ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ КРАН С КЕРАМИЧЕСКИМИ ДИСКАМИ

Изобретение относится к запорным устройствам, а точнее кранам или вентилям с запорными регулирующими керамическими элементами, и может быть широко использовано в системах водоснабжения промышленного и жилищно-коммунального хозяйства, в частности, при работе в системах с особо чистой или агрессивной средой в широком диапазоне температур.
Известны запорные устройства, у которых в качестве запорных регулирующих элементов используются два плотно прилегающих друг к другу керамических диска с проходными отверстиями одинаковой сегментообразной формы, размещенные ниже окон для прохода рабочей среды, выполненных в стенке, при этом один диск установлен с возможностью поворота и взаимодействия с водилом, входящим в глухой паз, выполненный на диске. Другой диск закреплен неподвижно. [DE 3638180, кл. F 16 К 3/08, 1988; RU №2027933, кл. F 16 R 3/08, 1992; RU 2064623, кл. F 16 К 3/08, 1993]. Недостатком такой конструкции является недостаточная надежность, ограниченный срок службы и ограниченная область использования.
Известен запорно-регулирующий кран, содержащий корпус с затворами в виде трех керамических дисков, крайние из которых закреплены неподвижно, а средний - установлен с возможностью поворота и связан с приводной рукояткой, выходящей наружу через отверстие в корпусе [DE 3309546, кл. F 16 К 3/08, 1983;].
Основным недостатком этого устройства является ограничение срока использования из-за быстрого износа уплотнений в зоне перемещения рукоятки подвижного диска, а также износа оси, центрирующей диски.
Наиболее близким по технической сущности является запорный кран с затвором в виде контактирующих между собой трех керамических дисков, в которых выполнены центральные отверстия для размещения в них оси, а также сквозные окна в виде секторов для прохода рабочей среды, при этом два крайних диска закреплены неподвижно и снабжены фиксаторами положения, а средний - установлен с возможностью поворота и соединен с приводной рукояткой, выходящей наружу корпуса через прорезь. В корпус
ввинчена крышка, сжимающая керамические диски и уплотнительные прокладки, размещенные между крайними дисками, корпусом и крышкой [RU 2149302, кл. F 16 К 3/08, 35 1997].
Такая конструкция крана позволяет по сравнению с предыдущими снизить гидравлическое сопротивление потоку рабочей среды, но не решает проблему снижения шумов при истечении жидкости.
Кроме того, наличие центральной оси и отсутствие средств регулировки износа этой оси снижает надежность устройства и сокращает срок его службы, а наличие ручки управления подвижным керамическим диском ограничивает возможность применения крана в труднодоступных местах, особенно в агрессивных средах.
Использование трех одинаковых керамических дисков, между которыми из-за большой площади соприкосновения, происходит значительное увеличение трение, что также ведет к более быстрому износу дисков и затрудняет использование крана в системах автоматического управления.
Задачей настоящего изобретения является увеличение срока службы и надежности работы и удобства при эксплуатации, снижения шума на выходе жидкости, а также расширение области использования и упрощение процесса регулирования расхода жидкости.
Поставленная задача решается тем, что в известном запорно-регулирующем кране, содержащем корпус, затвор в виде контактирующих между собой трех керамических дисков и уплотнительные прокладки, размещенные между корпусом и закрепленными неподвижно фиксаторами положения крайними дисками затвора, корпус составлен из двух соединенных резьбой частей, на наружной поверхности одной из которых выполнена кольцевая проточка, а средний диск затвора соединен с возможностью поворота в пределах 90°С и центровки относительно корпуса с маховиком через винтовые элементы, установленные, по меньшей мере, в двух прорезях, выполненных в кольцевой проточке корпуса, при этом в первом на входе жидкости неподвижном и в среднем подвижном керамических дисках выполнены не менее двух проходных отверстий, а третий керамический диск, расположенный на выходе жидкости, выполнен в виде кольца с конусообразной внутренней поверхностью, на которой выполнены профилированные канавки, а маховик изготовлен в виде ступенчатого неразъемного кольца.
Для использования крана в агрессивных средах корпус может быть выполнен цельным, а маховик разъемным.
Для использования крана в системах автоматического управления процессами, он может быть снабжен электромагнитным приводом, состоящим из электромагнита, размещенного на корпусе и соединенного возвратной пружиной с маховиком, выполненным из материала с магнитными свойствами или маховик может быть снабжен элементом, выполненным из металла с магнитными свойствами, а также маховик может быть выполнен из материала, в который включены элементы с термической памятью формы.
Для очистки транспортируемой среды от грубых механических загрязнений на входе жидкости может быть установлен очищающий фильтр.
Заявляемое устройство отличается от прототипа, тем, что корпус крана составлен из двух частей, соединенных резьбой, третий керамический диск, расположенный на выходе жидкости, изготовлен в виде кольца с конусообразной внутренней поверхностью, на которой выполнены профилированные канавки, в кольцевой проточке на наружной поверхности корпуса выполнены две прорези, в которых установленные винтовые элементы, соединяющие маховик с подвижным керамическим диском, что позволяет судить о соответствии критерию "новизна".
Сравнение с известными решениями показало, что в заявленном решении отсутствует центральная ось, как в RU 2149302 или DE 3309546, а значить не происходит ее истирание керамическими дисками, в результате которого изменяется ее геометрия, что может привести к смещению дисков и как следствие к нарушению герметизации крана.
Поток жидкости, выходя из меньшего проходного отверстия подвижного керамического диска, поступает в большее отверстие - кольцо неподвижного диска. Поток жидкости при этом расширяется и скорость его уменьшается, а то, что внутренняя поверхность кольца коническая и на ней выполнены профилированные канавки, способствуют переходу течения потока в ламинарное на выходе из крана, что значительно снижает уровень шума.
