КЛАПАН ДЛЯ ВАКУУМНЫХ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СИСТЕМ
VALVE FOR VACUUM SEWAGE SYSTEMS

Изобретение относится к санитарно-техническому оборудованию, а именно к вакуумным туалетным системам, и может быть использовано, например, в пассажирских железнодорожных вагонах.
Уровень техники.
Из описания изобретения к американскому патенту US 3996628 кл. 4/26, опубл. 14.12.1976 г. [1], известен клапан для вакуумных канализационных систем. Клапан технического решения [1] имеет полый корпус, в котором установлена эластичная манжета. Открытие и закрытие клапана осуществляется за счет изменения давления в полости корпуса клапана. Однако отсутствие механизма пережима эластичной манжеты и, следовательно, необходимость управления клапаном только с помощью пневматики потребует большого расхода энергии, что нежелательно в условиях транспортных средств.
Из описания изобретения к американскому патенту US 3984080, кл. 251/5, опубл. 05.10.1976 г. [2], известен клапан для вакуумных канализационных систем, включающий полый корпус с эластичной манжетой и механизм пережима манжеты, приводимый в действие за счет изменения давления в полости корпуса. Техническое решение [2] не может гарантировать надежность при эксплуатации вследствие того, что не обеспечена продольная устойчивость деталей механизма пережима, которые подвергаются большим нагрузкам при операциях открывания и закрывания клапана.
В описании изобретения к американскому патенту US 3732579, кл. 4/41, опубл. 15.05.1973 г. [3], раскрыта конструкция клапана для вакуумных канализационных систем. Авторы изобретения предлагают использовать в качестве сливного клапана т.н. клапан диафрагменного типа, который открывается и закрывается под действием на эластичную манжету прижимающего ее вертикального штока. Шток приводится в движение подпружиненным плунжером, установленным в цилиндре, в который подается под давлением вода. В техническом решении [3] проведение операции слива, т.е. операции опорожнения унитаза, жестко связано с операцией его обмыва. Такое решение характеризуется перерасходом воды. Кроме того, механическое воздействие штока может вызвать быстрый износ эластичной манжеты, что приведет к затоплению сточными водами железнодорожного вагона.
При разработке предлагаемого технического решения перед авторами стояла задача создания надежного быстродействующего клапана, работающего с использованием вакуумных средств и применяемого для канализации отходов туалетов в бак-накопитель железнодорожного пассажирского вагона.
Техническим результатом данного изобретения является повышение надежности устройства при снижении расходов на его эксплуатацию.
Указанный технический результат достигается в клапане для вакуумных канализационных систем, включающем полый корпус, имеющий расширенные верхнюю и нижнюю части, снаружи у боковых стенок корпуса имеется штуцер для присоединения клапана к воздухопроводу, а к краям боковых стенок, корпуса сверху и снизу прикреплены наружными краями эластичные кольцевые элементы, которые могут принимать плоскую или коническую форму, в полости корпуса расположены эластичная манжета цилиндрической формы, концы которой прикреплены к краям двух отверстий, выполненных в боковых стенках корпуса, клапан снабжен механизмом пережима эластичной манжеты, состоящим из верхней и нижней рамок, расположенных перпендикулярно оси эластичной манжеты, каждая из рамок состоит из двух вертикальных стоек и прикрепленной к стойкам с одной стороны горизонтальной перекладины, а с другой стороны - горизонтального диска, при этом края дисков скреплены с внутренними краями эластичных кольцевых элементов, стойки верхней рамки соединены попарно со стойками нижней рамки и соединены с боковыми стенками корпуса так, что стойки рамок имеют возможность продольного перемещения друг относительно друга и вертикального перемещения относительно стенок корпуса, каждая из рамок охватывает эластичную манжету и контактирует с манжетой своей перекладиной, кроме того, между диском верхней рамки и перекладиной нижней рамки установлена пружина, на внутренних поверхностях боковых стенок корпуса имеются вертикальные направляющие, в которых находятся наружные края стоек нижней рамки, причем эти вертикальные направляющие образованы пересекающимися плоскостями, а находящиеся в них края стоек нижней рамки выполнены закругленными.
Предусмотрены следующие частные случаи выполнения изобретения.
