ВЕНТИЛЬНАЯ ГОЛОВКА Российский патент 2004 года по МПК F16K3/08 

Изобретение относится к водоразборной сантехнической арматуре и предназначено для перекрытия воды, а также плавного изменения ее расхода при минимально допустимом уровне шума во всем диапазоне изменения расхода и рабочего давления.

Известна вентильная головка с керамическими запорными элементами (патент РФ №2074995, кл. F 16 К 3/08 от 13.07.1995), содержащая корпус с осевым отверстием и наружной резьбой для закрепления в посадочном месте арматуры. Ниже в стенке корпуса выполнены окна для прохода рабочей среды. В осевом отверстии корпуса установлен приводной пластмассовый шток. Средняя часть штока выполнена в виде гладкого цилиндрического участка, диаметр которого меньше диаметра нижней части штока, но превышает диаметр верхней части на величину 0,02-0,4 диаметра наружной резьбы. Уплотнительные кольца установлены в средней части с предварительным натягом и возможностью осевого перемещения. Верхний поворотный керамический диск смонтирован с возможностью взаимодействия с нижней частью поворотного штока. Нижний керамический диск закреплен в корпусе неподвижно. Кроме того, на верхней части приводного штока установлен переходник с выступом, взаимодействующим с упором при повороте штока. Маховик крепится на квадратной части переходника, выполненного из пластмассы. Торцевое резиновое уплотнение выполнено с плоской поверхностью, примыкающей к седлу крана или смесителя.

Эта головка имеет следующие недостатки.

Малая площадь кольцевой упорной поверхности штока, прижимающегося к соответствующей внутренней поверхности корпуса вентильной головки. Это приводит при повышенных значениях рабочего давления или при избыточном сжатии торцевого уплотнения к смятию и осадке торцевой поверхности пластмассового штока. Уплотнительные кольца на штоке несколько утончены и после длительной эксплуатации они разбухают, приводя к увеличенному моменту сил, требуемых для проворота штока.

Кроме того, пластмассовый квадрат штока, на который надевается маховик, со временем срезается и вентильная головка становится неуправляемой, при этом относительно высокая крутизна характеристики, связывающая в области нормативных расходов расход воды с углом поворота штока делает регулирующую способность смесителей неудовлетворительной. При транспортировке головки возможно выпадение торцевого уплотнения из корпуса вентильной головки при ее транспортировке.

Самый же существенный недостаток этой вентильной головки сводится к недопустимо высокому уровню шума во всем диапазоне изменения расходов.

Известна также вентильная головка с керамическими запорными элементами (Патент РФ №2037713, кл. F 16 К, 16.06.1995), в которой торцевая сторона полого цилиндра из металлической сетки расположена под углом 20-35° к оси цилиндра. Цилиндр установлен в глухом отверстии штока и обращен наклонной торцевой стороной к подвижной шайбе. На подвижной керамической шайбе выполнены два симметрично расположенных выступа, в корпусе - две симметрично расположенные ответные прорези для выступов. На не контактирующих друг с другом торцах керамических шайб выполнены фаски. Ограничитель на штоке выполнен в виде радиально закрепленного штифта, предотвращающего осевое перемещение штока. Втулка одним концом надета на корпус, а в другом ее конце выполнена расточка, в которой размещена уплотнительная прокладка.

К недостаткам этой головки следует отнести следующее. Вентильная головка снабжена с нижней части насадком, из-за которого в набортных смесителях моек и умывальников не обеспечивается нормативный расход воды. Кроме того, резиновое уплотнительное кольцо, уложенное во внутреннюю полость насадки в пределах выступов неподвижной керамической пластины, не ограничивается в горизонтальном направлении стенками корпуса вентильной головки по всему периметру. Поэтому при повышенных рабочих давлениях часть резинового кольца выдавливается и нарушается герметичность вентильной головки. Шумоподавляющее устройство, выполненное в виде полого цилиндра из металлической сетки, в области открытий, обеспечивающих нормативные расходы воды, не уменьшает кавитационный шум, а снижает шум только при максимальных открытиях вентильной головки. Кроме того, металлическая сетка задерживает механические частицы, поступающие с водой из водопроводных труб. Они скапливаются в отверстиях керамических пластин, что приводит к поломке этих пластин.

Известна также вентильная головка с устройством подавления кавитационного шума (заявка Франции №2180744, кл. F 16 К, 1973). Она является наиболее близкой по технической сущности к описываемой вентильной головке и принимается за прототип.

