ЗАПОРНЫЙ УЗЕЛ

Устройство относится к оборудованию и приборам санитарно-технического профиля и предназначено для паритетного регулирования потоков воды смесителя крана в коммунально-бытовой и промышленной сфере.
В настоящее время известны регулирующие устройства для экономии воды, среди которых можно выделить следующие.
Известно регулирующее устройство по патенту RU №2327072, F16K 3/02, F16K 3/32, F16L 55/04, заявл. 27.09.2006, опубл. 20.06.2008 [1], содержащее корпус с входным и выходным каналами. Внутри корпуса расположено седло с проходным отверстием. В седле между Г-образными направляющими установлены плоский шибер с отверстием, вкладыш и уплотнительный элемент, герметизирующий уплотнительные поверхности вкладыша и седла на всем диапазоне регулирования. Плоский шибер соединен со штоком привода.
Известно другое регулирующее устройство по патенту RU №2386878, F16K 3/02, F16K 31/44, F16K47/02, заявл. 30.06.2008, опубл. 10.01.2010 [2], содержащее корпус с входным и выходным каналами. Внутри корпуса расположено седло с проходным отверстием. В седле между Г-обршными направляющими установлены плоский шибер с отверстием, вкладыш и уплотнительный элемент, герметизирующий уплотнительные поверхности вкладыша и седла на всем диапазоне регулирования. Плоский шибер соединен со штоком привода. Со стороны, противоположной штоку привода, соосно ему, расположен разгрузочный шток, соединенный с плоским шибером, диаметр которого равен диаметру штока привода.
Известен водопроводный кран по патенту RU №2023928, F16K 31/62, заявл. 28.05.1991, опубл. 30.11.1994 [3], содержащий вентили с двуплечей ручкой, имеющей два плеча, отрезок трубы направления воды к сливной трубке крана. На доске закреплены ролики в горизонтальном и вертикальном направлениях для металлических тросиков от каждого плеча ручки крана, изменяющих положение тросиков из горизонтального в вертикальное вдоль стены ванной комнаты, кухни, операционной, бани и т.п., к которой (стене) прикреплена дощечка с роликами.
Известные устройства [1-3] имеют общие недостатки. Первых два известных устройства [1, 2] предназначены для регулирования только одного потока транспортируемой среды, чем ограничивают свои функциональные возможности, и имеют делитель потока (клапан) в виде неподпружиненного плоского шибера с отверстием. В процессе работы такого запорного элемента по мере износа рабочих поверхностей, попадания твердых фракций в рабочие области подвижных элементов возможны протечки жидкой транспортируемой среды, снижая их надежность в целом. Третье известное устройство [3] представляет собой водопроводный кран-смеситель с тросовой системой напольного регулирования. Положение напольной педали управляет вентилем водопроводного крана, перекрывая потоки горячей и холодной воды в нужной пропорции. Однако применение здесь сложной системы тросовых тяг с использованием роликовых узлов, делает устройство ненадежным и не технологичным в изготовлении. При таком регулировании трудно подобрать нужное и точное положение рычага напольной педали для получения требуемой температуры результирующего водного потока.
В качестве прототипа выбрано устройство для экономии воды по патенту RU №2249140, F16K 31/62, E03C 1/04, приор. 20.06.2003, опубл. 27.03.2005 [4]. Устройство содержит корпус водяного крана с входящими в его состав запорным органом, состоящим из уплотнительного элемента, штока, возвратной пружины, заполненной жидкостью сильфонной камеры, фиксатора, педаль с входящими в ее состав корпусом, крышкой, возвратными пружинами и заполненной жидкостью сильфонной камеры, а также гибкий трубопровод.
Известное устройство обладает не высокой надежностью из-за использования «педального» гидравлического регулируемого привода, который, как известно, обладает протечками жидкости. Применение сильфонных камер привода с жидким носителем ограничивает срок его службы. Устройство не позволяет его использовать для регулирования, например, сразу двух потоков жидкой среды, чем ограничиваются его функциональные возможности.
Техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого устройства, является повышение надежности и расширение функциональных возможностей за счет снижения вероятности протечек жидкости по мере износа рабочих поверхностей клапанных пластин и возможности одновременного регулирования давления жидкости в двух независимых выходных трубопроводах.
