УСТРОЙСТВО СМЫВА ДЛЯ УНИТАЗА Российский патент 2015 года по МПК E03D3/00 

Изобретение относится к санитарно-техническому оборудованию жилых и общественных зданий, а именно к смывным устройствам для туалетов, работающим при повышенном давлении, близком к давлению водопроводной сети.

Совершенствование сантехнических устройств типа «ватерклозет» последние годы характеризуется тенденцией замещения смывных бачков с крышкой, габаритном объеме порядка 25 литров и массе 12-14 кг при расходе 6-9 литров воды и к.п.д. порядка 1%, слив из которых происходит под собственным весом воды, герметичными сосудами-наполнителями без крышки и массой порядка 1 кг при расходе (смывной порции) от 3 до 3,5 литра воды и к.п.д. порядка 90%, слив из которых происходит под повышенным давлением водопроводной сети за счет воздушно-поршневого насоса (суть гидропневматического аккумулятора).

Известен ряд таких технических предложений, в основном авторских, где устройство содержит унитаз с верхним технологическим и задними входным и выходным отверстиями, герметичный сосуд-накопитель воды под давлением и воздуха, с патрубками напуска и выпуска воды под давлением, магистрали подвода воды к патрубку напуска и к входному отверстию унитаза от выпускного патрубка, с устройством ее открытия/закрытия, узел крепления сосуда-накопителя к задней части унитаза и систему управления (RU 13050 U1, E03D 3/00, 20.03.2000; RU 2322553 С1, E03D 3/10, 20.04.2008; CN, WO/2009/007840 А2, E03D 3/10, E03D 1/30, E03D 5/09, 15.01.2009; RU 2387756 С1, E03D 3/00, 27.04.2010; RU 2461684 С1, E03D 3/00, 20.09.2012; Гурьянов B.C. Разработка и поставка на рынок принципиально новой конструкции сантехнического устройства Innosan для туалета // Материалы Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции «Изобретатели в инновационном процессе России», 20-21 декабря 2013 г., СПбГПУ. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2014 (май). - С. 342-344).

При этом естественное стремление к снижению расхода воды на смыв, увеличение на порядок (практически до давления воды в стояке водопроводной сети населенного пункта - 1,5-2,5 атм.), рабочего давления в сосуде-накопителе (сливном бачке), необходимость и принципиальная возможность поднять эффективность очистки чаши унитаза, а также тенденция к автоматизации (с сопутствующей компьютеризацией) устройства смыва выдвинули, вслед за качественным инновационным скачком в отношении сливных бачков, на повестку дня задачу замены существовавших ранее устройств открытия/закрытия дозированного слива из сосуда-накопителя (сливного бачка), создания также качественно иных схем, конструкций и технологий.

Пока же имеющиеся аналоги комплексно не соответствуют этим новым требованиям.

В числе нерешенных задач, в частности, отсутствие желательной высокоскоростной «закрутки» потока на выходе из выпускного клапана, что повысило бы к.п.д. устройства смыва и эффективность собственно процесса смыва (взаимодействие поступающего в чашу унитаза потока со стенками чаши и, разумеется, с подлежащими смыву отходами жизнедеятельности).

«Закрученность» (одно- или двухплоскостная кривизна) траектории выходящего из клапана потока, в сочетании с высокой его скоростью, позволили бы, в частности, адаптировать геометрические и физические параметры потока к геометрии чаши унитаза, возможно не прибегая к «косой» (в плане) установке клапана или специального трубчатого его удлинителя, как это сделано, например, в упомянутом аналоге RU 13050 U1, E03D 3/00, 20.03.2000 (фиг. 4б, сечение N-N).

Наиболее близким к заявляемому по назначению и совокупности общих существенных конструктивных признаков аналогом (прототипом) является устройство смыва для унитаза, содержащее источник текучей среды при повышенном давлении и диафрагменный клапан непрямого действия, установленный между указанным источником текучей среды и входным отверстием унитаза с возможностью дозированной подачи текучей среды на смыв и включающий в себя диафрагму в качестве запорного элемента, нормально поджатую к седлу в плоскости, параллельной продольной оси клапана, и разделяющей внутренний объем клапана на три камеры - впускную в основном продольную со сглаживающе-направляющей лопаткой в ее конце под диафрагмой, наддиафрагменную со средствами управляемого поджатия диафрагмы к седлу, и выпускную, образованную поперечным, начиная от седла, и продольным участками (RU 2461684 С1, E03D 3/00, 20.09.2012).

