СМЕШИВАЮЩИЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ КАРТРИДЖ (ВАРИАНТЫ)
MIXING CERAMIC CARTRIDGE (VARIANTS)

Изобретение относится к области водопроводного оборудования и может быть использовано в качестве сменного смешивающего картриджа в смесителях с раздельным регулированием температуры и напора воды.
Известна конструкция смешивающего вентиля (патент RU №2588907), содержащая корпус, отверстия для подвода холодной и горячей воды и отвода смешанной воды, клапан в виде контактирующих между собой неподвижного диска с двумя одинаковыми входными отверстиями и подвижного диска с проходным отверстием с возможностью его последовательного совмещения с входными отверстиями неподвижного диска, отличающаяся тем, что два входных отверстия неподвижного диска расположены симметрично относительно линии, проходящей через центр диска, каждое из них занимает угол до 180° относительно центра, смещенного с центра диска по линии, перпендикулярной линии симметрии и проходящей через центр диска, на величину более 0,05 радиуса диска, при этом подвижный диск имеет проходное отверстие, аналогичное отверстиям неподвижного диска.
В этой конструкции входные отверстия для холодной и горячей воды располагаются снизу вентиля, а выходное - с боковой стороны. Таким образом, выводящий канал смешивающего вентиля располагается сбоку, что при вертикальной установке вентиля приводит к определенному увеличению общего диаметра конструкции. Кроме того, вентили с угловым прохождением воды имеют две поверхности для уплотнения.
Известна еще одна конструкция смешивающего вентиля (патент RU №2535594), содержащая корпус, отверстия для подвода холодной и горячей воды и отвода смешанной воды, клапан в виде контактирующих между собой неподвижного диска с тремя отверстиями, два из которых входные и одно выходное, и подвижного диска со сквозным отверстием или коммутирующим пазом, соединяющим в одном их крайних положений выходное и одно из входных отверстий, отличающаяся тем, что неподвижный диск имеет центральное выходное отверстие в виде круга, вокруг которого располагаются дугообразные входные отверстия для холодной и горячей воды, каждое из которых занимает угол немного более 90°, подвижный диск имеет коммутирующий паз, который в одном из крайних положений соединяет выходное центральное круглое отверстие и одно из дугообразных входных отверстий.
В этой конструкции входные отверстия для холодной и горячей воды располагаются на одном полукруге неподвижного диска, что приводит к увеличению диаметра диска и всего вентиля, неудобному расположению подводящих каналов, а также ослаблению герметичности за счет того, что уплотнительные кольца, необходимые для входных отверстий, располагаются неравномерно на одном полукруге.
В положении «Закрыто» коммутирующий паз подвижного диска развернут диаметрально противоположно относительно входных отверстий неподвижного диска. Регулирование температуры воды в этом вентиле осуществляется в пределах поворота на угол немного больше 90°, дальнейшее движение рукоятки, штока и подвижного диска приводит к перекрыванию потока холодной воды. В результате смешивающий вентиль имеет недостаточно высокие характеристики регулировки температуры. Кроме того, он неудобен в использовании, так как предполагает дополнительное перекрывание воды с помощью смешивающего устройства. После окончания использования смесителя необходимо сначала перевести рукоятку смешивающего вентиля в положение выбора холодной воды, а затем дополнительно перекрыть напор холодной воды, что неудобно для пользователя, приводит к излишнему расходованию воды, увеличивает нагрузку на вентиль и сокращает срок его эксплуатации. При этом смеситель практически лишается возможности повторно использовать подобранную температуру.
Вторая конструкция представляет собой по сути преобразование хорошо известной и широко распространенной конструкции смешивающего и регулирующего картриджа для однорычажного смесителя (патенты US 5329985, US 5080134 и др.) в смешивающий вентиль для смесителей с раздельным регулированием температуры и напора воды. В результате такого преобразования исходная конструкция упрощается за счет того, что шток с помощью вилки, или водила, непосредственно соединяется с подвижным диском, из конструкции исключается поводок и ось, удерживающая шток во втулке. Устройство получает фиксированную ось вращения и становится только смешивающим.
Несмотря на то что во второй конструкции регулирование напора воды осуществляется с помощью отдельного вентиля, нагрузка на смешивающий вентиль в ней не уменьшается, так как после использования смесителя необходимо дополнительное перекрывание воды с помощью смешивающего устройства.
В связи с тем что предлагаемое изобретение является только смешивающим устройством, все отверстия которого располагаются на одной поверхности для уплотнения, наиболее близким прототипом является вторая из трех указанных конструкций. Изобретение представлено в трех вариантах.
