RU2119999C1 - Нагнетательный клапан, способ управления потоком с помощью такого клапана и смывной бачок с использованием такого клапана - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к строительству. В настоящем изобретении раскрывается клапан, который использует дисбаланс порожденных потоком сил давления для поддержания клапана в открытом или закрытом состоянии. Клапан имеет внутреннюю полость 15, в которую выходят расположенные напротив друг друга соосные входной канал 12 и выходной канал 14. Внутри полости размещено луковицеобразное тело 16, скрепленное со штоком 17, установленным с возможностью возвратно-поступательного движения, причем этот шток проходит через выходной канал. Смещение тела увеличивает площадь сечения потока у одного конца этого тела и уменьшает площадь сечения потока у другого конца тела. Согласно теории Бернулли при этом изменяются давления, действующее на тело 16, приводя к образованию действующей на тело результирующей силы. Также раскрывается впускной клапан смывного бачка и сам смывной бачок. Повышается надежность работы. Снижается уровень шума. 3 с. и 15 з.п.ф-лы, 13 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к нагнетательному и разгруженному гидравлическому клапану, который используется, в частности, в качестве впускного клапана в резервуарах для воды (или в омывных бачках, называемых в США "fluchtanks"). Однако применение клапана по настоящему изобретению не ограничивается данным частным случаем. Изобретение также относится к впускным клапанам для смывания бачков и к смывным бачкам.

Клапаны для смывных бачков по предшествующему техническому уровню можно разделить на две большие группы. К первой группе относятся механические рычажные клапаны, имеющие седло клапана с круговым отверстием в нем и диск, который приводится в движение рычагом поплавка с целью открытия или закрытия кругового отверстия. Поплавок, прикрепленный к рычагу, создает выталкивающую силу, которая увеличивается за счет передаточного отношения, обеспечиваемого длиной плеча рычага. Такая конструкция сравнительно проста, очень надежна и используется в течение многих лет.

Однако в последнее время средняя ширина смывных бачков уменьшилась из-за уменьшения количества воды, используемой для смыва унитазов. Поскольку требуются меньшие объемы воды, также были выполнены соответствующие уменьшения размеров смывных бачков, в которых содержится вода для смыва. Вследствие этого в таких бачках теперь нельзя использовать ту длину рычага поплавка, которая применялась раньше. В результате уменьшилось закрывающее усилие вышеупомянутого механического впускного клапана. Это делает тип клапанов непригодным для использования в тех областях, где имеются высокие значения давления воды.

Как следствие таких тенденций, в смывных бачках все больше применяются гидравлические впускные клапаны. В гидравлическом впускном клапане используется входное давление, для обеспечения закрытия клапана путем приложения давления (равного давлению) на входе к сравнительно большой противолежащей поверхности элемента клапана, так что достигается результирующая закрывающая сила. Однако гидравлические впускные клапаны имеют ряд недостатков. Один недостаток заключается в том, что в случае выхода из строя одного из элементов клапана гидравлический клапан всегда выходит из строя в открытом состоянии. То есть выход клапана из строя приводит к тому, что поток воды невозможно остановить. Поскольку следствием этого будут затопленная ванная комната и значительная потеря воды, то гораздо предпочтительнее такая конструкция, при которой клапан, даже если он вообще выйдет из строя, перестанет работать, будучи закрытым. Тогда следствием выхода из строя была бы невозможность получения какого-либо потока воды.

Что касается впускных клапанов смывных бачков, то, помимо закрытия при выходе из строя, другим их желательным свойством является бесшумная работа. Традиционно впускные клапаны при их работе были источником поразительно большого шума. Поскольку операция смыва имеет сравнительно небольшую продолжительность, а повторное выполнение смывного бачка следующей порцией воды для смыва занимает значительное время, шум, создаваемый впускным клапаном, имеет место в течение всего периода наполнения смывного бачка. Этот шум порождается кавитацией, турбулентностью и шумами свободной поверхности воды (последние возникают вследствие наличия поверхностей раздела вода-воздух-вода). Можно добиться существенных преимуществ на рынке, если удастся выполнить впускной клапан смывного бачка бесшумным при работе.

