ДВУХВЕНТИЛЬНЫЙ РЕДУКТОРНЫЙ ШАРОВОЙ СМЕСИТЕЛЬ ХОЛОДНОЙ И ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ
TWO-VALVE REDUCING BALL MIXER OF COLD AND HOT WATER

Изобретение относится к области сантехники и может быть использовано как в качестве бытового смесителя для кухни или ванной, так и в качестве смесителя холодной и горячей воды производственного или иного назначения.
Основной недостаток двухвентильных смесителей, имеющих кран-буксы с резиновыми клапанами (уплотнителями), состоит в недостаточно плотном перекрывании воды. При слабом закрывании вода перекрывается не полностью и каплет из крана. Приходится закрывать кран вторично с усилием. При этом вода перекрывается полностью, но по мере спрессовывания резиновой запорной концевой прокладки усилия, необходимые для полного перекрывания воды, увеличиваются. В результате спрессованную прокладку приходится в конце концов менять.
Более надежны и долговечны смесители, имеющие кран-буксы с керамическими клапанами (дисками), так как используемые в них керамические запорные пластины отличаются большей износостойкостью. Первый недостаток таких смесителей состоит в том, что вне зависимости от их назначения возможности регулирования потока воды жестко заданы конструкцией используемых клапанов, предполагающей поворот запорной пластины, штока и рукоятки на 180°. Второй недостаток таких смесителей состоит в том, что керамические запорные пластины в результате трения о них воды начинают вибрировать и издают повышенный шум. Керамические клапаны наиболее шумные из всех существующих.
Широко распространены и хорошо известны смесители, содержащие корпус, шаровой клапан и одну поворотную рукоятку (патент США №3056418, опубл. 2 октября 1962 г.; патент США №3915195, опубл. 28 октября 1975 г.; патент США №4043359, опубл. 23 августа 1977 г.; патент РФ №2134370 С1, кл. F16K 11/087, опубл. 10 августа 1999 г. и др.). К недостаткам однорычажных смесителей относят заниженный излив, сложность конструкции, отсутствие единой фиксированной оси вращения шарового клапана, вызванное тем, что он должен перемещаться одновременно в горизонтальном и вертикальном направлениях, недостаточную герметичность. Однорычажные смесители не отличаются надежностью и часто выходят из строя. Кроме того, в них не так легко выбрать необходимый напор воды. Рукоятка таких шаровых смесителей со временем разнашивается, и регулирование напора воды происходит скачками. В силу чего может выбираться больший напор, чем необходимо.
Наиболее близким аналогом изобретения является известный смеситель (патент США №4499918, опубл. 19 февр. 1985 г.), содержащий корпус, излив и два отдельных шаровых вентиля для холодной и горячей воды, каждый из которых имеет затворный шар, шток, два седельных кольца, уплотнительное кольцо, регулирующую втулку, винт крепления и рукоятку. Смеситель имеет разборную конструкцию, существенно облегчающую его обслуживание и ремонт. Одно из важных преимуществ данного смесителя состоит в возможности регулирования плотности соединения затворного шара и седельных колец с помощью специальной регулирующей втулки.
Наличие в смесителе двух отдельных шаровых вентилей для холодной и горячей воды позволяет использовать фиксированную ось вращения шарового клапана, повышающую его герметичность. При такой конструкции смесителя полное открывание воды происходит при повороте рукоятки всего на 90°, что при одном достоинстве, состоящем в быстром открывании воды, создает сразу несколько недостатков: достаточно сильный гидроудар и затруднение выбора напора и необходимой температуры воды.
Одной из причин недостаточной надежности шаровых смесителей является достаточно сильный гидроудар, возникающий как при закрывании, так и при открывании шаровых клапанов. При закрывании основной гидроудар приходится на сам клапан, внутренние полости подводящих патрубков и труб и их соединения. При открывании основной гидроудар приходится на сам клапан, камеру смесителя, излив и их соединения. Первый тип гидроудара резко повышает давление во всей водопроводной системе и в силу этого является относительно более опасным. Оба типа гидроудара со временем приводят к нарушению герметичности самих клапанов, соединений внутри смесителя, соединений смесителя и подводящих патрубков, соединений подводящих патрубков и труб, могут приводить к нарушению герметичности соединений труб в водопроводной системе. Кроме того, сильные постоянные гидроудары могут приводить к расшатыванию крепления труб в водопроводной системе и снижению общего срока ее эксплуатации без ремонта.
Чем быстрее перекрывается и открывается вода, тем сильнее гидроудар. В результате шаровые клапаны создают наиболее сильный гидроудар. Значительно менее сильный гидроудар создают клапаны с керамическими запорными пластинами, наиболее слабый - клапаны с резиновыми уплотнителями.