Смешивающее устройство (первый вариант), так же, как и наиболее близкий прототип, содержит корпус, отверстия для подвода холодной и горячей воды и отвода смешанной воды, клапан в виде контактирующих между собой неподвижного диска с тремя отверстиями, два из которых входные и одно выходное, и подвижного диска с коммутирующим пазом, соединяющим в одном из крайних положений выходное отверстие и одно из входных отверстий, но отличается тем, что все три отверстия неподвижного диска сделаны дугообразными или в виде сектора круга, усеченного у центра линией, и располагаются на одинаковом удалении их центров от центра диска, а коммутирующий паз подвижного диска имеет форму круга, усеченного ломаной линией, при этом усекаемый круг имеет радиус дальней от центра диска дуги отверстий, а усекающая его ломаная линия состоит из двух радиально расположенных отрезков, соответствующих дальним сторонам объединяемых отверстий, и соединяющей ближние концы этих отрезков прямой линии.
Регулирование температуры воды в первом варианте смешивающего устройства осуществляется в пределах поворота рукоятки, штока и подвижного диска до 150°. Неподвижный и подвижный диски картриджа для первого варианта изобретения, а также механизм их взаимодействия показаны соответственно на фиг. 3, 4 и 5. При этом регулирование температуры воды в первом варианте изобретения может осуществляться и в пределах поворота рукоятки на меньший градус. На фиг. 6, 7 и 8 изображены соответственно неподвижный и подвижный диски, а также механизм их взаимодействия для регулирования температуры в пределах поворота на 120°.
Коммутирующий паз подвижного диска имеет форму круга, который усекается ломаной линией, как показано на фиг. 4 и 7. При такой форме паза создаваемая площадь перетока между отверстиями неподвижного диска будет максимальной. Другие формы коммутирующего паза, например дугообразная, будут создавать меньшую площадь для перетока и препятствовать прохождению максимального напора.
По сравнению с первым прототипом данная конструкция является несколько более компактной за счет того, что выводящий канал располагается снизу вентиля. Кроме того, в предлагаемой конструкции все отверстия размещены на одной поверхности для уплотнения, что способствует повышению ее герметичности.
По сравнению с третьим прототипом данная конструкция не только проще и содержит меньше деталей, но и имеет фиксированную ось вращения и жестко посаженную рукоятку, а также является только смешивающей, что существенно уменьшает нагрузку на клапан и увеличивает срок его эксплуатации, так как регулирование напора воды осуществляется с помощью второго клапана. Кроме того, появляется возможность регулирования температуры в пределах поворота рукоятки до 150°, что улучшает и регулировочные характеристики смешивающего устройства.
По сравнению с наиболее близким аналогом предлагаемая конструкция является более компактной за счет равномерного расположения отверстий по окружности нижней поверхности картриджа. Уменьшается диаметр подвижного и неподвижного дисков и общий диаметр корпуса клапана. Более удобно, на одинаковом расстоянии друг от друга располагаются подводящие и выводящий каналы. При этом за счет равномерного расположения на донышке картриджа уплотнительных колец, необходимых для входных и выходного отверстий, осуществляется их равномерное прижатие, что способствует повышению герметичности соединений. В предлагаемой конструкции регулировка температуры воды осуществляется в пределах поворота рукоятки, штока и подвижного диска на 150°, что существенно улучшает регулировочные характеристики смешивающего устройства. При повороте рукоятки на один и тот же угол температура будет изменяться на несколько меньший градус, что приводит к более плавному и точному подбору необходимой температуры. При этом облегчается выбор более экономных режимов расходования горячей воды. Кроме того, в данной конструкции после использования смесителя нет необходимости дополнительно перекрывать холодную воду с помощью рукоятки смешивающего устройства, что не только более удобно для пользователя, но и приводит к большей экономии общего расхода воды, а также уменьшает общую нагрузку на клапан и увеличивает срок его эксплуатации.
Таким образом, первый вариант предлагаемой конструкции устраняет указанные недостатки наиболее близкого аналога и создает следующие технические результаты:
1) большая компактность устройства;
2) более удобное расположение подводящих и выводящего каналов;
3) повышение герметичности;
4) улучшение регулировочных характеристик;
5) облегчение выбора более экономных режимов расходования горячей воды;
6) большее удобство для пользователя;
7) большая экономия общего расхода воды;
8) уменьшение общей нагрузки на смешивающий клапан и увеличение срока его эксплуатации.