Эта вентильная головка содержит корпус с прямоугольным окном в его цилиндрической стенке, ширина которого в сечении по углу меньше 180°. Герметичность по штоку обеспечивается резиновым уплотнительным кольцом, размещенным в кольцевой канавке прямоугольного сечения, выполненной на цилиндрической поверхности штока. Шток снабжен также антифрикционной шайбой и жестко связан с подвижной керамической шайбой через водило. Неподвижная керамическая шайба поджимается к подвижной керамической шайбе с помощью эластичного резинового кольца, служащего также в качестве торцевого уплотнения. В нижней части водила на его боковой поверхности выполнено углубление, которое соединяет рабочее окно керамического затвора с боковым отверстием в стенке корпуса.

При этом на цилиндрической поверхности водила от одного края углубления выполнены три продольные канавки равной длины. Благодаря малой величине зазора между водилом и стенкой корпуса в области малых открытий керамического затвора жидкость дополнительно дросселируется, протекая через боковые канавки водила. Это приводит к повышению давления в углублении водила, в которое попадает струя жидкости из рабочего окна керамического затвора, и кипения жидкости с выделением паровых пузырьков не происходит, следовательно, не происходит их схлопывание дальше по потоку, при этом исключается и кавитационный шум.

К недостаткам этого прототипа следует отнести неадаптированность конструкции к российским условиям и стандартам, вероятность быстрого износа уплотнения штока и сравнительно невысокая регулирующая способность (зависимость скорости нарастания потока жидкости от угла открытия вентиля) из-за ограниченного диапазона углов поворота штока и сегментообразной формы отверстий в керамических пластинах.

Задачей изобретения является улучшение технологических показателей и эксплуатационных характеристик вентильных головок с керамическими запорными элементами, среди которых следует отметить следующее:

- обеспечение нормативных расходов во всех типах смесителей и водоразборных кранов,

- герметичность перекрытия воды во всем диапазоне рабочих давлений,

- малое усилие поворота штока вентильной головки,

- обеспечение плавного поворота штока (без заеданий),

- обеспечение хорошей регулирующей способности,

- обеспечение низкого уровня шума при всех нормативных рабочих давлениях и расходах воды,

- увеличение срока службы уплотнения штока,

- обеспечение удобства монтажа как в новых, так и в старых конструкциях смесителей и кранов.

Указанная задача решается за счет того, что вентильная головка содержит корпус с наружной резьбой и контргайкой с уплотнительным кольцом для крепления в гнезде арматуры и с выполненной ниже резьбы трубчатой стенкой с окном для выхода рабочей жидкости, расположенный в корпусе шток с радиальным выступом в нижней части, уплотнительным кольцом и антифрикционной шайбой, жестко связанный с подвижной керамической шайбой с помощью водила, неподвижную керамическую пластину и поджимающее ее снизу эластичное торцевое уплотнение, при этом корпус на участке между верхним торцом подвижной керамической пластины и резьбой выполнен с одним прямоугольным окном шириной 180° по окружности, а нижняя и верхняя части корпуса связаны полуцилиндрической трубчатой стойкой, причем центральное отверстие под шток в корпусе выполнено ступенчатым, через ступень большего диаметра которого свободно проходит выступ на нижней части штока, а через ступень малого диаметра этот выступ проходит только через часть, вырезанную под окно, при этом при повороте штока его выступ упирается в ребро стенки корпуса в области ступени малого диаметра с возможностью ограничения угла поворота штока.

