Устройство аварийного отключения подачи воды Российский патент 2024 года по МПК E03C1/04 F16K17/34 

Устройство относится к водоснабжению и может быть использовано для автоматического отключения подачи воды в водопроводно-канализационную систему отдельного помещения при его аварийном затоплении.

Известны (RU 91579, МПК Е03С 1/05, Е03С 1/242 (2006. 01) 20.02.2010; RU 91580, МПК Е03С 1/05, Е03С 1/242 (2006. 01) 20.02.2010; RU 2431021, МПК Е03С 1/05 (2006. 01) 10.10.2011) устройства аварийного отключения подачи воды, каждое из которых содержит предварительно сжатую пружину, являющуюся аккумулятором его энергии. Посредством подвижной части устройства, аккумулятор связан с запирающим элементом проточной полости. Подвижная часть зафиксирована работающим на сжатие стопором. При взаимодействии с аварийной водой стопор растворяется и утрачивает свою функцию, освобождая подвижную часть и энергию аккумулятора (пружины) для изменения положения запирающего элемента с открытого для движения воды на закрытое.

Недостатком указанных устройств является невозможность создания в них стопора в виде цепи, чьи некоторые, теряющие прочность под действием аварийной воды или растворяющиеся в ней звенья размещаются в разных частях помещения.

Представляется также сложным ввод в указанные устройства ограничителя скорости движения его подвижной части и запирающего элемента для предотвращения гидравлического удара и ограничения динамических сил в кинематических парах.

Эти недостатки устранены в устройстве RU 2475600, МПК Е03С 1/04, F16P 5/00 (2006. 01) 20.02.2013 (прототип), где аккумулятором представлено тело, размещенное в гравитационном поле Земли и имеющее энергетический потенциал относительно поверхности пола. Посредством подвижной части устройства аккумулятор связан с запирающим элементом проточной полости и работающим на растяжение стопором, разрушающимся аварийной водой.

Одним из недостатков прототипа являются завышенные массогабаритные показатели. Кроме этого, со временем отложения на уплотнительных поверхностях шарового запирающего элемента препятствуют его работе и для обеспечения работоспособности требуется его очистка путем периодического введения прототипа в действие, а наличие подвижных, контактных уплотнений вала не повышает его надежность.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание компактного, надежного устройства, не требующего периодического обслуживания.

Для этого устройство аварийного отключения подачи воды содержит аккумулятор, выполненный в виде соосных сильфонов, соединенных элементом его подвижной части. Внутренние полости сильфонов входят в состав проточной полости устройства. Один из сильфонов сжат, другой растянут, а подвижная часть связана с запирающим элементом его проточной полости. Технический результат обеспечивается совмещением сильфонами функций аккумулирующего, силового, направляющего силу, разделяющего среды и формирующего проточную полость элементов, а отложения на уплотнительных поверхностях не препятствуют работе устройства, так как уплотнение его проточной полости не является подвижным контактным. Следует отметить возможность использования такого уплотнения в гидравлическом ограничителе скорости подвижной части без утраты со временем работоспособности устройства, так как соответствующие уплотнительные поверхности не взаимодействуют с проточной водой - источником отложений, а эластичные уплотнительные кольца ничем не зажаты. Кроме того, подвижная часть снабжена фиксатором открытого положения запирающего элемента, что позволяет использовать устройство как управляемую вручную трубопроводную арматуру крайних положений ее запирающего элемента (свойство прототипа).

На фиг. 1 представлен горизонтальный разрез на месте вида снизу базового устройства, находящегося в открытом для движения воды рабочем положении автомата.

На фиг. 2 представлен фронтальный разрез базового устройства, находящегося в открытом для движения воды рабочем положении автомата.

На фиг. 3 представлен фронтальный разрез базового устройства, находящегося в закрытом для движения воды положении, автоматически введенного в него при аварии.

На фиг. 4 представлен горизонтальный разрез на месте вида снизу устройства с ограничителем скорости его подвижной части, находящегося в открытом для движения воды рабочем положении автомата.