Смешивающее устройство (второй вариант), так же, как и наиболее близкий прототип, содержит корпус, отверстия для подвода холодной и горячей воды и отвода смешанной воды, клапан в виде двух контактирующих между собой дисков, состоящий из неподвижного диска с центральным выходным отверстием в виде круга, вокруг которого располагаются дугообразные входные отверстия для холодной и горячей воды, и подвижного диска с коммутирующим пазом, который в одном из крайних положений соединяет выходное центральное круглое отверстие и одно из дугообразных входных отверстий, но отличается тем, что дугообразные входные отверстия занимают угол от 100 до 180° относительно центра, смещенного с центра диска по линии, перпендикулярной линии симметрии входных отверстий и проходящей через центр диска, на величину более 0,02 радиуса диска.
Дугообразные входные отверстия располагаются симметрично относительно друг друга. Смещение угла измерения длины входных отверстий с центра диска по линии, перпендикулярной линии симметрии и проходящей через центр диска, на величину более 0,02 радиуса диска необходимо для образования достаточной перемычки между входными отверстиями. При этом центры самих внутренней и внешней дуг входных отверстий с центра диска не смещаются.
Коммутирующий паз подвижного диска представляет собой соединение двух фигур - круга центрального выходного отверстия и полукруга или сектора круга с радиусом внешней дуги одного из входных отверстий, как показано на фиг. 10.
Во втором варианте предлагаемого устройства регулирование температуры воды осуществляется в пределах поворота рукоятки, штока и подвижного диска от 100 до 180°. Неподвижный и подвижный диски картриджа для второго варианта изобретения, а также механизм их взаимодействия показаны соответственно на фиг. 9, 10 и 11.
Смешивающее устройство (третий вариант), так же, как и наиболее близкий прототип, содержит корпус, отверстия для подвода холодной и горячей воды и отвода смешанной воды, клапан в виде двух контактирующих между собой дисков, состоящий из неподвижного диска с центральным выходным отверстием в виде круга, вокруг которого располагаются дугообразные входные отверстия для холодной и горячей воды, и подвижного диска с коммутирующим пазом, но отличается тем, что дугообразные входные отверстия неподвижного диска располагаются на разном удалении от центрального выходного отверстия, повернуты по отношению друг к другу относительно центра диска на расстояние, несколько большее ширины коммутирующего паза подвижного диска, и имеют на всем протяжении сужение к одному из своих концов, при этом сужения входных отверстий направлены в разные стороны, а коммутирующий паз подвижного диска представляет собой соединение центрального выходного отверстия и части дуги дальнего от центра диска входного отверстия в зоне его максимальной ширины.
В третьем варианте предлагаемого устройства регулирование температуры воды осуществляется в пределах поворота рукоятки, штока и подвижного диска до 290°. Неподвижный и подвижный диски картриджа для третьего варианта изобретения, а также механизм их взаимодействия показаны соответственно на фиг. 14, 15 и 16. Для удобства изображения и расчета промежуточных положений подвижного диска на фигурах показаны неподвижный и подвижный диски для механизма поворота на 280°.
Входные отверстия для холодной и горячей воды неподвижного диска в третьем варианте располагаются не только на разном удалении от центра диска, но и с поворотом по отношению друг к другу относительно центра диска на расстояние, несколько большее ширины коммутирующего паза подвижного диска, которая равна диаметру центрального выходного отверстия неподвижного диска. Такой поворот нужен для того, чтобы в одном из крайних положений подвижного диска коммутирующий паз соединял только часть дуги входного отверстия для холодной воды в зоне его максимальной ширины и центральное выходное отверстие и разъединял входное отверстие для горячей воды и центральное выходное отверстие, а в другом крайнем положении - соединял только часть дуги входного отверстия для горячей воды в зоне его максимальной ширины и центральное выходное отверстие и разъединял входное отверстие для холодной воды и центральное выходное отверстие. В промежуточных положениях коммутирующий паз соединяет части обоих входных отверстий и центральное выходное отверстие и подает смешанную воду.
1
2
3
4
1
2
3
4
Сужение дальнего от центра диска входного отверстия для холодной воды делается равномерным на всем протяжении, а сужение ближнего к центру входного отверстия для горячей воды делается так, чтобы площади входного отверстия для горячей воды H, Н, Н и Н были соответственно равны площадям входного отверстия для холодной воды С, С, С и С, как показано на фиг. 16. Совпадение площадей достигается за счет особого расчета сужения ближайшего к центру входного отверстия. Для повышения точности расчета вместо четырех может использоваться большее количество контрольных площадей.
