ДРЕНАЖ ГИДРАНТА
HYDRANT DRAINAGE

Данное изобретение касается гидранта. Гидранты соединены с системой распределения воды и представляют собой арматуру для забора воды, предназначенную для того, чтобы дать пожарной бригаде, а также же общественным и частным потребителям возможность забора воды из общественной системы распределения воды. Обычно сетевое давление в системе распределения воды составляет примерно от 6 до 9 бар. В общем гидранты делятся на надземные гидранты и подземные гидранты. Надземный гидрант неподвижно установлен на поверхности земли и имеет выпускные отверстия с нормализованными присоединительными гайками. Подземный гидрант установлен под землей и сверху укрыт почвенным покровом. Таким образом, такой подземный гидрант представляет собой расположенное ниже уровня грунта место забора воды, которое закрыто почвенным покровом. Гидранты содержат стояк с внутренним пространством и внешней стороной, причем внутреннее пространство выходит в подсоединение для забора воды. Для открытия и закрытия гидранты снабжают запорным приспособлением, которое расположено в области впускной трубы, находящейся со стороны грунта. Пока запорное приспособление находится в запертом состоянии, внутреннее пространство стояка герметизировано относительно впускной части гидранта с защитой от промерзания.
Для открытия или закрытия запорного приспособления вручную поворачивается шпиндель, который расположен в гидранте, по существу, аксиально. Путем поворачивания шпинделя этот оборот передается на шпиндельную гайку, вследствие чего проходящий аксиально в гидранте участок шпинделя, называемый также штангой клапана, перемещается аксиально вверх и вниз. Запорное приспособление расположено ниже так называемой границы промерзания, так что до замерзания воды дело не доходит.
Из уровня техники известны меры, которые касаются отведения воды из внутреннего пространства стояка после закрытия запорного приспособления, чтобы освободить внутреннее пространство стояка от воды, которая в противном случае могла бы в нем замерзнуть. Такое отведение воды из внутреннего пространства стояка должно предотвратить вызываемые замерзающей водой повреждения гидранта. Точно так же отведение воды из внутреннего пространства стояка служит для уменьшения коррозии внутри гидранта, а также для предотвращения развития микроорганизмов в застоявшейся воде. Известны также гидранты с шибером (Schieberhydrant), у которых запорное приспособление содержит шибер и тем самым взаимодействующие уплотнительные поверхности, в которые вдвигается указанный шибер для перекрытия.
В публикации US 3,858,599 раскрыт гидрант со сливным устройством для слива воды из стояка гидранта после закрытия запорного приспособления. Известное сливное устройство содержит расположенную в стояке и над запорным приспособлением сливную трубу, которая после закрытия запорного приспособления соединяет внутреннее пространство стояка с его внешней стороной и выходит в гравийную подушку. Благодаря этому отведение воды может осуществляться с пониженным риском засора.
В этом уровне техники проблема заключается в том, что водоотводные дренажные устройства для отвода воды из внутреннего пространства стояка могут забиваться и, тем самым, имеет место неудовлетворительный отвод воды. Такие засоры могут быть вызваны забивкой места выхода соответствующих водоотводных труб, например, за счет того, что уплотняется грунт на участке выхода водоотводной трубы. Точно так же возникает опасность того, что водоотводная труба совсем или по меньшей мере частично замерзнет, если она, например, не будет требуемым образом уложена ниже границы промерзания. Естественно, нельзя гарантировать, что грунт в области стояка гидранта всегда будет иметь требуемую проницаемость, чтобы надежно отводить из стояка необходимое количество воды. Согласно уровню техники вода вытекает из стояка лишь под действием давления водяного столба во внутреннем пространстве стояка. Другая проблема в уровне техники состоит в том, что при высоком уровне грунтовых вод имеет место самопроизвольный обратный ток воды из грунта внутрь стояка, и вследствие этого стояк заполняется загрязненной водой. Высокий уровень грунтовых вод может возникать среди прочего вблизи озера, вблизи реки или вообще вблизи водоема. Подъем уровня грунтовых вод может быть вызван, например, сильными дождями. Помимо вышеупомянутого риска замерзания воды возникает, таким образом, еще и риск развития микроорганизмов внутри гидранта. Из-за этого бактерии могут войти в контакт со свежей водой водопроводной распределительной сети. При использовании гидранта выбрасывается содержащая бактерии вода, которая может привести к причинению вреда здоровью людей и животных.
Поэтому задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить гидрант, из стояка которого вода может быть надежно отведена.
Эта задача решается в гидранте согласно независимому пункту 1 формулы изобретения. Другие предпочтительные признаки раскрыты в зависимых пунктах формулы.
Согласно изобретению вышеуказанная задача решается в гидранте, который содержит стояк с внутренним пространством и внешней стороной, и запорное приспособление, которое выполнено с возможностью перевода из по меньшей мере одного открытого положения в по меньшей мере одно запертое положение и наоборот, и причем запорное приспособление выполнено таким образом, что в запертом положении внутреннее пространство стояка может быть герметизировано относительно впускной части гидранта. Кроме того, гидрант содержит по меньшей мере одно первое проходное отверстие, через которое внутреннее пространство стояка может приводиться в соединение с внешней стороной гидранта с возможностью прохождения текучей среды, и второе проходное отверстие, через которое находящаяся под давлением впускная часть гидранта может приводиться в соединение с внешней стороной гидранта с возможностью прохождения текучей среды, причем первое и второе проходные отверстия могут приводиться во взаимодействие друг с другом, причем это взаимодействие посредством протекающей через второе проходное отверстие воды создает разрежение, так что находящаяся во внутреннем пространстве стояка вода отводится через первое проходное отверстие, и за счет этого стояк освобождается от воды.
Преимущества данного изобретения состоят в следующем.
Вода внутри стояка надежно выталкивается по принципу Вентури из впускной части гидранта посредством находящейся под давлением воды. Благодаря этому вода из стояка надежно выводится за счет сильного разрежения.
Такая конструкция особенно проста и обходится без сложных конструктивных элементов, так что обеспечивается надежный отвод воды стояка.