Кроме того, на нижней стенке водила может быть выполнен вырез, в центре которого образована опора в виде выступа, наружная часть которого в сечении выполнена полукруглой и углублена внутрь. В сочетании с верхней плоскостью подвижной керамической пластины и внутренней полуцилиндрической трубчатой поверхностью стойки корпуса он обеспечивает гидравлическое сопротивление потоку, при котором в полости водила после рабочего окна керамического затвора создается давление, не позволяющее струе жидкости закипать, сжимая силу кавитационного шума. В подвижной керамической пластине отверстие для прохода жидкости может быть выполнено сегментообразным с отвесными стенками, а в подвижной керамической пластине - каплеобразным с отвесными стенками вдоль края подвижной керамической пластины и плавно скругленными со стороны центра этой пластины. Кольцевая канавка под эластичное уплотнительное кольцо на штоке в сечении может быть выполнена с расходящимися под углом стенками с плавным переходом к дну канавки и ее поверхность покрыта защитным слоем, например, тефлона, эмали или лака. На нижней части внутренней цилиндрической поверхности корпуса может быть выполнена кольцевая проточка под расположенную в ней часть торцевого эластичного уплотнения с возможностью образования замка для ограничения осевого перемещения наружу штока и связанных с ним деталей при транспортировке, монтаже и демонтаже вентильной головки, а торцевое эластичное уплотнение выполнено с осевым отверстием, диаметр которого равен удвоенному радиусу сегментного отверстия в подвижной керамической пластине, меньший наружный диаметр кольцевой канавки равен наружному диаметру керамических пластин, средний наружный диаметр, расположенный выше кольцевой канавки, равен диаметру кольцевой проточки на внутренней цилиндрической поверхности, а больший наружный диаметр - наружному диаметру нижней цилиндрической части корпуса, причем зазор между торцом цилиндрической части корпуса и торцом большого диаметра торцового уплотнения не превышает 0,5 мм в свободном состоянии.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид вентильной головки с керамическими запорными элементами, на фиг.2 - вид В на фиг.1; на фиг.3 - вид А на фиг.1; на фиг.4 - разрез К-К на фиг.3; на фиг.5 - разрез С-С на фиг.1; на фиг.6 - разрез Д-Д на фиг.1; на фиг.7 - сечение Е-Е на фиг.1; на фиг.8 - сечение F-F на фиг.1; на фиг.9 - сечение G-G на фиг.1; на фиг.10 - сечение Н-Н на фиг.1.

Вентильная головка с керамическими запорными элементами состоит из следующих деталей.

В корпусе 1 с выходным отверстием на боковой гладкой цилиндрической поверхности размещены металлический шток 2 с антифрикционной шайбой 3 и уплотнительным эластичным кольцом 4, пластмассовое водило 5, подвижная керамическая шайба 6, неподвижная керамическая шайба 7 и торцевое эластичное уплотнение 8. На наружной части корпуса 1 размещена контргайка 9 и уплотнительное эластичное кольцо 10.

Резьбовая часть корпуса 1 в средней части имеет гладкий цилиндрический участок, на котором размещено эластичное кольцо 10 круглого сечения. Боковое выходное отверстие в корпусе 1 выполнено ступенчатым. Нижняя часть является стенкой запорного органа водила 5, а верхний более глубокий вырез является упорной частью ограничителя поворота штока 2. В нижней части внутренней цилиндрической поверхности корпуса выполнена кольцевая проточка для осевой фиксации торцевого уплотнения 8. В нижней части внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 по образующей выполнена канавка прямоугольного сечения для фиксации от проворота неподвижной керамической шайбы 7, на боковой поверхности которой имеется соответствующий выступ.

Металлический шток 2 в верхней части имеет “квадрат” для зацепления с маховичком и осевую резьбу для фиксации маховичка с помощью винта. Маховичек и винт на чертежах не показаны. В средней утолщенной части штока 2 выполнена кольцевая проточка под уплотнительное кольцо 4. Для исключения непосредственного контакта металлической (латунной) поверхности штока с резьбовой поверхностью уплотнительного кольца 4 рабочая поверхность кольцевой канавки штока покрывается защитным слоем эмали, лака или тефлона. Поскольку технологический процесс нанесения защитного слоя на рабочую поверхность кольцевой канавки прямоугольного сечения представляет определенные сложности, то и канавка в сечении выполняется в виде плавной кривой с наклоненными наружу стенками. Нижняя часть штока 2 имеет прямоугольную форму с выступом в радиальном направлении для обеспечения упора в ребре стенки корпуса 1, ограничивающего угол поворота штока 2. Нижний конец штока 2 является также элементом сцепления с пластмассовым водилом 5.

В верхней части водила 5 выполнено углубление, в которое входит нижняя часть штока 2. В нижней же части водила 5 выполнены два выступа, которые входят в соответствующие пазы подвижной керамической пластины 6, обеспечивая тем самым сцепление этой пластины с водилом 5.

Стенка боковой поверхности нижней части водила 5 имеет вырез сложной конфигурации, который совместно со стенкой цилиндрической поверхности корпуса 1 и верхней плоскостью подвижной керамической пластины 6 создает гидравлическое сопротивление потоку воды, вытекающего из рабочего окна отверстий керамических пластин 6 и 7, обеспечивая давление после рабочего окна керамических пластин, исключающего кавитационный шум при всех углах поворота штока. В средней части выреза в боковой стенке водила 5 выполнен выступ 11, служащий в качестве опоры для подвижной керамической пластины 6. При этом передняя стенка выступа 11 несколько углублена внутрь, чтобы не прерывался поток воды при повороте штока 2 и водила 5, которая предотвращает проседание и наклон подвижной керамической пластины 6.