Большая плотность перекрывания воды и быстрота открывания привели к вытеснению смесителей с резиновыми клапанами смесителями с керамическими и шаровыми клапанами, что значительно увеличило силу гидроударов в водопроводных системах.
Для ослабления гидроударов и более плавного перекрывания воды предлагается существенно изменить конструкцию двухвентильного шарового смесителя и на корпуса шаровых вентилей установить редукторы, имеющие передаточное отношение от полутора к одному до двенадцати к одному. Снижая угловую скорость вращения, редукторы позволяют ослабить гидроудар до любого желаемого уровня. Ослабление гидроудара находится в прямой зависимости от передаточного отношения. Соответствие передаточного отношения редукторов и поворота рукоятки в градусах, необходимого для полного открывания воды, приведено в табл.1.
Таблица 1
Передаточное отношение
Полный поворот рукоятки (в градусах)
Полный поворот рукоятки (в оборотах)
1,5/1
135°
<sup>3</sup>/<sub>8</sub>
2/1
180°
½
3/1
270°
¾
4/1
360°
1
5/1
450°
1¼
6/1
540°
1½
7/1
630°
1¾
8/1
720°
2
9/1
810°
2¼
10/1
900°
2½
11/1
990°
2¾
12/1
1080°
3
Ослабление гидроудара позволяет существенно повысить герметичность, значительно увеличить срок эксплуатации шарового смесителя, делает его более надежным. Срок эксплуатации шарового смесителя за счет снижения гидроудара может увеличиваться до полутора-двух раз.
В предлагаемой конструкции смеситель также, как и в наиболее близком аналоге изобретения, содержит корпус и два отдельных шаровых вентиля для холодной и горячей воды, но отличается тем, что на чашеобразные выступы корпусов шаровых вентилей устанавливаются и крепятся соосные редукторы в металлических корпусах. Выходные валы редукторов располагаются соосно штокам и соединяются с ними либо непосредственно, либо через муфту ограничения вращения. На входные валы редукторов устанавливаются и крепятся опорные втулки и пластмассовые или металлические рукоятки, которые имеют внутренние полости, соответствующие форме чашеобразных выступов корпусов вентилей. Рукоятки полностью закрывают собой чашеобразные выступы корпусов, в которых установлены редукторы. Существенно изменена и конструкция корпуса смесителя.
На начальном этапе эксплуатации шаровые клапаны, используемые в смесителях, имеют относительно высокое сопротивление, вызванное трением затворного шара о седельные кольца, и для перекрывания воды требуют несколько больших усилий, чем вентили с керамическими запорными пластинами. Редуктор увеличивает вращающий (крутящий) момент и позволяет снизить усилия, необходимые для перекрывания. На позднем этапе эксплуатации обычный шаровой клапан может допускать проскальзывание, вызванное тем, что в результате трения затворного шара седельные кольца значительно изнашиваются. Редуктор исключает возможность проскальзывания шарового клапана и скачкообразного регулирования потока воды, что способствует увеличению срока эксплуатации такого регулятора. На всех этапах эксплуатации, после того как затворный шар начинает перемещаться, сопротивление седельных колец ослабевает, становится скользящим и возникает заметное ускорение. Редуктор препятствует возникновению ускорения, что приводит к более плавным перемещениям затворного шара и, соответственно, более плавному регулированию потока воды.
При установке редукторов облегчается правильный выбор напора воды, что создает условия для более экономного ее расходования. Важное преимущество предлагаемой конструкции смесителя состоит в облегчении выбора более экономных режимов расходования воды. Данное преимущество позволяет отнести предлагаемую конструкцию к водосберегающим технологиям. Экономия воды за счет данного преимущества будет составлять от 15 до 40%.
При использовании конструкции наиболее близкого аналога в качестве смесителя для ванны с душем не так легко подобрать комфортную для тела температуру душа. Установка редуктора, позволяя существенно облегчить выбор необходимой температуры воды, полностью избавляет от этой проблемы. Облегчение выбора необходимой температуры воды важно и для других типов смесителей.
Для того чтобы созданный результат, состоящий в подборе напора и температуры воды, не ускользал в результате пользования водопроводной системой другими потребителями, необходимо наличие стандартных регуляторов давления воды. Поддерживая давление воды на одном уровне, они избавляют от таких влияний и позволяют сохранять созданный результат.