То, что неподвижный диск, расположенный на выходе жидкости, выполнен в виде кольца, позволяет также уменьшить трение между керамическими дисками.
Центровка подвижного диска производится винтовыми элементами, соединяющими его с маховиком, а не центральной осью, как в известных решениях, что также способствует повышению надежности работы.
Все это позволяет судить о соответствии заявленного решения критерию "изобретательский уровень".
Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг.1 представлен вариант крана с разъемным корпусом, на фиг.2 - с неразъемным корпусом, на фиг.3 - вариант крана с установленным на корпусе электромагнитом, на фиг.4а - неподвижный керамический диск, где (а) - вид со стороны выхода жидкости, а (б) - его же разрез по линии А-А, на фиг.5 - вид неподвижного керамического диска, со стороны входа жидкости в кран, на фиг.6 - общий вид маховика на фиг.7 - подвижный керамический диск, (а) - его вид со стороны выхода из него жидкости, а (б) - его же разрез по оси В-В,.
Устройство содержит корпус 1, выполненный разрезным из объединенных резьбовым соединением частей 2 и 3 (фиг.1) или цельным (фиг.2). На наружной поверхности корпуса 1 выполнена кольцевая проточка 4, в которой сделаны две прорези 5 и 6. В корпусе установлен затвор, состоящий из трех керамических дисков, два крайних, из которых 7 и 8, установлены неподвижно, а средний между ними диск 9 - установлен с возможностью поворота в пределах 90°С и центровки относительно корпуса и соединен с маховиком 10, в котором выполнены отверстия 11 для штифтов (на рисунках не показаны) установленных в прорезях 5 и 6. выполненных в кольцевой проточке 4 корпуса 1. Между корпусом и крайними керамическими дисками 7 и 8 проложены торцевые уплотнения 12 и 13. В случае неразъемного корпуса уплотнение 12 поджимается крышкой 14.
Неподвижный диск 7 (фиг.4а и 4б), установлен на выходе жидкости из крана и изготовлен в виде кольца с конусообразной внутренней поверхностью 15 (фиг.4б), на которой выполнены профилированные канавки 16, выполнено отверстие 17 для фиксатора (на рисунках не показан).
На неподвижном диске 8 (фиг.5), установленном на входе жидкости в кран, выполнены проходные отверстия 18 и отверстие 19 для фиксатора, как на диске 7.
На подвижном диске 9 (фиг.7а и 7б) выполнены проходные отверстия 20 отверстия 21 для соединения этого диска с маховиком 10.
Для использования крана в системах с дистанционным управлением на корпусе 1 может быть установлена катушка электромагнита 22 (фиг.3), соединенная с маховиком 10 возвратной пружиной (на рисунке не показана)
Сборка крана осуществляется следующим образом.
В варианте разъемного корпуса внутрь части 3 (фиг.1) на которой выполнена кольцевая проточка 4 с прорезями 5 и 6 вставляют уплотнение 13 и неподвижный керамический диск 8, совмещая отверстие 19 с фиксатором (не показан). Затем вставляют подвижный керамический диск 9 так, чтобы отверстия 21 для штифта на нем совпали с прорезями 5 и 6 в кольцевой проточке 4. Затем на разъемную часть 3 надевают маховик
10, совмещая отверстия 11 для штифта с прорезями 5 и 6. Затем внутрь части 2 вставляют уплотнение 13 и неподвижный диск 7, совмещая отверстие 17 с фиксатором. После этого производят сборку корпуса, соединяя по резьбе завинчиванием деталей 2 и 3. Перед окончательной стяжкой частей 2 и 3 (один, максимум два оборота) соединяют подвижный керамический диск 9 с маховиком 10, одновременно устанавливая его по центру относительно корпуса крана. Затем производят окончательную стяжку частей 2 и 3 и фиксируют это положение штифтом.
В варианте цельного корпуса 1 вставляют уплотнение 13, затем неподвижный керамический диск 8, далее подвижный диск 9, неподвижный диск 7, уплотнение 12 и прижимают крышкой 14.
Устройство работает следующим образом. Кран закрыт полностью, тогда когда маховичок 10 установлен в крайнем (правом) положении до упора по часовой стрелке. Проходные отверстия 18 и20 керамических дисков 8 и 9 полностью перекрыты. При повороте маховика 10, а вместе с ним подвижного диска 9 влево (против часовой стрелки) сечения проходных отверстий 20 подвижного 9 и 18 неподвижного 8 дисков смещаются относительно друг друга, и начинается истечение жидкости. При повороте маховика и подвижного диска на угол 90° (открытие крана влево до упора) происходит максимальный расход жидкости.
Для регулирования расхода транспортируемой среды с помощью крана можно провести его предварительную градуировку и получить зависимость расхода среды от угла поворота подвижного керамического диска и нанести соответствующие риски на корпусе крана. Для более точной регулировки расхода жидкости сечения проходных отверстий неподвижного и подвижного керамических дисков могут быть калиброванными.
Заявленное устройство позволяет значительно повысить экономию воды, обеспечивает высокую надежность в эксплуатации и долговечность, отвечает современным экологическим требованиям. Это устройство можно использовать при работе в средах с высокими или низкими температурами или в агрессивных средах. Оно обладает достаточно высокой чувствительностью в управлении и позволяет уменьшить время регулировки расхода среды.
Устройство довольно простое в изготовлении и сборке, при этом не требуется изменения используемых стандартных трубопроводов и соединительных узлов. Его можно широко использовать в различных автоматических процессах в качестве клапанов и других устройств с дистанционными управлением.