УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПОПЛАВКОВЫЙ НАПОЛНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к водопроводной наполнительной арматуре и предназначена для автоматического заполнения жидкой средой различного рода емкостей, в частности смывных бачков, после их опорожнения и герметичного перекрытия доступа жидкой среды в емкость после ее заполнения жидкой средой до заданного уровня.
Известен поплавковый клапан к смывному бачку, содержащий в запорном элементе дополнительную металлокерамическую шайбу, установленную в корпусе со стороны подвижной металлокерамической шайбы соосно с первой неподвижной шайбой с полированной поверхностью, при этом подвижная металлокерамическая шайба выполнена с дополнительной полированной поверхностью, контактирующей с полированной поверхностью дополнительной неподвижной шайбы, и снабжена поводком, соединенным с рычагом поплавка или рукояткой для ручного управления, а ось вращения подвижной шайбы смещена относительно оси корпуса и размещена в глухих соосных отверстиях неподвижных шайб (см. патент RU №2004873, Кл. F16К 31/30, 15.12.1993).
Одним из основных недостатков приведенного аналога является большая сила трения между подвижным и неподвижными металлокерамическими запорными элементами. Эта сила складывается из сил, обусловленных предварительным сжатием уплотнительных элементов, которые по мере разбухания резины под действием воды будут увеличиваться, а также сил, обусловленных давлением воды на всю
поверхность неподвижной пластины, обращенной к напорной гидролинии. В результате для обеспечения нормальной работоспособности такого наполнительного клапана необходимы значительная длина штанги и большой объем поплавка, которые не могут поместиться во внутреннем объеме современных смывных бачков.
Известен также наполнительный клапан с керамическими запорными элементами, принятого за прототип (патент JP №2-203089, Кл. F16К 31/30, 13.08.1990). Здесь наполнительный клапан содержит корпус с каналом, соединяющим впускное отверстие и отверстие выпускное, втулку, укрепленную в канале корпуса, неподвижную керамическую пластину с двумя симметричными отверстиями, вставленную в упомянутую втулку, подвижную керамическую пластину, поворачивающуюся относительно неподвижной пластины, открывая и закрывая соответствующие проходные отверстия. Центральная часть подвижной керамической пластины связана с валом, который, в свою очередь, через штангу жестко связан с поплавком, располагаемым внутри бачка. Подвижная пластина прижимается к неподвижной пластине с помощью силы, развиваемой пружиной малой жесткости, и силы от давления воды. Площадь, на которую действует давление воды, складывается из эффективной площади проходных отверстий и площади отверстия, через которое проходит вал привода подвижной керамической пластины. Площади упомянутых отверстий соизмеримы и приводят к большим силам трения. Поэтому возникает проблема с установкой таких клапанов в узкие сливные бачки, а также проблема уменьшения времени на обеспечение полной герметичности наполнительного клапана.
Кроме того, по изложенным выше причинам наполнительный клапан имеет высокий уровень шумности и не защищен от крупных механических частиц, поступающих из водопроводной сети вместе с потоком воды. Этот клапан пригоден только для смывных бачков с
боковой подводкой.
Известен универсальный поплавковый наполнительный клапан по патенту RU №2273785, взятый за прототип. Клапан содержит головку с входным и сливным штуцерами с подвижным керамическим элементом и неподвижным керамическим диском, вал и кинематическую систему, связывающую поплавок с валом головки клапана и крышку, при этом на корпусе головки выполнены два взаимно перпендикулярных кронштейна, свободный конец вала выполнен квадратным, на корпусе соосно с валом выполнено глухое отверстие, в которое вставляется ось одной части активного рычага, а его вторая часть с квадратным сквозным отверстием надевается на конец вала, при этом в зев одного из кронштейнов вставляется ось пассивного рычага, а в зевы свободных концов активного и пассивного рычагов вставляются оси штанги, на которой размещается поплавок с возможностью принудительного перемещения вдоль штанги. При этом, подвижный керамический элемент прямоугольной в плане формы размещен в прямоугольном колодце корпуса с зазором по боковым поверхностям и с суммарным зазором по торцевым поверхностям, большим, чем величина рабочего хода подвижного керамического элемента, а его рабочая поверхность, контактирующая с рабочей поверхностью неподвижного керамического диска с прямоугольным отверстием в центре, разделена на две самостоятельные, одна из которых участвует в перекрытии рабочего окна, а другая -замкнутая опорная поверхность расположена на некотором отдалении от первой, при этом подвижный керамический элемент прижимается к неподвижному диску с помощью сил пружины и подводимого к клапану давления воды, а перемещается подвижный керамический элемент посредством иглы, жестко связанной с валом, которая входит в овалообразное глухое отверстие, выполненное в центре элемента со стороны рабочей поверхности.
