним. Внешний диаметр кольца 15 выбран таким, чтобы между внутренней поверхностью колонки 1 в месте установки кольца 15 при закрытом клапане 4 и внешней поверхности кольца 15 имелся зазор. Высота кольца 15 выбрана соответствующей шагу резьбы гайки 3 гидранта. Верхний торец кольца 15 скошен наружной фаской. Пожарный гидрант работает следующим образом. В исходном состоянии шпонки 13, уплотнительные и защитное 14 кольца хранятся отдельно от колонки 1. При установке гидранта на пожарную подставку на внутреннюю втулку 9 надевают уплотнительные кольца и вводят их в кольцевые канавки 11. Накидывают на пожарную подставку 6 защитное кольцо 14. Затем опускают на пожарную подставку 6 колонку гидранта 1, надевая на внутреннюю втулку 9 наружную втулку 8. После того вводят через окна 12 в кольцевые канавки 10 шпонки 13. После того, как шпонки 13 введены полностью, на наружную втулку надевают защитное кольцо 14 до закрытия им окон 12. Демонтаж гидранта и пожарной подставки производят в обратном порядке.

При открывании гидранта вращают стержень 2. При этом гайка 3, входящая в резьбовую часть стержня 2, передвигается вниз. Вода из пожарной подставки устремляется через зазор между кольцом 15 и корпусом колонки 1 во внутреннюю полость гидранта. В отличие от решения-прототипа, не имеющего указанного противоударного кольца 15, при открывании клапана 4 в предложенном решении обеспечивается плавное увеличение проходного сечения, а именно при дальнейшем опускании клапана 4 указанный зазор увеличивается за счет фаски на внешней поверхности противоударного кольца 15. Тем самым исключается возникновение гидравлического удара. В решении - прототипе происходит же следующее. В закрытом положении клапана 4 последний прижат давлением воды к седловой поверхности. Вращением стержня 2 создается усилие, отрывающее клапан 4 от его седловой поверхности. Но при этом за счет резкого увеличения проходного сечения клапана (из-за большой площади контактной поверхности в седле клапана) последний, будучи прикрепленным к гайке 3, бьет по резьбовому соединению гайки 3 со стержнем 2, разбивая резьбу. В предложенном решении это не случается, так как проходное сечение увеличивается плавно, постепенно, чем обеспечивает увеличение ресурса гидранта.

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 задаче изобретения: конструктивное исключение возникновения гидравлического удара при пользовании гидрантом и сокращение времени выполнения операции по снятию гидранта с пожарной подставки, а также сокращение расходов по эксплуатации гидрантов, связанных с пополнением крепежных деталей. Кроме того, реализация предложенного технического решения отвечает целям ресурсосберегающих технологий, так как не требует использования редких и дорогостоящих материалов: латуни, бронзы, нержавеющей стали, хосталена - материалов, применяющихся в пожарных гидрантах зарубежного производства, например в гидрантах модели 93 DN 80/PN 16 фирмы Койлахютте Карушвиц ГмбХ.

Предложение разработано на уровне опытного образца для Государственного унитарного предприятия "Водоканал Санкт-Петербурга", проходящего полномасштабные полевые испытания.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для забора воды из водопроводной сети с целью пожаротушения и для хозяйственных нужд. Технический результат заключается в исключении возникновения гидравлических ударов при пользовании гидрантом и в сокращении времени выполнения операции по снятию гидранта с пожарной подставки, а также в сокращении расходов по эксплуатации гидрантов. Гидрант включает устанавливаемую на пожарной подставке колонку, гайку, вертикальный стержень с резьбой, входящий в гайку, шаровой клапан, противоударное кольцо, выполненное в виде втулки, высотой, соответствующей шагу резьбы гайки гидранта, наружную и внутреннюю втулки и защитное кольцо, причем наружная втулка своим верхним торцом прикреплена к колонке гидранта, внутренняя втулка своим нижним торцом прикреплена к пожарной подставке, между втулками размещены по крайней мере две шпонки, выполненные гибкими, имеющими клиновидную форму в плане, с выступом на широком конце. В средней части втулок на наружной поверхности внутренней втулки и на внутренней поверхности наружной втулки выполнены расположенные друг против друга ответные под шпонки кольцевые канавки прямоугольной формы. В корпусе наружной втулки в местах расположения кольцевых канавок проделаны окна для ввода шпонок в канавки, а длина шпонки соответствует длине окружности кольцевой канавки. Защитное кольцо выполнено в виде эластичного обода шириной, соответствующей расстоянию между крайними кольцевыми канавками под шпонки, и диаметром, соответствующим наружному диаметру наружной втулки. 1 ил.

Пожарный гидрант подземного типа, включающий устанавливаемую на пожарной подставке колонку, проходящий внутри нее вертикальный стержень, гайку и шаровой клапан, отличающийся тем, что стержень выполнен с резьбой и входит в гайку, расположенную в колонке с возможностью вертикального перемещения, к которой снизу прикреплен шаровой клапан, в гидрант дополнительно введены противоударное кольцо, наружная и внутренняя втулки и защитное кольцо, при этом противоударное кольцо выполнено в виде втулки, высотой, соответствующей шагу резьбы гайки гидранта, и установлено на верхней поверхности шарового клапана соосно с ним с зазором по отношению к внутренней поверхности колонки гидранта, а верхний торец противоударного кольца имеет наружную фаску, наружная втулка своим верхним торцом прикреплена к колонке гидранта, внутренняя втулка своим нижним торцом прикреплена к пожарной подставке, причем внутренний диаметр наружной втулки соответствует наружному диаметру внутренней втулки, наружный диаметр наружной втулки соответствует наружному диаметру колонки гидранта, между втулками размещены по крайней мере две шпонки, выполненные гибкими, имеющими клиновидную форму в плане, с выступом на широком конце, в средней части втулок на наружной поверхности внутренней втулки и на внутренней поверхности наружной втулки выполнены расположенные друг против друга ответные под шпонки кольцевые канавки прямоугольной формы, в корпусе наружной втулки в местах расположения кольцевых канавок проделаны окна для ввода шпонок в канавки, длина шпонки соответствует длине окружности кольцевой канавки, причем на наружной поверхности внутренней втулки по обе стороны от кольцевых канавок под шпонки на концах втулки образованы кольцевые канавки под уплотнительные кольца, а защитное кольцо выполнено в виде эластичного обода шириной, соответствующей расстоянию между крайними кольцевыми канавками под шпонки, и диаметром, соответствующим наружному диаметру наружной втулки.