При использовании редуктора вода перекрывается более плотно и надежно. Если в обычном шаровом кране вода начинает поступать только после поворота рукоятки на 2°, то при использовании редуктора этот параметр количественно увеличится в зависимости от передаточного отношения. Например, при передаточном отношении два к одному он увеличится до 4°, а при передаточном отношении четыре к одному он достигнет 8°. То же самое касается и перекрывания воды. Поэтому, даже в том случае если рукоятка регулятора не докручена на несколько градусов, вода будет перекрыта.
Таким образом, использование редукторов в двухвентильном шаровом смесителе создаст сразу несколько технических результатов:
1) ослабление гидроудара, возникающего при закрывании и открывании воды;
2) повышение герметичности клапанов и соединений внутри смесителя;
3) облегчение выбора более экономных режимов расходования воды;
4) облегчение выбора необходимой температуры воды;
5) более плотное и надежное перекрывание воды;
6) значительное увеличение срока эксплуатации смесителя.
При установке в шаровых смесителях редукторов с передаточным отношением от полутора к одному до двух к одному сохраняется достоинство быстрого открывания, но при этом появляется целый ряд обозначенных положительных эффектов.
При установке редукторов с передаточным отношением от двух к одному до четырех к одному полное открывание воды будет происходить при повороте рукоятки от 180° до 360°, что, усилив обозначенные положительные эффекты, в целом сохранит достоинство быстрого открывания.
При установке редукторов с передаточным отношением больше чем четыре к одному достоинство быстрого открывания постепенно исчезает, но тем не менее такие смесители могут использоваться для ванных комнат, так как позволяют точнее выбрать комфортную для тела температуру душа. Такие смесители могут использоваться и для других целей, для которых большое значение имеет регулирование потока воды.
Для смесителя используется редуктор без смещения оси вращения, например планетарный или цилиндрический двухступенчатый редуктор.
В конструкции планетарного редуктора на входном валу устанавливается солнечное зубчатое колесо, вокруг которого обкатываются сателлиты, или планетарные зубчатые колеса, свободно вращающиеся на осях водила. В то же время сателлиты обкатываются по эпициклу, кольцевому зубчатому колесу с внутренним зацеплением, что приводит во вращение водило, соединенное с выходным валом.
В конструкции цилиндрического двухступенчатого редуктора четыре зубчатых колеса, образующих две ступени. На входном валу устанавливается малое зубчатое колесо первой ступени, вращение с которого передается на большое зубчатое колесо первой ступени. Большое зубчатое колесо первой ступени с помощью общего промежуточного вала соединено с малым зубчатым колесом второй ступени, вращение с которого передается на большое зубчатое колесо второй ступени, установленное на выходном валу.
Преимущество планетарного редуктора в несколько большей компактности, так как в нем все зубчатые колеса располагаются на одном уровне. В соосном цилиндрическом двухступенчатом редукторе вторая ступень зубчатых колес располагается под первой.
В принципе возможно использование и других конструкций редукторов, не имеющих смещения оси вращения (соосных редукторов). Диаметром редуктор должен быть не более стандартной рукоятки, то есть не более 35-40 мм. С учетом того, что диаметр зубчатых колес и количество зубьев на них достаточно легко варьируются, редуктор с любым необходимым передаточным отношением может уместиться в корпусе заданного диаметра. Корпус редуктора может быть из алюминиевого или иного сплава.
На фиг.1(а), 2(а), и 3(а) изображены фронтальные разрезы трех вариантов конструкции редукторного шарового регулятора, представляющего собой соединение шарового вентиля (клапана), редуктора и рукоятки.
На фиг.1(б) изображен горизонтальный разрез по линии 1Б-1Б на фиг.1(а).
На фиг.1(в) изображен горизонтальный разрез по линии 1В-1В на фиг.1(а).
На фиг.1(г) изображен горизонтальный разрез по линии 1Г-1Г на фиг.1(а).
На фиг.2(б) изображен горизонтальный разрез по линии 2Б-2Б на фиг.2(а).
На фиг.2(в) изображен горизонтальный разрез по линии 2В-2В на фиг.2(а).
На фиг.2(г) изображен горизонтальный разрез по линии 2Г-2Г на фиг.2(а).
На фиг.2(д) изображен горизонтальный разрез по линии 2Д-2Д на фиг.2(а).
На фиг.3(б) изображен горизонтальный разрез по линии 3Б-3Б на фиг.3(а).
На фиг.4(а) изображен вариант горизонтального разреза по линии 1Б-1Б на фиг.1(а).
На фиг.4(б) изображен вариант горизонтального разреза по линии 3Б-3Б на фиг.3(а).