Отвод воды из внутренней части стояка происходит особенно быстро.
После отвода воды из стояка проходные отверстия могут быть закрыты. Благодаря этому предотвращается обратный ток воды из грунта во внутреннее пространство стояка. Таким образом, внутреннее пространство стояка не смешивается с загрязненной водой.
Отвод воды производится посредством созданного сильного разрежения, так что этот отвод воды возможен даже тогда, когда уровень грунтовых вод стоит выше уровня воды во внутреннем пространстве стояка.
В гидрант интегрирован струйный вакуум-насос. Таким образом, для прокладки водоотводных труб не требуется никаких трудоемких и продолжительных работ и возможных дополнительных внешних конструктивных элементов. Не нужны никакие дополнительные приспособления.
Такое водоотводное дренажное устройство гидранта особенно просто в обслуживании.
Водоотводное дренажное устройство может дополнительно дооснащаться для многих видов гидрантов. Кроме того, такое водоотводное дренажное устройство может применяться практически со всеми типами запорных приспособлений. В зоне уже установленных гидрантов могут быть дополнительно установлены водоотводные дренажные устройства предлагаемого изобретением гидранта.
Отвод воды может быть ускорен за счет того, что в нижней области стояка могут быть размещены несколько струйных вакуум-насосов водоотводного дренажного устройства. Струйные вакуум-насосы могут быть расположены на определенном угловом расстоянии друг от друга.
Таким отводом воды можно управлять вручную или электрически, например, с помощью исполнительного элемента. Этот исполнительный элемент может содержать клапан с электрическим или механическим управлением. Таким образом, проходные отверстия могут открываться и запираться особенно надежно.
Отвод воды может происходить за счет того, что штанга клапана гидранта, которая обычно служит для открытия и закрытия запорного приспособления, поворачивается в заданное угловое положение.
Предлагаемый изобретением гидрант будет подробнее рассмотрен ниже на приведенных в качестве примера вариантах выполнения с привлечением соответствующих чертежей, которые не ограничивают объем данного изобретения. На чертежах показано следующее.
Фиг. 1a - Фиг. 1c - вид в разрезе участка запорного приспособления гидранта в различных положениях клапана согласно первому варианту первого примера выполнения;
Фиг. 2 - вид в разрезе участка запорного приспособления гидранта согласно второму варианту первого примера выполнения;
Фиг. 3 - вид в разрезе участка запорного приспособления гидранта согласно третьему варианту первого примера выполнения;
Фиг. 4a - Фиг. 4c - вид в разрезе участка запорного приспособления гидранта в различных положениях клапана согласно первому варианту второго примера выполнения;
Фиг. 5a - Фиг. 5c - вид в разрезе участка запорного приспособления гидранта в различных положениях клапана согласно второму варианту второго примера выполнения;
Фиг. 6a - Фиг. 6d - вид в разрезе участка запорного приспособления гидранта в различных положениях клапана согласно третьему варианту второго примера выполнения; и
Фиг. 7a - Фиг. 7c - вид в разрезе участка запорного приспособления гидранта с шибером в различных положениях шибера согласно третьему варианту выполнения.
В дальнейшем предпочтительные варианты выполнения предлагаемого изобретением гидранта будут описано детально.
На Фиг. 1a - Фиг. 1c показан соответствующий вид в разрезе гидранта 100 в различных положениях клапана согласно первому варианту первого примера выполнения. Гидрант 100 содержит стояк 102 с внутренним пространством 104. Стояк 102 выходит по меньшей мере в одну выпускную часть (не показана) для выбрасывания воды. В открытом состоянии гидранта 100 вода из впускной части 106 гидранта под давлением переводится во внутреннее пространство 104 стояка 102. Для своего открытия и закрытия гидрант 100 содержит запорное приспособление 108, которое выполнено с возможностью перевода из по меньшей мере одного открытого положения (см. Фиг. 1c) по меньшей мере в одно запертое положение (см. Фиг. 1b) и наоборот. Запорное приспособление 108 выполнено с возможностью в запертом состоянии герметично для текучей среды уплотнять внутреннее пространство 104 стояка 102 относительно впускной части 106 гидранта.
Запорное приспособление 108 содержит тело 110 главного клапана и по меньшей мере один взаимодействующий с ним для перекрытия конструктивный элемент гидранта 100 с уплотнительной поверхностью. Это запорное приспособление 108 в общем представляет собой клапан с телом 110 главного клапана, которое может приводиться в прилегание с уплотнительными поверхностями гидранта 100. Тело 110 главного клапана с помощью расположенного аксиально приводного устройства 111, выполненного, например, как штанга клапана, может перемещаться аксиально по отношению к другим взаимодействующим конструктивным элементам запорного приспособления 108. Для закрытия гидранта 100 тело 110 главного клапана с помощью приводного устройства 111 переводится в показанное на Фиг. 1b верхнее положение клапана, в котором это запорное приспособление 108 закрыто. Чтобы открыть запорное приспособление 108, тело 110 главного клапана переводится вниз, как показано на Фиг. 1c. В этой позиции вода из впускной части 106 гидранта под давлением течет через окружные участки тела 110 главного клапана, свободные по меньшей мере на отдельных участках, в стояк 102. Для направления тела 110 главного клапана оно снабжено боковыми лепестками 112', 112'' клапана, которые для аксиального направления тела 110 главного клапана по отношению к статическим участкам (называемыми также седлом главного клапана) запорного приспособления 108 расположены на теле 110 главного клапана по периметру с разрывами и при этом по меньшей мере в открытом положении (см. Фиг. 1c) могут приводиться в прилегание с участками внутренней поверхности запорного приспособления 108 гидранта 100.