Подвижная керамическая шайба 6, на боковой цилиндрической поверхности которой выполнены два паза и в которые входят два выступа водила 5, имеет сегментообразное отверстие с вертикальными стенками.

Неподвижная керамическая шайба 7 на боковой поверхности имеет прямоугольный выступ, который входит в соответствующий паз на внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1. Это ограничивает неподвижную керамическую пластину 7 от проворота. Отверстие же для прохода воды в неподвижной керамической пластине выполнено каплеобразным, что обеспечивает в области нормативных расходов воды сравнительно малую крутизну нарастания расхода по мере открытия рабочего окна вентильной головки. Последнее обеспечивает хорошую регулирующую способность смесителей и уменьшает риск появления гидравлического удара. Периферийные стенки этого отверстия выполняются вертикальными, а на внутренних частях отверстия - плавно скругленными для уменьшения гидравлического сопротивления потоку жидкости на входе.

Торцевое эластичное уплотнение 8 с наружной стороны имеет три диаметра: самый малый в середине равен внутреннему диаметру отверстия в корпусе 1, средний по величине равен диаметру кольцевой проточки в нижней части корпуса 1, а большой диаметр уплотнения равен диаметру корпуса 1 вентильной головки в его нижней части. Зазор между торцом корпуса 1 и выступающей частью торцевого уплотнения 8 в свободном состоянии в зависимости от твердости материала уплотнения 8 составляет величину не более 0,5 мм. При посадке торцевой поверхности уплотнения 8 на рабочую поверхность седла водоразборного устройства уплотнение 8 сжимается в осевом направлении. Поверхность, противоположная торцевой поверхности уплотнения 8, прижимается к нижнему торцу корпуса 3 и ограничивает осевое сжатие уплотнения и, следовательно, ограничивает силу трения между керамическими пластинами 6, 7 и подшипника скольжения, в качестве которого служит антифрикционная шайба 3. Уплотнение 8 служит также замком для фиксации деталей, находящихся в корпусе 1 вентильной головки.

Зазор между внутренней стенкой колодца водоразборного устройства, в которое вставляется вентильная головка с одним прямоугольным окном, и наружным диаметром ее нижней трубчатой части должен быть не менее 1,25 мм.

Линейный размер на корпусе 1 вентильной головки с присоединительной резьбой M18×1 от нижнего торца корпуса 1 до начала кольцевой проточки под уплотнительное кольцо 10 равен 21 мм, а ширина кольцевой проточки - 5 мм, а на нижней части резьбы контргайки 9 выполнена фаска под уплотнительное кольцо, при этом нижняя наружная часть выполнена в виде гладкой цилиндрической поверхности, диаметр которой равен диаметру под ключ шестигранника, размещенного в верхней части контргайки.

Контргайка 9 в нижней части имеет цилиндрический участок, который будучи покрыт хромом, является зрительно продолжением корпуса смесителя и хорошо смотрится под юбкой маховичка. Кроме того, шестигранник контргайки 9 находится в ее верхней части, что обеспечивает легкий доступ гаечного ключа при монтаже и демонтаже вентильной головки.

Предлагаемая вентильная головка с керамическими запорными элементами работает следующим образом.

В положении “закрыто”, когда шток 2 повернут до упора (по часовой стрелке - вид сверху), керамические пластины 6 и 7 полностью перекрывают поток воды. При этом фигурный вырез на нижней стенке водила 5 находится напротив цилиндрической стенки корпуса 1 и поэтому проходное сечение фигурного выреза перекрыто.

По мере открытия рабочего окна керамических пластин вентильной головки при повороте штока 2 против часовой стрелки будет плавно открываться рабочее окно, образованное вырезом водила 5, цилиндрической стенкой корпуса 1 и верхним торцом подвижной пластины 6. Благодаря гидравлическому сопротивлению рабочего окна водила в его полости создается давление, предотвращающее закипание жидкости в струе, вытекающей из рабочего окна керамических пластин. Поэтому кавитационный шум не возникает.

По мере поворота подвижной керамической пластины 6 в сторону открытия рабочего окна отсекающая кромка сегментообразного отверстия в подвижной пластине 6 открывает зауженную часть каплеобразного отверстия в неподвижной керамической пластине 7. Постепенно ширина каплеобразного отверстия увеличивается, увеличивается и площадь открытия отверстия керамического затвора. Благодаря этому при полном открытии рабочего окна керамического затвора и рабочего окна водила обеспечивается требуемое максимальное значение расхода жидкости через вентильную головку и сравнительно низкая крутизна приращения расхода в области малых и нормативных расходов. Последнее обеспечивает высокое качество регулирующей способности вентильной головки и снижает риск возникновения гидравлического удара.