Клапан установлен таким образом, что плоскость его продольного сечения лежит в продольной плоскости унитаза. Иными словами, наддиафрагменной камерой вверх.

При всех своих положительных качествах и технической прогрессивности, известное устройство-прототип обладает определенными недостатками. Рассмотрим их подробнее.

Входящий в клапан поток, под давлением источника и за счет собственной набранной кинетической энергии, почти «единым фронтом» поднимается, «отслеживая» в конце продольного участка впускной камеры сглаживающее-направляющий профиль первой лопатки, до седла и, отражаясь от приподнятой (по опыту авторов - на 4-6 мм), в открытом состоянии клапана, мембраны, «опрокидывается» (меняет направление практически на 180°) в поперечный участок почти односторонне, почти не искривляясь в поперечном направлении. При этом недоиспользование всего периметра седла для «водопада» вызывает «конкуренцию» струй и, соответственно, дополнительные гидравлические потери уже в сечении седла. Входной поток текучей среды с приобретенной одноплоскостно-криволинейной траекторией поднимается, с возможностью симметричного, относительно продольной плоскости клапана, разделения на струи с двухплоскостно-криволинейной траекторией. Для обеспечения нужного расхода на части периметра седла приходится завышать величину зазора под мембраной. Однако при этом неизбежно уменьшается скорость потока (вследствие падения давления).

Наиболее неблагоприятна ситуация с формированием потока в конце поперечного участка выпускной камеры, где не сглаженный прямой угол перехода к продольному участку выпускной камеры вносит существенную турбулентность. С учетом относительно высокого давления текучей среды, можно говорить и о гидравлическом ударе, обусловливающем повышенную шумность и снижение долговечности изделия.

В результате прохождения потока через весь пропускной канал (тракт) клапана, поток, во-первых, недонабирает давления (скорости) из-за гидравлических потерь, особенно на L-образном переходе из поперечного в продольный участок выпускной камеры; во-вторых, как следствие, недостаточно эффективны инжекционный (вовлечение окружающего воздуха в поток в соответствии с принципом Бернулли) и кавитационный (уже на подходе к чаше унитаза и непосредственно на ней) эффекты, определяющие скорость и качество смыва, вплоть до очистки поверхности унитаза от водяных осадков - прежде всего «ржавчины»; в-третьих, поступает в чашу вдоль продольной плоскости унитаза, с небольшой тенденцией к закрутке вверх (если ее не «сбить» отбойником унитаза непосредственно на выходе в чашу, что есть дополнительное гидравлическое сопротивление - увеличение турбулентности потока).

В итоге, устройство-прототип приходится признать еще недостаточно совершенным с точек зрения эффективности смыва, экономии смывочной жидкости (воды) и качества смыва.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности работы устройства путем снижения расхода воды на смыв и повышением качества смыва.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в устройстве смыва для унитаза, содержащем, источник текучей среды при повышенном давлении и диафрагменный клапан непрямого действия, установленный между указанным источником текучей среды и входным отверстием унитаза с возможностью дозированной подачи текучей среды на смыв и включающий в себя диафрагму в качестве запорного элемента, нормально поджатую к седлу (кольцевидной стенке входного отверстия в корпусе клапана в центральной его части) в плоскости, параллельной продольной оси клапана, и разделяющей внутренний объем клапана на три камеры - впускную продольную со сглаживающе-направляющей лопаткой в ее конце под диафрагмой, наддиафрагменную со средствами управляемого поджатия диафрагмы к седлу, и выпускную, образованную поперечным, начиная от седла, и продольным отрезками, во впускной камере клапана дополнительно предусмотрен рассекатель потока текучей среды, плоскость продольного сечения которого совпадает с продольным сечением клапана, а в конце поперечного отрезка выпускной камеры дополнительно предусмотрена вторая, профилированная сглаживающе-направляющая лопатка.

