ГИДРАНТ ПОЖАРНЫЙ ПОДЗЕМНЫЙ, КЛАПАН ГИДРАНТА ПОЖАРНОГО ПОДЗЕМНОГО, ПАТРУБОК ГИДРАНТА ПОЖАРНОГО ПОДЗЕМНОГО, ОПОРНОЕ КОЛЬЦО ГИДРАНТА ПОЖАРНОГО ПОДЗЕМНОГО И МУФТА ГИДРАНТА ПОЖАРНОГО ПОДЗЕМНОГО

Группа полезных моделей относится к области водоснабжения, в частности к устройствам, предназначенным для забора воды из находящегося под давлением трубопровода водопроводной сети с целью пожаротушения, а именно к пожарным гидрантам.
В зависимости от конструктивных особенностей гидранты пожарные подразделяются на подземные и надземные. Надземные пожарные гидранты - это пожарные гидранты, которые размещаются выше поверхности земли с закрепленной на нем колонкой.
Подземные пожарные гидранты - это пожарные гидранты, которые размещаются в специальных отдельных закрываемых крышкой колодцах. Подземный пожарный гидрант отбирает воду из подземных коммуникаций с помощью пожарной колонки (стендера), которую навинчивают на гидрант только при его использовании. Подземные пожарные гидранты укрепляются на специальных пожарных подставках различных типов на фланцах, являющимися фасонными частями водопроводной сети.
Для обеспечения надежности гидранта материал, из которого изготовлены основные составные части работающего в условиях высоких гидравлических давлений гидранта, должен обладать высокими прочностными свойствами.
При совершенствовании устройств типа пожарных гидрантов решаются различные задачи. Одной из задач является повышение надежности их срабатывания в условиях отрицательных температур. На решение подобной задачи направлены, например, серийно выпускаемый подземный гидрант со свободным потоком фирмы HAWLE, Австрия (http://www.hawle.net.ru/); известное из патента RU 2440466 (опубликовано 20.01.2012) противопожарное водоспускное устройство подземного типа или известный из патента RU 99501 (опубликовано 20.11.2010) подземный гидрант.
Недостатком этих гидрантов является их конструктивная сложность.
Задача обеспечения высокой герметичности и надежности работы гидранта решается конструкцией известного из патента RU №2361044 (опубликовано 10.07.2009) подземного гидранта, который содержит клапанный корпус с запорным устройством, содержащим, по меньшей мере, один переставляемый с помощью исполнительного механизма запорный элемент в виде поплавкового шара или клапанного поршня. При этом клапанный корпус образован имеющим запорное устройство основным корпусом и отделенным фланцевым устройством фланцевого кольцевого уплотнения насадочным корпусом. На фланцах основного корпуса и насадочного корпуса расположены позиционирующие средства, а на фланцевом устройстве фланцевого кольцевого уплотнения предусмотрен позиционируемый между позиционирующими средствами выступ, через который проходит сливное отверстие.
Задача снижения веса гидранта решается известным из международной заявки РСТ/ЕР 2006/063929, опубликованной 19.04.2007 под номером WO 2007/042335 подземным гидрантом с аналогичным описанному выше устройству по патенту PU №2361044 конструктивному исполнению запорным органом (с поплавковым шаром в клапанном корпусе и седлом клапана, образованным фланцевым кольцевым уплотнением), основные элементы которого выполнены из высокопрочного полимерного материала.
Основным общим недостатком вышеописанных устройств является сложность их изготовления за счет необходимости наличия клапанного корпуса для поплавкового шара.
Наиболее близкими к заявляемой полезной модели являются конструкции широко распространенных в России гидрантов подземных пожарных, изготовленных в соответствии с ГОСТ 8220-85, таких как, например, выпускаемых ООО "ГидроПромСервис" (http://www.gidrops.ru/gidrant1.html), ООО "Сибэнергомонтаж" (http://www.omtep.ru/Gidrant.html), Заводом «Красная Звезда» (http://www.theredstar.ru/component/content/article/43-terminologia/181 -gidrant-gp-term-st).
