роторный многовходовый переключатель потоков

Формула изобретения

РОТОРНЫЙ МНОГОВХОДОВЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ПОТОКОВ, содержащий цилиндрический герметичный корпус с впускным каналом для одного потока среды в боковой стенке, с центральным подводящим каналом для другого потока среды и периферийными каналами в одном из оснований корпуса, внутри которого размещен ротор в виде П-образного патрубка с коммутирующими отверстиями, сопряженного своими концами соответственно с центральным подводящим каналом и башмаком, установленным с возможностью скольжения по упомянутому основанию корпуса, причем на другом его основании установлена соосно с центральным подводящим каналом и одним из концов П-образного патрубка приводная ось, а другой конец указанного патрубка расположен соосно с отверстием в башмаке и одним из периферийных каналов, отличающийся тем, что на концах П-образного патрубка выполнены выпуклые сферические поверхности, в основании корпуса напротив центрального подводящего канала и в башмаке напротив сопряженного с ним конца патрубка выполнены вогнутые сферические поверхности, при этом приводная ось посредством поводка шарнирно связана с П-образным патрубком, нагруженным в сторону основания корпуса с каналами пружиной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к общему машиностроению и предназначено для управления и регулирования потоками жидкости, в частности воды.

Переключатель был разработан для устройств регенерации фильтров в системах водоснабжения. Применяемые в системах водоснабжения параллельно установленные фильтры требуют периодического поочередного отключения от прямого потока воды и подключения обратного потока для его промывки (регенерации) очищенной водой. Обычно это производят системой вентилей, устанавливаемых на трубопроводах прямого и обратного потоков воды, и автоматизировать этот процесс достаточно сложно, так как каждый вентиль требует собственную систему управления, исполнительный механизм и т.п. [1].

Наиболее целесообразно применять для управления в этом случае многоходовые переключатели потока жидкости [2].

Известен трехходовой переключатель потока, содержащий цилиндрический корпус с одним торцовым и двумя боковыми патрубками. В корпусе эксцентрично установлен кулачок в виде стакана с боковым окном. На боковой поверхности стакана симметрично окну размещены два запорных элемента, закрепленных на торцах стакана посредством плавающих опор - фиксаторов. Запорные элементы поджаты к стенкам корпуса упругими элементами.

Переключение потоков осуществляется поворотом стакана. Смещение осей корпуса и стакана с кулачковой поверхностью приводят к тому, что в положении "закрыто" поверхность запорной пластины прижата упругим элементом к внутренней поверхности корпуса и концентрична с ней.

Переключатель обладает быстродействием, малым усилием поворота, работает при различных перепадах давления на торцовом и боковых патрубках. Однако переключатель при изготовлении требует повышенной точности изготовления и посадки стакана в корпусе, иначе запирание будет ненадежным. Кроме того, у переключателя невысокий срок службы, обусловленный как неоднородным стиранием поверхности запорных пластин, так и изнашиванием и старением упругого элемента. Кроме того, переключатель подобного типа с эксцентричным расположением кулачка принципиально не может иметь более двух положений переключения, симметричных относительно смещения осей корпуса и стакана. Эти недостатки затрудняют его использование в системах регенерации фильтров водоснабжения, где необходимо надежное и с большим сроком службы многоходовое переключающее устройство.

Известен прямопоточный роторный клапан постоянной скорости вращения, выбранный нами за прототип [3].

Прототип содержит цилиндрический герметичный корпус с каналом на боковой поверхности и центральным и периферийными каналами в основании. Внутри корпуса размещен ротор в виде П-образного патрубка с коммутирующими отверстиями на концах. Один конец патрубка сопряжен с центральным каналом в основании, другой - с башмаком, установленным с возможностью скольжения по основанию корпуса с отверстиями. Соосно с центральным каналом на противоположном основании корпуса установлена приводная ось.

При вращении ротора П-образный канал соединяет центральный подводящий канал в основании корпуса последовательно с различными периферийными каналами. Ротор снабжен устройством уплотнения, поджимающим его к основанию с силой, превышающей давление жидкости в центральном и периферийном каналах.

Такой переключатель имеет гораздо больший срок службы, чем кулачковый, может переключать несколько потоков жидкости. Однако надежность такого устройства сравнительно невысока, так как при небольшом перекосе становится возможным заклинивание ротора.

Для повышения надежности многоходовой переключатель, как и прототип, содержит цилиндрический герметичный корпус, в одном из оснований которого выполнены центральный подводящий канал и периферийные отводящие каналы, а также канал на боковой поверхности корпуса. Внутри корпуса размещен сопряженный с основанием ротор в виде П-образного патрубка с коммутирующими отверстиями на концах. Один конец патрубка сопряжен с центральным каналом в основании, а другой - с башмаком, установленным с возможностью скольжения по основанию корпуса с отверстиями. Соосно с центральным каналом на противоположном основании корпуса установлена приводная ось.