Решение поставленной технической задачи достигается также следующими совокупностями дополнительных конструктивных признаков устройства смыва (в сочетании с совокупностью основных признаков по предыдущему абзацу):

- профиль рассекателя потока текучей среды может соответствовать степенной зависимости:

,

где y, x - координаты полупрофиля в продольной горизонтальной вертикальной плоскости клапана соответственно в поперечном и продольном направлениях, при расположении точки отсчета координат на носике рассекателя (это - результат экспериментальной оптимизации профиля по условию минимизации потери давления и формирования криволинейной в двух взаимно ортогональных плоскостях струй);

- рассекатель потока текучей среды может быть конструктивно объединен с первой сглаживающе-направляющей лопаткой, с возможностью симметричного, относительно продольной плоскости клапана, разделения входного потока текучей среды на струи с двухплоскостно-криволинейной траекторией (это обеспечивает плавное, согласованное, без турбулентности, разделение/перераспределение входящего в клапан потока, позволяет уже на ранних стадиях движения потока сформировать высокоэффективную конфигурацию и состав выходящего из клапана потока как воздушно-жидкостной смеси, начать вовлечение в поток окружающего атмосферного воздуха, снизить потери давления в пропускном тракте клапана);

- дно кольцевого пространства между корпусом клапана и цилиндрической стенкой поперечного участка выпускной камеры может быть выполнено наклонным в продольном направлении, с образованием двух боковых симметричных желобов, восходящих к общей для них передней продольной линии на уровне седла (это позволяет, во-первых, равномернее распределить по периметру седла общий расход текучей среды, за счет отвода значительной его части «в обход с тыла и с флангов» по отношению к краю седла или, что то же самое - к кольцевому зазору над седлом под диафрагмой, а во-вторых - закрутить поток не только на 180°, но существенную его часть - до 360° включительно, то есть получить эффект полной обратимости струй в тракте клапана, причем при двухплоскостной закрутке).

- при предыдущей совокупности признаков, профиль желобов может быть выполнен, в его развертке на продольную плоскость клапана, линейным (это относительно проще технологически);

- при предпоследней совокупности признаков, профиль желобов может быть выполнен, в его развертке на продольную плоскость клапана, прогрессивным и соответствовать кубической параболе:

,

где ось x параллельна продольной оси клапана и ориентирована на выпускную камеру, а ось y - на диафрагму (этим будет максимально использована возможность совершения струями «мертвой петли» с минимизацией турбулентности, причем оптимальная математическая зависимость подобрана экспериментальным путем, а значит параболическая зависимость предпочтительнее линейной с точки зрения эффективности работы клапана);

- при той же базовой совокупности признаков, либо основания желобов могут быть плавно сопряжены с профилями первой сглаживающе-направляющей лопатки и рассекателя с их боков, либо желоба конструктивно объединены с первой сглаживающе-направляющей лопаткой (это обеспечит плавность криволинейной траектории потока на границе участка клапанного тракта «рассекатель и первая лопатка» с участком «восходящие желоба»);

- вторая сглаживающе-направляющая лопатка может быть выполнена с гиперболическим, в направлении к седлу, профилем в продольной плоскости клапана (это - экспериментально полученный авторами рациональный профиль, при котором обеспечивается удовлетворительный характер истекающего из клапана потока текучей среды, точнее - воздушно-жидкостной смеси - не только высокоскоростной, причем с возрастающей воздушной компонентой, но и с определенной двухплоскостной закруткой; опять же снизить гидродинамические потери, а значит и падение давления в пропускном тракте клапана);

- при предыдущей совокупности признаков, профиль второй сглаживающе-направляющей лопатки может соответствовать зависимости:

,

где y, x - координаты профиля в продольной вертикальной плоскости клапана соответственно в продольном и поперечном направлениях (это - результат экспериментальной оптимизации профиля на условии минимизации перечисленных в предыдущем абзаце параметров, определивших выбор гиперболического профиля);

- диафрагма может быть установлена с возможностью образования, при открытии клапана, кольцевого зазора над седлом величиной 2-3 мм (это - экспериментально полученный авторами оптимальный диапазон величин зазора, а следовательно - проходного сечения в месте стыка впускной и выпускной камер, из условия давления в источнике текучей среды 1,5-2,5 атм., стандартных трубопроводах стандартного размера и 3-3,5-литровой смывочной порцией воды);

- клапан может быть установлен таким образом, что плоскость его продольного сечения перпендикулярна продольной плоскости унитаза (это позволяет сразу на выходе клапана сформировать рациональное направление смывочного потока воздушно-жидкостной смеси в обеспечение инжекционных и кавитационных физических явлений и последующей спиралевидной траектории его на поверхности чаши унитаза, ибо в этом случае главная «улитка» потока в клапане параллельна своей плоскостью «плоскостям» спирали потока в чаше унитаза).

Устройство и работа заявляемого устройства могут быть рассмотрены на приведенных далее по тексту примерах реализации.