На фиг. 5 представлен фронтальный разрез устройства с ограничителем скорости его подвижной части, находящегося в открытом для движения воды рабочем положении автомата.

На фиг. 6 представлен фронтальный разрез устройства с ограничителем скорости его подвижной части, находящегося в закрытом для движения воды положении, автоматически введенного в него при аварии.

На фиг. 7 представлена в увеличенном масштабе часть фронтального разреза устройства с ограничителем скорости его подвижной части, находящегося в открытом для движения воды рабочем положении автомата.

На фиг. 8 представлена в увеличенном масштабе часть фронтального разреза устройства с ограничителем скорости его подвижной части, находящегося в закрытом для движения воды положении, автоматически введенного в него при аварии.

На фиг. 9 представлен фронтальный разрез базового устройства, находящегося в фиксированном звеньями механизма, открытом для движения воды, положении.

Наименование позиций на фигурах:

1. Трубчатый корпус.

2. Выходной патрубок.

3. Штуцер.

4. Входной патрубок.

5. Обтекатель.

6. Звездочка.

7. Уплотнительное кольцо штуцера 3.

8. Уплотнительное кольцо поршня 10.

9. Уплотнительное кольцо стакана 11.

10. Поршень.

11. Стакан.

12. Втулка.

13. Ступенчатая втулка.

14. Сильфон предварительно сжатый.

15. Сильфон предварительно растянутый.

16. Запирающий элемент.

17. Шток.

18. Шайба.

19. Шайба тонкая.

20. Гайка.

21. Палец.

22. Пластина.

23. Трубка.

24. Шип.

25. Рукоятка.

26. Болт корпуса 1.

27. Болт рукоятки 25.

28. Гайка шатуна[28-32].

29. Винт.

30. Контргайка.

31. Регулировочная гайка.

32. Фигурная деталь.

33. Цилиндр.

34. Стопор.

35. Зацеп пола 36.

36. Пол.

37. Упругая нить.

38. Упор.

А - ось вращения деталей 1-20, 23.

В - уплотнительная поверхность.

С - продольное отверстие.

D - дроссельная камера.

Е - отверстие.

F - прорезь.

G - дроссельное углубление.

Предлагаемое устройство аварийного отключения подачи воды представлено на фиг. 1, 2, 3, 9 как базовое - без ограничителя скорости его подвижной части, а на (фиг. 4-8)* - с ним, где символ * является выборочным указателем принадлежности его носителя к варианту устройства с ограничителем, содержащему детали базового устройства. Эти детали, для упрощения выражения сущности, условно приняты одинаковыми для обоих вариантов устройства.

Механизм устройства содержит трубчатый корпус 1, к торцам которого соосно закреплены выходной патрубок 2 и штуцер 3, на который соосно и прочно навернут входной патрубок 4. Он, как и патрубок 2, имеет внутреннюю резьбу для присоединения и прикрепления механизма к трубопроводу. Патрубок 4 упирается в обтекатель 5 и звездочку 6, таким образом, неподвижно закрепляя их в механизме. Уплотнительные кольца 7, 8 и 9 обеспечивают герметичность соединения штуцера 3 и патрубка 4, поршня 10 и стакана 11, стакана 11 и втулки 12 соответственно.

Внутри корпуса 1, с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси А, соосно установлена ступенчатая втулка 13 (элемент подвижной части), торцы которой прочно и герметично скреплены с торцами сильфонов 14 и 15, другие торцы которых точно так же скреплены с торцами штуцера 3 и патрубка 2, что препятствует угловому отклонению от соосности ступенчатой втулки 13 с осью А. Таким образом, между входным 4 и выходным 2 патрубками, внутренними полостями штуцера 3, сильфона 14, ступенчатой втулки 13 и сильфона 15 сформирована герметичная, осесимметричная проточная полость механизма. Она является полнопроходной при максимальном удалении запирающего элемента 16 от уплотнительной поверхности В (фиг. 1, 2, 4, 5, 7, 9) и закрытой для движения воды при их взаимодействии (фиг. 3, 6, 8).

