ОБРАТНЫЙ КЛАПАН
NON-RETURN VALVE

Изобретение касается обратного клапана для домовой станции водоснабжения или насоса, который интегрирован в проточный канал домовой станции водоснабжения или насоса или корпуса клапана, и который имеет подвижно установленный внутри канала уплотнительный элемент, перекрывающий канал в первом положении, которое является закрытым положением, и освобождающий канал во втором положении, которое является открытым положением.
Обратные клапаны в многочисленных конструктивных вариантах относятся к уровню техники, они применяются там, где желательно протекание только в определенном направлении, для удерживания жидкости в системе каналов или резервуаре или для других целей.
У домовых станций водоснабжения или насосов обратный клапан обычно предусмотрен на стороне нагнетания насоса, чтобы обеспечивать поддержание давления системы на стороне нагнетания после отключения насоса и отсутствие обратного течения жидкости через насос. С другой стороны, у домовых станций водоснабжения, которые эксплуатируются с центробежными насосами, а также у других центробежных насосов, когда они должны работать как бы самовсасывающим образом, требуется, с одной стороны, соответственно осуществлять их конструктивный расчет, а с другой стороны, предусматривать закрываемое заливное отверстие, чтобы обеспечивать, чтобы жидкость находилась в насосе при первом пуске в эксплуатацию. Так как обратный клапан препятствует такому обратному течению в насос, в направлении течения перед обратным клапаном должно предусматриваться закрываемое заливное отверстие.
Одна из известных домовых станций водоснабжения этого рода предлагается на рынке компанией-заявителем под наименованием Grundfos MQ. Эта конструкция наилучшим образом зарекомендовала себя на практике, однако она имеет описанные выше варианты осуществления и обусловленные ими недостатки. Так, обратный клапан является сравнительно трудоемким в монтаже и демонтаже. При этом необходимо заботиться о том, чтобы на стороне нагнетания уже отсутствовало давление, во избежание неконтролируемой потери давления при демонтаже обратного клапана и всегда сопутствующей этому потенциальной опасности.
Исходя из этого, в основе изобретения лежит задача, усовершенствовать обратный клапан для домовой станции водоснабжения или для насоса в том отношении, чтобы можно было улучшить удобство доступа и обращение при монтаже и демонтаже. Кроме того, необходимо улучшить конструкцию и функционирование домовой станции водоснабжения, оснащенной таким обратным клапаном.
Эта задача в соответствии с изобретением решается с помощью обратного клапана с признаками, указанными в п.1 формулы изобретения. Эта задача, поскольку она касается домовой станции водоснабжения, решается с помощью домовой станции водоснабжения с признаками, указанными в п.16 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения, последующем описании и чертежах. При этом признаки, указанные в зависимых пунктах формулы изобретения и описании, каждый в отдельности или же в надлежащей комбинации могут совершенствовать предлагаемое изобретением решение по п.1 формулы изобретения.
Предлагаемый изобретением обратный клапан для домовой станции водоснабжения, который, однако, может также применяться для насоса, интегрирован в проточный канал домовой станции водоснабжения или насоса или корпуса клапана, когда он выполнен как отдельный конструктивный элемент. Он имеет подвижный, установленный внутри канала уплотнительный элемент, перекрывающий канал в первом положении, которое является закрытым положением, и освобождающий канал во втором положении, которое является открытым положением. В соответствии с изобретением уплотнительный элемент подвижно установлен на держателе, имеющем закрывающий элемент, с помощью которого держатель разъемно закреплен в отверстии корпуса.
Закрывающий элемент в смысле настоящего изобретения представляет собой любой конструктивный элемент, с помощью которого может закрываться отверстие корпуса, и на котором установлен держатель для уплотнительного элемента. Закрывающий элемент в смысле настоящего изобретения может, например, представлять собой элемент в виде заглушки, который зафиксирован в отверстии корпуса, или элемент в виде колпачка, который охватывает сверху бортик, отформованный на отверстии корпуса.