Известные подземные гидранты состоят из корпуса с патрубком, штанги соединенной муфтой со шпинделем с установленным на нем клапаном. Патрубок выполнен с седлом для клапана. Чугунный пустотелый клапан каплеобразной формы собран из двух частей, между которыми установлено резиновое уплотнительное кольцо клапана. Обе части клапана соединены между собой метрической резьбой. Седло клапана или покрывается износостойким материалом (оцинковка, полимерное покрытие) или выполняется в виде кольца из материала с основными свойствами не ниже, чем латунь марки ЛК1 или бронзы марки Бр 05Ц5С5. Пожарные гидранты по ГОСТ 8220-85 при по существу одинаковой конструкции выполняются нескольких типоразмеров по высоте: от 500 до 3500 мм с интервалом через 250 мм.
Основным достоинством таких гидрантов является простота их конструкции, а основным недостатком - высокая металлоемкость за счет применения для изготовления основных сборочных единиц (корпуса, клапана, патрубка, муфты и опорного кольца) чугуна, а также необходимость применения дорогостоящих материалов для седла клапана и втулки, соединяющей клапан со шпинделем, что повышает их стоимость и усложняет технологию изготовления.
В основу полезной модели поставлена задача создания простого по конструктивному исполнению и надежного в использовании гидранта пожарного подземного, имеющего основные сборочные единицы, обладающие высокой износостойкостью и прочностью при небольшом весе.
Технический результат заключается в значительном снижении материалоемкости основных сборочных единиц и гидранта в целом, а также повышении их коррозионной стойкости, что увеличивает надежность и ресурс.
Кроме того, техническим результатом является повышение технологичности изготовления и ремонтопригодности гидранта.
Поставленная задача решается тем, что в гидранте пожарном подземном (далее гидрант), содержащем такие основные сборочные единицы как корпус с размещенной в нем штангой, связанной муфтой со шпинделем с установленным на нем клапаном, выполненным из двух частей, связанных резьбовым соединением; связанный с корпусом патрубок, выполненный с седлом клапана; а также опорное кольцо, через которое пропущен шпиндель, новым является то, что клапан и/или муфта и/или патрубок и/или опорное кольцо выполнены из полиамида ПА-6.
Целесообразно при этом, чтобы в качестве полиамида ПА-6 был использован полиамид марки ПА-6 210-310.
Желательно, чтобы выполненные из полиамида ПА-6 основные сборочные единицы гидранта были изготовлены литьем под давлением.
Возможно, чтобы резьбовые участки изготовленных из полиамида ПА-6 сборочных единиц гидранта были выполнены в процессе литья под давлением.
Целесообразно, чтобы поверхность седла клапана была сформирована за одно целое с внутренней поверхностью патрубка.
Использование полиамида-6 в качестве конструкционного материала связано, как с его базовыми свойствами, так и с возможностью широкой модификации материала.
Выполненные из полиамида ПА-6 основные сборочные единицы имеют меньший вес, отличные антифрикционные свойства, высокую стойкость к ударным нагрузкам, износостойкость, стойкость к коррозии и длительный срок эксплуатации, что обусловлено свойствами материала, из которого они изготовлены.
Ниже приводится подробное описание полезной модели на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
на Фиг.1 - показан общий вид гидранта (частично в разрезе);
на Фиг.2 - представлена верхняя часть клапана (Фиг.2а - вид спереди, разрез; Фиг.2b - вид сбоку);
на Фиг.3 - представлена нижняя часть клапана, разрез;
на Фиг.4 - представлен патрубок гидранта (Фиг.4а - вид спереди, разрез;
Фиг.4b - вид сбоку, разрез);
на Фиг.5 представлена муфта гидранта (Фиг.6а - вид спереди, разрез;
Фиг.5 в - вид по стрелке А на Фиг.5а);
на Фиг.6 показано опорное кольцо гидранта (Фиг.6а - вид спереди, разрез; Фиг.6с - вид сверху).
Показанный на Фиг.1 гидрант пожарный подземный содержит следующие основные сборочные единицы: составляющие вертикально расположенный стояк корпус 1 и патрубок 2; имеющий резьбу для навинчивания пожарной колонки (стендера) ниппель 3, штангу 4, муфту 5, опорное кольцо 6, шпиндель 7 и клапан 8. Во избежание повреждения резьбы ниппель 3 закрыт откидной крышкой 9.
1
Корпус 1 своим нижним фланцем 1 жестко связан болтовым соединением 10 с верхним фланцем патрубка 2.