На фиг. 1 показан внешний вид заявляемого устройства смыва для унитаза, вариант с вертикальной установкой клапана, вид сбоку, где p - давление текучей среды (воды и воздушной подушки под давлением, выполняющей функцию поршня при вытеснении воды);

на фиг. 2 - устройство клапана периодической подачи текучей среды к чаше унитаза - на смыв, вид на клапан сбоку в разрезе в закрытом его состоянии;

на фиг. 3 - схема работы клапана периодической подачи текучей среды к чаше унитаза - на смыв, вид на клапан сбоку в разрезе в открытом его состоянии, где h - кольцевой зазор между мембраной и седлом клапана;

на фиг. 4 - то же, вид в плане;

на фиг. 5 - схема работы устройства в открытом положении клапана (смыв) в положении клапана «на боку»;

на фиг. 6 показан оптимальный профиль рассекателя (по степенной функции с показателем степени 2,25 и коэффициентом 0,05, в продольном направлении оси X во впускной камере параллельно продольно оси клапана) в продольной горизонтальном его сечении, где X0Y - декартова система координат;

на фиг. 7 показан оптимальный профиль желобов в развертке на продольную вертикальную плоскость клапана (по кубической параболе, в продольном направлении оси X во впускной камере параллельно продольно оси клапана), где X0Y - декартова система координат;

на фиг. 8 - оптимальный профиль второй лопатки в продольной вертикальной плоскости (по обратной гиперболе с коэффициентом 5), где X0Y - декартова система координат.

Представлена также серия из четырех авторских фотографий экспериментального образца клапана (вариант без желобов, крепеж не установлен):

на фиг. 9 - фото клапана в сборе, общий вид спереди-сбоку-сверху;

на фиг. 10 - фото корпуса клапана, общий вид сзади-сверху;

на фиг. 11 - фото корпуса клапана, общий вид спереди-сверху;

на фиг. 12 - фото клапана в частично разобранном виде.

Устройство смыва для унитаза содержит (см. фиг. 1, 5) источник 1 текучей среды при повышенном давлении р. Как правило, это герметичный сосуд-накопитель с водой и воздушной пробкой непосредственно над ней под давлением p порядка 1,5-2,5 атм., то есть по сути - гидропневматический аккумулятор без мембраны или поршня-разделителя (функцию поршня при вытеснении воды выполняет сама упомянутая воздушная пробка).

Источник 1 подключен впускным своим патрубком к стояку водопроводной сети), и диафрагменный клапан 2 непрямого действия (как правило, соленоидный), установленный между источником 1 и входным отверстием унитаза 3 с возможностью дозированной подачи текучей среды на смыв.

Корпус клапана 2 включает в себя (см. фиг. 2, 3) присоединительные части 4, 5 для подключения к выпускному патрубку источника 1 и входному отверстию унитаза 3 соответственно, и фланцевую часть с крышкой (совместно под одной общей позицией) 6 для размещения на ней одного (или двух в порядке дублирования для надежности функционирования устройства в целом) бистабильного(ых) соленоида(ов) 7 и дублирующей его(их) ручного органа управления 8 для включения/выключения клапана 2, и/или других элементов системы управления устройством и обеспечения его работоспособности (либо будут оговорены позднее, либо не показаны как не существенные с точки зрения предмета заявляемого изобретения).

В данном примере полусхематически показан, как один из возможных вариантов, орган 8, жестко связанный с сердечником соленоида 7 (правым на фиг. 2, 3).

Клапан 2 включает в себя также (см. фиг. 2, 3) диафрагму 9 в качестве запорного его элемента. Она выполнена, предпочтительно, с игольчатым отверстием 10 и нормально поджата к седлу 11 (кольцевидной стенке входного отверстия в корпусе клапана в центральной его части) в плоскости, параллельной продольной оси 12 клапана, и разделяющей внутренний объем клапана 2 на три камеры - впускную в основном продольную 13, наддиафрагменную 14 (ограничена диафрагмой 9, стенками фланца и крышкой 6) и выпускную, образованную поперечным участком 15, начиная от седла 11, и продольным участком 16.

В конце впускной камеры 13 на продольном ее участке под диафрагмой 9, на стыке со стенкой участка 15 выпускной камеры предусмотрена первая, профилированная сглаживающе-направляющая лопатка 17.

Во впускной камере 13 предусмотрен также (см. фиг. 2-4) рассекатель 18 потока текучей среды, расположенный перед-под лопаткой 17. Плоскость продольного сечения рассекателя 18 совпадает с продольным сечением клапана 2.