Для достижения технического результата в запорный узел, содержащий цилиндрический корпус с закрепленными через уплотнительные элементы первой и второй боковыми крышками с трубопроводами, стержень тяги с уплотнительной прокладкой и возвратной пружиной, установленных по оси в верхней его части, дополнительно введены однотипные первый и второй картриджи, дифференциально и симметрично установленные вдоль его цилиндрического корпуса от опорного кольца, при этом, каждый картридж состоит из основания цилиндрической формы, сопрягаемого нижней своей частью с одним краем опорного кольца с образованием поперечного цилиндрическому корпусу свободного пространства на размер диаметра регулировочного винта, ввинчиваемого в резьбовое отверстие нижней средней части цилиндрического корпуса и фиксируемый контргайкой через уплотнительную прокладку с наружной стороны, в нижней части основания картриджей изнутри установлены направляющие втулки, повторяющие их профиль, с верхней поверхностью которых сопрягаются поводки клапанов с запорными пластинами клапанов, выполненные подвижными, поводки клапанов имеют кинематическое упругое соединение с опорной осью клапанов через осевые втулки с распорными пружинами, опорная ось клапанов по центру имеет резьбовое кинематическое соединение со стержнем тяги через возвратную пружину, шайбу и уплотнительную прокладку, рабочая профильная поверхность запорных пластин клапанов сопрягается с рабочей поверхностью неподвижных опорных пластин клапанов, имеющих по два торцевых отверстия для прохода рабочей жидкости из трубопроводов первой и второй боковых крышек соответственно, их другая поверхность зафиксирована в заданном положении торцевыми крышками картриджей с замковыми элементами, имеющих соосные с опорными пластинами клапанов аналогичными отверстиями, в которых установлены цилиндрические прокладки и сопряжены с рабочими отверстиями первой и второй боковых крышек с трубопроводами, имеющие разъемное соединение с цилиндрическим корпусом посредством винтов крепления.
Новыми отличительными функциональными узлами заявляемого устройства являются два встречно направленных (дифференциальных) однотипных картриджей с общим подпружиненным приводом клапанов из элементов поз. 15-25, закрепляемые в цилиндрическом корпусе 1 через осевую втулку 26. Элементы картриджей поз. 9, 10, 12, 15 и 13, 14 имеют простую геометрическую форму и изготавливаются из доступных материалов, что позволяет производить их своевременную замену по мере износа рабочих поверхностей подвижных элементов конструкции. Их количество в заявляемом устройстве ограничено элементами поз.13, 14 и 19, 20, делая его высоконадежным при эксплуатации совместно, например, со смесителем бытового водопроводного крана.
Заявляемый запорный узел поясняется описанием и чертежом, где на фиг.1 показана его структурная схема. Структурная схема имеет следующие функциональные элементы:
1 - цилиндрический корпус
2, 2′- первая и вторая боковые крышки с трубопроводами,
3, 3′- уплотнительные элементы,
4, 5 и 4′, 5' - цилиндрические прокладки,
6 - винты крепления,
7, 8 - первый и второй картриджи,
9 - основание картриджа,
10 - торцевая крышка картриджа,
11 - замковый элемент,
12 - направляющая втулка,
13 - опорная пластина клапана,
14 - запорная пластина клапана,
15 - поводок клапана,
16 - осевая втулка,
17 - распорная пружина,
18 - опорная ось клапанов,
19 - стержень тяги,
20 - регулировочный винт,
21 - контргайка,
22 - прокладка контргайки,
23 - уплотнительная прокладка,
24 - шайба,
25 - возвратная пружина,
26 - опорное кольцо.
В цилиндрическом корпусе 1 устройства дифференциально, через опорное кольцо 26, установлены идентичные первый и второй картриджи 7 и 8. Их безлюфтовое закрепление в цилиндрическом корпусе 1 обеспечивают первая и вторая боковые крышки 2, 2′ с трубопроводами и уплотнительными элементами 3, 3′, цилиндрическими прокладками 4, 5 и 4′, 5′, посредством винтов крепления, число которых может быть не менее четырех, что определяется габаритными размерами и условиями работы устройства.
Первый и второй картриджи 7, 8 состоят из последовательно сопряженных элементов: основания 9 картриджа, его торцевой крышки 10 с двумя (или более) замковыми элементами 11, опорной и запорной пластин 13, 14 клапана и поводка 15 клапана. Поперечным перемещением запорной пластины 14 клапана относительно опорной пластины 13 клапана через поводок 15 клапана осуществляется внешней силой, например через ножную педаль управления, посредством соответствующего перемещения стержня 19 тяги путем преодоления усилия сжатия возвратной пружины 25.
Стержень 19 тяги жестко соединен с опорной осью 18 клапанов, заставляя их совершать заданное перемещение в пределах свободного пространства внутренней части направляющей втулки 12 для обеспечения полного открытия (или перекрытия) рабочих отверстий клапанов (поз.13, 14). Их подпружинивание осуществляется посредством осевых втулок 16 с распорными пружинами 17, установленных на концах опорной оси 18 клапанов и сопрягаемых с радиальными углублениями торцевой части поводков 15 клапанов.
Регулировочный винт 20, в полости которого с внутренней стороны установлены возвратная пружина 25, шайба 24 и уплотнительная прокладка 23, а также проходит стержень 19 тяги, имеет резьбовое соединение с цилиндрическим корпусом 1 по его поперечной оси, позволяя регулировать усилие возвратной пружины 25. Его рабочее положение фиксирует контргайка 22, снабженная уплотнительной прокладкой 23. Работа запорного узла заключается в следующем.
