КОМПЕНСАТОР ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к строительству, а конкретно к компенсатору давления, предназначенному, преимущественно, для установки в секционный радиатор водяного отопления системы водяного отопления зданий и сооружений различного назначения.
Известен секционный радиатор водяного отопления, содержащий набор последовательно соединенных секций, каждая из которых изготовлена сплошной из алюминиевого сплава и включает два поперечных участка, расположенных параллельно с противоположных сторон и имеющих каждый прямой канал, проходящий между муфтовыми патрубками, расположенными с противоположных сторон каждого поперечного участка и имеющими каждый участок с внутренней резьбой, и продольный участок, соединяющий поперечные участки и сопряженный с ними в их средних зонах, который имеет продольный канал, сообщающийся с противоположных сторон с прямыми каналами поперечных участков (RU 110461 U1, МПК F24H 3/00, 2011).
Описанные выше секции соединяются между собой сквозными ниппелями, установленными по одному на каждую пару смежных муфтовых патрубков двух соединенных секций. В два муфтовых патрубка крайних секции участками наружной резьбы закрепляют две футорки, каждая из которых выполнена с возможностью подключения к трубе подвода или отвода водяного теплоносителя, а в два других муфтовых патрубка - заглушки.
2
2
3
2
В таких секционных радиаторах водяного отопления, когда их секции изготовлены сплошными из алюминиевого сплава (то есть без использования внутреннего каркаса из стальных труб для формирования каналов - биметаллическая технология), в случае отключения от системы отопления (вход и выход теплоносителя в радиатор перекрыты) на длительный срок со временем поднимается давление. Этот рост давления связан с прохождением в радиаторе окислительной реакции алюминия и воды (2Аl+3НО=AlO+3Н). Выделяющийся в процессе этой реакции водород скапливается в радиаторе и по мере накопления поднимает давление в радиаторе до давления разрушения радиатора («Газовый разрыв»). В результате роста давления теряется герметичность секционного радиатора, возникают протечки, в том числе в моменты последующего подключения радиатора к системе отопления.
Также в системах отопления существует проблема температурного расширения теплоносителя и необходимости компенсации этого расширения. Суть этой проблемы заключается в том, что в замкнутой системе или при перекрытии какого либо участка системы отопления, вода на этом участке может нагреваться или охлаждаться. При этом происходит изменение объема и/или давления воды на этом участке. При отсутствии компенсаторов давления в таких системах или участках, поскольку вода практически не сжимаема, происходит значительное изменения давления, которое приводит к преждевременному износу трубопровода и оборудования, расположенного на этом участке. При перекрытии входа и выхода теплоносителя из радиатора отопления при охлаждении теплоносителя в радиаторе, давление в нем падает, что негативно сказывается на надежности запорной арматуры данного радиатора отопления.
В таблице приведены данные об изменении плотности воды от температуры.
Таблица
Температура в °С
ρ, 10<sup>3</sup> кг/м<sup>3</sup>
Температура в °С
ρ, 10<sup>3</sup> кг/м<sup>3</sup>
10
0.99973
31
0,99521
20
0,99823
32
0,99479
21
0,99802
33
0,99436
22
0,99780
34
0,99394
23
0,99757
35
0,99350
24
0,99732
40
0,99118
25
0,99707
50
0,98804
26
0,99681
60
0,98318
27
0,99652
70
0,97771
28
0,99622
80
0,97269
29
0,99592
90
0,96534
30
0,99561
Из данных в таблице видно, что при охлаждении радиатора от 90°С до 20°С в помещении при сохранении объема воды, находящейся в радиаторе, плотность воды изменится с 0.96534 до 0,99823, то есть - на 3.5%.
В системе холодного водоснабжения при температуре подачи воды 10°С и нагреве ее до 20°С плотность изменится на 0.15%.
На диаграмме, приведенной на фиг.1, представлена зависимость плотности воды от давления. Из диаграммы видно, что при изменении давления от 25 до 1 атм. плотность изменяется на 0,1%. То есть в реальных условиях эксплуатации систем водоснабжения и отопления, где рабочее давление в системе не более 16 атм., принципиальным для определения конечного давления после нагрева или охлаждения жидкости будет изменение температуры. При этом в конечном итоге давление в таких системах может быть менее 1 атм. в системах горячего водоснабжения и отопления и значительно больше рабочего давления для систем холодного водоснабжения.