Рассекатель 18 может быть (как рациональный вариант) конструктивно объединен с лопаткой 17, с возможностью симметричного, относительно продольной плоскости клапана 2, разделения входного потока текучей среды на струи с двухплоскостно-криволинейной траекторией (см. фиг. 4).

Профиль рассекателя потока текучей среды может соответствовать степенной зависимости вида:

,

где y, x - координаты полупрофиля в продольной горизонтальной вертикальной плоскости клапана 2 соответственно в поперечном и продольном направлениях, при расположении точки отсчета координат на носике рассекателя (см. фиг. 6).

Дно кольцевого пространства между корпусом 4-6 клапана 2 и цилиндрической стенкой поперечного участка 15 выпускной камеры выполнено наклонным в продольном направлении, с образованием двух боковых симметричных желобов - левого 19 и правого 20 соответственно, восходящих к общей для них передней продольной линии 21 на уровне седла 11 (см. фиг. 2, 3).

Профиль желобов 19, 20 рекомендуется либо линейным (см. фиг. 2, 3), либо прогрессивным в его развертке на продольную плоскость клапана 2. В последнем, более предпочтительном варианте, он соответствует, преимущественно, кубической параболе (оптимальное эмпирическое значение):

,

где ось x параллельна продольной оси клапана и ориентирована на выпускную камеру, а ось y - на диафрагму (см. фиг. 7).

При этом рекомендуется (как подвариант) плавное сопряжение оснований желобов 19, 20 с профилями первой сглаживающе-направляющей лопатки 17 и рассекателя 18 и с их боков.

Как еще один возможный и целесообразный подвариант устройства, желоба 19, 20 конструктивно объединены со сглаживающе-направляющей лопаткой 17 (т.е. выполнены в виде одного изделия или части клапана).

При сочетании двух последних подвариантов, объединенными окажутся уже все эти элементы - лопатка 17, рассекатель 18 и желоба 19, 20. Причем без четкого (сглаженного) разграничения.

В конце поперечного участка 15 выпускной камеры предусмотрена вторая, профилированная (подробности далее по тексту) сглаживающе-направляющая лопатка 22, функционально аналогичная первой 17. Обе лопатки (17, 22) неподвижны относительно корпуса клапана 2 и могут быть изготовлены в виде отдельных деталей и неподвижно прикреплены к корпусу клапана 2 (подробнее - далее по тексту).

Лопатка 22, предпочтительно, выполнена с гиперболическим, в направлении к седлу 11, профилем в продольной плоскости клапана 2.

В частности (как оптимальный вариант) - соответствующим конкретной математической зависимости:

,

где y, x - координаты профиля в продольной вертикальной плоскости клапана 2 соответственно в продольном и поперечном направлениях (см. фиг. 8).

Здесь уместно отметить следующую технологическую особенность заявляемого технического предложения.

Если клапан 2 изготавливать на базе покупного «стандартного» латунного вентиля (аналогично изготовлению авторами экспериментальных образцов), то элементы 17-20, при их изготовлении также из латуни, можно закреплять в базовом корпусе низкотемпературной пайкой (поскольку для латуни точечная сварка не пригодна). Однако в предлагаемом устройстве предусмотрено (не показанным на иллюстрациях гидравлическим редуктором «клапан давления» на входе в бачок-накопитель 1) гарантированное не превышение давления p его максимального значения 2-2,5 атм. А поскольку «стандартные» латунные клапаны рассчитаны на давление до 16 атм., это является основанием для изготовления (при серийном производстве) корпуса с фланцевой частью 6 и элементами 17-20 из композитного материала литьем под давлением.

Диафрагма 9 установлена, предпочтительно, с возможностью образования, при открытии клапана 2 (поднятии диафрагмы 9), кольцевого зазора h над седлом 11 (см. фиг. 3) величиной 2-3 мм.

В наддиафрагменной камере 14 в центре диафрагмы 9 может быть размещена пружина 23 с силиконовым подпятником 24 на свободном конце, которая относится к упомянутым средствам управляемого поджатия диафрагмы 9 к седлу 11.

В верхней части крышки 6 выполнены каналы 25 и 26 сброса текучей среды (воды) из наддиафрагменной камеры 14 и перепускные каналы 27 и 28, к которым подсоединены гибкие трубки 29 и 30, соответственно, для сброса текучей среды (воды) из наддиафрагменной камеры 14 в продольный участок 16 выпускной камеры. Элементы 25-30 относятся к упомянутым «другим элементам системы управления устройством и обеспечения его работоспособности».