На фиг.1(а)-1(г), 2(а)-2(д), 3(а)-3(б), 4(а)-4(б) показаны корпус шарового вентиля 1, шаровой клапан (шар затворный) 2, отверстие шарового вентиля (затворного шара) 3, седельные кольца 4, регулирующая втулка 5, регулирующая цилиндрическая пробка 6, цилиндрический выступ 7, колпак цилиндрического выступа 8, шток шарового вентиля 9, крепление штока к затворному шару 10, сальниковый уплотнитель 11, опорная шайба 12, уплотнительные кольца 13, втулка сальниковая 14, чашеобразный выступ корпуса вентиля 15, съемный чашеобразный выступ корпуса 16, внутренние ограничительные выступы съемного чашеобразного выступа корпуса 17, винты крепления съемного чашеобразного выступа корпуса 18, усеченный чашеобразный выступ корпуса 19, внутренняя полость чашеобразного выступа корпуса 20, ограничитель вращения 21, шлицевое соединение ограничителя вращения и корпуса вентиля 22, муфта ограничения вращения 23, соединение муфты ограничения вращения и штока 24, редуктор 25, корпус редуктора 26, фланец редуктора 27, входной вал редуктора 28, шайба 29, эксцентрическое кольцо 30, солнечное зубчатое колесо 31, сателлиты (планетарные зубчатые колеса) 32, водило 33, эпицикл (кольцевое зубчатое колесо) 34, малое зубчатое колесо первой ступени 35, большое зубчатое колесо первой ступени 36, промежуточный вал 37, малое зубчатое колесо второй ступени 38, большое зубчатое колесо второй ступени 39, выходной вал редуктора 40, соединение выходного вала редуктора и муфты ограничения вращения 41, соединение выходного вала редуктора и штока 42, винты крепления редуктора 43, упорный подшипник 44, ограничительный выступ верхней поверхности корпуса редуктора 45, опорная втулка 46, опорная втулка с ограничительным выступом 47, соединение опорной втулки и входного вала редуктора 48, рукоятка 49, внутренняя полость рукоятки 50, соединение рукоятки и опорной втулки 51, малое фрикционное кольцо 52, большое фрикционное кольцо 53, отверстие с внутренней резьбой для винта крепления рукоятки 54, винт крепления рукоятки 55, крышка рукоятки 56.
В первом варианте конструкции, изображенном на фиг.1(а)-1(г), корпус вентиля для установки редуктора имеет чашеобразный выступ. Внутренняя полость чашеобразного выступа соответствует форме корпуса устанавливаемого редуктора. Для крепления к утолщенным стенкам чашеобразного выступа редуктор имеет фланец. Редуктор вставляется во внутреннюю полость чашеобразного выступа до упора фланца о верхнюю поверхность выступа и крепится к ней с помощью винтов.
Выходной вал соединяется со штоком через муфту ограничения вращения. Для соединения используются рифленые поверхности. Муфта ограничения вращения имеет верхний и нижний цилиндрические выступы меньшего диаметра с внешними рифлеными поверхностями; выходной вал и шток - соответствующие отверстия с внутренними рифлеными поверхностями. Муфта также имеет два боковых ограничительных выступа, которые при вращении упираются в соответствующие выступы ограничителя вращения. Ограничитель вращения выполнен в виде втулки с внутренними ограничительными выступами и соединяется с чашеобразным выступом корпуса с помощью шлицевого, шпоночного или иного соединения. Вместо ограничителя вращения могут использоваться ограничительные выступы на нижней поверхности корпуса редуктора или на внутренней поверхности нижней части чашеобразного выступа. Муфта ограничивает вращение штока 90 градусами.
На входной вал, имеющий отверстие с внутренней резьбой для винта крепления рукоятки, устанавливается опорная втулка. Полая пластмассовая или металлическая рукоятка, имеющая внутреннее гнездо для входного вала редуктора и сквозное отверстие для винта крепления рукоятки, надевается на входной вал редуктора, устанавливается на опорную втулку. С целью упрощения установки и крепления опорной втулки и рукоятки диаметр входного вала в конструкции планетарного редуктора может быть увеличен. Опорная втулка может иметь самостоятельное крепление к входному валу с помощью винта или быть сделана в виде единой детали с входным валом. Соединение рукоятки и опорной втулки осуществляется с помощью двух небольших цилиндрических выступов, расположенных на верхней поверхности внутренней полости рукоятки и соответствующих углублений на верхней поверхности опорной втулки. Рукоятка крепится к входному валу с помощью винта. Чтобы головка винта не создавала неровности, для нее делается соответствующее углубление. Сверху головка винта крепления закрывается крышкой рукоятки.