В отличие от прототипа, концы патрубка выполнены со сферическими выпуклыми поверхностями. Одна из сферических поверхностей патрубка сопряжена со сферической вогнутой поверхностью, выполненной у центрального канала основания. Другая сферическая поверхность патрубка сопряжена с вогнутой поверхностью в подвижном башмаке. Патрубок посредством поводка шарнирно связан с осью привода и снабжен упругим элементом для поджатия его к основанию.

На чертеже изображен переключатель в разрезе.

Переключатель содержит корпус 1 переключателя, вал 2 привода, боковой подводящий канал 3, периферийные отводящие каналы 4 в основании корпуса 1, П-образный патрубок 5, центральный подводящий канал 6 в основании корпуса, подвижный башмак 7 из полиэтилена высокого давления, упругий элемент - пружину 8, поводок 9, фиксатор 10 положения патрубка 5.

Корпус 1 переключателя выполнен в виде герметичного цилиндра. В одном из оснований корпуса выполнены центральный подводящий канал 6 одного из потоков и периферийные, расположенные по окружности отводящие каналы 4. Число каналов 4 равно необходимому числу позиций переключения.

Подводящий канал 3 второго потока жидкости выполнен в боковой стенке корпуса. Если переключатель используется для системы регенерации фильтров в водоснабжении, то через канал 3 подается прямой поток очищаемой воды, а к каналам 4 параллельно друг другу подключаются фильтры. К центральному подводящему каналу 6 подключают поток очищенной воды, прошедшей через фильтры, т. е. обратный поток. Центральный канал 6 заканчивается внутри корпуса 1 вогнутой полусферой. С нею сопрягается выпуклая полусфера одного из концов П-образного патрубка 5. Другой конец патрубка 5 также заканчивается выпуклой полусферой, которая сопрягается с вогнутой полусферой подвижного башмака 7. Башмак 7 выполнен из полиэтилена высокого давления и свободно скользит по основанию корпуса 1. П-образный патрубок 5 расположен в корпусе 1 так, что ось вращения совпадает с одним из концов патрубка 5, а второй конец с башмаком 7 при вращении описывает окружность, совпадающую с расположением периферийных каналов 4 в основании корпуса 1. Патрубок 5 приводится во вращение посредством поводка 9, шарнирно связанного с приводной осью 2. Для повышения надежности контакта подвижных деталей фигурный патрубок 5 поджат к основанию корпуса 1 пружиной 8. Для точного совпадения патрубка 5 с каналами 4 в корпусе предусмотрены фиксаторы 10 положения.

Работу переключателя поясним на примере его эксплуатации в системе водоснабжения для переключения фильтров на очистку и регенерацию. При этом через боковой подводящий канал 3 вода поступает в корпус 1 переключателя и распределяется по периферийным каналам 4, кроме одного, обозначенного на фигуре 4а и закрытого башмаком 7 патрубка 5. К каналам 4 параллельно подключены фильтры. При этом канал 4а оказывается соединенным П-образным патрубком 5 с центральным каналом 6. Канал 6 подключен к потоку очищенной воды, прошедшей через фильтры. В результате один из фильтров, а именно 4а, оказывается подключенным к обратному потоку воды и происходит его очистка (регенерация). По условиям регенерации давление жидкости в каналах 6 и 4а ниже, чем давление прямого потока воды. Сила давления пружины 8 и разница давлений в корпусе 1 и патрубках 6, 4а и 5 будет препятствовать проникновению очищаемой воды в каналы 6 и 4а. После регенерации срабатывает привод оси 2, посредством поводка 9 патрубок 5 поворачивается и подключает к центральному каналу 6 иной канал 4. При этом фильтр канала 4а включается параллельно другим фильтрам на очистку воды, а на регенерацию включается другой фильтр. Точная установка башмака 7 напротив отверстия канала 4 фиксируется фиксатором 10. Башмак 7 при повороте патрубка 5 скользит по основанию корпуса. Для уменьшения силы трения, а также для предотвращения течей башмак выполнен из полиэтилена высокого давления, который имеет малый коэффициент трения и благодаря упругости хорошо поджимается к поверхности основания. Сферические поверхности сопряжения концов П-образного патрубка 5 с переключаемыми каналами и шарнирно-поводковая связь с приводом 2 создают плавающую установку подвижных деталей. Это позволяет плотно поджимать элементы друг к другу, предотвращает паразитное проникновение жидкости в зазоры, исключает заклинивание ротора, позволяет использовать для уплотнения ротора с основанием силу давления жидкости в боковом патрубке (т.е. в корпусе переключателя).

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый переключатель более надежен, допускает многократное переключение, т.е. имеет повышенный срок службы. Использование предлагаемого переключателя позволяет легко автоматизировать различные технологические процессы.