В оптимальном варианте исполнения заявляемого устройства клапан 2 установлен таким образом, что плоскость его продольного сечения перпендикулярна продольной плоскости унитаза (см. фиг. 5).

Возможны другие варианты конструктивного исполнения устройства смыва для унитаза в рамках заявляемых совокупностей существенных признаков устройства (сформулированной в описании и формуле изобретения).

Поскольку главным предметом патентования является основная совокупность, отличительных признаков - наличие рассекателя 18 потока текучей среды во впускной камере 13 клапана 2 и профилированной сглаживающе-направляющей лопатки 22 в конце поперечного участка 15 выпускной камеры, подробности устройства смыва и его функционирования, выходящие за границы главного и дополнительных предметов изобретения, носят расширительно-фоновый характер.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Сначала на простейшем примере ручного (без серводействия и тем более автоматического срабатывания) управления. В качестве текучей среды будем рассматривать воду, с учетом сопутствующего (в том числе растворенного в воде) воздуха (Н₂О + воздух, струи плюс пузырьки).

При эксплуатации устройства смыва источник 1 заполнен водой и воздухом, основная часть которого сконцентрирована в запертой над поверхностью воды воздушной пробке под давлением p за счет давления в питающей магистрали от водопровода, и перекрытия сливной магистрали запертым клапаном 2.

Закрытость клапана 2 обеспечивается, главным образом, перепадом давления на диафрагме 9 - уравновешивающего давления до величины p воды в наддиафрагменной камере 14, куда она попадает через игольчатое отверстие 10, и атмосферного давления за седлом 11 на поперечном участке 15 выпускной камеры.

При возникновении необходимости в смыве в унитазе 3, пользователь, посредством органа 8 ручного управления клапаном 2 (на фланце с крышкой 6 - см. фиг. 2, 3), в обход электрической обмотки бистабильного(ых) соленоида(ов) 7, открывает главную гидравлическую магистраль 13-17 клапана 2 (см. фиг. 3). Орган 8 втягивает в одно из крайних своих положений («открыто») сердечник. При этом сжимается уже имеющаяся возвратная пружина соленоида 7, подготавливая автоматический возврат сердечника соленоида 7 в исходное положение после отпускания пользователем органа 8. Сердечник открывает (по принципу гидравлического золотника) перепускной канал 27. Поскольку общая пропускная способность канала 25 сброса воды и перепускного канала 27 значительно больше, чем пропускная способность игольчатого отверстия 10 в диафрагме 9, вода из камеры 14 сбрасывается по трубке 29 в на ее участке 16. остающаяся под давлением p вода в кольцевом конце камеры 13 отжимает диафрагму 9 от седла 11 в сторону крышки 6 на высоту оговоренного выше зазора h. Собственно, слив с этого и начинается и далее развивается по нарастающей, хотя в верхнем положении диафрагмы 9 силиконовый подпятник 24 закрывает, с поджатием пружиной 23, вход в канал 26.

Порция воды, полный объем которой определяется регулируемой (в данном случае - вручную) продолжительностью открытого состояния клапана 2, под давлением p поступает потоком, по всему миделю впускного участка 13 с уже существенной скоростью.

Перед подъемом к краю седла 11 траектория воды, во-первых, разделяется на два симметричных (в плане - см. фиг. 4) потока на рассекателе 18 и, далее, на желобах 19, 20; во-вторых, сглаживается и направляется лопаткой 17 совместно с основанием рассекателя 18, и плавно начинающимися за ней упомянутыми желобами 19, 20; и, следовательно, с минимальными гидравлическими потерями (в основном в ламинарном режиме) вода выходит на уровень седла 11, распределяясь достаточно равномерно по его периметру (полное использование кольцевого проходного сечения высотой h примерно в 2-3 мм), причем с выгодно переориентированными векторами скоростей составных струй, почти в радиальном направлении по отношению к седлу 11.

Таким образом, наряду с закруткой «вверх» в продольной «вертикальной» плоскости клапана 2, происходит закрутка потока и в продольной «горизонтальной» его плоскости. А это уже двухплоскостная закрутка, в основном (за счет сглаженности пропускной магистрали клапана 2) с сохранением ламинарного характера потока.

Особенно важно с позиций заявляемого изобретения, что при этом струи плавно закручиваются в «горизонтальной» плоскости с удачным использованием цилиндрической стенки уже имеющейся фланцевой части 6 (точнее - поддиафрагменного его участка) в тех же габаритах клапана, не требуется целенаправленного развития корпуса клапана 2 или организации загнутых трубопроводов. Поток, «двумя флангами окружая кольцевой зазор» h над седлом 11, с образованием своего рода «водопада» - резкого местного изменения направления движения на 180° с разных радиальных направлений.