В исходном состоянии к стержню 19 тяги не прикладывается усилие (сила) и опорная ось 18 клапана под действием возвратной пружины 25 занимает верхнее крайнее положение свободного внутреннего пространства корпуса 1 устройство (фиг. 1) между его однотипными первым и вторым картриджами 7 и 8. Поскольку опорная ось 18 клапана через осевые втулки 16 с пружинами 17 кинематически связаны с поводками 15 клапана первого и второго картриджей 7 и 8, запорные пластины 14 клапанов перемещаются вверх вместе с опорной осью 18 клапана и стержнем 19 тяги, вызывая перекрытие торцевых отверстий опорных пластин 13 клапанов. В результате давление рабочей жидкости в первом и втором трубопроводах уменьшается до нуля, и жидкость перестает через них проходить, т.е. запорный узел закрыт.
При приложении силы к стержню 19 тяги и по мере ее возрастания, преодолевая усилие сжатия возвратной пружины 25, опорная ось 18 клапана с поводками 15 и запорными пластинами 14 начинают перемещаться вниз (по фиг. 1), открывая синхронно входные отверстия клапанов первого и второго картриджей 7 и 8. В выходных трубопроводах устройства начинает протекать жидкость по мере увеличения ее выходного давления. При нижнем положении запорных пластин 14 клапанов первого и второго картриджей 7 и 8, их входные отверстия открыты полностью, и давления рабочей жидкости во входных и выходных трубопроводах устройства выравниваются. Запорный узел открыт и имеет максимальную пропускную способность.
Для предотвращения протечек рабочей жидкости в местах соединения деталей конструкции запорного узла в процессе его работы, использованы соответствующие прокладки 3, 3′ (уплотнительные элементы), 4, 4′, 5, 5′, 22 и 23. Применение клапанов в виде поляризованных неподвижных опорных и подвижных запорных пластин 13, 14 из керамического материала с полированными рабочими поверхностями прямоугольной формы, препятствует проникновению жестких фракций в зону фрикционного контакта. Этому же способствует подпружинивание запорных пластин 14 клапанов через поводок 15 клапана, его опорную ось 18 с осевыми втулками 16 и распорными пружинами 17. Поэтому, по мере износа поверхностей опорных и запорных пластин 13 и 14 клапанов первого и второго картриджей 7 и 8, вероятность протечек через их рабочие зазоры минимальная.
Для уменьшения шумовой составляющей клапанов первого и второго картриджей 7, 8 при протекании рабочей жидкости под давлением, внутренняя рабочая поверхность запорных пластин 14 клапана может быть выполнена овальной формы (на фиг. 1 не показано), что позволяет уменьшить их сопротивление потоку жидкости.
Кроме того, использование опорной оси 18 клапана с парой осевых втулок 16 с пружинами 17 позволяет создавать заданное усилие прижима опорной и запорной пластин 13, 14 клапанов первого и второго картриджей 7, 8 в случае температурных деформаций цилиндрического корпуса 1 устройства, технологических неточностях (разбросах линейных размеров) изготовления картриджей, опорного кольца 26 корпуса.
В процессе работы устройства с помощью регулировочного винта 20 возможно установить требуемую жесткость возвратной пружины 25 механизма привода клапанов картриджей 7, 8, состоящих из элементов 15-18, путем его ввинчивания/вывинчивания в корпус 1 с последующей фиксацией контргайкой 21. Одновременно регулировочный винт 20, через который проходит стержень 19 тяги и имеющий жесткое резьбовое соединение с опорной осью 18 клапанов, служит направляющим элементом и предотвращает перекос привода (поз. 15-25) клапанов по продольной оси устройства, и тем самым, способствует паритетному регулированию потока рабочей жидкости в раздельных трубопроводах.
Следовательно, применение прокладок в местах соединения деталей, соприкасающихся с рабочей жидкостью, а также создание постоянного во времени прижимного усилия в элементах клапанах устройства, способствует повышение его надежности за счет уменьшения вероятности нежелательных протечек жидкости в процессе работы. А применение простой и сдвоенной системы из однотипных по конструкции картриджей с единой системой привода - расширяет функциональные возможности заявляемого устройства. Выполнение картриджей из простых по форме деталей и доступных материалов повышает технологичность устройства при его изготовлении, обеспечивает возможность последующей замены изношенных деталей.
Сказанное отличает заявленное устройство от известных аналогов и прототипа и позволяет обеспечить достижение поставленного технического результата с положительным эффектом.
Реализация (только для пояснения). Заявляемое устройство выполнено с использованием известных материалов. Корпус 1, крышки 2, втулка 16, винт 20 - металл, бронза; прокладки 3, 3′ 4, 4′, 5, 5′, 22, 23 - силиконовые; элементы 9, 10, 11, 12, 15 - технический пластик; ось 18, стержень 19 - нержавеющая сталь; пластины 13, 14 - керамика.
Источники информации
1. Патент RU №№2327072, F16K 3/02, F16K 3/32, F16L 55/04, приор. 27.09.2006, опубл. 20.06.
2. Патент RU №2386878, F16K 3/02, F16K 31/44, F16K 47/02, приор. 30.06.2008, опубл. 10.01.2010.
3. Патент RU №2023928, F16K 31/62, приор. 28.05.1991, опубл. 30.11.1994
4. Патент RU №2249140, F16K 31/62, E03C 1/04, приор. 20.06.2003, опубл. 27.03.2005, прототип.