сменный клапанный узел

Формула изобретения

Сменный клапанный узел, содержащий размещенный в гнезде арматуры корпус с затвором из набора подвижной и неподвижной плоских шайб с проходными отверстиями, опирающихся на упругую прокладку, и поворотный шток привода, герметизированный уплотнительными кольцами, отличающийся тем, что проходное отверстие выполнено в виде сегмента высотой от 0,2 до 0,8 радиуса шайбы, при этом основание стрелки дуги сегмента смещено от центра шайбы на расстояние от 0,2 до 0,8 радиуса шайбы, а одна половина хорды сегмента образована дугой вписанного сектора с центром, лежащим на диаметре шайбы, параллельном хорде сегмента, причем радиус сектора составляет от 0,2 радиуса шайбы до точки касания с дугой сегмента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области санитарно-технической арматуры для систем водоснабжения.

Одной из важнейших проблем водоснабжения жилых и общественных зданий является снижение непроизводительных расходов воды через водоразборную арматуру, возникающих в процессе водопользования и достигающих 20-25% от общего объема водопотребления. Непроизводительные расходы воды образуются в процессе ее отбора из сети внутреннего водопровода при регулировке требуемого расхода и температуры воды и обусловлены низкой регулирующей способностью вентильных головок особенно при давлениях воды более 0,3 МПа.

Известно техническое решение сменного клапанного узла поршневого типа, состоящего из корпуса, штока вращательно-поступательного действия, на котором закреплен запорный элемент с уплотнительной прокладкой [1] .

Недостатком указанного технического решения является интенсивный износ прокладки, особенно работающей на горячей воде, износ резьбы шпинделя, образование кавитационных раковин на седле запорного элемента. Это приводит к потерям воды в виде утечек. Кроме того, при открывании крана на одну четверть оборота рукояти вентиля (на свободное движение кисти руки) запорный элемент поднимается с седла перпендикулярно последнему линейно, в то время как расход воды изменяется по квадратичному закону. Таким образом, незначительное линейное перемещение запорного элемента потребителем вызывает квадратичное изменение расхода воды. В результате этого много времени затрачивается на регулировку требуемого расхода и температуры воды без ее полезного использования, что приводит к потерям воды питьевого качества.

Известно техническое решение сменного клапанного узла поршневого типа, состоящего из корпуса, штока возвратно-поступательного действия, на котором закреплен запорный элемент с уплотнительной прокладкой [2] .

Недостатки указанного технического решения аналогичны недостаткам сменного клапанного узла [1] , за исключением того, что износ прокладки происходит только за счет смятия без истирания в процессе вращения.

Прототипом заявляемого технического решения является сменный клапанный узел, содержащий корпус, уплотнительное кольцо, затвор из набора подвижной и неподвижной плоских шайб с проходными отверстиями, расположенными по диаметру с обеих сторон от центра и опирающиеся на упругую прокладку, поворотный шток привода [3] .

Недостатком прототипа является то, что при открывании и закрывании сменного клапанного узла, форма проходного отверстия не позволяет обеспечить высокую регулирующую способность.

В основу изобретения поставлена задача создать устройство, которое позволило бы повысить регулирующую способность сменного клапанного узла за счет плавного изменения площади живого сечения проходного отверстия запорного элемента.

Сущность изобретения заключается в том, что сменный клапанный узел содержит размещенный в гнезде арматуры корпус с затвором из набора подвижной и неподвижной плоских шайб, в каждой из которых выполнено проходное отверстие, опирающихся на упругую прокладку, и поворотный шток привода, герметизированный уплотнительными кольцами. Проходное отверстие плоских шайб выполнено в виде сегмента высотой от 0,2 до 0,8 радиуса шайбы, при этом основание стрелки дуги сегмента смещено от центра шайбы на расстояние от 0,2 до 0,8 радиуса шайбы, а одна половина хорды сегмента образована дугой вписанного сектора с центром, лежащим на диаметре шайбы, параллельном хорде сегмента, причем радиус сектора составляет от 0,2 радиуса шайбы до точки касания с дугой сегмента.

В результате проходное отверстие выполнено с плавно изменяющейся площадью живого сечения, что позволяет обеспечить более высокую регулирующую способность устройства за счет того, что закономерности изменения площади живого сечения проходного отверстия и расхода среды через него в этом случае близки по характеру.