Основная идея предлагаемого изобретением решения заключается в том, чтобы интегрировать обратный клапан не в участок канала, как это обычно принято, а соединить друг с другом обратный клапан, отверстие корпуса и закрывающий элемент конструктивно и функционально. При этом предлагаемое изобретением решение имеет то конструктивное преимущество, что путем простого удаления закрывающего элемента возможен контроль и замена обратного клапана, по меньшей мере обычно заменяемой в случае износа детали, а именно, уплотнительного элемента, соответственно, предусмотренного для него уплотнения.
Особенно предпочтительно при этом, когда закрывающий элемент расположен в направлении течения на выходной стороне обратного клапана, так как тогда с открытием закрывающего элемента может целенаправленно снижаться обычно имеющееся там давление, а также, кроме того, после удаления уплотнительного элемента вместе с держателем через это отверстие корпуса может заливаться жидкость, как это требуется, например, для создания эффекта самовсасывания у насосов, но, в частности, также у домовой станции водоснабжения. Благодаря этому расположению может отсутствовать обычное в других случаях наполнительное отверстие, которое иначе должно находиться в направлении течения перед обратным клапаном. Кроме того, при надлежащем варианте осуществления обеспечиваются другие преимущества, которые описаны ниже.
Особенно предпочтительно, когда держатель имеет на одном конце закрывающий элемент, предпочтительно в виде закрывающей заглушки, а на другом конце - уплотнительный элемент. Тогда получается компактный конструктивный элемент, который может интегрироваться в корпус подобно патрону, причем при надлежащем варианте осуществления со вставкой и фиксацией закрывающего элемента в или на отверстии корпуса одновременно также уплотнительный элемент приводится в свое предписанное положение в обратном клапане.
Для этого особенно предпочтительно, когда закрывающий элемент может крепиться в, соответственно, на отверстии корпуса посредством байонетного или резьбового соединения. Причем это резьбовое или байонетное соединение является предпочтительно многоступенчатым, так что в первой ступени обратный клапан открыт, и между закрывающим элементом и отверстием корпуса образован байпас, во второй ступени обратный клапан закрыт, то есть находится в предписанном положении, и байпас сохраняется, и только в третьей ступени закрывающий элемент с уплотнением закрывает отверстие корпуса.
В качестве уплотнения между отверстием корпуса и закрывающей заглушкой применяется предпочтительно круглое (в поперечном сечении) кольцо, так как оно является недорогим, обладает возможностью легкого монтажа и простой замены.
В соответствии с одним из усовершенствований изобретения закрывающий элемент, в частности закрывающая заглушка, имеет доступное снаружи корпуса приспособление для манипулирования или гнездо под инструмент. В простейшем виде в качестве такого приспособления для манипулирования предусмотрена, например, ручка, которая может захватываться двумя пальцами, так что закрывающая заглушка может удаляться и вставляться без инструмента. Если, в отличие от этого, должно быть возможным удаление только специализированным персоналом, то целесообразно выполнить закрывающий элемент с гнездом под инструмент, так чтобы удаление было возможно только с помощью соответствующего инструмента.
Предпочтительно отверстие корпуса снабжено окружным, выдающимся наружу бортиком, который окружает закрывающую заглушку снаружи корпуса по периметру. Такой воронкообразный бортик имеет, во-первых, то преимущество, что при удаленной закрывающей заглушке жидкость, в частности вода, может заливаться в корпус прямо через это отверстие, без необходимости использования других вспомогательных средств, таких как воронки или приспособления для заливки. Кроме того, выдающийся наружу окружной бортик обеспечивает возможность того, чтобы при открытии закрывающей заглушки, а именно, при переводе из закрытого положения в положение, в котором образован байпас, однако закрывающая заглушка все же еще прочно и надежно удерживается внутри отверстия, осуществлялось выравнивание давлений в области между закрывающей заглушкой и этим бортиком, так чтобы вероятно выходящая жидкость, направляемая этим бортиком, выходила по периметру закрывающей заглушки, а не поперек нее.
По одному из предпочтительных усовершенствований изобретения в закрывающем элементе, предпочтительно на наружном периметре закрывающего элемента, предусмотрен перепускной канал, освобожденный в промежуточном положении, в котором закрывающий элемент еще механически закреплен в отверстии корпуса, однако уплотнение закрывающего элемента уже не действует. Такой перепускной канал в качестве байпаса особенно предпочтителен, так как снижение давления возможно здесь еще более направленным образом и, в частности, когда имеются горячие и агрессивные жидкости, может предотвращаться угроза для здоровья при надлежащем манипулировании.