Настоящее изобретение является результатом исследований, выполненных с целью возможного устранения вышеупомянутых недостатков и по меньшей мере частичной реализации вышеописанных преимуществ. Соответственно целью настоящего изобретения является разработка усовершенствованного клапана.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения раскрывается нагнетательный и разгруженный клапан потока, содержащий корпус клапана, имеющий входной канал, ведущий во внутреннюю полость, и выходной канал, ведущий из нее, причем указанные входной и выходной каналы расположены в основном напротив друг друга, и, как правило, луковицеобразное тело клапана, расположенное внутри указанной полости и установленное с возможностью смещения к указанному выходному каналу и от него, причем размеры указанного тела клапана и выходного канала выполнены такими, чтобы обеспечить возможность закрытия указанного выходного канала указанным телом клапана, отличающийся тем, что внутренняя поверхность указанной полости и наружная поверхность указанного тела клапана имеют такую форму и расположены так, чтобы уменьшить площадь поперечного сечения, доступную для потока в направлении указанного выходного канала и между указанным телом клапана и полостью, и одновременно увеличить площадь поперечного сечения, доступную для потока из указанного входного канала и между указанным телом клапана и полостью, когда указанное тело клапана смещается к указанному выходному каналу, и наоборот, когда указанное тело клапана смещается от указанного выходного канала, чтобы тем самым изменить баланс порожденных скоростью потока сил давления, действующих на указанное тело клапана.

Предпочтительно, если луковицеобразное тело клапана представляет собой Овоид (яйцевидное тело), эллипсоид или овулоид Рэнкина (Rankine ovuloid).

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения раскрывается способ управления потоком через нагнетательный и разгруженный клапан потока, содержащий корпус, который имеет входной канал, ведущий во внутреннюю полость, и выходной канал, ведущий из нее, причем указанные входной и выходной каналы расположены в основном напротив друг друга, и, как правило, луковицеобразное тело клапана, размещенное внутри указанной полости, причем указанный способ включает операции: смещение тела клапана от выходного канала для увеличения площади поперечного сечения, доступной для потока между телом клапана и полостью рядом с выходным каналом, и для одновременного уменьшения площади поперечного сечения, доступной для потока между телом клапана и полостью рядом с входным каналом, чтобы тем самым к телу клапана были приложена результирующая сила давления, порожденная потоком, благодаря чему обеспечивается продолжение смещения тела клапана от выходного канала и открытие, и смещение тела клапана в направлении выходного канала для уменьшения площади поперечного сечения, доступной для потока между телом клапана и полостью рядом с выходным каналом, и для одновременного увеличения площади поперечного сечения, доступной для потока между телом клапана и полостью рядом с входным каналом, чтобы тем самым к телу клапана была приложена результирующая сила давления, порожденная потоком, благодаря чему обеспечивается продолжение смещения тела клапана к выходному каналу и перекрытие клапана.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения раскрывается смывной бачок, имеющий впускной клапан смывного бачка, причем клапан имеет конструкцию описанного выше типа.

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения раскрывается способ наполнения смывного бачка, использующий вышеописанный способ управления потоком через клапан.

Теперь будут описаны три варианта исполнения настоящего изобретения со ссылкой на чертежи, в которых
фиг. 1 представляет собой сечение, по существу, обычного гидравлического клапана; фиг. 2 представляет собой аналогичное сечение впускного клапана по первому варианту исполнения; фиг. 3 представляет собой эквивалентное сечение впускного клапана по второму варианту исполнения; фиг. 4 представляет собой увеличенное сечение перекрывающего сифон тарельчатого клапана, содержащегося в клапане по фиг. 3; фиг. 5 представляет собой перспективное изображение тарельчатого клапана по фиг. 4 с пространственным разделением деталей перед сборкой; фиг. 6 представляет собой вид сбоку впускного клапана по третьему варианту исполнения; фиг. 7 представляет собой продольное сечение клапана по фиг. 6; фиг. 8 представляет собой перспективное изображение клапана по фиг. 7 с пространственным разделением деталей; фиг. 9 - 12 представляет собой соответственно перспективное изображение, вид сбоку, виду сверху и вид снизу тела клапана по фиг. 6 - 8 и фиг. 13 представляет собой сечение тела клапана и полости по первому варианту исполнения, которое используется при разъяснении принципа действия настоящего изобретения.