Следует заметить, что термины «верхний» и «нижний» (сверху и снизу) для целей настоящей полезной модели применяются к такой ориентации пожарного гидранта, которая показана на Фиг.1.
Расположенная внутри корпуса 1 штанга 4 своим нижним концом (хвостовиком) входит в муфту 5, жестко связанную с верхним концом пропущенного через опорное кольцо 6 шпинделя 7. Шпиндель 7 своим нижним концом связан с клапаном 8 резьбовым соединением.
1
2
Клапан 8 выполнен собранным из двух соединенных между собой резьбовым соединением и имеющих криволинейные и плоские поверхности частей - верхней части 8 и нижней части 8, между которыми установлено уплотнительное кольцо 11 клапана, выполненное из морозостойкой резины повышенной твердости.
1
Показанная на Фиг.2 верхняя часть 8 клапана (называемая по ГОСТ 8220-85 крышкой клапана) представляет собой тело вращения, наружная поверхность которого снабжена двумя оппозитными в диаметральном направлении направляющими упорами 12.
1
2
3
1
2
Тело вращения выполнено так, что имеет конусообразную часть 13 и цилиндрическую часть 14. Конусообразная часть 13 выполнена по типу обращенного вершиной вверх усеченного конуса с вогнутой плавно обтекаемой боковой поверхностью, обеспечивающей плавное увеличение потока при открытии гидранта. Цилиндрическая часть 14 выполнена в виде ступенчатого круглого цилиндра, радиус верхней ступени 14 которой равен радиусу примыкающего к ней нижнего основания конусообразной части 13, а радиус нижней ступени 14 согласован с радиусом отверстия нижней части 82 клапана, в котором она размещается при сборке клапана 8. Нижняя ступень 142 цилиндрической части 14 снабжена наружной резьбой 14, приспособленной для обеспечения связи верхней части 8 клапана с его нижней частью 8.
Выполненные в виде фигурных выступов направляющие упоры 12 расположены в зоне вогнутой боковой поверхности конусообразной части 13.
1
1
Верхняя часть 8 клапана снабжена сквозным осевым цилиндрическим каналом 15, поверхность которого с обращенной к шпинделю стороны имеет резьбовой участок 15, приспособленный для обеспечения возможности связи клапана 8 со шпинделем 7 резьбовым соединением.
Цилиндрический канал 15 может быть выполнен ступенчатым, как показано на Фиг.2 (в целях экономии материала), так и прямолинейным (не показано).
2
1
Нижняя часть 8 клапана (Фиг.3) представляет собой объемное тело, имеющее выполненную в виде шарового сегмента куполообразную часть 16 и примыкающую к основанию 16 шарового сегмента цилиндрическую часть 17. Оси вращения куполообразной части 16 и цилиндрической части 17 совпадают.
2
1
2
1
Нижняя часть 8 клапана снабжена открытым с верхнего конца цилиндрической части 17 осевым цилиндрическим каналом 18, поверхность которого имеет резьбу 18, согласованную с наружной резьбой нижней ступени 14 цилиндрической части 14 показанной на Фиг.2 верхней части 8 клапана.
2
2
1
Высота цилиндрической части 17 нижней части 8 согласована с высотой нижней ступени 14 цилиндрической части 14 верхней части 8 так, чтобы при соединении верхней и нижней частей клапана обеспечивалось размещение между ними уплотнительного кольца 11 (Фиг.1).
2
3
Вершина куполообразной части 16 снабжена выступом 16, приспособленным для сопряжения с ключом, используемым при соединении или разъединении верхней и нижней частей клапана, а ее основание 16i выполнено с буртиком 16, предназначенным для ограничения уплотнительного кольца 11 (Фиг.1).
1
2
1
1
2
Следует сказать, что верхняя часть 8 и нижняя часть 8 клапана 8 могут иметь форму, отличающуюся от тех, которые показаны на Фиг.3 и Фиг.4. Так, например, цилиндрическая часть 14 верхней части 8 может быть выполнена без верхней ступени 14. Или, например, куполообразная часть 16 нижней части 8 может иметь овалообразную форму (не показано). Клапан 8 может иметь грушеобразную форму (как показано на Фиг.1).
1
2
Верхняя часть 8 и нижняя часть 8 клапана выполнены из композиционного полимерного материала - полиамида 6 марки ПА-6 210-310.