В отношении конструкции и техники манипулирования особенно предпочтительно, когда отверстие корпуса расположено соосно тому участку канала, в котором помещен уплотнительный элемент. Тогда, в частности, с одной стороны, хорошо доступно снаружи седло уплотнения внутри канала, по меньшей мере с помощью инструмента, который достает до седла уплотнения. С другой стороны, держатель может выполняться прямолинейно и конструктивно просто.
В принципе, возможен свободный выбор формы канала. Особенно предпочтительно, однако, когда участок канала, в котором помещен уплотнительный элемент, имеет круглое поперечное сечение и выполнен с уступом, так как тогда смещенная вниз (осаженная) поверхность уступа может использоваться в качестве упора для уплотнительного элемента и/или в качестве уплотнительной поверхности. Однако предпочтительно радиальная поверхность уступа образует уплотнительную поверхность, так как тогда можно работать с недорогим и надежным круглым кольцом в качестве уплотнения.
Для этого по одному из усовершенствований изобретения уплотнительный элемент предпочтительно имеет опорный элемент, снабженный окружным пазом, в который интегрировано собственно уплотнительное кольцо, выполненное предпочтительно в виде круглого кольца.
Чтобы, с одной стороны, можно было точно направлять опорный элемент, однако с другой стороны, выполнить направляюще средство просто и недорого, по одному из усовершенствований изобретения опорный элемент продолжен за седло уплотнения и выполнен там, вместе с каналом, в виде направляющей для уплотнительного элемента. То есть в этой области опорный элемент имеет предпочтительно две, три или больше ребровидных структур, которые, скользя, прилегают к стенке канала и при этом образуют надежную опору и направляющую.
Со стороны держателя, напротив, предпочтительно, если уплотнительный элемент сидит на конце по меньшей мере одной направляющей штанги, которая установлена в гнезде для направляющей штанги держателя с возможностью осевого движения. Направляющая штанга в простейшем виде образуется цилиндрическим стержнем или несколькими отдельными стержнями, тогда гнездо для направляющей штанги может образовываться кольцом или соответствующим элементом, имеющим круглую выемку, который допускает осевое движение.
Чтобы также в состоянии отсутствия давления надежно предотвращать протекание в перекрытом направлении клапана, предпочтительно на уплотнительный элемент действует сила пружины в направлении закрытия. Для этого между уплотнительным элементом и гнездом для направляющей штанги может быть предусмотрен, например, один или несколько элементов пружины сжатия. Особенно просто и надежно это осуществляется с помощью винтовой пружины, окружающей направляющую штангу, которая предпочтительно с предварительным напряжением интегрирована между уплотнительным элементом с одной стороны и гнездом для направляющей штанги с другой стороны.
Как в отношении конструкции, так и в отношении техники манипулирования особенно предпочтительно, когда канал в направлении выхода клапана проходит под углом и направлен наискосок или поперек к общей продольной оси закрывающего элемента и уплотнительного элемента. Такое расположение не только особенно предпочтительно для интеграции в домовую станцию водоснабжения, но также и для корпуса насоса или клапана.
Предлагаемый изобретением обратный клапан особенно предпочтительно применен в домовой станции водоснабжения, имеющей одно- или многоступенчатый электроприводной центробежный насос, которая имеет входной патрубок, соединенный проточным соединением со стороной всасывания насоса, и имеет выходной патрубок, соединенный проточным соединением со стороной нагнетания насоса. При этом обратный клапан в соответствии с изобретением интегрирован между выходным патрубком и стороной нагнетания насоса, что по расположению, в принципе, относится к уровню техники. Однако при этом особенно предпочтительно, что при использовании предлагаемого изобретением обратного клапана в этом клапане объединяются несколько функций. Так, во-первых, имеется возможность демонтажа, контроля и технического обслуживания клапана с небольшим количеством операций. Кроме того, имеется возможность, после удаления уплотнительного элемента через отверстие корпуса для закрывающего элемента заливать в домовую станцию водоснабжения жидкость, поэтому отдельное отверстие для этого не требуется. Наконец, через закрывающий элемент возможен предварительный сброс давления, как на стороне нагнетания, так и на стороне всасывания, когда, например, используется многоступенчатое соединение между закрывающим элементом и отверстием корпуса, которое описано выше.