В таких условиях в случае при резком открытии ранее перекрытых систем отопления, в них возникает гидравлический удар, который может привести к нарушению герметичности системы, в том числе и в секционном радиаторе отопления.
Проблема гидравлического удара стоит достаточно остро и для решения этой проблемы применяются гасители гидроударов (компенсаторы давления), которые применяются для трубопроводных систем преимущественно большого диаметра, когда ущерб от разрушения может быть значительным.
Известен гаситель гидроударов (компенсатор давления) для квартирных систем отопления и водоснабжения и аналогичных систем для частного малоэтажного домостроения, представляющий собой бак из нержавеющей стали с внутренней разделительной полимерной мембраной (Страница «Квартирный гаситель гидроударов CM CAR» на веб-сайте компании «Веста» по адресу: , 20.06.2012).
Этот известный гаситель гидроударов (компенсатор давления), устанавливаемый, как правило, на распределительные коллекторы горячей и холодной воды, способен компенсировать возрастание давления в системах водоснабжения из-за теплового расширения воды в результате нагрева в трубах до комнатной температуры в период отсутствия водоразбора. С повышением температуры воды на каждый градус давление в изолированном участке трубопровода увеличивается не менее чем на 1 бар. Зимой, когда вода поступает в квартиры с температурой +5°С, ее нагрев до 20°С, может дать увеличение давления на 15 бар. При резком закрытии кранов известный гаситель гидроударов способен противостоять скачку распространяющегося по системе давления до 16 атм.
Однако, этот известный компенсатор давления не пригоден для установки на смонтированный пристенно секционный радиатор водяного отопления из-за значительных размеров, в частности значительного радиального размера бака. Также и с эстетической точки зрения монтаж такого компенсатора давления снаружи секционного радиатора водяного отопления, располагающегося в жилом помещении, нельзя назвать привлекательным.
Использование различных по конструкции компенсаторов давления известно в различных отраслях промышленности.
Известен компенсатор давления для установки снаружи на трубопровод, включающий корпус в виде стакана с фланцем или участком наружной резьбы для крепления по краю и поршнем, установленным в полости стакана, который связан с дном пружиной (US 2884955 A, МПК F16L 55/052, 1959). Этот известный компенсатор не может быть встроен в полость секционного радиатора водяного отопления, поскольку предусматривает лишь наружную установку на трубопровод промышленного назначения. Компенсирующим средством является витая пружина, работающая либо на сжатие, либо на растяжения, обеспечивая таким образом либо компенсацию падения давления, либо компенсацию роста давления, в том числе демпфируя гидроудар.
Известен компенсатор давления герметичной емкости с жидкостью, содержащий упругую камеру в форме сильфона с наполнителем из пористого материала, которая также заполнена рабочей жидкостью, не смачивающей пористый материал. Упругая камера располагается в полости направляющего цилиндра (RU 2187742 С1, МПК F16L 55/04, 2002). Этот известный компенсатор обеспечивает компенсацию роста давления из-за увеличения температуры жидкости в герметичной емкости, сглаживает пульсации давления. Номинальное давление компенсатора внутри упругой камеры соответствует нормальному. Известный компенсатор давления не обеспечивает гашение гидроударов, снижение давления в результате охлаждения, рост давления при отсутствии нагревающей среды, омывающей упругую камеру. Эти особенности не позволяют использовать известный компенсатор давления в системах отопления и водоснабжения, в частности для локальной установки в полость секционного радиатора водяного отопления с целю его защиты от гидроударов или статичного увеличения давления.
Задача полезной модели заключается в обеспечении компенсации давления (повышения или падения) в полости секционного радиатора водяного отопления, секции которого, по меньшей мере одна или несколько, изготовлены из сплошного алюминиевого сплава, демпфировании гидроудара, что позволяет увеличить надежность и срок службы такого радиатора, а также в расширении арсенала средств для компенсации давления, которые отличаются компактностью и могут монтироваться в полости секционного радиатора водяного отопления, обеспечивая его защиту при увеличении или падении давления теплоносителя, либо в случае гидроудара.
Решение поставленных задач обеспечивает компенсатор давления, содержащий глухую втулку с наружной резьбой, а также газонаполненный элемент, выполненный в виде тела из упругого вспененного газонаполненного материала. Глухая втулка выполнена с гнездом, открытым со стороны торца, смежного ее наружной резьбе, а газонаполненный элемент закреплен в гнезде.