При относительно небольшой рекомендуемой величине зазора h в 2-3 мм, поток резко ускоряется (к чему мы и стремились, ставя техническую задачу использования принципа Бернулли) и еще интенсивнее создает разрежение (вакуумирование), засасывая через выпускную камеру 16-15 в эту зону атмосферный воздух, что исключительно принципиально с точки зрения, по-существу, нового способа смыва чаши унитаза - закрученным в двух плоскостях высокоскоростным потоком смеси воды с атмосферным воздухом, при спиралевидной циркуляции такого потока в чаше.

Поступив в поперечный участок 15 (а струя с линии 21 стыка желобов 19, 20 к этому моменту с начала движения в клапане 2 уже достигает 270-градусного поворота в продольной плоскости, не считая одновременного бокового поворота) выпускной камеры и оттуда перетекая в ее продольный участок 16, благодаря наличию лопатки 22 на стыке этих участков, тем более с рациональным параболическим и особенно при оптимальном показателе степени два (см. фиг. 6), поток вновь меняет свое направление, теперь уже на 90°, но плавно, без заметной турбулизации даже при столь возросшей скорости.

В результате, водо-воздушный поток покидает продольный участок 16 выпускной камеры, а значит - клапан 2 в целом, будучи высокоскоростным и закрученным в двух плоскостях (см. фиг. 3, 4, где выходящий поток условно показан расширенной стрелкой).

В прослеживании всего пути потока от входа в клапан 2 до его выхода из него, очевидно, что в клапане 2 предлагаемой конструкции поток:

- имеет траекторию с двухплоскостной «мертвой петлей» при изменении направления движения до 360° (авторам не известны подобные клапаны, тем более в области санитарно-технического гидравлического оборудования!);

- существенно поэтапно ускоряется, особенно в кольцевой зазоре h над седлом клапана;

- обогащается воздушной компонентой с использованием принципа Бернулли.

Весьма важно также, с позиций заявляемых предметов изобретения, что рекомендуемая установка клапана 2 так, что плоскость его продольного сечения перпендикулярна продольной плоскости унитаза 3 (образно говоря - «лежа на боку» - см. фиг. 5), как бы «совмещает» кривизну траектории потока на выходе из клапана 2 с направлением воронкообразной «спирали» дальнейшего истечения водо-воздушной смеси по поверхности чаши унитаза 3 в сифон унитаза 3. геометрией чаши унитаза 3.

Гравитационная деформация симметрии кинематики двух потоков при положении клапана 2 «на боку» несущественна по причине доминирования кинетических процессов.

Выход высокоскоростного, закрученного в двух плоскостях потока водо-воздушной смеси из относительно узкого участка 16 выпускного канала клапана 2 в чашу унитаза 3 сопровождается резким расширением текучей среды, вследствие чего растворенные в воде пузырьки воздуха интенсивно расширяются и лопаются (явление кавитации на поверхности чаши унитаза 3).

Кавитация не только способствует борьбе с адгезией (прилипанием) и закоксовыванием отходов жизнедеятельности на поверхности чаши, но и эффективна (как показала длительная практика эксплуатации опытных авторских образцов) как средство (способ, технология) очистки поверхности чаши унитаза 3 от железистых и прочих твердых отложений («ржавчины», кальция и т.д.).

Рассматривать подробно работу заявляемого устройства смыва в автоматизированном или автоматическом режимах представляется не обязательным по двум причинам: «фонового» характера такого описания: это не принципиально с позиций заявляемых предметов изобретения и аналогии с описанием прототипа.

Главное же здесь - процесс открытия клапана посредством биполярного(ых) соленоида(ов) 7. При запитывании обмотки любого такого соленоида его сердечник поднимается, открывая сброс воды из наддиафрагменной камеры 14 в продольный участок 16 выпускной камеры по соответствующим каналам 25-30.

Использование изобретения позволяет повысить эффективность работы устройства смыва для унитаза путем снижения расхода воды на смыв и повышением качества смыва.

Эффективность заявляемого устройства (и, по-существу, реализуемого с его помощью способа смыва чаши унитаза) проверена авторами, с положительным результатом, на изготовленном опытном полномасштабном образце (фото клапана показано на фиг. 9-12).