Для подробного разъяснения предлагаемого изобретением отвода воды гидранта 100 сначала рассматривается Фиг. 1a. Вышеприведенное выражение "отвод воды гидранта" здесь подразумевает, что выводится наружу вода, находящаяся во внутреннем пространстве 104 стояка 102. Согласно изобретению вода при этом за счет разрежения высасывается из стояка 102, а именно при помощи воды из впускной части 106 гидранта, находящейся под давлением, и отводится, соответственно, выталкивается наружу. Иными словами, первое и второе проходные отверстия могут приводиться во взаимодействие друг с другом таким образом, что вода, находящаяся во внутреннем пространстве стояка, энергией (давлением) воды, текущей через второе проходное отверстие, выталкивается через первое проходное отверстие на внешнюю сторону гидранта. Таким образом, вода из стояка надежно выводится, а именно без дополнительных затрат энергии (например, электрической, гидравлической). Отвод воды реализуется предпочтительно только с помощью возникающего в системе распределения воды давления транспортируемой в ней среды (воды). Сетевое давление в системе распределения воды при этом обычно составляет примерно от 6 до 9 бар.
Для этого гидрант 100 содержит первое проходное отверстие 114', 114'', через которое может создаваться соединение между внутренним пространством 104 стояка 102 и внешней стороной гидранта 100 с возможностью прохождения текучей среды. Как можно видеть на Фиг. 1a с учетом Фиг. 1b, Фиг. 1c, первое проходное отверстие 114', 114'' в отводящем воду положении запорного приспособления 108 расположено напротив области 115',115'' отверстий на окружной поверхности тела 110 главного клапана, причем и в этом случае соединение с возможностью прохождения текучей среды через область 115', 115'' отверстий сообщается с внутренним пространством 104 стояка 102. В следующих положениях клапанов запорного приспособления 108, а именно в запертом положении и в открытом положении, первое проходное отверстие 114', 114'' уплотнено посредством окружных участков, соответственно, стенки тела 110 главного клапана. Точнее говоря, первое проходное отверстие 114', 114'' в запертом состоянии гидранта 100 может быть уплотнено посредством стенки, соответственно, уплотнительных поверхностей лепестков 112', 112'' клапана. Иными словами, лепестки 112', 112'' клапана помимо своей функции направления тела 110 главного клапана выполнены таким образом, что они с помощью своих уплотнительных поверхностей могут закрывать или открывать по меньшей мере первое проходное отверстие 114', 114''. Таким образом, первое проходное отверстие 114', 114'' только в показанном на Фиг. 1a положении отвода воды через область 115', 115'' отверстий соединено с внутренним пространством 104.
Для выбрасывания воды из внутреннего пространства 104 стояка 102 одновременно, тоже только в показанном на Фиг. 1a положении отвода воды, второе проходное отверстие 116', 116ʺ находится в соединении с впускной частью 106 гидранта с возможностью прохождения текучей среды. Второе проходное отверстие 116', 116'' ведет к внешней стороне. Иными словами, в отводящем воду положении запорного приспособления 108 находящаяся под давлением вода из впускной части 106 гидранта через второе проходное отверстие 116', 116'' может выталкиваться на внешнюю сторону гидранта 100. Первое проходное отверстие 114', 114'' выходит в подключенный к второму проходному отверстию 116', 116'' участок. При этом отводимая через первое проходное отверстие 114', 114'' вода из стояка 102 сталкивается с выпускаемой через второе проходное отверстие 116', 116'' под давлением наружу водой из впускной части 106 гидранта. По меньшей мере первое проходное отверстие 114', 114'' и второе проходное отверстие 116', 116'' при этом образуют струйный вакуум-насос 113', 113'', который отводит наружу воду из внутреннего пространства 104 стояка 102.
Ниже будет подробнее рассмотрен указанный струйный вакуум-насос 113', 113''. Этот струйный вакуум-насос 113', 113'' содержит пространство 118', 118'' пониженного давления, которое примыкает к второму проходному отверстию 116', 116'' и ведет наружу. Это пространство 118', 118'' пониженного давления может быть нагружено пониженным давлением за счет воды, вытекающей под давлением из впускной части 106 гидранта через второе проходное отверстие 116', 116'' (принцип струйного вакуум-насоса или, соответственно, принцип Вентури). Нагружаемое пониженным давлением пространство 118', 118'' пониженного давления в свою очередь через первое проходное отверстие 114', 114'' соединяется с внутренним пространством 104 стояка 102 с возможностью прохождения текучей среды. Таким образом, вода с помощью созданного разрежения надежно высасывается из внутреннего пространства 104 стояка 102 и отводится на внешнюю сторону.
В показанном на Фиг. 1c открытом положении гидранта 100 первое проходное отверстие 114', 114'' и второе проходное отверстие 116', 116'' герметизированы посредством стенки или, соответственно, уплотнительных поверхностей лепестков 112', 112'' клапана. Иными словами, лепестки 112', 112'' клапана предназначены для того, чтобы с помощью своей уплотнительной поверхности закрывать или открывать по меньшей мере указанное первое проходное отверстие 114', 114'' и второе проходное отверстие 116', 116''.
На входе струйного вакуум-насоса 113', 113'' струя воды втекает под полным давлением трубопровода из впускной части 106 гидранта через второе проходное отверстие 116', 116'' в пространство 118', 118'' пониженного давления. Это пространство 118', 118'' пониженного давления имеет больший диаметр, чем второе проходное отверстие 116', 116''. Между этой быстро текущей струей воды и окружающей водой из стояка 102 происходит перемешивание сред, вследствие чего кинетическая энергия струи воды из впускной части 106 гидранта передается окружающей воде из стояка 102 и таким образом в распоряжении оказывается транспортировочный механизм. За счет выбрасывания среды в пространстве 118', 118'' пониженного давления возникает разрежение, вследствие чего подлежащая транспортировке из стояка 102 вода вытекает через вакуумное подсоединение.
Таким образом, благодаря поразительно простому решению вода из внутреннего пространства 104 стояка 102 выталкивается наружу находящейся под давлением водой из впускной части 106 гидранта в соответствии с принципом струйного вакуум-насоса или, соответственно, принципом Вентури. За счет этого вода в стояке 102 особенно быстро и надежно отводится наружу. В показанном на Фиг. 1a - Фиг. 1c первом варианте первого примера выполнения предусмотрены два струйных вакуум-насоса 113', 113''. Благодаря этому время на отведение воды из стояка 102 уменьшается почти вдвое по сравнению с примером, в котором предусмотрен лишь один струйный вакуум-насос. Разумеется, можно, хотя это и не показано на Фиг. 1a - Фиг. 1c, предусмотреть лишь один струйный вакуум-насос на гидранте 100. Разумеется, однако, может быть предусмотрено три или более струйных вакуум-насосов на гидранте 100 (не показано).