Пределы размеров проходного отверстия обусловлены следующим. Нижний предел высоты сегмента (0,2 радиуса шайбы) объясняется тем, что при меньшем размере высота стрелки совпадет со своим основанием и отверстие не будет выполнено. Превышение высоты более 0,8 радиуса шайбы приведет к невозможности перекрывания отверстия сплошной частью шайбы.

Основание стрелки сегмента смещено от центра шайбы на 0,2 радиуса для того, чтобы между отверстиями шайб в закрытом положении не было перехлеста отверстий. Если этого смещения не будет, то произойдет перехлест отверстий, что повлечет за собой невозможность закрывания проходного отверстия. Превышение верхнего размера смещения основания стрелки сопряжено с тем, что отверстие будет выполнено без плавного изменения площади живого сечения и эффект улучшения регулирующей способности не будет достигнут.

Одна половина хорды сегмента образована дугой вписанного сектора с центром, лежащим на диаметре шайбы для того, чтобы обеспечить плавное изменение площади сечения отверстия и по возможности более плавной регулировки расхода воды. Если радиус сектора будет меньше или равен 0,2 радиуса шайбы, то хорда будет в виде прямой линии, что не позволит получить эффект плавного изменения площади живого сечения. Если радиус сектора будет выходить за точку касания с дугой сегмента, то образованное отверстие выйдет за пределы шайбы и отверстие не сможет быть использовано по своему назначению.

В результате предложенная конструкция сменного клапанного узла позволяет обеспечить плавное изменение расхода среды, проходящей через отверстие.

На фиг. 1 представлен сменный клапанный узел, который состоит из корпуса 1, снабженного неподвижной обоймой 2 с посадочным гнездом для неподвижного шайбы 3, в которой выполнено проходное отверстие 4. В полости неподвижной обоймы 2 размещен шток 5, имеющий возможность поворота на 180^o, снабженный обоймой с посадочным гнездом для подвижной шайбы 6, в которой выполнено проходное отверстие 7. Запорный элемент из набора неподвижной шайбы 3 и подвижной шайбы 6 поджат упругой прокладкой 8.

Для обеспечения неподвижного закрепления шайбы 6 посадочное место штока 5 выполнено в виде круга с выступами в виде сегментов, хорды которых параллельны, а шайба 6 выполнена со срезами в виде сегментов, хорды которых параллельны хордам сегментов проходных отверстий.

На фиг. 2. представлены сечения А-А и В-В на фиг. 1. Запорный элемент состоит из двух шайб 3 и 6, одна из которых является неподвижной и установлена в неподвижную обойму, а другая - подвижна, т. к. установлена в обойму штока, имеющего возможность поворота на 180^o. Шайбы прижимаются друг к другу упругой кольцевой прокладкой, опирающейся с одной стороны по контуру на периферийную часть неподвижной обоймы корпуса, а с другой - на посадочное гнездо вентиля.

Проходные отверстия шайб 3 и 6 выполнены в виде сегмента высотой h от 0,2 до 0,8 радиуса шайбы. Основание стрелки дуги s сегмента смещено от центра О шайбы на расстояние от 0,2 до 0,8 радиуса R шайбы, одна половина хорды l сегмента образована дугой вписанного сектора с центром О₁, лежащим на диаметре шайбы, параллельном хорде l сегмента. Радиус R" сектора имеет размер от 0,2 радиуса шайбы до точки касания А с дугой сегмента.

Устройство работает следующим образом.

В закрытом положении проходные отверстия шайб 3 и 6 не совпадают и вода не поступает. При повороте штока 5 закрепленная в обойме подвижная шайба 6 получает вращательное движение относительно своего центра. При этом отверстия шайб 3 и 6 совмещаются, постепенно увеличивая или уменьшая площадь живого сечения. Это позволяет обеспечить более плавное изменение расхода среды, проходящей через отверстие.

Источники информации

1. Кожинов И. В. Снижение потерь воды в жилых зданиях. М. : Стройиздат, 1985, с. 21.

2. Репин Н. Н. , Шопенский Л. А. Санитарно-технические устройства и газоснабжение зданий. М. : Стройиздат, 1974, с. 16.

3. Боярский В. М. Сменный клапанный узел. АС СССР 1634912, F 16 К 1/16, Е 03 С 1/04.