Внутренняя полость рукоятки соответствует форме чашеобразного выступа корпуса вентиля. Рукоятка полностью закрывает собой чашеобразный выступ корпуса, в котором установлен редуктор. Внешне такая рукоятка ничем не будет отличаться от стандартных рукояток обычных смесителей.
Отличие второго и третьего вариантов конструкции состоит в том, что они имеют возможность регулирования плотности соединения затворного шара и седельных колец.
Во втором варианте конструкции, изображенном на фиг.2(а)-2(д), чашеобразный выступ корпуса для удобства обслуживания и ремонта сделан съемным. Съемный чашеобразный выступ устанавливается на корпус вентиля и крепится к нему с помощью винтов или шпилек, проходящих через отверстия в его нижней части. Вместо ограничителя вращения в съемном чашеобразном выступе корпуса имеются внутренние ограничительные выступы.
Для усиления жесткости и надежности крепления рукоятки между опорной втулкой и верхней поверхностью редуктора имеется упорный подшипник. Для его установки верхняя поверхность редуктора имеет соответствующее гнездо. Соединение опорной втулки и входного вала редуктора, рукоятки и входного вала редуктора осуществляется с помощью рифленых поверхностей.
В третьем варианте конструкции, изображенном на фиг.3(а)-3(б), используется угловой шаровой вентиль. Редуктор утолщенной нижней стороной корпуса устанавливается на усеченный чашеобразный выступ корпуса вентиля и крепится к нему снизу винтами, имеющими углубление под имбусовый ключ, или болтами. Такое крепление позволит несколько уменьшить диаметр конструкции и сделать ее более компактной.
Чашеобразный выступ корпуса вентиля может быть усечен только наполовину внутренней полости, предназначенной для установки редуктора. В этом случае для крепления посередине корпуса редуктора будет иметься соответствующий фланец. Редуктор будет крепиться к верхней поверхности усеченного чашеобразного выступа с помощью винтов.
Важное отличие третьего варианта состоит в том, что в нем выходной вал редуктора непосредственно соединяется со штоком, а механизм ограничения вращения располагается до входного вала редуктора. Для этого на опорной втулке и на верхней поверхности корпуса редуктора имеются ограничительные выступы. При вращении рукоятки ограничительный выступ опорной втулки упирается в соответствующий выступ верхней поверхности корпуса редуктора. Такая конструкция позволяет существенно ослабить удар при ограничении вращения. Однако ее возможности ограничены и полный поворот рукоятки должен быть меньше 360° на величину угла, занимаемого ограничительными выступами на опорной втулке и на верхней поверхности корпуса редуктора. В силу чего такая конструкция предполагает установку редукторов с передаточным отношением меньшим чем 4/1.
В качестве наиболее предпочтительного варианта может рассматриваться конструкция с редуктором, имеющая передаточное отношение 3,5/1. Полный поворот рукоятки в ней составит 315°, а величина углов, занимаемых ограничительными выступами на опорной втулке и на верхней поверхности корпуса редуктора, будет составлять по 22,5°. В сумме оба ограничительных выступа будут занимать угол в сорок пять градусов.
Регулирование плотности соединения затворного шара и седельных колец в варианте конструкции, изображенном на фиг.2(а)-2(д), осуществляется с помощью двух специальных втулок. Конструкция регулирующей втулки известна из описания наиболее близкого аналога изобретения.
Регулирование плотности соединения затворного шара и седельных колец при использовании углового шарового вентиля, изображенного на фиг.3(а)-3(б), осуществляется с помощью втулки и цилиндрической пробки. В целом конструкция регулирующей цилиндрической пробки аналогична известной конструкции регулирующей втулки. Используемая в угловых шаровых вентилях регулирующая цилиндрическая пробка на одном конце имеет кольцеобразный выступ, а на другом -углубление под имбусовый ключ. Установка регулирующей цилиндрической пробки требует внесения изменений в конструкцию углового шарового вентиля. Корпус углового шарового вентиля должен содержать цилиндрический выступ с отверстием, имеющим внутреннюю резьбу, позволяющим установить регулирующую цилиндрическую пробку. Для улучшения внешнего вида содержащийся в угловом шаровом вентиле цилиндрический выступ может иметь колпак с внутренней резьбой, который навинчивается на цилиндрический выступ, имеющий наружную резьбу, и закрывает собой регулирующую цилиндрическую пробку. Колпак изготавливается из того же металла и имеет то же покрытие, что и корпус.
Преимущество регулирующей цилиндрической пробки состоит в ее установке с герметичной стороны углового шарового клапана, облегчении доступа к ней и упрощении самого процесса регулирования. Пробку, имеющую углубление под имбусовый ключ, проще подкрутить, чем втулку.