Газонаполненный элемент может быть выполнен в виде цилиндра, закрепленного на глухой втулке с ориентацией осью по оси глухой втулки.
Газонаполненный элемент может быть выполнен с сужением со стороны одного из торцов, которым закреплен в гнезде глухой втулки.
Газонаполненный элемент может быть выполнен в виде цилиндра с сужением со стороны одного из торцов, которым закреплен в гнезде глухой втулки.
Возможность осуществления полезной модели иллюстрируется примерами, проиллюстрированными чертежами.
На фиг.2 показан фрагмент продольного разреза секционного радиатора водяного отопления в зоне муфтового патрубка, в котором закреплен компенсатор давления, выполненный с газонаполненным элементом в виде герметичной камеры в форме сильфона.
На фиг.3 показан газонаполненный элемент компенсатора давления в виде цилиндра с поршнем, продольный разрез.
На фиг.4 показан газонаполненный элемент компенсатора давления в виде цилиндра с центрально расположенным продольным стержнем и с поршнем с отверстием, продольный разрез.
На фиг.5 и 6 показаны поперечные разрезы газонаполненного элемента компенсатора давления в виде цилиндра с центрально расположенным продольным стержнем (фиг 5) и с эксцентрично расположенным продольным стержнем (фиг 6).
На фиг.7 показан продольный разрез компенсатора давления с газонаполненным элементом в виде цилиндра с поршнем; газонаполненный элемент выполнен с сужением, которым закреплен в гнезде глухой втулки.
На фиг.8 показ продольный разрез компенсатора давления с газонаполненным элементом в виде цилиндра с поршнем; цилиндр газонаполненного элемента выполнен за одно целое с глухой втулкой и снабжен обратным клапаном.
На фиг.9 показан фрагмент продольного разреза секционного радиатора водяного отопления в зоне муфтового патрубка, в котором закреплен выполненный в соответствии с полезной моделью компенсатор давления, у которого газонаполненный элемент изготовлен из упругого вспененного газонаполненного материала.
На фиг.10 показан вариант исполнения компенсатора давления с воздухоотводчиком; на фиг.11 показано поперечное сечение по гнезду глухой втулки, выполненной с возможностью прохождения воздуха к воздухоотводчику.
На фиг.12 показ продольный разрез коллектора с установленным в нем компенсатором давления.
Секционный радиатор водяного отопления (фиг.2) содержит набор последовательно соединенных секций 1, каждая из которых изготовлена сплошной из алюминиевого сплава и включает два поперечных участка 2, расположенных параллельно с противоположных сторон и имеющих каждый прямой канал 3, проходящий между муфтовыми патрубками 4, расположенными с противоположных сторон каждого поперечного участка 2 и имеющими каждый участок с внутренней резьбой 5, и продольный участок 6, соединяющий поперечные участки 2 и сопряженный с ними в их средних зонах, который имеет продольный канал 7, сообщающийся с противоположных сторон с прямыми каналами 3 поперечных участков 2.
Между собой секции 1 соединены сквозными ниппелями (на чертежах не показаны) с наружной резьбой, соединяющие секции между собой и установленные по одному на каждую пару смежных муфтовых патрубков 4 двух соединенных секций 1.
В четырех муфтовых патрубках 4 крайних секции 1 участками наружной резьбы закреплены две футорки (на чертежах не показаны), каждая из которых выполнена с возможностью подключения к трубе подвода или отвода водяного теплоносителя, заглушка (на чертежах не показана), а также компенсатор давления, выполненный в виде глухой втулки 8, с внутренней стороны которой закреплен ориентированный продольно в полости поперечного участка секции газонаполненный элемент 9, выполненный с возможностью упругого изменения его наружного объема под действием внешнего давления жидкого теплоносителя, по меньшей мере, в продольном направлении, вдоль оси поперечного участка 2 секции 1, в муфтовом патрубке 4 которого компенсатор давления (8, 9) закреплен.