Являющийся антифрикционным самосмазывающимся композиционным материалом полиамид (ПА) по механическим свойствам приближен к металлам (предел прочности при сжатии до 220 МПа), а по условиям трения - к полимерам. Полиамид ПА-6 (иногда называемый также РА-6) обладает низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью, высокой несущей способностью и при этом не меняет механические свойства при низких температурах. Кроме того, ПА-6 хорошо окрашивается и обладает хорошей способностью к склеиванию.
В качестве композиционного полимерного материала могут быть использованы также различные модифицикации полиамида ПА-6 стеклонаполненные, минералонаполненные, углеродонаполненные.
Верхняя часть клапана и нижняя часть клапана изготовлены способом литья под давлением.
Большим достоинством полиамида является возможность его легко обрабатывать любыми механическими инструментами, в том числе вручную.
В вариантном исполнении при изготовлении может быть применен механический способ обработки заготовок из полиамида ПА-6.
Резьбовые поверхности клапана 8 могут быть сформированы как при литье под давлением, что повышает упрощение технологии изготовления, так и механической обработкой.
Исключение из конструкции клапана по сравнению с прототипом бронзовой втулки, обеспечивающей связь клапана со шпинделем, повышает надежность, поскольку исключает проворачивание бронзовой втулки в корпусе клапана, ведущее к его поломке.
Исключение использования редкого и дорогостоящего материала - бронзы снижает стоимость как клапана, так и гидранта в целом.
Не подверженные коррозии резьбовые поверхности клапана обеспечивают повышение его эксплуатационных качеств и ремонтопригодность, например, при замене уплотнительного кольца или повреждении одной из каких-либо частей клапана.
1
2
1
2
Верхняя часть 8 и нижняя часть 8 клапана могут быть использованы при изготовлении и эксплуатации клапана как совместно, так и виде его отдельных составных частей, т.е. например, верхняя часть 8 может быть выполнена из полимиамида ПА-6, а нижняя часть 8 из чугуна и наоборот.
1
Показанный на Фиг.4 патрубок 2 выполнен в виде цилиндрической трубы 19 с верхним и нижним фланцами, соответственно 20 и 21. Верхний фланец 20 приспособлен для связи патрубка 2 с нижним фланцем 1 корпуса 1 гидранта, а нижний фланец 21 - для связи патрубка 2 с фланцем тройника водопроводной сети (не показан), на который устанавливают гидрант.
Верхний фланец 20 и нижний фланец 21 патрубка 2 снабжены отверстиями 22 для болтового соединения (показаны для нижнего фланца 21).
В нижнем фланце 21 патрубка 2 выполнено дренажное отверстие 23.
1
Внутренняя цилиндрическая поверхность патрубка 2 со стороны верхнего фланца 20 снабжена кольцевым уступом 24, приспособленным для размещения на нем опорного кольца 6 (Фиг.1), а со стороны нижнего фланца 21 посадочным местом 25 клапана (седло клапана). Внутренняя поверхность патрубка 2 снабжена также двумя простирающимися в осевом направлении диаметрально расположенными продольными открытыми пазами 26, каждый из которых образован парой параллельно разнесенных продольных выступов 27 и приспособлен для размещения в них направляющих упоров 12 верхней части 8 клапана 8.
Патрубок выполнен из описанного выше полиамида ПА-6.
Выполнение патрубка 2 из полиамида ПА-6 позволяет во-первых существенно снизить его массу, а во-вторых выполнить седло 25 клапана заодно целое с корпусом патрубка 2 без нанесения на седло клапана специального износостойкого покрытия, что обеспечивает упрощение технологии изготовления патрубка 2 и гидранта в целом. Кроме того, антифрикционные свойства полиамида исключают «залипание» клапана, приводящее к необходимости приложения больших усилий при открывании гидранта, которые в свою очередь приводят к проворачиванию квадратных концевиков штанги в муфте и поломке гидранта.
Муфта 5 (Фиг.5) гидранта, предназначеная для связи обращенных друг к другу концов шпинделя 7 и штанги 4, представляет собой втулку 28 со ступенчатой цилиндрической внешней поверхностью. Сквозной осевой канал 29 втулки 28 выполнен ступенчатым.