Использование двух регулирующих втулок или втулки и цилиндрической пробки позволяет не только более точно регулировать плотность соединения затворного шара и седельных колец и сохранять при этом ось симметрии, но и заменять износившиеся в результате длительной эксплуатации седельные кольца, не разбирая верхней части шарового крана. Для облегчения установки седельных колец при замене внешняя их сторона может иметь небольшой конус, которому будет соответствовать конус корпуса в месте их установки. Внешний диаметр кольца в месте его прилегания к втулке или пробке будет несколько увеличен за счет конуса.
С целью удобства замены седельных колец возможно их изготовление в виде единой детали с регулирующей втулкой или цилиндрической пробкой. Удлиненные и расширенные в месте их соприкосновения с втулкой или пробкой седельные кольца будут иметь небольшой кольцеобразный выступ, позволяющий надеть их в натяг на соответствующий кольцеобразный выступ втулки или пробки. Чтобы внутренняя резьба корпуса не мешала установке седельных колец, внешний диаметр втулки или пробки должен быть несколько больше расширения седельного кольца.
После первого срока эксплуатации и первоначального износа колец необходимо восстановить плотность их соединения с затворным шаром, подкрутив регулирующие втулки или втулку и цилиндрическую пробку. После следующего срока эксплуатации и более значительного износа колец необходима их замена. Втулки или втулка и цилиндрическая пробка выкручиваются полностью, седельные кольца вынимаются и заменяются новыми. Для того чтобы регулирующие втулки не выкручивались в результате прохождения через них потока воды, возможно нанесение на их резьбу специального состава, повышающего трение в резьбовом соединении и фиксирующего втулку после установки. Однако такой состав должен позволять выкручивать втулку при приложении соответствующих усилий.
Использование шаровых вентилей в смесителях предполагает их более интенсивную эксплуатацию и ставит проблему износа седельных колец. Разборная конструкция с регулирующими втулками или втулкой и цилиндрической пробкой позволяет решать эту проблему сначала путем регулирования плотности соединения затворного шара и седельных колец, а затем путем замены седельных колец.
Увеличение экономичности смесителя может достигаться за счет уменьшения на 10-30% полного напора вентилей. Такое уменьшение может достигаться за счет ограничения полного открывания вентилей. При соединении выходного вала редуктора со штоком через муфту ограничения вращения ограничение полного открывания вентилей осуществляется путем увеличения выступов ограничителя вращения или внутренних ограничительных выступов чашеобразного выступа корпуса вентиля с тех сторон, в которые упирается муфта при полном открывании. Увеличенные ограничительные выступы показаны на фиг.4(а).
При непосредственном соединении выходного вала редуктора и штока ограничение полного открывания вентилей осуществляется путем увеличения ограничительного выступа верхней поверхности корпуса редуктора с той стороны, в которую упирается ограничительный выступ опорной втулки при полном открывании. Увеличенный ограничительный выступ верхней поверхности корпуса редуктора показан на фиг.4(б).
Ограничение полного напора на 30% позволяет при непосредственном соединении выходного вала редуктора и штока использовать редукторы с передаточным отношением 5/1. При этом полный поворот рукоятки сократится с 450° до 315°.
Предлагаются семь вариантов конструкции двухвентильного редукторного шарового смесителя холодной и горячей воды: пять вариантов конструкции кухонного смесителя и два варианта конструкции смесителя для ванны с душем.
На фиг.5(а), 5(б), 5(в), 6(а) и 6(б) изображены фронтальные разрезы вариантов конструкции двухвентильного редукторного шарового смесителя холодной и горячей воды для кухни.
На фигурах показаны корпус шарового вентиля 1, шаровой клапан (шар затворный) 2, отверстие шарового вентиля (затворного шара) 3, седельные кольца 4, регулирующая втулка 5, регулирующая цилиндрическая пробка 6, шток шарового вентиля 9, втулка сальниковая 14, чашеобразный выступ корпуса вентиля 15, усеченный чашеобразный выступ корпуса 19, внутренняя полость чашеобразного выступа корпуса 20, ограничитель вращения 21, муфта ограничения вращения 23, редуктор 25, корпус редуктора 26, фланец редуктора 27, входной вал редуктора 28, солнечное зубчатое колесо 31, сателлиты (планетарные зубчатые колеса) 32, водило 33, эпицикл (кольцевое зубчатое колесо) 34, малое зубчатое колесо первой ступени 35, большое зубчатое колесо первой ступени 36, промежуточный вал 37, малое зубчатое колесо второй ступени 38, большое зубчатое колесо второй ступени 39, выходной вал редуктора 40, винты крепления редуктора 43, упорный подшипник 44, ограничительный выступ верхней поверхности корпуса редуктора 45, опорная втулка 46, опорная втулка с ограничительным выступом 47, рукоятка 49, внутренняя полость рукоятки 50, малое фрикционное кольцо 52, большое фрикционное кольцо 53, винт крепления рукоятки 55, крышка рукоятки 56, корпус кухонного смесителя 57, верхняя съемная крышка корпуса 58, основание корпуса кухонного смесителя 59, стягивающий винт 60, внутренняя опора 61, отверстие с внутренней резьбой для стягивающего винта 62, подводящие патрубки 63, подводящие каналы 64, камера кухонного смесителя 65, накидные гайки для крепления камеры смесителя 66, съемный выводящий канал 67, излив кухонного смесителя 68, накидная гайка для крепления излива 69.