Крышка имеет стойки, через которые неподвижный керамический диск прижимается накидной гайкой к дну цилиндрического колодца в корпусе головки, шпонку, выполненную на одной из стоек, и втулку, в которую вставляется вал, выполненный заодно с подвижной пластиной с запрессованной в ней иглой и с тонкой пластиной, на которой выполнен зуб, а ответный зуб выполнен на лепестке, жестко связанном с крышкой и который имеет возможность отгибаться за счет собственной жесткости и вращения регулировочного винта.
Во входном штуцере размещены фильтр и обратный клапан, содержащий корпус с уплотнительным кольцом и ножеобразным седлом в виде эллипса, а также клапан, выполненный из эластичного материала в виде лепестка с выступами в верхней части и наклоненным к оси корпуса под углом 45°.
Сливной штуцер снабжен противошумной трубкой, на свободном конце которой установлен успокоитель потока воды, состоящий из двух дисков, расположенных параллельно друг другу с зазором, а один диск выполнен со штуцером в центре.
Параллелограммный направляющий механизм связывает шарнирно штангу с корпусом головки через один из кронштейнов и с валом и позволяет при сохранении подъемной силы поплавка сократить габариты наполнительного клапана на величину диаметра поплавка.
Технической задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является упрощение конструкции клапана, а также снижение шума, создаваемого керамическим затвором.
Сущность предлагаемого универсального наполнительного клапана с керамическими запорными элементами заключается в следующем.
Головка наполнительного клапана включает в себя штуцер для подвода воды, штуцер для слива воды и два кронштейна, выполненных на корпусе клапана, каждый из которых используется в зависимости от того,
в какой бачок устанавливается наполнительный клапан: с нижней или с боковой подводкой. Штуцер для подвода воды ввертывается в корпус клапана и герметизируется с помощью уплотнительного кольца в торце штуцера. В центральном отверстии штуцера установлен фильтр и обратный клапан, который необходим для предотвращения подсоса воды из бачка в водопроводную сеть при уменьшении давления в ней ниже атмосферного. В корпусе головки наполнительного клапана размещены подвижный и неподвижный керамические запорные элементы.
Неподвижный керамический элемент выполнен в форме прямоугольника и имеет в центре прямоугольное сквозное отверстие. Снизу к его полированной поверхности прижимается своей полированной поверхностью подвижный керамический элемент.
Рабочая запирающая поверхность подвижного керамического элемента имеет прямоугольную форму и перекрывает отверстие по контуру на 0,5-0,8 мм при закрытом рабочем окне затвора. На расстоянии от рабочей запирающей поверхности подвижного керамического элемента расположена замкнутая по контуру опорная поверхность, снижающая контактное давление рабочей запирающей поверхности подвижного керамического элемента на рабочую поверхность неподвижного керамического диска.
Стойки крышки являются упорами для подвижной пластины вала, ограничивающими углы его поворота. При этом крышка фиксируется от проворачивания стойками и двумя выступами, выполненными внутри корпуса.
Заодно с валом выполнена подвижная пластина со сквозными ломаными отверстиями, в которую запрессованы игла и тонкая пластина с зубом. Ответный зуб выполнен на лепестке, консольно закрепленном на внутренней поверхности крышки, в которой выполнено резьбовое отверстие под регулировочный винт, обеспечивающий необходимую
степень зацепления этих зубьев. Данное устройство является ограничителем моментов сил, действующих на вал со стороны поплавка. А ломаные отверстия в подвижной пластине увеличивают эффект шумопоглощения.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен вид сбоку на головку наполнительного клапана в разрезе.