Запирающий элемент 16 соосно установлен на штоке 17 и сжат для герметичности между шайбами 18 и 19 гайкой 20, (поршнем 10)* и втулкой 12, охваченной с зазором внутренней, соосной оси А, поверхностью центрального отверстия звездочки 6, являющейся, таким образом, промежуточной опорой резьбового конца штока 17. Другой его конец посредством пальца 21, чья ось пересекает ось А под прямым углом, шарнирно соединен с пластиной 22, прочно соединенной с внутренней поверхностью ступенчатой втулки 13 так, что ось симметрии пластины 22 совпадает с осью А. Причем зазоры в шарнире с пальцем 21, между обтекателем 5 и стаканом 11, стаканом 11 и звездочкой 6, втулкой 12 и отверстием звездочки 6 позволяют оси штока 17 быть образующей замкнутой конической поверхности с углом 1°-2° при вершине в точке пересечения оси пальца 21 с осью А. Это, при действии на запирающий элемент 16 запирающей силы, обеспечивает формирование герметичного уплотнения его с уплотнительной поверхностью В (фиг. 3, 6, 8). Запирающая сила создана при сборке механизма предварительно упругодеформированными - сжатым сильфоном 14 и растянутым сильфоном 15, оказывающимися при этом аккумулятором механизма. Запирающая сила аккумулятора направлена по оси А к выходному патрубку 2 и передана посредством деталей 13, 22, 21, 17, 20, (10)*, 12, 18 на запирающий элемент 16, где уравновешена реакцией поверхности В.

Трубка 23, охватывающая с зазором корпус!, соединена со ступенчатой втулкой 13 двумя осесимметричными шипами 24, шарнирно установленными в глухие, радиальные, симметричные относительно оси А, отверстия ступенчатой втулки 13. Головки шипов 24 прочно скреплены с трубкой 23 и, посредством параллельных друг другу лысок, имеют возможность подвижного взаимодействия с поверхностями сквозных, продольных, симметричных относительно оси А отверстий С в корпусе 1, являющихся элементами поступательной кинематической пары. Таким образом, обеспечена возможность поступательного движения ступенчатой втулки 13 и трубки 23 относительно корпуса 1, который вместе с прочно связанными с ним деталями 2, 3, 4, 5, 6, 7, 26, 35, 36, 38, (11, 9)* и частями деталей 14 и 15 является неподвижным звеном механизма - стойкой.

Условное объединение трубки 23 с деталями 33, 24, 13, 22, 21, 17, 19, 16, 18, 12, (10, 8)*, 20 и частей деталей 14 и 15 в единое твердое тело, позволяет ему быть ползуном (выходным звеном) механизма. Ползун передает из внешней окружающей среды движение к внутреннему запирающему элементу 16 проточной полости без применения в механизме подвижного контактного уплотнения, проблемно взаимодействующего с отложениями.

Для связи рукоятки 25 с механизмом, в ее начале выполнено резьбовое отверстие, входящее в винтовую кинематическую пару с болтом 26, чья ось пересекает ось А под прямым углом, а головка прикреплена к корпусу 1 - стойке механизма. В области резьбового отверстия, к рукоятке 25 прикреплена головка болта 27 так, что оси болтов 26 и 27 параллельны и болт 27 входит в винтовую кинематическую пару с гайкой 28. Таким образом, между осями болтов 26 и 27, телом рукоятки 25 сформировано входное звено механизма - коромысло [25, 27].