На фиг. 1 показан гидравлически задействуемый впускной клапана смывного бачка. Клапан представляет собой по существу такой же клапан, как описан в заявке N 81732/91 на патент Австралии на имя заявителя по настоящей заявке. Как видно на фиг. 1, гидравлический впускной клапан 1 имеет входной канал 2, который ведет к седлу 3 клапана, и в выходной канал 4. Седло 3 клапана закрывается элементом 5 клапана, который несет резиновая диафрагма 6. Обходной канал 7 позволяет направлять воду из входного канала 2 к стороне диафрагмы 6, которая находится ниже по течению. Вспомогательный клапана 8, управляемый рычагом 9 и поплавком 10, регулирует давление, прикладываемое к стороне диафрагмы 6, находящейся ниже по течению.

При работе, когда вспомогательный клапан 8 открыт, как показано на фиг. 1, вода может проходить из входного канала 2 к находящейся ниже по течению стороне диафрагмы 6 и оттуда за вспомогательный клапан 8. Соответственно, отсутствует значительное давление, приложенное к находящейся ниже по течению стороне диафрагмы 6, и, следовательно, элемент 5 клапана смещается от седла 3 клапана под действием давления воды во входном канале 2. Это дает возможность открыть гидравлический впускной клапан 1 и обеспечить проход воды из входного канала 2 через седло 3 клапана и за выходной канал 4.

Когда смывной бачок 19 заполняется водой, поплавок 10 поднимается и, следовательно, рычаг 9 поплавка закрывает вспомогательный клапан 8. Вследствие этого давление на входе прикладывается к большой площади поверхности, находящейся ниже по течению стороны диафрагмы 6. То же давление прикладывается к сравнительно небольшой поверхности элемента 5 клапана, которая непосредственно обращена к входному каналу, однако разница площадей приводит к образованию результирующей закрывающей силы, приложенной через диафрагму 6 к элементу 5 клапана. Соответственно элемент 5 клапана упирается в седло 3 клапана и закрывает гидравлический впускной клапан.

Такой гидравлический впускной клапан может выйти из строя из-за ряда причин. Одна из причин заключается в пробивке отверстий в диафрагме 6, тем самым вода получает возможность просачиваться от находящейся ниже по течению стороны диафрагмы 6 в выходной канал 4, тем самым уменьшая закрывающее усилие давления, действующее на элемент 5 клапана, и приводя к выходу впускного клапана из строя в открытом состоянии. Аналогичным образом обходной канал 7 может оказаться засоренным. Это снова уменьшает давление, приложенное к находящейся ниже по течению стороне диафрагмы 6 и снова вызывает выход клапана из строя в открытом состоянии. Кроме того, вспомогательный клапан 8 может засориться грязью, которая тем самым препятствует его полному закрытию. Это снова уменьшает давление, приложенное к находящейся ниже по течению стороне диафрагмы 6 и приводит к выходу гидравлического впускного клапана из строя в открытом состоянии.

На фиг. 2 показан первый вариант исполнения нагнетательного и разгруженного клапана 11 потока по настоящему изобретению. Клапан 11 имеет входной канал 12, седло 13 клапана и в основном цилиндрический выходной канал 14. Между входным каналом 12 и выходным каналом 14 расположена полость 15, внутри которой размещено, как правило, луковицеобразное тело 16 клапана. Шток 17, который удерживается во втулке 18 с возможностью скольжения, служит опорой телу 16 клапана.

Как конструктивный элемент, клапан 11 образован внутренним корпусом 20, в котором имеется входной канал 12, и к которому прикреплена фасонная кольцеобразная деталь 21, которая вместе с внутренним корпусом 20 образует полость 15. Вокруг внутреннего корпуса 20 расположен цилиндрический наружный корпус 22, а проход между этими двумя деталями ограничивает выходной канал 14. Головка 23 образует завершение выходного канала 14 и создает опору для втулки 18.

Очевидно, что, если шток 17 смещается вверх, то тело 16 клапана закрывает седло 13 клапана, тем самым препятствуя любому потоку из входного канала 12 к выходному каналу 14. Наоборот, если шток 17 выталкивается вниз, то седло клапана открывается, и вода может течь через входной канал 12, между полостью 15 и телом 16 клапана, мимо седла 13 клапана и в выходной канал 14.

