РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ КВАРТИРНЫЙ

Полезная модель относится к регуляторам давления «после себя» и предназначена для использования в жилых многоквартирных зданиях в системах холодного и горячего водоснабжения.
Регулятор давления поддерживает настроечное давление на выходе вне зависимости от скачков давления в сети, а также в статическом режиме, когда давление после регулятора не превышает настроечное. Требования и рекомендации к основным параметрам регуляторов давления квартирным, обеспечивающих выполнения нормативных показателей объемных расходов и давлений при эксплуатации систем водоснабжения и безопасности использования сантехнических приборов, установлены ГОСТ Р 55023-2012 «Арматура трубопроводная. Регуляторы давления квартирные. Общие технические условия» и СП 30.13330.2016 «Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85*».
Известен регулятор давления (патент РФ №2465625, МПК G05D 16/08, опубл. 27.10.2012), содержащий корпус, выполненный со сквозной полостью и с элементом со стороны первого торца для подключения к трубопроводу, пробку, жестко связанную с корпусом со стороны его второго торца, выполненную со сквозной полостью и с элементом для подключения к трубопроводу со стороны, противоположной расположению корпуса, обойму, расположенную внутри полости корпуса и жестко в нем зафиксированную, также выполненную со сквозной полостью, клапан, установленный в пробке с возможностью продольного перемещения и фиксации положения с обеспечением прохождения транспортируемой среды через сквозную полость пробки, втулку, выполненную со сквозной полостью и установленную в сквозной полости обоймы с возможностью продольного перемещения и взаимодействия одной торцевой поверхностью с клапаном для предотвращения движения транспортируемой среды, пружину сжатия, расположенную в обойме с возможностью взаимодействия с втулкой со сжатием в направлении движения втулки к клапану.
Недостатком устройства является невозможность осуществления его регулировки без снятия с места установки, что может привести к серьезным проблемам в случае его неправильной работы и потерей времени до прибытия специалиста.
Ошибка! Недопустимый объект гиперссылки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является регулятор (редуктор) давления прямого действия поршневой регулируемый VALTEC VT 087 (Технический каталог - справочник «VALTEC - 2013» компании «Веста Трейдинг», 2013 г., с. 357 - 360, Технический паспорт изделия VALTEC модель VT.087 - document>technical/VT.087-0717.pdf), содержащий корпус со сквозной в продольном направлении полостью, разделенной на входную и выходную части расположенной продольно перегородкой, в которой поперечно продольному направлению корпуса выполнено отверстие с седлом клапана, который может полностью или частично перекрывать отверстие с седлом. Клапан выполнен со штоком, на конце которого имеется радиально выступающий поршень, расположенный в цилиндре корпуса, ориентированном по оси клапана. Выходная часть сквозной полости сообщается каналом с подпоршневой полостью, то есть с полостью, расположенной относительно поршня со стороны клапана, причем эта полость изолирована от входной части сквозной полости корпуса. С другой стороны поршня расположена пружина сжатия, поджимающая поршень относительно корпуса, а соответственно и клапан в направлении его открытия. Величина сжатия пружины может регулироваться винтом для настройки регулятора давления. Корпус с противоположенных сторон с отверстиями во входной и выходной части сквозной полости имеет элементы для подключению к трубопроводу. Конструкция этого регулятора давления допускает возможность регулировки давления транспортируемой среды на выходе, то есть «после себя».
Регулятор давления воды «после себя» работает по принципу выравнивания усилий, а именно усилие создаваемое давлением воды на золотник и поршень, уравновешивается усилием, оказываемой пружиной на поршень:
з
п
где: S и S - площади золотника и поршня соответственно;
п
р - давление после регулятора;
0
х
L и L - длины пружины в ненагруженном и нагруженном состояниях соответственно;
k - жесткость пружины.
Если выходное давление и, следовательно, усилие на поршень и золотник снижается в следствии водоразбора, то большее по величине усилие пружины вынуждает регулятор открываться. При этом выходное давление возрастает до тех пор, пока сила упругости пружины не уравновесится усилием, создаваемым давлением воды после регулятора на поршень и золотник. Увеличение давления воды после регулятора приведет к закрытию золотника.
Величина выходного давления (настроечное давление регулятора) определяется исходя из величин:
- статического давления на входе в регулятор;
- гидравлических потерь в системе после регулятора до расчетных водоразборных приборов при максимальном расходе воды;
- требуемого (максимального) избыточного давления у диктующего водоразборного прибора.