Изобретение относится к санитарно-техническому оборудованию. Устройство содержит источник текучей среды при повышенном давлении и диафрагменный клапан непрямого действия. Клапан установлен между указанным источником текучей среды и входным отверстием унитаза с возможностью дозированной подачи текучей среды на смыв. Клапан включает в себя диафрагму (9) в качестве запорного элемента. Диафрагма (9) нормально поджата к седлу (11) в плоскости, параллельной продольной оси (12) клапана, и разделяющей внутренний объем клапана на три камеры - впускную (13) в основном продольную, наддиафрагменную (14) и выпускную, образованную поперечным (15), начиная от седла (11), и продольным (16) участками. Во впускной камере (13) клапана дополнительно предусмотрен рассекатель (18) потока текучей среды. Плоскость продольного сечения рассекателя совпадает с продольным сечением клапана. В конце поперечного участка (15) выпускной камеры дополнительно предусмотрена вторая, профилированная сглаживающе-направляющая лопатка (22). Обеспечивается повышение эффективности работы устройства путем снижения расхода воды на смыв и повышением качества смыва. 11 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство смыва для унитаза, содержащее источник текучей среды при повышенном давлении и диафрагменный клапан непрямого действия, установленный между указанным источником текучей среды и входным отверстием унитаза с возможностью дозированной подачи текучей среды на смыв и включающий в себя диафрагму в качестве запорного элемента, нормально поджатую к седлу в плоскости, параллельной продольной оси клапана, и разделяющей внутренний объем клапана на три камеры - впускную в основном продольную со сглаживающе-направляющей лопаткой в ее конце под диафрагмой, наддиафрагменную со средствами управляемого поджатия диафрагмы к седлу, и выпускную, образованную поперечным, начиная от седла, и продольным участками, отличающееся тем, что во впускной камере клапана дополнительно предусмотрен рассекатель потока текучей среды, плоскость продольного сечения которого совпадает с продольным сечением клапана, а в конце поперечного участка выпускной камеры дополнительно предусмотрена вторая, профилированная сглаживающе-направляющая лопатка.

2. Устройство смыва по п.1, отличающееся тем, что профиль рассекателя потока текучей среды соответствует степенной зависимости:
y=0,05·x^2,25,
где y, x - координаты полупрофиля в продольной горизонтальной вертикальной плоскости клапана соответственно в поперечном и продольном направлениях, при расположении точки отсчета координат на носике рассекателя.

3. Устройство смыва по п.1, отличающееся тем, что рассекатель потока текучей среды конструктивно объединен с первой сглаживающе-направляющей лопаткой, с возможностью симметричного относительно продольной плоскости клапана разделения входного потока текучей среды на струи с двухплоскостно-криволинейной траекторией.

4. Устройство смыва по п.1, отличающееся тем, что дно кольцевого пространства между корпусом клапана и цилиндрической стенкой поперечного участка выпускной камеры выполнено наклонным в продольном направлении, с образованием двух боковых симметричных желобов, восходящих к общей для них передней продольной линии на уровне седла.

5. Устройство смыва по п.4, отличающееся тем, что профиль желобов в его развертке на продольную плоскость клапана выполнен линейным.

6. Устройство смыва по п.4, отличающееся тем, что профиль желобов в его развертке на продольную плоскость клапана выполнен прогрессивным и соответствует кубической параболе:
y=0,02x³+0,05x²,
где ось x параллельна продольной оси клапана и ориентирована на выпускную камеру, а ось y - на диафрагму.

7. Устройство смыва по п.4, отличающееся тем, что основания желобов плавно сопряжены с профилями первой сглаживающе-направляющей лопатки и рассекателя с их боков.

8. Устройство смыва по п.4, отличающееся тем, что желоба конструктивно объединены с первой сглаживающе-направляющей лопаткой.

9. Устройство смыва по п.1, отличающееся тем, что вторая сглаживающе-направляющая лопатка выполнена с гиперболическим в направлении к седлу профилем в продольной плоскости клапана.

10. Устройство смыва по п.9, отличающееся тем, что профиль второй сглаживающе-направляющей лопатки соответствует зависимости:
y=5/x,
где y, x - координаты профиля в продольной вертикальной плоскости клапана соответственно в продольном и поперечном направлениях.

11. Устройство смыва по п.1, отличающееся тем, что диафрагма установлена с возможностью образования при открытии клапана кольцевого зазора над седлом величиной 2-3 мм.

12. Устройство смыва по п.1, отличающееся тем, что клапан установлен таким образом, что плоскость его продольного сечения перпендикулярна продольной плоскости унитаза.