Поскольку внутренние поверхности выходного канала 12, полости 15, тела 16 клапана и выходного канала 14 гладкие и образованы плавными кривыми, которые ограничивают траекторию потока, имитирующую теоретические линии потока, поток воды ведет себя, в основном, как ламинарный. Таким образом, турбулентность и кавитация сводятся к минимуму. Соответственно, получают в основном, бесшумный поток.

Незначительным недостатком конструкции по фиг. 2, является то, что кольцевой выходной канал 14 содержит значительный объем воздуха, который должен быть полностью удален, чтобы достичь максимально возможной бесшумности потока. С этой целью был разработан второй вариант исполнения, показанный на фиг.3. Нагнетательный и разгруженный клапан 111 потока по фиг. 3 имеет входной канал 112, седло 113 клапана и один трубчатый выходной канал 114. Как и в ранее описанном варианте, клапан 111 также содержит полость 115 и тело 116 клапана, склеенное со штоком 117. Шток 117 соединен с возможностью поворота с рычагом 109 поплавка, который может смещаться по дуге под действием поплавка 110.

Входной канал 112 и выходной канал 114 выполнены совместно в основном корпусе 120, в котором устанавливается кольцеобразная деталь 121, удерживаемая на месте головкой 123, которая соединяется с основным корпусом 120 с помощью резьбового соединения. Кольцеобразная деталь 121 и основной корпус 120 совместно ограничивают полость 115. В головке 123 также установлена опорная втулка 118 для штока 117. В этой связи рациональным является то, что уплотнение между втулкой 118 и штоком 117 не является крайне необходимым, поскольку вода находится в выходном канале 114 только тогда, когда клапан 111 открыт.

Кроме того, в кольцеобразную деталь 121 вмонтирован перекрывающий сифон тарельчатый клапан 125, который, как лучше всего видно на фиг. 4 и 5, представляет собой Т-образный клапан 126 с ребрами и с диском 127 с отверстиями. Когда диск 127 установлен на штоке 128 клапана 126, на штоке 128 выполняется удерживающая диск головка 129. Поскольку имеется пять отверстий 130 и четыре ребра 131, воздух всегда имеет возможность проходить через диск 127 и в выходной канал 114 при условии, что клапан 126 не упирается в кольцеобразную деталь 121. Назначение тарельчатого клапана 125 состоит в том, чтобы в том случае, когда клапан 111 закрывается, а давление в выходном канале 114 тем самым уменьшается, обеспечить поступление воздуха в выходной канал 114 так, чтобы вода не удерживалась в выходном канале 114 на уровне выше уровня воды в смывном бачке. Вследствие этого, если во входной канал 112 будет случайно подано отрицательное давление (разрежение), вода не имеет возможности сифонообразно вытекать из смывного бачка и во входной канал.

Как видно на фиг. 6, впускной клапан 211 по третьему варианту исполнения установлен в верхней части штока 228, на котором поднимается и опускается поплавок 210 в соответствии с уровнем воды внутри смывного бачка 19. Поплавок 210 соединен с впускным клапаном 211 с помощью рычага 209 поплавка. Реечная передача 240 обеспечивает взаимосвязь рычага 209 поплавка и впускного клапана 211.

Как видно на фиг. 7, шток 228 образован из двух концентрических цилиндрических элементов, внутренний из которых представляет собой входной канал 212, который окружен выходным каналом 214. Рядом с основанием выходного канала имеются одно или более отверстий 241, которые ограничивают поток в выходном канале, как будет разъяснено ниже. Вся конструкция (фиг. 6) может быть смонтирована известным образом в отверстии в основании смывного бычка 19 (показанного пунктирной линией) и герметично зафиксирована на месте с помощью гайки 242.

Как лучше всего видно на фиг. 8, входной канал 212 открывается в полость 215 клапана, которая содержит яйцевидное тело 216 клапана, установленное на нижнем конце штока 217. Шток 217 может подниматься или опускаться с помощью реечной передачи 240 и рычага 209 поплавка, чтобы соответственно закрывать и открывать клапан 211. Полость 215 клапана образована двумя деталями, верхняя из которых представляет собой седло 245 клапана. Уплотнительное кольцо 246 зажимается между седлом 245 клапана и оставшейся частью полости 215 клапана.