На фиг.2 представлен вид сверху на крышку головки наполнительного клапана на фиг.1.
На фиг.3 представлен разрез по В-В головки наполнительного клапана на фиг.1.
На фиг.4 представлен разрез по А-А головки наполнительного клапана на фиг.1.
На фиг.5 представлен разрез головки наполнительного клапана по CDEFGH на фиг.1.
На фиг.6 представлен вид сбоку на наполнительный клапан, установленный в смывной бачок с подводкой сбоку.
На фиг.7 представлен вид сверху на наполнительный клапан.
На корпусе 1 наполнительного клапана выполнено глухое резьбовое отверстие, в которое вворачивается входной штуцер 2 подвода воды, уплотняемый с помощью эластичного кольца 3. Заодно с корпусом 1 выполнены кронштейны 4 и 5, а также сливной штуцер 6. Перпендикулярно резьбовому глухому отверстию в корпусе 1 выполнен колодец в глубине прямоугольной формы, а ближе к горловине - цилиндрической. На периферийной части дна последнего выполнена кольцевая проточка. В центре дна колодца прямоугольной формы выполнен конусообразный стержень 7, а полость колодца соединена с глухим резьбовым отверстием каналом 8. На стенке цилиндрического колодца по образующей выполнен паз прямоугольного сечения. В описанном колодце размещаются следующие детали (элементы): пружина 9, подвижный керамический элемент 10,
неподвижный керамический диск 11, уплотнительное кольцо 12, крышка 13 и вал 14 с подвижной пластиной 15, в которую запрессована игла 16, и с тонкой пластиной 17. Крышка 13 через стойки 18 с помощью накидной гайки 19 прижимает неподвижный керамический диск 11 к дну цилиндрической части колодца, обеспечивая также и сжатие уплотнительного кольца 12.
В штуцер 2 установлен обратный клапан, состоящий из корпуса 20, уплотнительного эластичного кольца 21 и лепестка 22 обратного клапана. Для обеспечения лучшей герметичности эллипсообразное седло 23 обратного клапана выполнено ножеобразным, а верхняя наружная часть лепестка 22 имеет боковые выступы, не позволяющие лепестку проваливаться в боковую щель корпуса 20 обратного клапана.
Подвижный запорный керамический элемент 10 в плане имеет прямоугольную форму и размещается в прямоугольной части колодца корпуса 1 головки. Боковые стенки элемента 10 и боковые стенки прямоугольного колодца имеют минимальный зазор, обеспечивающий свободное движение вдоль колодца. Суммарный зазор между торцевыми стенками прямоугольного колодца 4 подвижного керамического элемента 10 равен или несколько больше рабочего хода этого элемента.
Верхняя часть подвижного керамического элемента 10, имеющая высокую степень чистоты и плоскостности обработки, имеет две самостоятельные поверхности. В центре элемента выполнена прямоугольная часть, участвующая в процессе регулирования и перекрытия потока воды. Ее размеры на 0,5-0,8 мм по контуру перекрывают размеры центрального прямоугольного отверстия в неподвижном керамическом диске 11. По контуру верхней плоскости на некотором отдалении от центральной прямоугольной части выполнена опорная поверхность, позволяющая снизить удельное давление сопрягаемых поверхностей подвижного элемента 10 и неподвижного
диска 11. В центре керамического запорного элемента 10 со стороны рабочей плоскости выполнено глухое отверстие овалообразного сечения с осью овала, перпендикулярно направленной к направлению перемещения подвижного элемента 10. Такое сечение необходимо для компенсации отклонений иглы 16 от прямой линии при угловом перемещении вала 14.
В нижней части подвижного элемента выполнен конусообразный выступ для фиксации пружины 9, которая нижним концом фиксируется на аналогичном конусообразном выступе 7, выполненном на корпусе 1 головки наполнительного клапана.