В показанном на Фиг. 1a положении отвода воды гидрант 100 заперт, т.е. перекрыто непосредственное соединение с возможностью прохождения текучей среды между впускной частью 106 гидранта и внутренним пространством 104 стояка 102. Для того, чтобы перевести гидрант 100 из показанного на Фиг. 1a положения отвода воды в показанное на Фиг. 1b полностью закрытое положение клапана или, соответственно, запертое положение, тело 110 главного клапана с помощью приводного устройства 111 (штанги клапана) перемещается аксиально вниз. При этом, как пояснялось выше, первое проходное отверстие 114', 114'' посредством окружных участков лепестков клапана 112', 112'' уплотняется герметично для текучей среды относительно внутреннего пространства 104 стояка 102. Одновременно второе проходное отверстие 116', 116'' посредством окружных участков тела 110 главного клапана уплотнено относительно впускной части 106 гидранта герметично для текучей среды. Гидрант 100 предпочтительно после отвода воды стояка 102 переводится из положения отвода воды в закрытое положение клапана, соответственно, в запертое положение запорного приспособления 108.
В показанном на Фиг. 1a - Фиг. 1c первом варианте первого примера выполнения запорное приспособление 108 содержит главный клапан гидранта, который здесь образован участками самого гидранта 100 (называемыми также седлом главного клапана или уплотнительными поверхностями гидранта) и телом 110 главного клапана. Указанные участки гидранта 100 могут по меньшей мере находиться во взаимосвязи с первым проходным отверстием 114', 114'', вторым проходным отверстием 116', 116'', струйным вакуум-насосом 113', 113'', пространством 118', 118'' пониженного давления, причем этим не ограничивается.
Как упоминалось выше, струйный вакуум-насос 113', 113'' выполнен с возможностью отводить наружу воду из внутреннего пространства 104 стояка 102 за счет прямого нагружения водой, подаваемой во впускную часть 106 гидранта. В первом варианте первого примера выполнения предусмотрен исполнительный элемент, который только в отводящем воду положении создает соединение с возможностью прохождения текучей среды между внутренним пространством 104 стояка 102 и внешней стороной гидранта 100, а также между впускной частью 106 гидранта и внешней стороной гидранта 100. В показанном на Фиг. 1a - Фиг. 1c первом варианте первого примера выполнения такой исполнительный элемент содержится в запорном приспособлении 108, соответственно, в теле 110 главного клапана и в самом гидранте 100. Таким образом, не требуется никаких дополнительных конструктивных элементов для открытия и закрытия, а такое выполнение оказывается особенно простым и надежным. К тому же снижаются затраты.
В описанном выше в качестве примера варианте осуществления струйный вакуум-насос 113', 113'' выполнен с возможностью отводить наружу воду из внутреннего пространства 104 стояка 102 за счет прямого нагружения водой, подаваемой во впускную часть 106 гидранта.
Хотя это и не показано, стояк 102 описанного в качестве примера гидранта 100 в рассмотренном варианте выполнения (как и в описанных выше вариантах выполнения) может содержать вентиляционное отверстие (не показано), посредством которого может выравниваться разность давлений между внутренним пространством 104 стояка 102 и внешней стороной гидранта 100 при отводе воды стояка 102. Тем самым предотвращается возникновение во внутреннем пространстве 104 стояка 102 разрежения, которое противодействует выбрасыванию воды на внешнюю сторону гидранта 100. Кроме того, гидрант может содержать устройство сигнализации (не показано), с помощью которого оператор получает информацию об уровне воды во внутреннем пространстве 104 стояка 102. Например, это устройство сигнализации может взаимодействовать с вентиляционным отверстием и содержать по меньшей мере одно колебательное тело, которое при переливе и/или протекании воздуха создает слышимое колебание. При отводе воды стояка 102 создается разрежение, которое выравнивается через вентиляционное отверстие. Таким образом, воздух извне течет во внутреннее пространство 104 стояка 102. Разрежение в общем создается в отводящем воду положении гидранта 100. В отводящем воду положении гидранта 100 разрежение может быть создано и тогда, когда вода из стояка 102 уже отведена. Течение воздуха может приводить содержащееся в устройстве сигнализации колебательное тело в слышимое колебание. Пока колебательное тело производит слышимое колебание, оператору поступает информация о том, что гидрант 100 (все еще) находится в отводящем воду положении. Тем самым, оператору сообщается или, соответственно, напоминается по меньшей мере о том, что гидрант 100 после положения отвода воды (Фиг. 1a) нужно перевести в запертое положение (Фиг. 1b). Как только это слышимое колебание стихает, оператор этим просто ставится в известность о том, что гидрант 100 закрыт (запертое положение, см. Фиг. 1b).
На Фиг. 2 показан вид в разрезе гидранта 100 во втором варианте первого примера выполнения. Одинаковые или оказывающие одинаковое действие конструктивные элементы, опираясь на первый вариант первого примера выполнения, обозначены теми же ссылочными позициями. Показанный на Фиг. 2 гидрант 100 тоже содержит первое проходное отверстие 114, второе проходное отверстие 116 и струйный вакуум-насос 113 с пространством 118 пониженного давления.