Три, как правило, U-образных канала 248 с суженным размером поперечного сечения ведут от седла 245 клапана в кольцевую камеру 249, которая, в свою очередь, открывается в выходной канал 214. U-образные каналы 248 образованы канавками, выполнены на обратной стороне крышки 250. Крышку 250 можно прикреплять к раструбу 251, выполненному у верхнего конца штока 228, с помощью соединительных элементов 253, 254 байонетного замка. Таким путем можно прикреплять крышку 250 к раструбу 251 так, чтобы зафиксировать седло 245 клапана в определенном положении.

Через раструб 251 проходит ряд небольших отверстий 255, которые, таким образом, обеспечивают поступление воздуха из атмосферы через кольцевое пространство между нижней частью (юбкой) крышки 250 и раструбом 251, и оттуда в кольцевую камеру 249. Между крышкой 250 и раструбом 251 расположена резиновая втулка 256, имеющая форму усеченного конуса. Верхний край втулки 256 образован ободом 257, который функционирует как уплотнительное кольцо и образует уплотнение между раструбом 251 и крышкой 250. Во втулке 256 выполнено центральное отверстие 258 (фиг. 8), стенки которого в исходном положении, показанном на фиг. 7, прижимаются к наружной части (стенок) полости 215 клапана.

Когда шток 217 опускается с помощью рычага 209 поплавка, поворачивающегося против часовой стрелки, как видно на фиг. 7, то вода может течь из входного канала 212 через полость 215 клапана, мимо седла 245 клапана и U-образные каналы 248. Поскольку траектория каналов 248 образована плавной кривой, этот поток течет в основном в ламинарном режиме, тем самым избегая кавитации и турбулентности.

Помимо этого резиновая втулка 256, которая вначале блокирует поток воды из U-образных каналов 248 в кольцевую камеру 249, деформируется наружу под действием давления воды, которое теперь приложено к внутренней поверхности втулки 256 через открытое седло 245 клапана. Следствием этого давления и имеющего место в результате потока воды является расширение резиновой втулки 256 наружу так, что эффективный диаметр ее центрального отверстия 258 увеличивается.

Это смещение резиновой втулки 256 одновременно дает два результата. Во-первых, центральное отверстие 258 резиновой втулки 256 действительно представляет собой отверстие с переменным диаметром (апертурой), которое увеличивается при увеличении потока и/или давления. Это дает чрезвычайно желательное преимущество, заключающееся в обеспечении падения давления рядом с седлом 245 клапана.

Кроме того, расширение резиновой втулки 256 радиально наружу под действием воды, проходящей через впускной клапан 211, приводит к тому, что центральная часть 259 резиновой втулки 256 обеспечивает эффективную герметизацию отверстий 255. Вследствие этого воздух из атмосферы не может поступать через отверстия 255 и тем самым захватываться водой, проходящей из U-образных каналов 248 в кольцевую камеру 249 и оттуда в выходной канал 214. Это приводит к очень существенному уменьшению шума.

В завершение, узкие отверстия 241 у основания выходного канала 214 предназначены для того, чтобы выходной канал 214 быстро полностью заполнялся водой при работе клапана. Вследствие этого исключается значительная доля шума, связанного с разбрызгиванием и образованием пузырьков. Кроме того, отверстия 241 предпочтительно выполнены узкими с тем, чтобы образовать дополнительное средство, обеспечивающее падение давления. Вследствие этого основное давление падает постепенно между входным и выходным каналами, тем самым уменьшая вероятность падения давления воды ниже давления водяного пара. Именно падение давления воды ниже давления водяного пара приводит к образованию кавитации, и, следовательно, к шуму из-за кавитации.

На фиг. 9-12 показана предпочтительная форма тела 216 клапана. Из графических материалов четко видно, что тело клапана не сферическое.