Второй и третий варианты предлагаемого устройства существенно улучшают регулировочные характеристики смешивающего устройства по сравнению с наиболее близким прототипом, приводят к более плавному и точному подбору необходимой температуры, ослабляют гидроудары, возникающие при регулировке температуры, и облегчают выбор более экономных режимов расходования горячей воды. Кроме того, в данных вариантах изобретения также нет необходимости дополнительно перекрывать холодную воду с помощью рукоятки смешивающего устройства, что более удобно для пользователя и приводит к большей экономии общего расхода воды.
Таким образом, второй и третий варианты по сравнению с наиболее близким прототипом создают следующие технические результаты:
1) улучшение регулировочных характеристик;
2) ослабление гидроударов, возникающих при регулировке температуры;
3) облегчение выбора более экономных режимов расходования горячей воды;
4) большее удобство для пользователя;
5) большая экономия общего расхода воды.
В третьем варианте изобретения по сравнению со вторым происходит дальнейшее улучшение указанных технических результатов.
Для удобства установки в правильном положении и замены корпус всех вариантов предлагаемых смешивающих устройств выполнен в виде сменного картриджа, состоящего из корпуса картриджа, донышка, верхней и нижней резиновых прокладок. Для снижения шума при смешивании воды в коммутирующем пазе подвижного диска устанавливается шумогаситель в виде металлической сетки или пластиковых штырьков.
Предлагаемые устройства являются первыми только смешивающими картриджами для смесителей с раздельным регулированием температуры и напора воды.
На фиг. 1 изображен вид сбоку на смеситель с раздельным регулированием температуры и напора воды, в котором используется смешивающий керамический картридж, для первого и второго вариантов изобретения. Штриховой тонкой линией на фигуре схематично показано внутреннее устройство смесителя.
На фиг. 2 изображен вид сверху на смеситель для первого и второго вариантов изобретения. Штриховой основной линией показано перемещение рычажной рукоятки в крайние положения.
На фиг. 3 и 4 изображены виды сверху соответственно на неподвижный и подвижный диски картриджа для первого варианта изобретения, в котором регулировка температуры осуществляется в пределах поворота рукоятки, штока и подвижного диска на 150°. Штриховой основной линией на фиг. 4 показан невидимый сверху коммутирующий паз подвижного диска.
На фиг. 5 изображен механизм взаимодействия подвижного и неподвижного дисков картриджа для первого варианта, в котором регулировка температуры осуществляется в пределах поворота на 150°. Штриховой тонкой линией показаны элементы неподвижного диска, закрытые сверху подвижным диском. На фигуре показано расположение подвижного диска, когда рычажная рукоятка смешивающего устройства:
a) находится в крайнем правом положении;
b) повернута влево на 37,5°;
c) повернута влево на 75°;
d) повернута влево на 112,5°;
e) повернута влево на 150° и находится в крайнем левом положении.
На фиг. 6 и 7 изображены виды сверху соответственно на неподвижный и подвижный диски картриджа для первого варианта изобретения, в котором регулировка температуры осуществляется в пределах поворота на 120°.
На фиг. 8 изображен механизм взаимодействия подвижного и неподвижного дисков картриджа для первого варианта, в котором регулировка температуры осуществляется в пределах поворота на 120°. На фигуре показано расположение подвижного диска, когда рычажная рукоятка смешивающего устройства:
a) находится в крайнем правом положении;
b) повернута влево на 30°;
c) повернута влево на 60°;
d) повернута влево на 90°;
e) повернута влево на 120° и находится в крайнем левом положении.
На фиг. 9 и 10 изображены виды сверху соответственно на неподвижный и подвижный диски картриджа для второго варианта изобретения.
На фиг. 11 изображен механизм взаимодействия подвижного и неподвижного дисков картриджа для второго варианта. На фигуре показано расположение подвижного диска, когда рычажная рукоятка смешивающего устройства:
a) находится в крайнем правом положении;
b) повернута влево на 45°;
c) повернута влево на 90°;
d) повернута влево на 135°;
e) повернута влево на 180° и находится в крайнем левом положении.
На фиг. 12 изображен вид сбоку на смеситель с раздельным регулированием температуры и напора воды, в котором используется смешивающий керамический картридж, для третьего варианта изобретения.
На фиг. 13 изображен вид сверху на смеситель для третьего варианта. На заглушке отверстия для крепления рукоятки изображен двухзонный указатель положения рукоятки смешивающего устройства.
На фиг. 14 и 15 изображены виды сверху соответственно на неподвижный и подвижный диски картриджа для третьего варианта.