Второй вариант отличается от первого варианта выполнением исполнительного элемента. Кроме того, здесь показан только один струйный вакуум-насос 113. Во втором варианте первого примера выполнения исполнительный элемент содержит электрически управляемые клапаны 120', 120'', которые освобождают или перекрывают соединение с возможностью прохождения текучей среды между внутренним пространством 104 стояка 102 и струйным вакуум-насосом 113, а также соединение с возможностью прохождения текучей среды между впускной частью 106 гидранта и струйным вакуум-насосом 113. Точнее говоря, первый электроуправляемый клапан 120' освобождает или перекрывает соединение с возможностью прохождения текучей среды между стояком 102 и струйным вакуум-насосом 113. Далее, второй электроуправляемый клапан 120'' выполнен с возможностью освобождать или перекрывать соединение с возможностью прохождения текучей среды между впускной частью 106 гидранта и струйным вакуум-насосом 113. Оба электрически управляемых клапана 120', 120'' управляются посредством электрического управляющего блока 122. Электроуправляемые клапаны 120', 120'' посредством соответствующего сигнального соединения 124', 124'' связаны с электрическим управляющим блоком 122. Сигнальное соединение 124', 124'' может представлять собой электрическую сигнальную линию (кабель) или радиосвязь (беспроводное соединение).
В показанном на Фиг. 2 положении клапана гидрант 100 заперт телом 110 главного клапана, т.е. из впускной части 106 гидранта вверх в стояк 102 вода не переводится. В этом закрытом положении оба электрически управляемых клапана 120', 120'' могут управляться с помощью управляющего блока 122 на открытие до тех пор, пока стояк 102 не будет освобожден от воды (положение отвода воды). После отвода воды стояка 102 оба электроуправляемых клапана 120', 120'' закрываются. Управляющий блок 122 для открытия обоих электроуправляемых клапанов 120', 120'' может регулироваться через приводное устройство 111 (штангу клапана) или с помощью раздельного обслуживания, например, нажимной кнопкой или натяжением кабеля.
Как упоминалось выше, управляющий блок 122 переключает оба электроуправляемых клапана 120', 120'' в их запертое положение, как только из стояка 102 будет отведена вода. Оба электроуправляемых клапана 120', 120'' при переходе в положение отвода воды могут, по существу, одновременно регулироваться на открытие и закрытие. Предпочтительно при переходе из положения отвода воды в запертое положение сначала запирается первое проходное отверстие 114, а затем запирается второе проходное отверстие 116. Иными словами, сначала первый клапан 120' настраивается на закрытие, а затем на закрытие настраивается второй клапан 120''. Тем самым может быть предотвращен обратный ток воды в направлении к внутреннему пространству 104 стояка 102. Такое переключение может управляться посредством устройства программно-временного управления, которое может содержаться, например, в управляющем блоке 122. В альтернативном варианте управляющий блок 122 может управлять обоими электроуправляемыми клапанами 120', 120'' на закрытие, как только с помощью поплавка (не показан), служащего датчиком, будет установлено, что стояк 102 больше не содержит воды. В еще одном примере в первом проходном отверстии 114 или на этом первом проходном отверстии 114, которое может обеспечивать соединение с возможностью прохождения текучей среды между внутренним пространством 104 стояка 102 и струйным вакуум-насосом 113, может быть размещен датчик 126, который передает на управляющий блок 122 информацию о перемещаемой воде. Для этого датчик 126 через сигнальное соединение 128 связан с управляющим блоком 122. Это сигнальное соединение 128 может представлять собой электрическую сигнальную линию или радиосвязь. Как только датчик 124 обнаружит, что первое проходное отверстие 114 больше не проводит воду, так как вода из стояка 102 тем временем была полностью удалена, указанный управляющий блок 122 на основе этого установленного состояния, запирает оба электроуправляемых клапана 120', 120''.
В одном не показанном на чертеже примере может быть предусмотрен только один электроуправляемый клапан, который открывает или запирает оба проходных отверстия 114, 116 одновременно или последовательно друг за другом через короткие промежутки времени. Например, этот клапан может также располагаться в главном клапане и закрывать или открывать по меньшей мере одно соответствующее сверленое отверстие в главном клапане. Вместо описанных здесь электроуправляемых клапанов 120', 120'' может быть предусмотрен также по меньшей мере один механически управляемый клапан (не показан).
В показанном на Фиг. 2 втором варианте первого примера выполнения запорное приспособление 108 содержит главный клапан гидранта, который здесь образован участками самого гидранта 100 (его уплотнительными поверхностями) и телом 110 главного клапана.
На Фиг. 3 показан вид в разрезе гидранта 100 в третьем варианте первого примера выполнения. Одинаковые или одинаково работающие конструктивные элементы снабжены теми же ссылочными позициями, что и для первого и/или второго вариантов первого примера выполнения. Показанный на Фиг. 3 гидрант 100 тоже содержит первое проходное отверстие 114 и второе проходное отверстие 116, которые здесь с помощью механического насоса 130 могут приводиться друг с другом во взаимодействие таким образом, что вода из внутреннего пространства 104 стояка 102 посредством непрямого нагружения отводится наружу за счет подведенной из впускной части 106 гидранта воды. Показанный на Фиг. 3 насос 130 выполнен как радиальный центробежный насос. Насос 130 может быть выполнен, однако, и как аксиальный или диагональный центробежный насос (не показан). В порядке альтернативы механический насос 130 может быть выполнен также и как поршневой насос, мембранный насос или как вытеснительный насос любого типа.
В отводящем воду положении содержащееся в центробежном насосе 130 турбинное колесо 132 нагружается водой, подаваемой из впускной части 106 гидранта под давлением, и вращается. Аксиально соединенный с турбинным колесом 132 вал 134 выходит в пространство пониженного давления центробежного насоса 130 и позволяет течь под действием центробежной силы радиально наружу воде, втекающей из стояка 102 через первое проходное отверстие 114. При этом вода течет в кольцевое пространство 136 и через него выталкивается наружу. Первое 114 и второе 116 проходные отверстия открываются и закрываются показанным схематично (Schiebeeinrichtung) скользящим устройством 138 (клапанным устройством). В показанном варианте первое 114 и второе 116 проходные отверстия заперты скользящим устройством 138. За счет движения скользящего устройства 138 вверх первое 114 и второе 116 проходные отверстия открываются. Первое 114 и второе 116 проходные отверстия в порядке альтернативы могут закрываться и открываться посредством электрических клапанов (не показаны).
