СМЕННЫЙ КЛАПАННЫЙ УЗЕЛ Российский патент 2004 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 проходным отверстием в виде сегмента, одна половина хорды которой образована дугой вписанного сектора, опирающихся на упругую прокладку, поворотный шток привода [3].

Недостатком прототипа является то, что регулирующая способность сменного клапанного узла используется не полностью. Это объясняется тем, что наличие одинаковых отверстий на обеих шайбах не позволяет осуществлять выбор способа регулировки для различных гидравлических условий. Например, экспериментально установлено, что для условий повышенных напоров для первых этажей многоэтажных зданий целесообразно изменять проходное отверстие при расположении вписанного сегмента в первом квадранте, а для пониженных напоров наоборот. Прототип исключает возможность изменения направления регулировки площади проходного отверстия.

В основу изобретения поставлена задача создать устройство, которое позволило бы повысить регулирующую способность сменного клапанного узла при различных гидравлических условиях и обеспечить возможность изменения направления регулировки площади проходного отверстия.

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 плоской неподвижной шайбы 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. Проходное отверстие плоской подвижной шайбы выполнено в виде полукруга с радиусом от 0,2 до 0,8 радиуса шайбы, при этом центр полукруга смещен от центра шайбы на расстояние от 0,2 до 0,8 радиуса шайбы.

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 неподвижной шайбы 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 плавную регулировку 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.

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

Центр полукруга смещен 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 радиуса сопряжено с тем, что отверстие будет выполнено без плавного изменения площади живого сечения и эффект улучшения регулирующей способности не будет достигнут.

В результате предложенная конструкция сменного клапанного узла позволяет обеспечить плавное изменение расхода среды, проходящей через отверстие. Особенностью заявляемого технического решения является то, что различное расположение внутреннего сегмента позволяет использовать вентильную головку для различных гидравлических условий, например для условия нижних и верхних этажей многоэтажных зданий.

На фиг.1 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°, 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 и 3 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°. 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.

Проходное отверстие неподвижной шайбы 3 выполнено в виде сегмента высотой h. Высота h находится в соотношении с радиусом шайбы R 0,2R<h<0,8R. Основание О₂ стрелки дуги "S" сегмента смещено от центра О шайбы на расстояние в соотношении с радиусом R шайбы: от 0,2R<О-О₂<0,8R. Одна половина хорды сегмента образована дугой вписанного сектора с центром O₁, лежащим на диаметре шайбы, параллельном хорде l сегмента. Радиус R^/ сектора имеет размер от 0,2 радиуса R шайбы до касания с дугой сегмента.

Проходное отверстие подвижной шайбы 6 выполнено в виде полукруга с радиусом r, имеющим размер относительно радиуса R шайбы: 0,22R<r<0,8R. Центр О₃ полукруга смещен от центра О шайбы на расстояние в соотношении с радиусом R шайбы: 0,2R<О-О₃< 0,8R.

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. Свинцов А.П., Мукарзель С.А. Сменный клапанный узел. Патент РФ №2178851, МКИ 7 F 16 К 3/08 27.01.2002. Бюл. №3.

Изобретение относится к области санитарно-технической арматуры для систем водоснабжения. Сменный клапанный узел содержит размещенный в гнезде арматуры корпус с затвором из набора подвижной и неподвижной плоских шайб с проходными отверстиями. Шайбы опираются на упругую прокладку. Поворотный шток привода герметизирован уплотнительными кольцами. Проходное отверстие неподвижной плоской шайбой 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. Проходное отверстие подвижной плоской шайбы выполнено в виде полукруга с радиусом большим, чем 0,2 R, и меньше, чем 0,8R. Центр полукруга смещен от центра шайбы на расстояние меньшее, чем 0,2R, и больше, чем 0,8R, где R - радиус шайбы. Изобретение направлено на повышение регулирующей способности сменного клапанного узла при различных гидравлических условиях и на обеспечение возможности изменения направления регулировки площади проходного отверстия. 3 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, проходное отверстие неподвижной плоской шайбы 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, отличающийся тем, что проходное отверстие подвижной шайбы выполнено в виде полукруга с радиусом от 0,2R<r<0,8R, при этом центр О₃ полукруга смещен от центра О шайбы на расстояние 0,2R<O-О₃<0,8R, где R - радиус шайбы.