Недостатком указанного устройства является то, что оптимальное значение избыточного давления воды у водоразборных приборов реализуется только при максимальном расходе, который характерен в системах холодного и горячего водоснабжения многоквартирных домов для периодов водопотребления в часы утреннего или вечернего максимумов - с 7.00 до 9.00 или с 19.00 до 22.00 соответственно, а в остальное время работы внутриквартирной сети (при величинах расходов меньше максимального значения) избыточное давление у водоразборных приборов будет больше допустимого. При этом существенно возрастают неустранимые и неизбежные потери воды в виде непроизводительных расходов (Свинцов А.П., Мукарзель С.А., Рысьев Д.А. Расходные характеристики водоразборной арматуры // Сантехника, 2005, №6, с. 62-67).
Техническим результатом заявленной полезной модели является снижение непроизводительных расходов воды через водоразборные приборы в процессе хозяйственно-бытового водопотребления в жилых зданиях при величинах расходов меньше максимального (настроечного давления регулятора) значения.
Технический результат достигается за счет того, что регулятор давления квартирный, содержащий корпус, выполненный со сквозной в продольном направлении полостью, разделенной на входную и выходную части расположенной продольно перегородкой, в которой поперечно продольному направлению корпуса выполнено отверстие с седлом клапана, установленного в цилиндре корпуса с возможностью перекрытия данного отверстия, при этом клапан состоит из подвижного поршня со штоком и золотника, установленных на одной оси с помощью гайки, а выходная часть сквозной полости сообщается каналом с подпоршневой полостью, причем эта полость изолирована от входной части сквозной полости корпуса, также устройство содержит крышку корпуса и пробку, а в цилиндре корпуса установлены упорный конус, пружина сжатия и гайка настройки регулятора давления, дополнительно содержит в верхней части цилиндра корпуса, в плоскости перпендикулярной оси поршня, кольцевую канавку, в которой установлено эластичное кольцо, внутренний диаметр которого меньше наружного диаметра поршня.
Кроме того, эластичное кольцо выполнено из резины.
Кроме того, величина площади поперечного сечения кольцевой канавки подобрана с возможностью обеспечения полной деформации эластичного кольца при максимальном расходе.
Устройство представлено следующими чертежами:
- на фиг. 1 показана схема устройства регулятора давления;
- на фиг. 2 представлено положение регулятора в закрытом состоянии;
- на фиг. 3 представлено положение регулятора в промежуточном состоянии;
- на фиг. 4 представлено положение регулятора в полностью открытом состоянии;
- на фиг. 5 представлено изменение расходов воды через кран, с использованием стандартного регулятора давления, при постепенном его открытии и различных давлениях;
- на фиг. 6 представлен график зависимости давления после регулятора от расхода воды при использовании стандартного регулятора давления и нашего технического решения.
Регулятор давления квартирный состоит из корпуса (1), выполненного со сквозной в продольном направлении полостью, разделенной на входную и выходную части расположенной продольно перегородкой, в которой поперечно продольному направлению корпуса выполнено отверстие с седлом, крышки (2) корпуса, пробки (3). В корпусе (1) расположен клапан, состоящий из подвижного поршня (4) со штоком и золотника (5), установленных на одной оси с помощью гайки (6), также упорный конус (7), гайка настройки (8), защитный колпачок (9), пружина (10), кольцо уплотнительное большое (11), кольцо уплотнительное малое (12), прокладка золотника (13). В верхней части корпуса (1) регулятора, в плоскости перпендикулярной оси поршня (4), выполнена кольцевая канавка (14), в которой установлено эластичное кольцо (15), например из резины.
Устройство работает следующим образом.
Рабочая среда, попадая во входную камеру, с одинаковой силой воздействует на золотник (5) и на нижнюю поверхность цилиндрической части штока поршня (4) с малым уплотнительным кольцом (12). Сила упругости пружины (10) поддерживает клапан в открытом положении до тех пор, пока давление среды в выходной камере, воздействующее на верхнюю «тарелку» поршня (4) не сравняется с настроечным. В этот момент золотник (5) начинает перекрывать отверстие между камерами, увеличивая местное сопротивление и снижая выходное давление до заданного уровня. С помощью настроечной гайки (8) регулятор может быть настроен на требуемое выходное давление, отличное от заводской настройки.
У устройства возможны 3 характерных положения поршня:
- поршень находится в верхнем положении и не соприкасается с эластичным кольцом (регулятор закрыт);
- поршень находится в промежуточном положении и касается верха эластичного кольца, но не деформирует его (регулятор приоткрыт);
- поршень находится в нижнем положении и полностью деформирует эластичное кольцо (регулятор полностью открыт).