При этом расположение предпочтительно таково, что отверстие корпуса для закрывающего элемента расположено на верхней стороне корпуса домовой станции водоснабжения, а выходной патрубок домовой станции водоснабжения - на поперечной ей стороне. Это отвечает предпочтительному расположению канала клапана и к тому же позволяет получить особенно предпочтительную конструкцию домовой станции водоснабжения.
Целесообразным образом выходной патрубок расположен над входным патрубком, а выходной патрубок - над сливным отверстием, закрытым съемной пробкой. Это расположение особенно предпочтительно, так как все отверстия для гидравлического доступа находятся на одной стороне домовой станции водоснабжения, и только отверстие корпуса для закрывающего элемента расположено вверху, то есть, как правило, там, где домовая станция водоснабжения хорошо доступна при эксплуатации.
Конструктивно особенно выгодно, когда насос расположен в домовой станции водоснабжения лежа, то есть с горизонтальной осью вращения. При этом камера всасывания насоса предпочтительно расположена так, что в ней оканчиваются входной патрубок и/или сливное отверстие. Разумеется, что сливное отверстие расположено как можно ниже, чтобы, например, зимой для обеспечения безопасности в отношении замерзания можно было по возможности полностью сливать воду.
Соответственно для восстановления рабочей ситуации после закрытия сливного отверстия и удаления закрывающего элемента и соединенного с ним уплотнительного элемента сверху домовая станция водоснабжения может наполняться водой настолько, чтобы с включением насоса после вставки уплотнительного элемента и закрывающего элемента наступал эффект самовсасывания.
Ниже изобретение поясняется подробнее на одном из примеров осуществления, изображенном на фигурах. Показано:
фиг.1: в сильно упрощенном схематичном изображении продольное сечение домовой станции водоснабжения, имеющей обратный клапан в соответствии с изобретением;
фиг.2: в увеличенном изображении в перспективе в продольном сечении часть домовой станции водоснабжения со стороны обратного клапана;
фиг.3: держатель, имеющий уплотнительный элемент и закрывающую заглушку в увеличенном изображении в перспективе;
фиг.4: держатель в соответствии с фиг.3 на виде сбоку и
фиг.5: в увеличенном изображении в перспективе в сечении ход течения при открытии закрывающего элемента.
Изображенная на фиг.1 домовая станция 1 водоснабжения расположена в закрытом корпусе 2, имеющем основание 3, которым домовая станция 1 водоснабжения стоит на полу и там при необходимости закреплена винтами.
Домовая станция 1 водоснабжения имеет многоступенчатый центробежный насос 4, который расположен лежа, то есть эксплуатируется с горизонтальной осью вращения. Рабочие колеса 5 насоса 4 установлены на валу 6, который составляет часть электродвигателя 7, осуществляющего привод центробежного насоса 4.
Домовая станция 1 водоснабжения на левой на фиг.1 стороне вблизи своей опорной поверхности имеет сливное отверстие 8, которое закрыто пробкой 9. Над сливным отверстием 8 расположен входной патрубок 10, на значительном расстоянии над входным патрубком 10 предусмотрен выходной патрубок 11. Входной патрубок 10 внутри корпуса 2 домовой станции 1 водоснабжения оканчивается в камере 12 всасывания центробежного насоса 4. Жидкость, входящая через входной патрубок 10 в домовую станцию 1 водоснабжения, попадает в камеру 12 всасывания, откуда она проходит через рабочие колеса 5, имеющие расположенные на них по периметру направляющие аппараты, которые образуют по одной ступени насоса, пока она не выйдет из последней ступени насоса и не войдет в кольцевой канал 13, который окружает ступени центробежного насоса 4.