В одном варианте компенсатор давления (фиг.2) содержит, как отмечено выше глухую втулку 8 с наружной резьбой 10 и гнездом 11, открытым со стороны торца 12, смежного упомянутой наружной резьбе 10. Его газонаполненный элемент 9, выполненный в виде герметичной камеры в форме сильфона и закреплен в гнезде 11 с расположением гофрированных стенок параллельно оси глухой втулки 8. Газонаполненный элемент 9 выступает из гнезда 11 для расположения его части в полости прямого канала 3 секции 1 (такое выполнение возможно во всех вариантах). Для закрепления газонаполненного элемента 9 на его гофрированный участок одет упругий поперечный кольцевой элемент 13, с натягом по которому газонаполненный элемент 9 вставлен в гнездо 11 глухой втулки 8.
Газонаполненный элемент 9 может быть изготовлен из стали, меди, латуни, глухая втулка 8 - из указанных материалов, а также из бронзы. Упругий поперечный кольцевой элемент 13 может быть изготовлен из резины, из этиленпропиленового каучука или из иного известного упругого материала, приемлемого для использования в системах водяного отопления и горячего водоснабжения. Наружная резьба 10 глухой втулки 8 изготавливается как ответная для внутренней резьбы 5 муфтового патрубка 4 секции 1 и имеет, как правило, следующие значения: 1,1/4", 1", 3/4".
Газонаполненный элемент 9 заполнен по известным технологиям под давлением от 0,1 до 16 МПа газом или смесью газа и жидкости, имеющей температуру кипения от 50 до 95°С, например спиртом.
Расположенный в радиаторе газонаполненный элемент 9 увеличивается в объеме, растягиваясь по оси при снижении давления в полости секционного радиатора водяного отопления, либо уменьшается в объеме, сжимаясь при увеличении давления, в том числе в момент гидроудара, обеспечивая демпфирование резко возросшего давления теплоносителя в полости секционного радиатора водяного отопления, предотвращая его возможное разрушение или нарушение герметичности.
В другом варианте компенсатор давления (фиг.3-8) также содержит глухую втулку 14 с наружной резьбой 15 (фиг.7), а также газонаполненный элемент 16 (фиг.3), выполненный в виде открытого с одного торца цилиндра (из приемлемого металлического сплава) с расположенным в нем поршнем 17 (из фторопласта или иного известного полимерного материала, пригодного для выполнения конструктивного элемента в радиаторе водяного отопления, из металлического сплава), образующих герметичную полость 18. Газонаполненный элемент 16 может иметь в поперечном сечении (внутренне отверстие) не только круглой формы, но также и иной, овальной, эллиптической.
Газонаполненный элемент 16 расположен на глухой втулке 14 со стороны торца 19 (закреплена приемлемыми известными методами, а также описанными ниже), смежного ее наружной резьбе 15, с ориентацией осью по оси глухой втулки 14 и расположением открытого торца 20 (фиг.3, 7) со стороны, противоположной стороне 21, где он закреплен на глухой втулке 14.
Цилиндр (16) вдоль края открытого торца 20 выполнен с отбортовкой 22 внутрь для исключения самопроизвольного выскальзывания из него поршня 17, который уплотнен известными средствами 23 относительно внутренней боковой поверхности 24 цилиндра (16).
На фиг.4-6 показан вариант, когда газонаполненный элемент 25 в виде цилиндра имеет расположенный по оси цилиндра (поз.26 на фиг.4, 5) или эксцентрично (поз.27 на фиг.6) продольный стержень постоянного поперечного сечения (возможна не только круглая форма, но также и иная - овальная, эллипс). При этом поршень 28 выполнен с отверстием, через которое проходит продольный стержень (26 - фиг.4, 5; 27 - фиг.6), и уплотнен относительно внутренней боковой поверхности 29 цилиндра (25) и боковой поверхности 30 продольного стержня (25, 26) известными средствами 31.
В этом варианте выполнения компенсатора давления герметичная полость 32 газонаполненного элемента 25 также по известным технологиям заполнена под давлением от 0,1 до 16 МПа газом или смесью газа и жидкости, имеющей температуру кипения от 50 до 95°С (например, спирт).
Глухая втулка 14 (фиг.7) выполнена с гнездом 32, открытым со стороны торца 19, смежного ее наружной резьбе 15, а цилиндр 33 газонаполненного элемента закреплен в гнезде 32 (например с натягом или иными приемлемыми известными методами). При этом цилиндр 33 газонаполненного элемента выполнен с сужением 34 со стороны, противоположной расположению открытого торца 22, которым и закреплен в гнезде 32 глухой втулки 14.