На фиг. 16 изображен механизм взаимодействия подвижного и неподвижного керамических дисков картриджа для третьего варианта. На фигуре показано расположение подвижного диска, когда вращающаяся рукоятка смешивающего устройства:
a) находится в исходном положении;
b) повернута вправо на 70°;
c) повернута вправо на 140°;
d) повернута вправо на 210°;
e) повернута вправо на 280°.
Светлой и темной заливкой показаны соответственно изменения площадей отверстий для холодной и горячей воды в разных положениях подвижного диска.
На фиг. 17 изображено расположение отверстий на донышке картриджа для второго варианта изобретения при наличии:
a) по одному отверстию для холодной и горячей воды;
b) по два отверстия для холодной и горячей воды.
При наличии по одному отверстию для холодной и горячей воды они располагаются справа и слева от выходного отверстия на одной линии. При этом цилиндрические выступы донышка, необходимые для правильной установки картриджа, располагаются симметрично друг другу на линии, перпендикулярной линии расположения отверстий.
При наличии по два отверстия для холодной и горячей воды они располагаются равномерно по одной окружности. При этом объединение двух каналов в один происходит в нижней части полости для установки картриджа. Штриховой тонкой линией показаны невидимые снизу отверстия неподвижного диска.
На фиг. 18 изображено расположение отверстий на донышке картриджа для третьего варианта изобретения при размещении:
a) всех отверстий на одной линии;
b) входных отверстий в зоне максимальной ширины дугообразных отверстий неподвижного диска.
В первом случае входное отверстие для горячей воды находится в зоне максимальной ширины соответствующего дугообразного входного отверстия, а входное отверстие для холодной воды находится напротив него. При этом входное отверстие для холодной воды будет иметь несколько больший радиус, так как в этом месте меньше ширина дуги входного отверстия.
Во втором случае верхняя и нижняя резиновые прокладки картриджа могут иметь ложные уплотнительные кольца, расположенные напротив входных отверстий с другой стороны от центрального выходного отверстия. Расположение ложных уплотнительных колец резиновых прокладок показано толстой штриховой линией.
Нижняя резиновая прокладка с уплотнительными кольцами на фиг. 17 и 18 не показана.
На фигурах показаны: 1 - корпус смесителя; 2 - излив; 3 - подводящие патрубки холодной и горячей воды; 4 - подводящие каналы холодной и горячей воды; 5 - полость для установки смешивающего картриджа; 6 - смешивающий картридж; 7 - прижимная гайка для крепления смешивающего картриджа; 8 - колпак корпуса смесителя; 9 - шток; 10 - рукоятка смешивающего устройства; 11 - шпилька или винт для крепления рукоятки смешивающего устройства; 12 - заглушка отверстия для крепления рукоятки смешивающего устройства; 13 - канал, соединяющий выходное отверстие смешивающего картриджа и входное отверстие перекрывающего устройства; 14 - перекрывающее устройство; 15 - рукоятка перекрывающего устройства; 16 - канал, соединяющий выходное отверстие перекрывающего устройства и излив; 17 - основание корпуса смесителя; 18 - шпилька крепления смесителя к поверхности установки; 19 - прокладки для крепления смесителя к поверхности; 20 - гайка крепления смесителя к поверхности; 21 - неподвижный диск картриджа; 22 - входное отверстие неподвижного диска для горячей воды; 23 - входное отверстие неподвижного диска для холодной воды; 24 - выходное отверстие неподвижного диска для смешанной воды; 25 - подвижный диск картриджа; 26 - коммутирующий паз подвижного диска.
Если смеситель с раздельным регулированием температуры и напора воды не используется длительное время, рекомендуется оставлять рукоятку смешивающего устройства в положении выбора холодной воды. В этой позиции горячая вода полностью перекрыта смешивающим клапаном, а холодная вода перекрыта выходным запорным устройством. В таком положении переток воды полностью исключен и ни один из двух обратных клапанов не будет находиться под нагрузкой. Дополнительно перекрывать холодную воду нет необходимости. При кратковременных перекрываниях воды можно использовать подобранную температуру повторно. В этом случае возможный переток будет заблокирован с помощью обратных клапанов.
Смешивающий керамический картридж по сравнению с термостатическим существенно проще по своей конструкции, значительно дешевле в производстве, более доступен для потребителей по цене, более надежен при использовании, выдерживает более высокие перепады давления, менее массивен и за счет этого легче в управлении, не содержит мелких отверстий, которые достаточно быстро забиваются водными отложениями, и не предполагает обязательной установки фильтров очистки воды.
Использование более простых, надежных и доступных нетермостатических смешивающих устройств будет способствовать более широкому распространению конструкций с раздельным регулированием температуры и напора и приведет к более экономному расходованию воды.