Этот кольцевой канал 13 ниже насосов соединен со сливным отверстием 8 и выше насоса оканчивается в канале 14, который с концевой стороны (на фиг.1 сверху) выполнен открытым и может закрываться закрывающей заглушкой 15. В этом канале 14 ниже закрывающей заглушки 15 и поперек к ней оканчивается выходной патрубок 11, через который жидкость выходит из домовой станции 1 водоснабжения. Со смещением на 180° к нему в канале 14 оканчивается патрубок 16, на котором расположена мембранная напорная емкость 17 в качестве гидроаккумулятора и расширительного резервуара. К задней стороне этой мембранной напорной емкости 17 присоединяется интегрированный в корпус 2 корпус 18 электроники, который расположен над электродвигателем 7 и объединяет всю электронику управления и регулирования домовой станции 1 водоснабжения.
Внутри канала 14 интегрирован обратный клапан 19, седло 20 уплотнения которого образовано уступом, образующимся за счет того, что нижняя на фиг.1 часть канала 4 в области седла 20 уплотнения, проходя наискосок вверх, расширена к большей в диаметре верхней части канала 14. В изображенном примере осуществления седло уплотнения образовано наклонной поверхностью, подобной фаске. Ответная часть образована уплотнительным элементом 21, имеющим опорный элемент 22, снабженный окружным пазом, в котором расположено уплотнительное кольцо 23 в виде круглого кольца, создающего собственно уплотнение относительно седла 20 уплотнения.
Опорный элемент 22 на фиг.1 в нижнем направлении, то есть там, где находится суженная часть канала 14, продолжен четырьмя расположенными в поперечном сечении крестообразно полками 24, которые выполнены радиально расширенными в направлении свободного конца и образуют там направляющие поверхности 25, с помощью которых опорный элемент 22 установлен внутри канала 14 с возможностью осевого движения. В направлении другой стороны, то есть на фиг.1-5 вверх, опорный элемент 22 имеет три направляющие стопорные полки 26, с помощью которых опорный элемент 22 установлен и направлен с возможностью осевого движения внутри гнезда 27, образованного кольцом 27. Направляющие стопорные полки 26 выполнены в виде стержней и на своих свободных концах имеют стопорные выступы 28, так что эти полки 26 при вдвигании в гнездо 27 стопорными выступами 28 на конце упруго сжимаются, а после прохождения гнезда 17 расширяются и упруго разжимаются. Тогда опорный элемент 22 обладает возможностью осевого движения, однако в другое время с геометрическим замыканием удерживается внутри гнезда 27. Радиальные наружные стороны направляющих стопорных полок 26 вместе с радиальной внутренней стороной гнезда 27 образуют направляющую для опорного элемента 22 при его осевом движении.
Как явствует из фигур, опорный элемент 22 интегрирован в гнездо 27 с интеграцией винтовой пружины 29, которая предварительно напряжена и передает на опорный элемент 22 усилие относительно гнезда 27, так что в несмонтированном состоянии стопорные выступы 28 прилегают к боковой стороне гнезда 27 (на фиг.3 и 4 это положение для лучшего изображения направляющих стопорных полок 26, имеющих стопорные выступы 28, не показано). Эта пружина 29 даже в состоянии отсутствия давления обеспечивает пребывание обратного клапана 19 в изображенном на фиг.1 закрытом положении, в котором канал 14 перекрыт.
Гнездо 27 сидит на одном конце состоящего из трех стержней 30 держателя 31, на котором с одной стороны установлен с возможностью осевого движения уплотнительный элемент 21, а с другой стороны - жестко и неподвижно закрывающая заглушка 15.
Закрывающая заглушка 15 выполнена по существу цилиндрической, имеет наружную резьбу 32, которой она может ввертываться в соответствующую внутреннюю резьбу на конце канала 14. Стержни 30 держателя 31 закреплены на нижней на фигурах торцевой стороне поперечной стенки, кроме того, на верхнем конце резьбы предусмотрена верхняя поперечная стенка. В области этой верхней поперечной стенки закрывающая заглушка 15 имеет окружной паз, в который интегрировано круглое кольцо 33, служащее для плотного закрытия, когда заглушка 15 ввернута полностью. К пазу для круглого кольца 33 с удаленной от резьбы стороны присоединяется бортик 34, который выполнен слегка расширенным, и на котором с внутренней стороны отформованы две полки 35, также соединенные с верхней поперечной стенкой и служащие приспособлением для манипулирования, чтобы вкручивать или выкручивать закрывающую заглушку 15. Параллельно бортику 34 закрывающей заглушки 15 со стороны корпуса предусмотрен бортик 36 на верхнем конце канала 14.