Изобретение относится к водоразборной сантехнической арматуре и предназначено для перекрытия воды и плавного изменения ее расхода при минимально допустимом уровне шума во всем диапазоне изменения расхода и рабочего давления. Вентильная головка содержит корпус с наружной резьбой и контргайкой с уплотнительным кольцом для крепления в гнезде арматуры и с выполненной ниже резьбы трубчатой стенкой с окном для выхода рабочей жидкости. В корпусе расположен шток с радиальным выступом в нижней части, уплотнительным кольцом и антифрикционной шайбой. Шток жестко связан с подвижной керамической шайбой с помощью водила. В корпусе расположена неподвижная керамическая пластина и поджимающее ее снизу эластичное торцевое уплотнение. Корпус на участке между верхним торцом подвижной керамической пластины и резьбой выполнен с одним прямоугольным окном шириной 180^о по окружности. Нижняя и верхняя части корпуса связаны полуцилиндрической трубчатой стойкой. Центральное отверстие под шток в корпусе выполнено ступенчатым. Через ступень большего диаметра отверстия свободно проходит выступ на нижней части штока. Через ступень малого диаметра этот выступ проходит только через часть, вырезанную под окно. При повороте штока его выступ упирается в ребро стенки корпуса в области ступени малого диаметра с возможностью ограничения угла поворота штока. Изобретение направлено на улучшение технологических показателей и эксплуатационных характеристик вентильных головок с керамическими запорными элементами. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Вентильная головка, содержащая корпус с наружной резьбой и контргайкой с уплотнительным кольцом для крепления в гнезде арматуры и с выполненной ниже резьбы трубчатой стенкой с окном для выхода рабочей жидкости, расположенный в корпусе шток с радиальным выступом в нижней части, уплотнительным кольцом и антифрикционной шайбой, жестко связанный с подвижной керамической шайбой с помощью водила, неподвижную керамическую пластину и поджимающее ее снизу эластичное торцевое уплотнение, отличающаяся тем, что корпус на участке между верхним торцом подвижной керамической пластины и резьбой выполнен с одним прямоугольным окном шириной 180° по окружности, а нижняя и верхняя части корпуса связаны полуцилиндрической трубчатой стойкой, причем центральное отверстие под шток в корпусе выполнено ступенчатым, через ступень большего диаметра которого свободно проходит выступ на нижней части штока, а через ступень малого диаметра этот выступ проходит только через часть, вырезанную под окно, при этом при повороте штока его выступ упирается в ребро стенки корпуса в области ступени малого диаметра с возможностью ограничения угла поворота штока.2. Вентильная головка по п.1, отличающаяся тем, что на нижней стенке водила выполнен вырез, в центре которого образована опора в виде выступа, наружная часть которого в сечении выполнена полукруглой и углублена внутрь.3. Вентильная головка по п.1, отличающаяся тем, что в подвижной керамической пластине отверстие для прохода жидкости выполнено сегментообразным с отвесными стенками, а в подвижной керамической пластине - каплеобразным с отвесными стенками вдоль края подвижной керамической пластины и плавно скругленными со стороны центра этой пластины.4. Вентильная головка по п.1, отличающаяся тем, что кольцевая канавка под эластичное уплотнительное кольцо на штоке в сечении выполнена с расходящимися под углом стенками с плавным переходом к дну канавки и ее поверхность покрыта защитным слоем, например, тефлона, эмали или лака.5. Вентильная головка по п.1, отличающаяся тем, что на нижней части внутренней цилиндрической поверхности корпуса выполнена кольцевая проточка под расположенную в ней часть торцевого эластичного уплотнения с возможностью образования замка для ограничения осевого перемещения наружу штока и связанных с ним деталей при транспортировке, монтаже и демонтаже вентильной головки, а торцевое эластичное уплотнение выполнено с осевым отверстием, диаметр которого равен удвоенному радиусу сегментного отверстия в подвижной керамической пластине, меньший наружный диаметр кольцевой канавки равен наружному диаметру керамических пластин, средний наружный диаметр, расположенный выше кольцевой канавки, равен диаметру кольцевой проточки на внутренней цилиндрической поверхности, а больший наружный диаметр - наружному диаметру нижней цилиндрической части корпуса, причем зазор между торцом цилиндрической части корпуса и торцом большого диаметра торцового уплотнения не превышает 0,5 мм в свободном состоянии.