Отличия четвертого и пятого вариантов, изображенных на фиг.6(а) и 6(б), от первых трех, изображенных на фиг.5(а), 5(б), и 5(в), состоит в том, что в их конструкции оси симметрии головок регуляторов идут под прямым углом к оси симметрии корпуса смесителя. При этом сами головки регуляторов с целью удобства их обхвата располагаются несколько выше.
Отличие второго, третьего и пятого вариантов, изображенных на фиг.5(б), 5(в) и 6(б), от первого и четвертого, изображенных на фиг.5(а) и 6(а), состоит в том, что в них используются угловые шаровые вентили.
Второй и третий варианты, изображенные на фиг.5(б) и 5(в), показывают две возможности установки угловых шаровых вентилей и их соединения с подводящими каналами и камерой смесителя. Второй вариант несколько более компактен, чем третий.
Отличие третьего варианта, изображенного на фиг.5(в), от второго, изображенного на фиг.5(б), состоит в том, что в нем имеется возможность регулирования плотности соединения затворного шара и седельных колец с помощью специальной регулирующей цилиндрической пробки. Верхняя крышка корпуса сделана съемной, а камера смесителя имеет съемный выводящий канал. Отворачивание верхней крышки корпуса и снятие выводящего канала дает доступ к регулирующим цилиндрическим пробкам. С целью удобства отвинчивания выводящего канала он может иметь в верхней части грани под гаечный ключ. Регулирование осуществляется имбусовым ключом.
Четвертый и пятый варианты конструкции кухонного смесителя сделаны разборными и имеют возможность для регулирования плотности соединения затворного шара и седельных колец. Разборная конструкция предусматривает снятие верхней крышки и основания корпуса смесителя. Верхняя крышка крепится к корпусу с помощью резьбового соединения или надевается на него сверху в натяг и поджимается накидной гайкой для крепления излива. Основание крепится с помощью специального стягивающего винта к внутренней опоре, проходящей между передней и задней стенками корпуса. Опора имеет отверстие с внутренней резьбой для стягивающего винта. В четвертом варианте конструкции съемная камера смесителя крепится к вентилям с помощью накидных гаек. В пятом варианте конструкции имеется съемный выводящий канал. В четвертом варианте регулирование плотности соединения затворного шара и седельных колец осуществляется с помощью двух втулок, в пятом - с помощью втулки и цилиндрической пробки. В обоих вариантах имеется возможность полной замены седельных колец. Корпуса вентилей для соединения с подводящими каналами могут иметь как внутреннюю, так и наружную резьбу. Наружная резьба позволяет подкручивать регулирующие втулки, не снимая подводящих каналов.
Конструкция кухонного смесителя, кроме основного отличия, состоящего в наличии редуктора на шаровых вентилях, отличается от наиболее близкого аналога также тем, что шаровые вентили установлены не в одной горизонтально расположенной трубке, а в двух расположенных симметрично относительно вертикальной оси симметрии трубках, которые соединяются в камере смесителя и заключены в цельнометаллический или разборный корпус с устойчивым основанием в виде круга.
В качестве шаровых вентилей могут использоваться как прямоточные, так и угловые. При использовании прямоточных вентилей регулирование плотности соединения затворного шара и седельных колец осуществляется с помощью двух регулирующих втулок, при использовании угловых вентилей - с помощью регулирующей втулки и регулирующей цилиндрической пробки или только с помощью регулирующей цилиндрической пробки.