Наружная резьба 32 прервана вертикальными надрезами 37, которые образуют байпас, то есть перепускной канал между напорной камерой выходного патрубка 11 и окружающей средой.
При эксплуатации закрывающая заглушка 15 плотно и прочно ввернута в соответствующее резьбовое гнездо на верхнем конце канала 14 корпуса 2, круглое кольцо 33 образует герметичный затвор. С помощью держателя 31 уплотнительный элемент 21 введен в канал 14, при этом уплотнительный элемент 21 своим уплотнительным кольцом 23 прилегает к седлу 20 уплотнения и силой винтовой пружины 29 сжатия удерживается в этом положении. Таким образом, образуется обратный клапан 19, который перекрывает обратное течение от выходного патрубка 11 к входному патрубку 10. Только при достижении определенного давления, которое выше давления в мембранной напорной емкости 17, соответственно, в выходном патрубке 11, обратный клапан 19 открывается против силы пружины и освобождает гидравлическое соединение между кольцевым каналом 13 и выходным патрубком 11.
Когда во входном патрубке 10 отсутствует давление, что обычно происходит при отключенном насосе, однако на выходном патрубке еще имеется давление подачи, обратный клапан 19 препятствует выравниванию давлений. Тогда если закрывающая заглушка 15 выкручивается, то она попадает сначала в положение, в котором уплотнительное кольцо 33 перестает прилегать к отверстию корпуса, так что надрезами 37 в наружной резьбе 32 образуется байпас, который соединяет напорную камеру внутри домовой станции водоснабжения с внешней окружающей средой. Это положение изображено на фиг.5, там также изображено, как это давление, будь то вследствие течения жидкости (стрелки) или вследствие высвобождения газа (пузырьки газа), спадает без создания опасности для обслуживающего персонала. Благодаря плотно вставляющимся друг в друга бортикам 34 и 36 предотвращается создание направленного выхода струи, более того, газ свободно вытекает вверх, жидкость - через образовавшийся зазор между бортиками 34 и 36.
Если затем закрывающая заглушка 15 продолжает выкручиваться, то уплотнительный элемент 21 тоже отрывается от седла 20 уплотнения, так чтобы происходило выравнивание гидравлического давления между входным патрубком 10 и выходным патрубком 11.
После удаления закрывающей заглушки 15 возможен контроль функционирования обратного клапана 19 на уплотнительном элементе, при необходимости возможна замена уплотнительного кольца 23. Также путем ввода соответствующего инструмента может очищаться или обрабатываться седло 20 уплотнения. Так как с удалением заглушки 15 над держателем 31 удаляется также уплотнительный элемент 21, в домовую станцию 1 водоснабжения может заливаться вода, необходимая для создания эффекта самовсасывания. Так как уплотнительный элемент 21 был удален и при этом функционирование обратного клапана 19 деактивировано, может осуществляться заливка воды через отверстие на верхней стороне корпуса 2, в остальное время закрытое закрывающей заглушкой 15. Таким образом, не требуется предусматривать отдельное заливное отверстие перед обратным клапаном 19, которое требовалось бы, если бы обратный клапан 19 функционировал.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Домовая станция водоснабжения
2 Корпус
3 Основание корпуса
4 Центробежный насос
5 Рабочие колеса
6 Вал
7 Электродвигатель
8 Сливное отверстие
9 Пробка для 8
10 Входной патрубок
11 Выходной патрубок
12 Камера всасывания насоса
13 Кольцевой канал
14 Канал
15 Закрывающая заглушка
16 Патрубок для мембранной напорной емкости
17 Мембранная напорная емкость
18 Корпус электроники
19 Обратный клапан
20 Седло уплотнения
21 Уплотнительный элемент
22 Опорный элемент
23 Уплотнительное кольцо
24 Полка
25 Направляющие поверхности поз.24
26 Направляющие стопорные полки
27 Гнездо
28 Стопорные выступы на 26
29 Винтовая пружина сжатия
30 Стержни
31 Держатель
32 Наружная резьба поз.15
33 Круглое кольцо поз.15
34 Бортик поз.15
35 Полка
36 Бортик на 2
37 Надрезы для байпаса/перепускного канала.