На Фиг. 4а - Фиг. 4с показаны соответствующие виды в разрезе гидранта 200 в различных положениях клапана согласно первому варианту второго примера выполнения. На Фиг. 4b показан гидрант 200 с закрытым запорным приспособлением 208. В этом положении впускная часть гидранта 206 и внутреннее пространство 204 стояка 202 посредством тела 210 главного клапана запорного приспособления 208 уплотнены относительно друг друга герметично для текучей среды.
Седло главного клапана гидранта 200 в показанном варианте выполнения может быть выполнено как сменное седло 222 клапана, вставляемое в гидрант 200 и извлекаемое из него. Тело 210 главного клапана установлено с возможностью перевода из по меньшей мере одного открытого положения по меньшей мере в одно закрытое положение относительно этого сменного седла 222 клапана с помощью приводного устройства 211. Во втором варианте осуществления приводное устройство 211 выполнено как аксиально перемещаемая штанга клапана. Сменное седло 222 клапана на одном своем участке (на Фиг. 4а - Фиг. 4с он показан на правой стороне сменного седла 222 клапана) снабжено первым отверстием 224, причем один его конец выходит в пропускное пространство 226. Это пропускное пространство 226 выполнено кольцеобразно вокруг сменного седла 222 клапана и по периметру снаружи закрыто участками материала гидранта 200. В отводящем воду положении область открытия 227 тела 210 главного клапана прилегает к концу первого отверстия 224, противоположному пропускному пространству 226. Область открытия 227 тела 210 главного клапана в свою очередь соединена с внутренним пространством 204 стояка 202 с возможностью прохождения текучей среды. Для этого лепестки 212'' клапана внутри снабжены внутренней линией (не показана), по которой область открытия 227 может соединяться с внутренним пространством 204 стояка 202 с возможностью прохождения текучей среды. Поэтому в показанном на Фиг. 4a первом варианте второго примера выполнения вода в стояке 202 через первое отверстие 224 течет в пропускное пространство 226. Таким образом, при находящемся в отводящем воду положении теле 210 главного клапана по отношению к сменному седлу 222 клапана внутреннее пространство 204 стояка 202 через первое отверстие 224 соединено с пропускным пространством 226 с возможностью прохождения текучей среды.
Сменное седло 222 клапана выполнено кольцевым и содержит по меньшей мере два проходящих вокруг по наружной поверхности паза для размещения соответствующих кольцевых уплотнений 228', 228'', которые герметизируют относительно друг друга внутреннее пространство 204 стояка 202, пропускное пространство 226 и впускную часть гидранта 206. Сменное седло 222 клапана содержит также второе проходное отверстие 216, через которое впускная часть гидранта 206 (в показанном на Фиг. 4a положении отвода воды) может соединяться с пропускным пространством 226 с возможностью прохождения текучей среды. Кроме того, второе проходное отверстие 216 через пропускное пространство 226 направлено аксиально к первому проходному отверстию 214, которое содержит пространство 218 пониженного давления.
Второе проходное отверстие 216 через первое проходное отверстие 214 соединено с внешней стороной гидранта 200 с возможностью прохождения текучей среды. Тем самым, вода, вытекающая под давлением из впускной части гидранта 206, непосредственно нагружает находящуюся в пропускном пространстве 226 воду из стояка 202, вытягивает эту воду и отводит ее в направлении внешней стороны. Первое проходное отверстие 214 и второе проходное отверстие 216 имеют цилиндрическое поперечное сечение. При этом второе проходное отверстие 216 имеет меньший диаметр по сравнению с первым проходным отверстием 214.
В показанном Фиг. 4а - Фиг. 4с втором варианте второго примера выполнения первое проходное отверстие 214 имеет круговое поперечное сечение с изменяющимся в продольном направлении диаметром. При этом на первом участке первого проходного отверстия 214 диаметр сужается в направлении течения и расширяется от второго участка с минимальным диаметром на третьем участке к внешней стороне. Во втором варианте выполнения первое проходное отверстие 214 содержит вставляемое в тело гидранта сопло, в частности, сопло Вентури. Сопло Вентури может быть выполнено воронкообразным. Первое проходное отверстие 214 в показанном втором варианте выполнения имеет суженный участок, образующий пространство 218 пониженного давления, внутри которого скорость течения воды повышена по сравнению с другими участками первого проходного отверстия 214, поскольку скорость течения обратно пропорциональна поперечному сечению трубы. Согласно закону Бернулли, возрастание скорости течения воды сопровождается падением давления. За счет возникающего падения давления на участке первого проходного отверстия 214 с минимальным поперечным сечением, т.е. в пространстве 218 пониженного давления, вода вытягивается из пропускного пространства 226 за счет разрежения и выталкивается, соответственно, отводится на внешнюю сторону гидранта 200.
Хотя это и не показано, но первое проходное отверстие 214 может иметь цилиндрическое поперечное сечение, неизменное по всей длине. Оказалось предпочтительным, если соотношение между внутренним диаметром первого проходного отверстия 214 (соответственно, между его минимальным внутренним диаметром) и минимальным внутренним диаметром второго проходного отверстия 216 равно 2:1-15:1, в частности, 3:1-4:1. В одном варианте выполнения минимальный внутренний диаметр первого проходного отверстия 214 предпочтительно составляет от 8 мм до 19 мм, а минимальный внутренний диаметр второго проходного отверстия 216 предпочтительно составляет от 2 мм до 2,5 мм. После того, как из внутреннего пространства 204 стояка 202 вода будет выведена, тело 210 главного клапана может с помощью приводного устройства 211 быть перемещено аксиально вниз на некоторое расстояние, чтобы занять запертое положение, показанное на Фиг. 4b.