1. Фаза открытия
При увеличении расхода воды (открытие водоразборного прибора) давление воды за клапаном будет уменьшаться, при этом усилие, оказываемое водой на поршень (4) также будет снижаться, что спровоцирует ход штока вниз в сторону открытия. В промежутке между 1 и 2 характерными положениями поршня уравнение равновесия регулятора будет выглядеть следующим образом:
з
п
где: S и S - площади золотника и поршня соответственно;
п
р - давление после регулятора;
0
ч
L и L - длины пружины в ненагруженном и нагруженном состояниях соответственно;
k - жесткость пружины.
э.к.
э.к.
п
Как только поршень (4) достигнет верха эластичного кольца (15), то величина площади поршня (4), на которую оказывается давление воды, уменьшиться на величину площади эластичного кольца S. Усилие которое создает вода на поршень (4) уменьшится на величину произведения площади кольца (15) на давление воды (S⋅р). Уравнение равновесия регулятора будет выглядеть следующим образом:
з
где: S - площадь золотника клапана;
п
S - площадь поршня регулятора;
э.к.
S - площадь эластичного кольца;
п
р - давление после регулятора;
о
L - длина пружины в ненагруженном состоянии;
х
L - текущая длина пружины;
k - жесткость пружины.
Уменьшение левой части уравнения спровоцирует удлинение пружины, а вместе ней и открытие клапана, что приведет к тому, что клапан при дальнейшем открытии будет работать с большим давлением «после себя» при том же расходе.
В промежутке между 2 и 3 характерными положениями поршня уравнение равновесия регулятора будет выглядеть следующим образом:
Кольцевая канавка (14) при этом выполнена таким образом, чтобы обеспечивать заданную деформацию эластичного кольца (15) при полностью открытом клапане. Сила деформации эластичного кольца, в силу ее малости по сравнению с силами, действующими на поршень, в уравнении равновесия регулятора не учитывается.
2. Фаза закрытия
При уменьшении расхода воды через регулятор давления (закрытие водоразборного прибора) давление воды за клапаном будет увеличиваться, при этом уравнение равновесия поршня (4) будет выглядеть следующим образом:
В соответствии с уравнением, вместе с ростом давления будет происходить смещение поршня (4) вверх и будет происходить закрытие клапана.
э.к.
п
Когда поршень (4) дойдет до верха эластичного кольца (15), то в этот момент вода попадет в пространство между верхней частью кольца (15) и поршнем (4) и при этом, усилие которое создает вода на поршень (4) увеличиться на величину произведения площади кольца (15) на давление воды (S⋅Р). Уравнение равновесия регулятора будет выглядеть следующим образом:
Поэтому при достижении положения поршня (4) до момента отрыва от эластичного кольца (15) произойдет резкое перемещение поршня (4) вместе с золотником (5) вверх, вплоть до момента уравновешивания силы упругости пружины усилием на поршень, что будет соответствовать меньшему давлению после регулятора.
На представленном графике (фиг. 5) экспериментально установлено, что повышение давления приводит к существенному увеличению расхода воды даже при незначительном повороте рукояти вентильной головки. Диаграммы построены по средним значениям. При давлении 0,05 МПа и повороте рукояти вентильной головки более чем на полтора оборота расход воды практически не изменяется, асимптотически приближаясь к производительности крана по ГОСТ 19681-94. В результате исследований установлено, что при давлениях 0,3 и 0,5 МПа поворот рукояти уже на половину оборота приводит к увеличению расхода воды соответственно на 75 и 125% относительно стандартной производительности при стандартном давлении. Низкая регулирующая способность водоразборной арматуры становится причиной непроизводительных расходов, образование которых обусловлено техническими условиями, а не отношением потребителей к экономии воды. Для снижения непроизводительных расходов воды наиболее часто рекомендуется применять местные сопротивления, снижающие производительность арматуры: аэраторы, струевыпрямители, втулки, вставки, шайбы, фигурные резиновые прокладки запорных элементов и т.д.
вх
0
вых
Применение нашего технического решения позволяет снизить непроизводительные расходы воды через водоразборные приборы без снижения их производительности. Представленный график (фиг. 6) демонстрирует как при одном и том же давлении на входе p=6 бар. и различных объемных расходах жидкости q наше техническое решение позволяет более экономно распоряжаться потоками воды за счет уменьшения давления на выходе р, при незначительном повороте рукояти вентильной головки. В целях корректного доказательства технического результата нашего технического решения, оба сравниваемых регулятора были настроены на выходное давление р=2,0 бар.