В средних частях диска верхней рамки и перекладины нижней рамки со стороны пружины имеются продолговатые вертикальные выступы, которые находятся внутри пружины и соединены между собой с возможностью вертикального перемещения относительного друг друга и вертикального перемещения относительно пружины.
В центральной части диска верхней рамки имеется наружный выступ, в котором с внутренней стороны корпуса выполнена кольцевая канавка для установки в ней концевой части пружины.
Стойки нижней рамки имеют выступающие вверх концы, являющиеся продолжением этих стоек и контактирующие со стойками верхней рамки, при этом упомянутые выступающие вверх концы имеют возможность вертикального перемещения относительно стоек верхней рамки и боковых стенок корпуса.
Боковая поверхность корпуса является поверхностью вращения.
Боковая поверхность корпуса является многогранной поверхностью.
Боковая поверхность корпуса является многогранной поверхностью со скругленными ребрами.
Верхняя и нижняя стенки корпуса прикреплены к боковым стенкам корпуса посредством обручей, прижимающих края верхней и нижней стенок к краям боковых стенок корпуса.
Существо изобретения поясняется следующими чертежами.
Фиг.1. Общий вид клапана в аксонометрии, частичный разрез.
Фиг.2. Вид клапана в закрытом состоянии, вертикальный осевой разрез.
Фиг.3. То же, вид сбоку.
Фиг.4. Вид клапана в открытом состоянии, вертикальный осевой разрез.
Фиг.5. То же, вид сбоку.
Фиг.6. Горизонтальный разрез по А-А на фиг.2.
Фиг.7. Нижняя рамка, аксонометрия, масштаб увеличен.
Фиг.8. Верхняя рамка, аксонометрия, масштаб увеличен.
В прилагаемых чертежах использованы следующие условные цифровые обозначения узлов и деталей.
1. Корпус клапана.
2. Эластичные кольцевые элементы.
3. Эластичная манжета.
4. Верхняя рамка.
5. Нижняя рамка.
6. Стойки рамок.
7. Перекладины рамок.
8. Диски рамок.
9. Пружина.
10. Штуцер для присоединения клапана к воздухопроводу.
11. Продолговатый вертикальный выступ диска верхней рамки.
12. Продолговатый вертикальный выступ перекладины нижней рамки.
13. Наружный выступ жесткого диска верхней рамки.
14. Кольцевая канавка в наружном выступе диска верхней рамки.
15. Выступающие вверх концы стоек нижней рамки.
16. Вертикальные направляющие для рамок механизма пережима эластичной манжеты.
Как показано на фиг.1-6, корпус 1 клапана выполнен полым и имеет расширения в своей верхней и нижней частях. Боковые стенки корпуса 1 выполнены из жесткого материала, например из пластмассы. К боковым стенкам корпуса 1 сверху и снизу прикреплены наружными краями эластичные кольцевые элементы 2, которые могут принимать при работе клапана плоскую или коническую форму.
В полости корпуса расположена эластичная манжета 3 цилиндрической формы, концы которой прикреплены к краям двух отверстий, выполненных в боковых стенках корпуса 1. В полости корпуса 1 расположен механизм пережима эластичной манжеты 3. В механизм пережима входят две рамки - верхняя рамка 4 и нижняя рамка 5, которые расположены перпендикулярно оси эластичной манжеты 3 и выполнены из жесткого материала, например из пластмассы. Каждая из рамок 4 и 5 состоит из двух вертикальных стоек 6, горизонтальной перекладины 7 и горизонтального диска 8. Перекладина 7 нижней рамки 5 выполнена двойной. Стойки 6 верхней рамки 4 соединены попарно со стойками 6 нижней рамки 5 и соединены с боковыми стенками корпуса 1 так, что эти стойки рамок имеют возможность вертикального перемещения друг относительно друга и возможность вертикального перемещения относительно стенок корпуса 1. Каждая из рамок 4 и 5 охватывает эластичную манжету 3 и контактирует с ней своей перекладиной 7.
Кроме того, в состав деталей механизма пережима эластичной манжеты 3 входит пружина 9, которая установлена между диском 8 верхней рамки 4 и перекладиной 7 нижней рамки 5. В боковой стенке корпуса 1 установлен штуцер 10, предназначенный для присоединения клапана к воздухопроводу (воздухопровод на чертежах не показан). В средних частях диска 8 верхней рамки 4 и перекладины 7 нижней рамки 5 со стороны пружины 9 имеются продолговатые вертикальные выступы 11 и 12, которые находятся внутри пружины 9 и соединены между собой с возможностью вертикального перемещения друг относительно друга и перемещения внутри пружины 9. Продолговатые выступы 12 нижней рамки 5 выполнены двойными.
