Фильтр для воды

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к устройствам для фильтрования воды, в частности к бытовым фильтрам-картриджам.
Уровень техники
В качестве наиболее близкого аналога выбран известный фильтр для воды, содержащий корпус, в котором установлен фильтрующий элемент, и крышку, соединенную резьбой с упомянутым корпусом, упомянутая крышка содержит входное и выходное отверстия (патент GB2576409A, опубликовано 19.02.2020 г.). Данная известная конструкция характеризуется высокой сложностью и низкой технологичностью конструкции крышки. Большое количество ступенчатых сочленений создает концентраторы механических напряжений, что снижает прочность фильтра.
Сущность полезной модели
Задача, решаемая полезной моделью, состоит в повышении прочности и технологичности конструкции фильтра.
Полезная модель обеспечивает достижение технического результата, состоящего в повышении прочности и надежности за счет оптимальной геометрии конструкции элементов фильтра.
Указанный технический результат достигается тем, что фильтр для воды содержит корпус, в котором установлен фильтрующий элемент, упомянутый корпус содержит колбу и крышку, соединенные посредством резьбы, упомянутая крышка содержит входное и выходное отверстия и имеет куполообразную часть, выполненную с плавным переходом в резьбовую часть, на внутренней поверхности крышки имеется кольцеобразный выступ, образующий с внутренней стенкой крышки паз, ширина которого соответствует толщине резьбового участка стенки колбы, при этом в упомянутом пазу установлено уплотнительное кольцо.
Указанный технический результат достигается также тем, что колба снабжена наружным упорным кольцом и ребрами.
Указанный технический результат достигается также тем, что входное и выходное отверстия крышки имеют латунные резьбовые вставки.
Указанный технический результат достигается также тем, что куполообразная часть крышки имеет сферическую форму.
Указанный технический результат достигается также тем, что крышка выполнена из полипропилена, а колба из полиэтилентерефталата.
Отличительной особенностью полезной модели является куполообразная формы крышки и наличие в ней внутреннего паза, обеспечивающего размещение в нем резинового уплотнения и охват резьбовой части колбы.
Перечень фигур чертежей
На Фиг. 1 показан внешний вид фильтра.
На Фиг. 2 показан поперечный разрез фильтра с увеличенным видом внутреннего паза крышки.
Осуществление полезной модели
В ходе эксплуатации фильтра для воды его корпус подвергается высокой нагрузке от внутреннего давления, которое, к тому же, может пульсировать. Нестабильное давление в магистрали подачи воды требует запаса механической прочности деталей корпуса. По этой причине обеспечение достаточной прочности корпуса фильтра является актуальной технической задачей в данной области техники. Текучая среда, находящаяся под давлением внутри фильтра, оказывает механическое воздействие на части корпуса (например, колбу и крышку), а также на соединение частей корпуса друг с другом. Таким образом, для обеспечения высокой прочности фильтра необходимо обеспечить достаточной прочные колбу и крышку, а также обеспечить прочность их механического соединения между собой. При этом должны быть обеспечены удовлетворительные массогабаритные характеристики.
В соответствии с полезной моделью фильтр для воды содержит корпус, в котором установлен фильтрующий элемент 2. Корпус содержит колбу 1 и крышку 3. В качестве фильтрующего элемента может использоваться любой подходящий вариант, например, осадочного действия (веревочный, угольный и пр.).
Крышка 3 содержит входное 4 и выходное 5 отверстия и имеет куполообразную часть 6, выполненную с плавным переходом в резьбовую часть 7. Резьбовая часть 7 обеспечивает герметичное соединение крышки 3 с ответной резьбовой частью колбы 1. Крышку 3 целесообразно выполнить из полипропилена. Проведенные эксперименты и исследования показали, что толщину «с» стенки куполообразной части 6 целесообразно выбрать из диапазона от 3,8 мм до 4,2 мм. Среднее значение 4 мм толщины стенки куполообразной части 6 обеспечивает предельное давление внутри фильтра до 50 атмосфер. Уменьшение толщины стенки приведет уменьшению прочности прежде всего резьбового участка 7. Увеличение толщины стенки приведет к увеличению массы фильтра.