Специалистам в данной области ясно, что вышеописанная конструкция обеспечивает ряд преимуществ. Во-первых, самое маленькое отверстие во впускном клапане, вероятность забивания которого содержащимися в поступающей воде мелкими твердыми частицами и грязью довольно велика, расположено в седле 245 клапана. Поэтому, если даже какой-либо материал застрянет в этом месте, скорее всего при следующем цикле работы клапана он будет вытолкнут. Более того, любой такой материал моет легко переноситься (с водой) через каналы 248, через центральное отверстие 258 резиновой втулки 256 и в кольцевую камеру 249. Оттуда любая подобная грязь может проходить во внутреннюю часть бачка 19, не причиняя вреда.

Кроме того, если при открытом впускном клапане 211 случайно во входной канал 212 будет подан низкий вакуум, то резиновая втулка 256 всасывается внутрь, тем самым прижимая стенки центрального отверстия 258 к наружной поверхности стенок полости 215 клапана. Более того, центральная часть 259 резиновой втулки 256 будет смещаться внутрь, тем самым освобождая отверстия 255 и обеспечивая возможность прохода атмосферного воздуха и выходной канал 214. Вследствие этого любая вода в выходном канале 214 опустится до уровня воды внутри смывного бачка 19. Таким путем обеспечивается предотвращение любого обратного сифонирования.

Более того, если произойдет внезапный и полный отказ, как, например, при поломке золотника 217, то тело 216 клапана выталкивается наружу давлением воды на входе так, что седло 245 закрывается. Таким образом, в этом отношении клапан скорее выходит из строя в закрытом состоянии, а не в открытом, как другие гидравлические клапаны.

Теперь принцип работы клапана по фиг. 6 и 7 будет описан со ссылкой на фиг. 13 и используя номера позиции по фиг. 7. Во-первых, специалистам в данной области ясно, что если клапан расположен вертикально, как показано на фиг. 13, то воздействию силы тяжести, которая притягивает тело 216 клапана и золотник 217 вниз, в значительной степени противодействует плавучесть тела 216 клапана и, таким образом, эти противоположно направленные силы в значительной степени компенсируются. Наоборот, если клапан расположен горизонтально, то эти силы перпендикулярны направлению смещения золотника 217 и тела 216 клапана, и, таким образом, ими можно пренебречь.

Положение тела 216 клапана, когда клапан, в основном, полностью открыт, показано на фиг. 13 штрихпунктирными линиями. В этой связи рациональным является то, что площадь поперечного сечения, доступная для потока воды внутри полости 215 рядом с входным каналом 212 и между внутренними поверхностями полости 215 и наружной поверхностью тела 216 клапана, существенно уменьшена. Напротив, площадь поперечного сечения, доступная для потока между наружной поверхностью тела 216 клапана и внутренней поверхностью полости 215 рядом с выходным каналом 214, существенно увеличена.

Положение, при котором тело 216 клапана почти закрывает седло 245 клапана и выходной канал 214, показано пунктирными линиями на фиг. 13. Специалистам в данной области ясно, что с площадями сечения потока имеет место обратная ситуация по отношению к вышеописанной.

Тело 216 клапана, как правило, представляет собой овоид (яйцевидное тело) или эллипсоид. Предпочтительно тело 216 клапана представляет собой овулоид Рэнкина (Rankine ovuloid) и, таким образом, в поперечном сечении образует овал Рэнкина, для которого можно рассчитать ламинарный поток вокруг твердого тела.

Поскольку поток внутри полости 215, обтекающий тело 216 клапана, в основном ламинарный и в основном без турбулентности, суммарная энергия в потоке жидкости может быть принята постоянной с по существу ничтожными потерями энергии.

Вследствие этого энергия во всех точках траектории потока одинакова. Суммарная энергия на единицу массы E в любой заданной точке определяется следующим уравнением

где
V - скорость потока;
P - давление в рассматриваемой точке;
ρ - плотность жидкости.

Поскольку сделано допущение об отсутствии потерь энергии, энергия в зоне рядом с входным каналом i равна энергии в зоне рядом с выходным каналом 0. Таким образом, применяется следующее уравнение, выражающее теорию Бернулли:

Кроме того, для потока применяется следующее соотношение:
V = Q/A,
где
V - скорость потока;
Q - расход;
A - площадь поперечного сечения потока.

Из вышеприведенных уравнений 2 и 3 и вследствие того, что жидкость для всех практических целей принимается несжимаемой, то есть плотность остается постоянной, следует, что если площадь сечения потока увеличивается, то скорость потока будет уменьшаться. Однако, если скорость потока уменьшается, давление потока будет увеличиваться, чтобы энергия сохранялась в основном постоянной. Верно и обратное, то есть, если площадь сечения потока уменьшается, то скорость увеличивается, и давление уменьшается.