1
2
1
2
Входное отверстие 29 канала 29 со стороны штанги 4 имеет поперечное сечение, согласованное с поперечным сечением нижнего конца штанги 4, а входное отверстие 29 канала 29 со стороны шпинделя имеет поперечное сечение, согласованное с поперечным сечением верхнего конца шпинделя 7. Для конкретного исполнения, показанного на Фиг.5, часть канала 29 со стороны входного отверстия 29 имеет квадратное поперечное сечение, а часть канала 29 со стороны входного отверстия 29 имеет круглое поперечное сечение.
2
В зоне расположения шпинделя (со стороны входного отверстия 29) втулка 28 снабжена двумя оппозитными в диаметральном направлении сквозными вспомогательными отверстиями 30 для пропускания через них крепежного элемента (не показан), жестко связывающего шпиндель 7 с муфтой 5.
В вариантных исполнениях (не показано) муфта 5 может быть выполнена иной формы (например, внешняя поверхность втулки 28 может быть выполнена не ступенчатой или входные отверстия втулки иметь другой контур).
Муфта 5 выполнена из описанного выше полиамида ПА-6, что позволяет снизить ее вес, не уменьшая надежности работы при динамических нагрузках.
Опорное кольцо (Фиг.6) предназначено для центрирования положения шпинделя 7 с муфтой 5 (фиксации в радиальном направлении) и выполнено в виде двух концентрично расположенных колец круглого поперечного сечения: внутреннего круглого кольца 31 и внешнего круглого кольца 32, жестко связанных между собой тремя радиальными перемычками 33 (ребрами жесткости) с криволинейными выемками 34. Внешний диаметральный размер и высота внешнего кольца 32 согласован с внутренним диаметральным размером уступа 27 патрубка 4 (т.е. с посадочным местом опорного кольца), а внутренний диаметральный размер внутреннего кольца 31 согласован с диаметральным размером пропускаемого через него шпинделя 7.
Размеры и количество ребер жесткости 33 определяются исходя из высоты стояка гидранта, его пропускной способности и динамических нагрузок. В вариантном исполнении опорное кольцо 6 может иметь, например, два или четыре или шесть ребер жесткости (не показано).
Материалом, из которого выполнено опорное кольцо, является вышеописанный полиамид ПА-6.
Выполнение опорного кольца 6 из полиамида ПА-6 позволяет снизить его вес и исключить коррозию, увеличивая износостойкость, а высокие антифрикционные свойства позволяют снизить коэффициент трения и уменьшить износ поверхностей трения (контактирующих поверхностей шпинделя 7 и внутреннего кольца 31), что повышает срок службы опорного кольца 6 и соответственно срок службы гидранта.
Дополнительным эффектом при изготовлении клапана 8, патрубка 2, муфты 5 и опорного кольца 6 является упрощение процесса их изготовления и резкое увеличение производительности труда, так как процесс изготовления сводится к литью под давлением в литьевой машине из композиционного материала, который готовят простым перемешиванием компонентов, представляющих собой гранулы.
1
2
Верхняя часть 8 клапана 8, нижняя часть 8 клапана 8, патрубок 2, муфта 5 и опорное кольцо 6 могут быть использованы в гидранте как в комплекте в качестве составляющих его сборочных единиц, так и независимо друг от друга в качестве его отдельных деталей для других конструкций.
Гидрант пожарный подземный работает следующим образом. Гидрант устанавливается на пожарную подставку (на чертеже не показана) в водопроводной сети таким образом, что клапан 8 находится в воде, а поскольку он прижат к седлу 25 клапана, внутренняя полость гидранта изолирована и вода из сети в нее не поступает. Вращение штанги 4 ключом пожарной колонки, надеваемым на ее верхний концевик, передает через муфту 5 вращающий момент на шпиндель 7. Вращение шпинделя 7 вызывает вертикальное перемещение вниз клапана 8, так как установленные в направляющих пазах 26 патрубка 2 направляющие упоры 12 клапана 8 не позволяют ему вращаться. Опускание клапана 8 вниз обеспечивает открывание прохода для воды внутрь корпуса гидранта. Закрывание гидранта осуществляется вращением штанги 4 в обратную сторону, что приводит к подъему клапана 8 до полного его соприкосновения с седлом 25 и закрытию возможности поступления воды из сети в гидрант.
Использование настоящей полезной модели позволяет существенно снизить массу гидранта подземного пожарного и стоимость его изготовления, а также повысить срок службы и ремонтопригодность.