Неподвижный керамический диск 11 выполнен в форме прямоугольника, что обеспечивает его надежную угловую фиксацию в корпусе 1. Для осуществления фиксации от проворачивания крышки 13 относительно корпуса 1 используются два выступа, выполненные внутри корпуса 1 (см. фиг.2).
Вал 14 вставляется во втулку 25, выполненную заодно с крышкой 13, и поворачивается в ней. Верхняя наружная часть вала 14 выполнена в сечении квадратной. В нижней части вала 14 заодно с ним выполнена неподвижная пластина 15. В нее снизу запрессовывается игла 16, которая при повороте вала 14 обеспечивает поступательное движение подвижному керамическому элементу 10.
В теле подвижной пластины 15 вала 14 выполнено большое количество ломаных сквозных отверстий, которые позволяют снизить уровень шума, характерный для керамических затворов (см. фиг.1,4, 5).
Заодно с валом 14 выполнена тонкая пластина 17, которая при повороте вала 14 вместе с подвижной пластиной поворачивается на тот же угол. Кроме того, на нижней поверхности крышки 13 выполнен лепесток 26. Под действием регулировочного винта 27 и сил собственной жесткости лепесток 26 имеет возможность перемещаться вдоль оси винта 27.
На свободном конце лепестка 26 выполнен зуб 28. Аналогичный, но симметрично расположенный, зуб 29 выполнен на свободном конце тонкой пластины 17, Передние углы зубьев 28 и 29 имеют наклон около 15°, а задние - пологие углы этих зубьев составляют от 30° до 45°.
При открытом состоянии рабочего окна керамических запорных элементов зубья 28 и 29 крутыми скатами находятся друг против друга. При наполнении смывного бачка выталкивающая поплавок подъемная сила на начальном этапе подъема уровня воды в бачке не сможет преодолеть силу зацепления зубьев 28 и 29. Однако при каком-то значении подъемной силы поплавка из-за конечной жесткости тонкой пластины 17 произойдет срыв зацепления зубьев 28 и 29 и керамический затвор перекроет поток воды, поступающий из напорной магистрали водопровода. Величина степени зацепления зубьев 28 и 29 регулируется с помощью винта 27.
Момент срыва зубьев при наполнении смывного бачка зависит также и от возмущения массы воды под действием потока, вытекающего из сливного штуцера 6 или из противошумной трубки. При больших давлениях напора в напорной магистрали на сливе наполнительного клапана расходы максимальные и возмущения массы воды больше. Поэтому клапан будет закрываться при меньшем уровне заполнения смывного бачка, чем это имело бы место при малых давлениях в напорной магистрали.
Для уменьшения и исключения влияния давления в напорной магистрали на уровень заполнения смывного бачка на свободный конец противошумной трубки 30 надевается успокоитель потока 31. Он состоит из штуцера 32 с диском 33, в центре которого отверстие является продолжением центрального отверстия штуцера 32. Напротив диска 33 установлен сплошной диск 34. Зазор «Δ» между дисками 33 и 34 (см. фиг.6) выбирается таким, чтобы площадь мнимой кольцевой поверхности в окрестности центрального отверстия штуцера 32 была равна площади
сечения отверстия в штуцере. Скорость же потока на выходе такого успокоителя зависит от диаметра дисков: с увеличением диаметра дисков скорость потока уменьшается.
Наполнительный клапан в смывном бачке с боковой подводкой собирается и устанавливается следующим образом.
В штуцер 2 монтируется фильтр 35. На квадрат вала 14 надевается соответствующая часть активного рычага 36, а его другая часть со стержнем 37 вставляется в соответствующее глухое отверстие, выполненное в корпусе 1 головки клапана соосно с валом 14. При этом активный рычаг 36 устанавливается в направлении кронштейна 5, который в данном случае не задействуется.