По закону Паскаля сила давления в жидкости действует "одинаково во всех направлениях" и, таким образом, приложена к поверхности полости 215 и, в частности, к поверхности тела 216 клапана. Таким образом, как следует из фиг. 13, если тело 216 клапана находится в положении, показанном штрихпунктирными линиями на фиг. 13, то площадь сечения потока рядом с входным каналом 212 уменьшается, и, таким образом, скорость потока рядом с входным каналом 212 увеличивается, а давление, приложенное к свободному концу тела 216 клапана, уменьшается. Напротив, рядом с выходным каналом площадь сечения потока увеличивается, и, следовательно, скорость потока уменьшается. Аналогично, давление, действующее на тело 216 клапана рядом с золотником 217, увеличивается. Поскольку давление представляет собой силу, деленную на площадь, а площадь поверхности "полусферы" тела 216 клапана, соединенной с золотником 217, примерно равна площади поверхности "полусферы" свободного конца тела 216 клапана, результирующая разность давлений приводит к образованию результирующей силы, которая, следовательно, смещает тело 216 клапана от седла 245 клапана против направления потока жидкости и, таким образом, удерживает клапан открытым.

Поскольку жидкость течет мимо тела 216 клапана, образуется влекущая сила потока, которая заставляет тело 216 клапана смещаться в направлении выходного канала. Этой влекущей силе потока можно противодействовать, выполнив площадь поверхности "полусферы" тела 216 клапана, соединенной с золотником 217, большей, чем площадь поверхности "полусферы" свободного конца тела 216 клапана. Например, "полусфера" со стороны золотника может представлять собой квазиполусферу, в то время как другая "полусфера" может представлять собой половину эллипсоида.

Из вышеприведенного рассмотрения следует, что существует положение равновесия, при котором поток жидкости мимо тела 216 клапана не создает никакой результирующей осевой силы, действующей на золотник 217. Однако небольшие смещения тела 216 клапана в любом направлении от положения равновесия приводят к дисбалансу сил, который ведет к продолжению смещения для открытия клапана или закрытия клапана. Это означает, что можно легко управлять клапаном даже при коротком рычаге 209 поплавка, таком как показан на фиг. 6 и 7. Из фиг. 6 и 7 видно, что исходное смещение поплавка 210 вниз, вызываемое опорожнением смывного бачка 19, приводит к смещению тела 216 клапана вниз так, чтобы частично открыть седло 245 клапана. Затем вступает в действие вышеупомянутая разность давлений, обеспечивающая продолжение открытия клапана 211. Смещение тела 216 клапана вниз предпочтительно ограничено путем ограничения смещения вниз штока 217. В альтернативном случае тело 216 клапана в конце концов вступает в контакт с входным каналом 212.

По мере того, как смывной бачок 19 заполняется водой, поступающей в смывной бачок через впускной клапан 211, поплавок 210 поднимается, поднимая тем самым рычаг 209 поплавка и тело 216 клапана вверх, как видно на фиг. 7, в направлении положения равновесия. Когда положение равновесия пройдено, разность давлений, приложенных к телу 216 клапана, стремится поднять тело 216 клапана и, таким образом, действует согласованно с поднимающимся поплавком 210. Это приводит к закрытию клапана, во время которого тело 216 клапана подается вверх как за счет действия поплавка 210, так и за счет разницы давлений, действующих на противоположные "полусферы" тела 216 клапана. Это приводит к тому, что закрытие происходит надежно и быстро.

Для специалистов в данной области очевидно, что вышеописанная конструкция клапана позволяет создать клапан, который легко открывается и закрывается. Когда клапан начинает открываться или закрываться, и луковицеобразное тело проходит положение "равновесия", то клапан открывается или закрывается полностью благодаря дисбалансу сил. Таким образом, величина энергии, требуемая для задействования клапана, мала по сравнению с обычным клапаном. Этот признак делает клапан пригодным для использования с очень короткими рычагами поплавков.