На внутренней поверхности крышки 3 имеется кольцеобразный выступ 8, образующий с внутренней стенкой крышки 3 паз 9, ширина которого соответствует толщине резьбового участка стенки колбы 1. Толщину «е» стенки резьбовой части 7 (по впадине резьбового профиля) целесообразно также выбрать из диапазона от 3,8 мм до 4,2 мм.
В пазу 9 установлено уплотнительное кольцо 10, которое может быть выполнено из резины.
Колба 1 снабжена наружным упорным кольцом 11 и ребрами 12. Упорное кольцо 11 служит упором для края крышки 3 при ее соединении с колбой 1. Ребра 12 предназначены для взаимодействия с монтажным инструментом. Упорное кольцо 11 и ребра 12 также дополнительно повышают жесткость и прочность корпуса фильтра.
Входное 4 и выходное 5 отверстия крышки 3 могут иметь латунные резьбовые вставки 13 для сохранения прочностных механических свойств в ходе эксплуатации фильтра при неоднократном присоединении и отсоединении фильтра к магистралям подвода и отвода воды.
Куполообразная часть 6 крышки 3, наиболее предпочтительно, имеет сферическую форму.
Колбу 1 целесообразно выполнить из полиэтилентерефталата. Проведенные эксперименты и исследования показали, что толщину «в» стенки колбы 1 можно выбрать из диапазона от 3,3 мм до 3,7 мм, что обеспечивает предельное давление внутри фильтра до 50 атмосфер. Уменьшение толщины стенки приведет уменьшению прочности колбы 1. Увеличение толщины стенки приведет к увеличению массы фильтра.
Устройство работает следующим образом.
Внутрь колбы 1 устанавливают фильтрующий элемент 2, и посредством резьбового соединения накручивают крышку 3 до упора. При необходимости используют монтажный инструмент. В собранном положении край резьбового участка колбы 1 проходит внутрь паза 9 и упирается в резиновое уплотнительное кольцо 10. За счет упругой деформации уплотнительного кольца 10 крышка 3 надежно удерживается на колбе 1. При наличии упорного кольца 11 в закрученном положении край резьбового участка 7 крышки 3 дополнительно упирается в упорное кольцо 11 колбы 1, что повышает прочность и жесткость конструкции. Таким образом, наличие внутри крышки 3 паза 9 и уплотнительного кольца 10 обеспечивает надежное соединение частей корпуса не только по профилю резьбового соединения, но и по краю резьбового участка колбы 1.
К входному 4 и выходному 5 отверстиям подключают соответствующие патрубки водопроводов, например, посредством резьбового соединения с латунными вставками 13.
Внутрь корпуса подают воду, которая под давлением проходит через фильтрующий элемент 2, очищается и удаляется через выпускное отверстие 5.
Выполнение крышки 3 без концентраторов механических напряжений позволяет выдерживать высокое рабочее давление и обеспечивает необходимый запас прочности. Высокие механические свойства куполообразной, в частности, сферической формы крышки 3 основаны на известных геометрических свойствах: 1) сфера имеет наименьшую площадь из всех поверхностей, ограничивающих данный объем; 2) из всех поверхностей с данной площадью сфера ограничивает наибольший объем. За счет минимально возможной площади внутренней поверхности крышки 3, при эксплуатации на нее действует наименьшая из возможных нагрузок. Это уменьшает напряжение в материале, повышает ресурс и надежность фильтра.
Проведенные испытания корпусов фильтра с крышками различной формы показали, что крышки, имеющие ступенчатые сопряжения элементов (например, как выполнено в прототипе) выдерживают давление на 20% меньше, чем крышка с куполообразной (в частности, сферической) формой при одинаковых массогабаритных параметрах. Крышка корпуса фильтра со ступенчатыми или угловыми сочленениями прямолинейных участков равнопрочная куполообразной крышке должны иметь массу на 20% выше.
Конструкция внутреннего паза 9 с уплотнительным кольцом 10 обеспечивает надежное закрепление крышки 3 на колбе 1. Проведенные эксперименты и исследования показали, что корпус фильтра выдерживает (т.е. крышка 3, колба 1 и их соединение не разрушаются) предельное давление до 50 атмосфер.