Сбоку к гайке 28, в глухое резьбовое отверстие, ось которого пересекает ось гайки 28 под прямым углом, до упора, ввернут винт 29. Он несет контргайку 30 и регулировочную гайку 31. Между ними с зазорами установлена проушина фигурной детали 32. Другая ее разомкнутая для сборки проушина входит во вращательную кинематическую пару с кольцевой канавкой прямого кругового цилиндра 33, являющейся его соосным элементом вращательной кинематической пары. Основание цилиндра 33 прикреплено к трубке 23 так, что его ось параллельна осям болтов 26 и 27 и пересекает ось А под прямым углом. При этом состав деталей 28-32 является шатуном, так как посредством указанных кинематических пар он соединяет два подвижных звена – коромысло [25, 27] и ползун [33, 23, 24, 13, 22, 21, 17, 19, 16, 18, 12, (10, 8)*, 20, (14 и 15 частично)]. Поэтому механизм [1-7, 12-24, (8-11)*, 25-33, 35, 36, 38] является коромыслово-ползунным механизмом управления положением запирающего элемента 16 и зарядки аккумулятора посредством рукоятки 25, частью которой является входное звено этого механизма - коромысло [25, 27].

На фиг. 3, 6, 8 проточная полость закрыта, а свободная от управления рукоятка 25 зафиксирована механизмом в положении поперек оси А силой предварительно напряженных при его сборке сильфонов 14 и 15, действующей на запирающий элемент 16 и уравновешенной реакцией уплотнительной поверхности В.

На фиг. 1, 2, 4, 5, 7 проточная полость полностью открыта, устройство находится в ждущем режиме автомата, прекращающего движение аварийной воды. Рукоятка 25 находится в первом открытом, напряженном положении вдоль оси А, при котором обтекатель 5 противодействует силе штока 17, возникающей при преобразовании механизмом части силы упругости цепи стопора 34, включающей зацеп 35 пола 36 помещения и упругую нить 37, привязанную к периферии рукоятки 25 {коромыслу[25, 27]}. При этом сильфон 14 сжат, а сильфон 15 растянут до предельно допустимых размеров и запасов энергии для автоматического закрытия проточной полости запирающим элементом 16 (фиг. 3, 6, 8). Это происходит после исчезновения указанной силы цепи при разрушении стопора 34 аварийной водой, появившейся на полу 36 охраняемого от затопления помещения.

В первом открытом (фиг. 2, 5, 7) и закрытом (фиг. 3, 6, 8) положении рукоятки 25 и запирающего элемента 11, ось болта 27 находится в одной и той же части пространства, разделенного плоскостью расположения осей болта 26 и цилиндра 33. Поэтому до появления оси болта 27 в этой плоскости, существует плечо силы упругости сильфонов 14 и 15, стремящейся повернуть рукоятку 25 в закрытое положение ее и запирающего элемента 16 (фиг. 3, 6, 8). Эта сила передается на рукоятку 25{коромысло[25, 27]} деталями 13, 24, 23, 33 ползуна [33, 23, 24, 13, 22, 21, 17, 19, 16, 18, 12, (10, 8)*, 20, (14 и 15 частично)] и шатуном [28-32].

Соприкосновение деталей 5 и 17 (фиг. 1, 2, 4, 5, 7, 9) ограничивает действие механизма с условными, абсолютно твердыми звеньями и деталями. Но их реальное, максимальное, допустимое, упругое деформирование рукояткой 25, возникающее при расположении осей болта 27, болта 26 и цилиндра 33 в одной плоскости (мертвая точка), позволяет установить рукоятку 25 во второе открытое для движения воды фиксированное положение фиг. 9. При этом ось болта 27 находится в части пространства, разделенного плоскостью расположения осей болта 26 и цилиндра 33, где существует плечо силы упруго деформированных сильфонов 14, 15 и деталей 17, 21, 22, 13, 24, 23, 33-25, момент которой преобразуется рукояткой 25 в силу прижатия ее к упору 38. При этом указанные упруго деформированные детали и упор 3 8 оказываются фиксатором подвижной части механизма. Эти фиксированные [открытое (фиг. 9) и закрытое (фиг. 3, 6, 8) для движения воды] положения рукоятки 25 и запирающего элемента 16, позволяют использовать механизм устройства как трубопроводную арматуру крайних положений с ручным управлением.

В момент формирования герметичного уплотнения с уплотнительной поверхностью В (фиг. 3, 6, 8), вязкоупругий запирающий элемент 16 выполняет функцию буфера, который смягчает ударное взаимодействие элементов кинематических пар механизма и снижает величину скачка давления воды в жестком трубопроводе при резком снижении ее скорости до нуля (смягчает гидроудар).