На фиг.7(а) и 7(б) изображены варианты конструкции двухвентильного редукторного шарового смесителя холодной и горячей воды для ванны с душем (вид сверху). Регулятор холодной воды и соответствующая боковина изображены в разрезе. На фигурах показаны корпус шарового вентиля 1, шаровой клапан (шар затворный) 2, отверстие шарового вентиля (затворного шара) 3, седельные кольца 4, регулирующая втулка 5, регулирующая цилиндрическая пробка 6, цилиндрический выступ 7, колпак цилиндрического выступа 8, шток шарового вентиля 9, втулка сальниковая 14, чашеобразный выступ корпуса вентиля 15, внутренняя полость чашеобразного выступа корпуса 20, ограничитель вращения 21, муфта ограничения вращения 23, редуктор 25, корпус редуктора 26, фланец редуктора 27, входной вал редуктора 28, солнечное зубчатое колесо 31, сателлиты (планетарные зубчатые колеса) 32, водило 33, эпицикл (кольцевое зубчатое колесо) 34, малое зубчатое колесо первой ступени 35, большое зубчатое колесо первой ступени 36, промежуточный вал 37, малое зубчатое колесо второй ступени 38, большое зубчатое колесо второй ступени 39, выходной вал редуктора 40, винты крепления редуктора 43, упорный подшипник 44, опорная втулка 46, рукоятка 49, внутренняя полость рукоятки 50, малое фрикционное кольцо 52, большое фрикционное кольцо 53, винт крепления рукоятки 55, крышка рукоятки 56, корпус (крестовина) смесителя для ванны с душем 70, боковины 71, резьбовое соединение корпуса (крестовины) и боковины 72, подводящие трубы 73, эксцентрические переходники 74, конусные манжеты для выхода подводящих труб 75, накидные гайки для крепления смесителя для ванны с душем 76, резьба для накидных гаек 77, конус для крепления душевого шланга 78, рукоятка переключателя "ванна-душ" 79, излив смесителя для ванны с душем 80.
В смесителе для ванны с душем используются боковины с установленными в них угловыми шаровыми вентилями. Боковины вставляются в стандартный корпус (крестовину). На чашеобразные выступы корпусов вентилей устанавливаются и крепятся редукторы. На входные валы редукторов надеваются опорные втулки и рукоятки. Рукоятки крепятся к входным валам с помощью винтов.
В первом варианте конструкции смесителя для ванны с душем, изображенном на фиг.7(а), для улучшения внешнего вида и повышения герметичности возможно объединение вентилей и переключателя "ванна - душ" в единый цельный корпус из металла.
Отличие второго варианта конструкции смесителя для ванны с душем, изображенного на фиг.7(б), состоит в наличии возможности регулирования плотности соединения затворного шара и седельных колец с помощью втулки и цилиндрической пробки. Резьбовое соединение корпуса (крестовины) и боковин позволяет получить доступ к регулирующим втулкам. Для повышения герметичности резьбового соединения в нем используется уплотнитель. Цилиндрические выступы боковин, имеющие соответствующие отверстия с внутренней резьбой, позволяют установить регулирующие пробки. С целью улучшения внешнего вида регулирующие пробки закрываются специальными колпаками, которые навинчиваются на цилиндрические выступы боковин.
В любом из описанных вариантов конструкции смесителя может использоваться непосредственное соединение выходных валов редукторов и штоков. Ограничение вращения при этом происходит до входного вала и осуществляется с помощью ограничительных выступов на верхней поверхности корпуса редуктора и на опорной втулке.
Предлагаемый двухвентильный редукторный шаровой смеситель имеет преимущества перед всеми известными видами двухвентильных смесителей. Преимущество перед двухвентильными смесителями, имеющими кран-буксы с резиновыми уплотнителями, состоит в более плотном и надежном перекрывании воды. Преимущества перед двухвентильными смесителями, имеющими кран-буксы с керамическими клапанами, состоят в более широком выборе возможностей для регулирования потока воды и значительно более низком шуме шаровых клапанов по сравнению с керамическими. При сравнении наиболее предпочтительного варианта конструкции с редукторами, имеющими передаточное отношение 3,5/1, с традиционным двухвентильным смесителем с керамическими клапанами следует отметить облегчение выбора более экономных режимов расходования воды, облегчение выбора необходимой температуры и значительное ослабление гидроударов, создаваемых смесителем. Преимущества перед наиболее близким аналогом подробно изложены выше.
Современный смеситель предполагает также наличие встроенного водяного фильтра, а в изливе - миксерную насадку, так называемый "перлатор", или "аэратор", в котором проточная вода смешивается с воздухом, что позволяет существенно уменьшить расход воды.
Использование редукторного смесителя с шаровыми вентилями будет способствовать экономии воды за счет облегчения выбора более экономных режимов расходования воды и более плотного и надежного ее перекрывания.