В центральной части диска 8 верхней рамки 4 выполнен наружный выступ 13, в котором с внутренней стороны имеется кольцевая канавка 14 для установки в ней концевой части пружины 9.
Стойки 6 нижней рамки 5 имеют выступающие вверх концы 15, являющиеся продолжением этих стоек и контактирующие со стойками 6 верхней рамки 4, при этом выступающие вверх концы 15 имеют возможность вертикального перемещения относительно стоек 6 верхней рамки 4 и боковых стенок корпуса 1.
Как видно из фиг.6, стойки нижней рамки 5 установлены в вертикальных направляющих 16, находящихся на внутренней поверхности стенок корпуса 1, причем края стоек 6 нижней рамки 5 выполнены закругленными, а вертикальные направляющие 16, находящиеся на внутренней поверхностей стенок корпуса 1, имеют форму вертикальных пересекающихся плоскостей.
Боковая поверхность корпуса может быть выполнена в виде поверхности вращения. В вариантах исполнения изобретения боковая поверхность может быть выполнена многогранной или многогранной со скругленными ребрами.
Предлагаемый клапан работает следующим образом.
При закрытом положении клапана пространство полости корпуса 1 сообщается через штуцер 10 с атмосферой, благодаря чему в нем поддерживается атмосферное давление. Под действием пружины 9 верхняя рамка 4 находится в крайнем верхнем положении, а нижняя рамка 5 находится в крайнем нижнем положении. Перекладина 7 верхней рамки 4 и перекладина 7 нижней рамки 5 сжимают эластичную манжету 3 так, что полностью перекрывается просвет внутри манжеты 3 и исключается возможность пропускания жидкости через клапан. Эластичные кольцевые элементы 2, прикрепленные к корпусу, находятся при этом в растянутом состоянии и принимают коническую форму. В этом положении диски 8 обеих рамок 4 и 5 максимально удалены друг от друга.
Для перевода клапана в открытое положение в пространстве полости корпуса 1 путем отсоса воздуха через штуцер 10 создают и поддерживают относительный вакуум (приблизительно 0,3 атм.). При этом под действием разности давлений снаружи и внутри корпуса 1 диски 8 обеих рамок 4 и 5 сближаются, сжимается пружина 9, верхняя рамка 4 переводится в крайнее нижнее положение, а нижняя рамка 5 переводится в крайнее верхнее положение. Стенки эластичной манжеты 2 выпрямляются и открывается возможность протекания жидкости через клапан. Одновременно ослабляются напряжения растяжения в эластичных кольцевых элементах 2 и они принимают плоскую форму.
Отметим некоторые положительные свойства предлагаемого технического решения.
Находящиеся в центральных частях диска 8 верхней рамки 4 и перекладины 7 нижней рамки 5 вертикальные выступы 11 и 12 препятствуют возникновению продольного изгиба пружины 9, чем повышается надежность в работе механизма пережима эластичной манжеты 3. Этой же цели служит помещение конца пружины 9 в кольцевую канавку 14, выполненную в продолговатом вертикальном выступе 12 диска 8 верхней рамки 4, т.к. верхний конец пружины 9 надежно фиксируется от горизонтальных смещений относительно жесткого диска 8 верхней рамки 4.
В процессах перевода клапана из закрытого положения в открытое и наоборот наличие вертикальных направляющих 16 на внутренней поверхности боковых стенок корпуса 1 предотвращает заклинивание в корпусе перемещающихся рамок 4 и 5. Получению этого положительного эффекта способствует наличие выступающих вверх концов 15 стоек 6 нижней рамки 5, контактирующих со стойками 6 верхней рамки 4.
Выполнение боковых стенок корпуса 1 в форме поверхностей вращения упрощает его изготовление.
В соответствии с данным описанием изготовлен опытный образец клапана, опробование которого в лабораторных условиях показало хорошие результаты. В настоящее время готовится партия клапанов для испытания в условиях действующего транспорта.