* [Эффективнее буфера действует ограничитель скорости подвижной части механизма (фиг. 4-8), стакан 11 которого, с зазорами, установлен между обтекателем 5 и звездочкой 6. Все цилиндрические поверхности стакана 11 являются коаксиальными, включая отверстие в дне, куда, с возможностью движения вдоль его оси, соосно установлена втулка 12. Она и гайка 20 прочно и герметично крепят на штоке 17 поршень 10, внешние цилиндрические поверхности которого имеют возможность традиционного подвижного взаимодействия с внутренней поверхностью стакана 11. Пространство, ограниченное внутренними поверхностями стакана 11, поверхностью поршня 10, обращенной к дну стакана 11 и внешней поверхностью втулки 12 является дроссельной камерой D. Ее объем максимален в открытом положении запирающего элемента 16 (фиг. 4, 5, 7) и минимален в закрытом (фиг. 6, 8). Герметичность камеры D обеспечена уплотнительными кольцами 8 и 9, наполнение - прорезями F, дроссельными углублениями G, пространством между поверхностью поршня 10 с дроссельными углублениями G и кольцом 8, отверстиями Е, а удаление воды - дроссельными углублениями G]*.

Установленное на действующем трубопроводе, устройство работает следующим образом. Зазоры в шарнирном соединении пластины 22 со штоком 17 посредством пальца 21, зазор между втулкой 12 и отверстием звездочки 6, зазоры между обтекателем 5 и стаканом 11, между ним и звездочкой 6, при действии на запирающий элемент 16 запирающей силы, обеспечивают ему формирование герметичного уплотнения с уплотнительной поверхностью В (фиг. 3, 6, 8). Запирающая сила создана предварительно напряженными при сборке механизма устройства сильфонами 14 и 15, направлена по оси А к выходному патрубку 2, посредством деталей 13, 22, 21, 17, 20, (10)*, 12, 18 передана на запирающий элемент 16 и уравновешена реакцией уплотнительной поверхности В. При этом рукоятка 25 посредством деталей 24, 23, 33-26 зафиксирована в закрытом положении поперек оси А (фиг. 3, 6, 8).

Вращение рукоятки 25 против часовой стрелки вокруг оси болта 26 из закрытого положения фиг. 3, 6, 8 приводит в движение механизм устройства в направлении положения фиг. 1, 2, 4, 5, 7. Сильфон 14 сжимается, сильфон 15 растягивается, накапливая энергию для автоматического срабатывания устройства. Шток 17 отводит запирающий элемент 16 от уплотнительной поверхности В, *(а поршень 10 - от дна стакана 11, образуя увеличивающийся объем камеры D и пространство между поверхностью поршня 10 с углублениями G и кольцом 8. Это пространство, углубления G, радиальный зазор между поршнем 10 и кольцом 8, прорези F и отверстия Е становятся каналами, по которым камера D свободно заполняется водой)*.

Движение звеньев механизма прекращается в момент прикосновения резьбового конца штока 17 с внутренней поверхностью обтекателя 5 (фиг. 1, 2, 4, 5, 7). Сопротивление вращению рукоятки 25 резко возрастает, что означает окончание ввода механизма в первое открытое положение рукоятки 25 и запирающего элемента 16. Фиксирование рукоятки 25 в этом положении путем привязывания к ее периферии упругой нити 37, входящей в цепь стопора 34 вместе с зацепом 35 пола 36 помещения, завершает взвод устройства и его ввод в ждущий режим автомата, прекращающего движение аварийной воды.

От действия аварийной воды стопор 34 разрушается и освобождает от фиксации рукоятку 25 {коромысло[25, 27]} и остальные звенья механизма, получающие движение в положение фиг. 3, 6, 8 под действием силы предварительно напряженных при сборке и упруго деформированных при взводе механизма сильфонов 14 и 15.