В зев кронштейна 4 вставляется ось пассивного рычага 38. В свободные зевы рычагов 36 и 38 вставляются соответствующие оси штанги 39, на которую надевается поплавок 40. Удержание поплавка 40 на штанге 39 обеспечивается за счет упругого лепестка 41 с зубом 42 на свободном конце, выполненных заодно с поплавком 40, так как зуб 42 попадет в одно из зацеплений, выполненных на рейке штанги 39.
Собранный таким образом клапан с уплотнительной эластичной прокладкой 43 вставляется в отверстие, выполненное в боковой стенке 44 смывного бачка, и крепится с помощью гайки 45.
В случае, если боковая стенка 44 смывного бачка имеет наклон, то ось в штанге 39 перемещается в более глубокое отверстие пассивного рычага 38. Это обеспечивает вертикальное положение штанги 39 даже при наклоне корпуса 1 клапана.
Наполнительный клапан в смывном бачке с нижней подводкой собирается и устанавливается следующим образом.
В штуцер 2 также устанавливается фильтр 35. На квадрат вала 14 надевается соответствующая часть активного рычага, а его другая часть со стержнем 27 вставляется в соответствующее глухое отверстие корпуса 1
головки наполнительного клапана. При этом активный рычаг 36 устанавливается в направлении кронштейна 4, который в данном случае не задействуется. В зев кронштейна 5 вставляется ось пассивного рычага 38. В свободные зевы рычагов 36 и 38 вставляются соответствующие оси штанги 39 с надетым на нее поплавком 40.
Собранный таким образом наполнительный клапан с уплотнительной эластичной прокладкой 43 вставляется в отверстие, выполненное в днище 46 смывного бачка и крепится с помощью гайки 45.
Работает универсальный наполнительный клапан с керамическими запорными элементами на примере его установки в смывной бачок с боковой подводкой (см. фиг.6, 7) следующим образом.
После спуска воды из смывного бачка поплавок 40 вместе со штангой 39 опускается вниз. Опускаются вниз и соответствующие концы активного рычага 36 и пассивного рычага 38. Рычаг 38 поворачивает вал 14 и через подвижную пластину 15 и иглу 16 перемещает подвижный керамический элемент 11 в сторону открытия рабочего окна керамического затвора. После этого вода из напорной магистрали под давлением проходит через фильтр 35, отжимает язычок 22 обратного клапана и через отверстие 8 поступает к открытому рабочему окну затвора, состоящего из прямоугольного отверстия в центре керамического диска 11 и кромок запорной части подвижного керамического элемента 10. Вытекая под углом из этого рабочего окна, струя жидкости набегает на нижнюю поверхность подвижной пластины 15, в которой выполнены сквозные отверстия, изменяет свою структуру и, в результате, изменяет характер шума и его интенсивность за счет уменьшения высокочастотных составляющих. Далее вода поступает в сливной штуцер 6, противошумную трубку 30 и через успокоитель 31 потока - в смывной бачок. По мере заполнения бачка на поплавок 40 начнет действовать подъемная сила. Подъема поплавка не произойдет, так как этому будет препятствовать сцепление
зубьев 28 и 29, а также жесткость тонкой пластины 17, на которой размещен зуб 29. Когда же подъемная сила поплавка 40 достигнет значений, предельных для зацепления зубьев 28 и 29, тонкая пластина 17 отогнется, зубья выйдут из зацепления, поплавок 40 резко поднимется и рабочее окно керамического затвора закроется. Регулировка уровня воды в смывном бачке, при котором происходит закрытие наполнительного клапана, осуществляется поворотом винта 27. Последний осуществляет требуемую степень прогиба свободного конца лепестка 26, следовательно, глубину зацепления зубьев 28 и 29.
После спуска воды из смывного бачка поплавок 40 со штангой 39 под действием силы тяжести, преодолевая силу зацепления пологих поверхностей зубьев 28 и 29, опускается вниз, открыв рабочее окно керамического затвора. Вода снова начнет заполнять бачок и далее - как это было изложено выше.
Предложенное техническое решение позволяет снизить шум керамического затвора до нормативных значений, повысить надежность герметизации и упростить конструкцию поплавкового наполнительного клапана.