В показанном на фиг.8 варианте глухая втулка 35 и цилиндр 36 газонаполненного элемента выполнены за одно целое. Этот компенсатор давления содержит также обратный клапан 37 для закачки или подкачки герметичной полости 38. Обратный клапан 37 закрепленным с расположением входного отверстия 39 со стороны глухого наружного торца 40 глухой втулки 35. Обратным клапаном с такой же целью могут быть снабжены также и другие конструкции компенсаторов давления, описанные выше.
В варианте на фиг.3 работа компенсатора давления обеспечивается перемещением поршня 17 (фиг.3), 28 (фиг.4), что и приводит к упругому изменению объема.
В варианте компенсатора давления согласно полезной модели (фиг.9), он содержит глухую втулку 41 с наружной резьбой 42, а также газонаполненный элемент 43, выполненный в виде тела из упругого вспененного газонаполненного материала (пенополистирол или иной вспененный синтетический каучук; избыточное давление в замкнутых порах в данном материале, а соответственно внутри компенсатора близко или равно атмосферному), который закреплен на глухой втулке 41 со стороны торца 44, смежного ее наружной резьбе 42. Глухая втулка 41 выполнена с гнездом 45, открытым со стороны торца 44, а газонаполненный элемент 43 выполнен в виде цилиндра с сужением 46 со стороны одного из торцов, которым закреплен в гнезде 45 (с натягом или с использованием дополнительных средств, либо с использованием клеящего состава). Газонаполненный элемент 43 может иметь иную, не цилиндрическую форму, в том числе с сужением или без него. Газонаполненный элемент 43 в этом варианте также деформируется, причем не только продольно, но и в боковых направлениях, что приводит к изменению его объема, обеспечивающего компенсацию изменения давления, а также демпфирование гидроудара.
Описанные конструкции компенсаторов давления могут использоваться в существующих системах водяного отопления с давлением от 1 до 10 атм. Такое же давление может быть и в секционном радиаторе водяного отопления, как элементе такой системы отопления. Наиболее распространены системы отопления с давлением до 6 атм.
На фиг.10 и 11 показан вариант исполнения, когда снаружи по центру (возможно эксцентричное расположение) глухой втулки 46 установлен воздухоотводчик 47. При заполнении системы (секционного радиатора водяного отопления) водяным теплоносителем, открывают воздухоотводчик 47 (фактически представляет собой малогабаритный кран с малой пропускной способностью) и выпускают воздух для устранения воздушных пробок, препятствующих нормальному функционированию системы. Для сообщения внутренней полости секционного радиатора водяного отопления с воздухоотводчиком 47 в гнездо 48 глухой втулки 46 выполнено с продольными прорезями 49 (фиг.11). При этом газонаполненный элемент 50 не доходит до дна 51 глухой втулки 46, благодаря чему воздух из полости секционного радиатора водяного отопления свободно поступает ко входу 52 в воздухоотводчик 47.
В гнезде 48 глухой втулки 46 возможно не только выполнение набора расположенных равномерно продольных прорезей 49. Возможно выполнение меньшего количества прорезей (варианты на чертежах не показаны). Должна присутствовать одна прорезь минимум, причем с ее расположением сверху, чтоб обеспечить полное стравливание воздуха. В дне гнезда 48 также могут быть выполнены одна или несколько прорезей, которые могут сообщаться с углублением в дне 51, где будет располагаться внутренняя часть воздухоотводчика 47 с входным каналом. Продольные прорези 49 могут иметь в поперечном сечении различную форму: прямоугольную, скругленную по радиусу, скругленную криволинейную, неправильную многогранную.
Выполненный в соответствии с полезной моделью компенсатор давления может устанавливаться не только в секционные радиаторы водяного отопления, в том числе изготовленные по биметаллической технологии, а также и в приборы водяного отопления иных конструкций, но и на иные элементы, как системы водяного отопления, так и системы водоснабжения (горячее, холодное) с целью компенсации изменения давления и снижения влияния на системы гидроудара. На фиг.12 показан коллектор 52 системы водоснабжения, со стороны 53 которого закреплен компенсатор давления 54.
Полезная модель не исчерпывается представленными выше примерами осуществления. Возможны иные лежащие в пределах патентных притязаний конкретные формы конструктивной реализации полезной модели, спроектированные с ее использованием и обычных инженерных знаний.