В показанном на Фиг. 4b запертом положении первое отверстие 224 на расположенном выше по потоку конце герметизировано посредством уплотняющего окружного участка (уплотнительной поверхности) тела 210 главного клапана. Одновременно второе проходное отверстие 216 герметизировано посредством уплотняющего окружного участка (уплотнительной поверхности) тела 210 главного клапана, так что второе проходное отверстие 216 герметизировано относительно впускной части гидранта 206. Одновременно впускная часть гидранта 206 тоже уплотнена относительно внутреннего пространства 204 стояка 202. Для того, чтобы исходя из этого запертого положения вытягивать воду из гидранта 200, тело 210 главного клапана с помощью приводного устройства 211 перемещается вниз, а именно до тех пор, пока вода, находящаяся под давлением во впускной части гидранта 206, не потечет вверх через открывающийся кольцевой зазор между верхней стороной тела 210 главного клапана и нижней стороной сменного седла 222 клапана, т.е. наверх во внутреннее пространство 204 стояка 202. После забора воды тело 210 главного клапана из показанного на Фиг. 4c положения клапана переводится в показанное на Фиг. 4a положение отвода воды, чтобы вытолкнуть собравшуюся в стояке 202 воду на внешнюю сторону гидранта 200.
На Фиг. 5a - Фиг. 5c показан вид в разрезе гидранта 200 в различных положениях клапана согласно второму варианту второго примера выполнения изобретения. Этот второй вариант отличается от показанного на Фиг. 4а - Фиг. 4с первого варианта тем, что нижний окружной участок тела 210 главного клапана в запертом состоянии (Фиг. 5a) всегда с уплотнением прилегает к внутреннему периметру сменного седла 222 клапана. В противоположность показанному на Фиг. 4a положению клапана в первом варианте второго примера выполнения, во втором варианте второго примера выполнения, совершенно независимо от положения клапана, вода из впускной части гидранта 206 не может течь через ориентированную прямо вертикально выемку на теле 210 главного клапана во второе проходное отверстие 216.
Тело 210 главного клапана, напротив, снабжено внутренней линией тела главного клапана (не показана), которая обеспечивает соединение с возможностью прохождения текучей среды между впускной частью гидранта 206 и входом второго проходного отверстия 216, как только тело 210 главного клапана окажется в показанном на Фиг. 5b положении отвода воды. При этом подсоединение внутренней линии тела главного клапана накладывается на вход второго проходного отверстия 216, как показано Фиг. 5b. Внутренняя линия тела главного клапана может представлять собой выемку на окружном участке тела 210 главного клапана. При этом указанная выемка не ориентирована прямо вертикально (не аксиально). Находящаяся под давлением вода из впускной части гидранта 206 только в этом положении отвода воды течет по внутренней линии тела главного клапана во второе проходное отверстие 216, а оттуда в кольцевое пропускное пространство 226 и дальше в первое проходное отверстие 214. Одновременно пропускное пространство 226 через первое отверстие 224 и внутреннюю линию лепестков клапана (не показана) соединено с внутренним пространством 204 стояка 202 с возможностью прохождения текучей среды.
Согласно второму варианту второго примера выполнения преимущество состоит в том, что гидрант 200, исходя из показанного на Фиг. 5c гидранта 200 в открытом положении (при открытом запорном приспособлении 208), посредством движения вверх тела 210 главного клапана может приводиться прямо в положение отвода воды, как показано на Фиг. 5b. После отвода воды стояка 202 тело 210 главного клапана затем тоже перемещается прямо вверх, чтобы в итоге занять запертое положение, как показано на Фиг. 5a. Тем самым, предпочтительно переводить гидрант 200 посредством однонаправленного движения тела 210 главного клапана из открытого положения (Фиг. 5c) через положение отвода воды (Фиг. 5b) в запертое положение (Фиг. 5a) и наоборот.
На Фиг. 6a - Фиг. 6c показан вид в разрезе гидранта 200 в различных положениях клапана согласно третьему варианту второго примера выполнения. На Фиг. 6d показан в увеличенном масштабе участок X, отмеченный на Фиг. 6c. В этом третьем варианте второго примера выполнения тело 210 главного клапана по меньшей мере в отводящем воду положении (Фиг. 6c, Фиг. 6d) с помощью перестановочного устройства 211 может поворачиваться по отношению к фиксированному сменному седлу 222 клапана. Запорное приспособление 208 выполнено с возможностью обеспечивать протекание воды через первое проходное отверстие 214 и второе проходное отверстие 216 за счет того, что тело 210 главного клапана, выходя из запертого положения гидранта 200 (Фиг. 6b), может поворачиваться по отношению к сменному седлу 222 клапана (Фиг. 6c, Фиг. 6d).
В показанном на Фиг. 6a открытом положении гидранта 200 тело 210 главного клапана с помощью перестановочного устройства 211 передвинуто аксиально вниз, так что вода из впускной части гидранта 206 под давлением поднимается во внутреннее пространство 204 стояка 202.
За счет движения тела 210 главного клапана - из открытого положения (Фиг. 6a) - вверх в запертое положение (Фиг. 6b), вышеуказанный проход для воды перекрыт и надежно герметизирован (см. Фиг. 6b). В этом запертом положении тела 210 главного клапана первое отверстие 224', 224'', ведущее к пропускному пространству 226, герметизировано окружными участками (уплотнительными поверхностями) тела 210 главного клапана. Далее, второе проходное отверстие 216 герметизировано окружными участками (уплотнительными поверхностями) тела 210 главного клапана. В этом положении гидрант 200 надежно заперт.
Для отвода воды гидранта 200 тело 210 главного клапана - выходя из запертого положения (Фиг. 6b) - с помощью перестановочного устройства 211 поворачивается относительно сменного седла 222 клапана. В показанном здесь варианте выполнения перестановочное устройство 211 образовано вышеуказанным приводным устройством, соответственно, штангой клапана. Иными словами, тело 210 главного клапана поворачивается с помощью перестановочного устройства 211, посредством которого это тело 210 главного клапана также перемещается вверх и вниз. Хотя это и не показано, но в качестве перестановочного устройства для поворачивания тела 210 главного клапана могут использоваться дополнительные конструктивные элементы.
Путем поворачивания тела 210 главного клапана в предварительно заданное угловое положение пропускные участки тела 210 главного клапана накладываются как на первое отверстие 224', 224'', так и на второе проходное отверстие 216. Вышеуказанные пропускные участки могут представлять собой, например, одну или несколько выполненных в теле 210 главного клапана выемок, по которым находящаяся под давлением вода во впускной части гидранта 206 течет во второе проходное отверстие 216, и по которым вода из стояка 202 течет в первое отверстие 224', 224''.