* [Запирающий элемент 16 и поршень 10 смещаются в сторону уплотнительной поверхности В и уменьшения объема камеры D (фиг. 6, 8). Кольцо 8, прижатое силой его упругости к неподвижной внутренней поверхности стакана 11, встречает соприкосновением поверхность поршня 10 с дроссельными углублениями G, ликвидируя этим пространство между ней и кольцом 8, бывшего при взводе устройства частью канала свободного заполнения водой камеры D. Таким образом, выход воды из камеры D оказывается возможным только через дроссельные углубления G, ограничивающие скорость ее вытеснения из камеры D поршнем 10, то есть ограничивающие скорость движения поршня 10, а с ним и остальных деталей подвижной части механизма устройства]*.

Движение заканчивается отскоком вязкоупругого запирающего элемента 16 от уплотнительной поверхности В, при котором он обратимо деформируется и плавно останавливается, рассеивая кинетическую энергию подвижных деталей механизма и прижимаясь к поверхности В (фиг. 3, 6, 8) силой предварительно напряженных при сборке механизма сильфонов 14 и 15. При этом смягчается ударное взаимодействие элементов кинематических пар и снижается величина скачка давления воды в жестком трубопроводе, возникающего при резком снижении ее скорости до нуля (смягчается гидроудар). Под действием указанной силы, уравновешенной реакцией уплотнительной поверхности В, запирающий элемент 16 и звенья механизма фиксируются в закрытом для движения воды положении, при котором рукоятка 25 {коромысло[25, 27]} располагается поперек оси А (фиг. 3, 6, 8).

При поворачивании рукоятки 25 до соприкосновения с упором 38 (фиг. 9), ось болта 27 оказывается в части пространства, разделенного плоскостью расположения осей болта 26, и цилиндра 33, где существует плечо силы упруго деформированных сильфонов 14, 15 и деталей 17, 21, 22, 13, 24, 23, 33-25. Ее момент преобразуется рукояткой 25 в силу прижатия ее к упору 38. Таким образом, рукоятка 25 оказывается зафиксированной во втором открытом положении ее и запирающего элемента. Это позволяет использовать механизм устройства как управляемую вручную трубопроводную арматуру крайних положений его запирающего элемента.

Устройство относится к водоснабжению и может быть использовано для автоматического отключения подачи воды в водопроводно-канализационную систему отдельного помещения при его аварийном затоплении. Устройство содержит проточную полость с запирающим элементом 16, связанным элементом 13 подвижной части устройства с аккумулятором 14, 15, и стопор 34. Аккумулятор выполнен в виде связанных элементом 13 подвижной части соосных сильфонов 14,15, один из которых сжат, а другой растянут, при этом внутренние полости сильфонов входят в состав проточной полости. Стопор 34 препятствует изменению под действием аккумулятора положения запирающего элемента 16 с открытого для движения воды на закрытое. Он соединен с одной стороны с рукояткой 25 подвижной части устройства, с другой - с неподвижной частью 35 устройства, подвергаясь при этом растягивающему усилию и теряя при взаимодействии с аварийной водой стопорную функцию. Изобретение обеспечивает компактность, отсутствие периодического обслуживания и повышение надежности. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство аварийного отключения подачи воды, содержащее запирающий элемент проточной полости, связанный с аккумулятором посредством выходного звена механизма, входное и неподвижное звенья которого связаны стопором, в цепь которого входит нить вместе с зацепом пола помещения, привязанная к рукоятке, связанной с механизмом управления положением запирающего элемента, препятствующим изменению под действием аккумулятора положения запирающего элемента с открытого для движения воды на закрытое, отличающееся тем, что аккумулятор выполнен в виде соосных сильфонов, торцы которых скреплены с ступенчатой втулкой, при этом один из сильфонов сжат, а другой растянут, и внутренние полости сильфонов входят в состав проточной полости.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что неподвижное звено механизма снабжено ограничителем скорости движения подвижных звеньев.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что неподвижное звено механизма снабжено фиксатором подвижных звеньев.