В показанном на Фиг. 6a - Фиг. 6d третьем варианте второго примера выполнения лепестки клапана 212', 212'' за счет поворачивания тела 210 главного клапана относительно установленного без возможности проворачивания сменного седла 222 клапана выходят из уплотняющего прилегания к первому отверстию 224', 224'' (что особенно ясно можно увидеть на Фиг. 6d), так что вода из внутреннего пространства 204 стояка 202 через первое отверстие 224', 224'' может сливаться в кольцевое пропускное пространство 226. Благодаря разъясненному выше эффекту струйного вакуум-насоса вода может затем с помощью воды, втекающей из впускной части гидранта 206 под давлением, надежно отводиться наружу. После произведенного отвода воды тело 210 главного клапана лишь снова поворачивается обратно, чтобы занять показанное на Фиг. 6b запертое положение.
Особым преимуществом этого варианта выполнения является то, что тело 210 главного клапана не требует аксиальной регулировки по высоте для перевода в позицию для отвода воды. Оператор может перемещать тело 210 главного клапана привычным образом между двумя максимальными положениями клапана, а именно между полностью открытым положением (см. Фиг. 6a) и полностью закрытым положением (см. Фиг. 6b). Согласно представленному здесь варианту выполнения для отвода воды не требуется дополнительной регулировки по высоте, а тело 210 главного клапана лишь поворачивается под определенным углом относительно установленного без возможности проворачивания сменного седла 222 клапана.
Хотя это и не показано, но в альтернативном варианте сменное седло 222 клапана может поворачиваться по отношению к установленному без возможности проворачивания телу 210 главного клапана. Как, в частности, ясно показано на Фиг. 6d, в частности, второе проходное отверстие 216 изменяет свое направление, соответственно, его ход отклоняется от линейного (по существу, горизонтального) таким образом, что обращенный к впускной части гидранта 206 участок отклоняется вниз (отогнут). За счет этого обращенные к впускной части гидранта 206 входы второго проходного отверстия 216 и первого отверстия 224' соответственно оказываются относительно друг друга на некотором расстоянии. За счет увеличения расстояния между обоими входами улучшается четко показанное на Фиг. 6d уплотнение обоих входов относительно друг друга (увеличенная уплотнительная поверхность).
На Фиг. 7a - Фиг. 7c показан вид в разрезе гидранта 300 согласно третьему варианту выполнения. Показанный на Фиг. 7a - Фиг. 7c гидрант 300 при этом относится к гидрантам с шибером. Запорное приспособление 308 содержит шибер 310, который с помощью приводного устройства 311 вдвигается в канал между впускной частью гидранта 306 и внутренним пространством 304 стояка 302 или выдвигается из него. Таким образом, запорное приспособление 308 содержит шибер 310 и взаимодействующие с ним уплотнительные поверхности гидранта 300. В показанном на Фиг. 7a положении шибера гидранта 300 представлено положение отвода воды. Здесь пропускные линии к струйному вакуум-насосу 313 освобождаются или запираются посредством самого запорного приспособления 308.
В показанном на Фиг. 7b положении шибера гидрант 300 полностью закрыт. В этом запертом положении шибер 310 полностью вдвинут с уплотнением в канал между впускной частью гидранта 306 и внутренним пространством 304 стояка 302. Точно так же прерваны и проводящие поток среды линии между струйным вакуум-насосом 313 и внутренним пространством 304 стояка 302 и впускной частью гидранта 306 соответственно.
В показанном на Фиг. 7c положении шибера гидранта 300 он полностью открыт. Тем самым, находящаяся под давлением вода из впускной части гидранта 306 переводится прямо вверх во внутреннее пространство 304.
Как упоминалось выше, гидрант 300 при показанном на Фиг. 7a положении шибера находится в отводящем воду положении. При таком положении шибера прямое соединение с возможностью прохождения текучей среды между впускной частью гидранта 306 и внутренним пространством 304 стояка 302 перекрыто шибером 310. Одновременно через второе проходное отверстие 316 освобождено соединение с возможностью прохождения текучей среды между впускной частью гидранта 306 и струйным вакуум-насосом 313. В показанном варианте выполнения такое соединение с возможностью прохождения текучей среды освобождено по меньшей мере участками самого шибера 310. Одновременно через первое проходное отверстие 314, здесь на всем протяжении непрерывное, свободно соединение с возможностью прохождения текучей среды между внутренним пространством 304 и струйным вакуум-насосом 313. Вода, текущая через второе проходное отверстие 316 из впускной части гидранта 306, течет в камеру 318 пониженного давления струйного вакуум-насоса 313 и при этом всасывает воду из внутреннего пространства 304 стояка 302 за счет созданного разрежения через первое проходное отверстие 314 и отводит ее наружу.
Одинаковые ссылочные обозначения указывают на одинаковые или соответствующие друг другу признаки предлагаемого изобретением гидранта, хотя не во всех случаях и не для всех фигур они рассматриваются подробно.
Перечень ссылочных обозначений
100; 200; 300 гидрант
102; 202; 302 стояк
104; 204; 304 внутреннее пространство
106; 206; 306 впускная часть гидранта
108; 208; 308 запорное приспособление
110; 210 тело главного клапана
111; 211; 311 приводное устройство
112', 112''; 212', 212'' лепестки клапана
113, 113', 113''; 213; 313 струйный вакуум-насос
114, 114', 114''; 214; 314 первое проходное отверстие
116, 116', 116''; 216; 316 второе проходное отверстие
118, 118', 118''; 218; 318 пространство пониженного давления
120', 120'' электроуправляемый клапан
122 управляющий блок
124', 124'' сигнальное соединение
126 датчик
128 сигнальное соединение
130 механический насос
132 турбинное колесо
134 вал
136 кольцевое пространство
138 скользящее устройство
222 сменное седло клапана
224, 224', 224'' первое отверстие
226 пропускное пространство
227 область открытия
228', 228'' кольцевое уплотнение
310 шибер.