Кроме того, можно регулировать относительные площади поверхностей двух "полусфер" луковицеобразного тела 16/116/216, чтобы обеспечить наличие результирующего закрывающего давления во время всего "хода". Таким образом, даже если произойдет внезапный и полный (катастрофический) отказ, такой как при разрушении верхнего конца золотника или рычага поплавка, клапан всегда закроется после того, как выйдет ограниченное количество воды, и затем останется закрытым. Таким образом, в основном устранены механизмы процессов, существующие в обычном гидравлическом впускном клапане, приводящие к тому, что клапан выходит из строя открытым.

Более того, можно добиться значительного снижения уровня шума за счет наличия в основном ламинарного потока с по существу почти не слышной кавитацией и чрезвычайно малой турбулентностью.

Вышеизложенный материал описывает только три варианта исполнения настоящего изобретения, а модификации, понятные для специалистов в данной области, могут быть выполнены, не выходя за объем настоящего изобретения.

Список обозначений позиций
1 - гидравлический впускной клапан
2 - выходной канал
3 - седло клапана
4 - выходной канал
5 - элемент клапана
6 - диафрагма
7 - обходной канал
8 - вспомогательный клапан
9, 109, 209 - рычаг поплавка
10, 110, 210 - поплавок
11, 111, 211 - нагнетательный и разгруженный клапан потока
12, 112, 212 - входной канал
13, 113, 213 - седло клапана
14, 114, 214 - выходной канал
15, 115, 215 - полость
16, 116, 216 - тело клапана
17, 117, 217 - шток
18, 118 - втулка
19 - смывной бачок
20 - внутренний корпус, 120 - основной корпус
21, 121 - кольцеобразная деталь
22 - наружный корпус
23 - головка, 123 - головка
125 - тарельчатый клапан
126 - клапан с ребрами
127 - диск с отверстиями
128 - шток
129 - головка
130 - отверстия
131 - ребра
240 - реечная передача
241 - отверстия
242 - гайка
245 - седло клапана
246 - уплотнительное кольцо
247
248 - U-образные каналы
249 - кольцевая камера
250 - крышка
251 - раструб
252
253, 254 - соединительные элементы байонетного замка
255 - отверстия
256 - втулка
257 - обод
258 - центральное отверстие
259 - центральная частьк

Claims (18)

1. Нагнетательный и разгруженный клапан потока 11, 111, 211, содержащий корпус клапана, который имеет входной канал 12, 112, 212, ведущий во внутреннюю полость 15, 115, 215, и выходной канал 14, 114, 214, ведущий из нее, причем указанные входной и выходной каналы расположены в основном напротив друг друга, и, как правило, луковицеобразное тело 16, 116, 216 клапана, размещенное внутри указанной полости и установленное с возможностью смещения в направлении выходного канала и от него, причем размеры тела клапана и выходного канала выполнены такими, чтобы обеспечить возможность закрытия выходного канала телом клапана, отличающийся тем, что внутренняя поверхность полости 15, 115, 215 и наружная поверхность тела 16, 116, 216 клапана имеют такую форму и расположены (друг относительно друга) так, чтобы уменьшить площадь поперечного сечения, доступную для потока в направлении выходного канала между телом клапана и полостью, и одновременно увеличить площадь поперечного сечения, доступную для потока из входного канала между телом клапана и полостью, когда тело клапана смещается в направлении выходного канала и наоборот, когда тело клапана смещается от выходного канала, чтобы тем самым изменить баланс порожденных скоростью потока сил давления, действующих на тело клапана.

2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что тело установлено на штоке 17, 117, 217, который проходит через выходной канал.

3. Клапан по п. 2, отличающийся тем, что шток установлен с возможностью продольного возвратно-поступательного движения.

4. Клапан по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что выходной канал изогнут 21, 23 и проходит вокруг указанной внутренней полости в направлении указанного входного канала.

5. Клапан по п. 4, отличающийся тем, что указанный выходной канал состоит из множества параллельных соединенных проходов 248.

6. Клапан по п. 4 или 5, отличающийся тем, что указанный выходной канал 14, 214 клапана окружает указанный входной канал 12, 212 клапана.

7. Клапан по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что указанный выходной канал имеет по меньшей мере одно отверстие 130, 255, связанное с атмосферой.

8. Клапан по п. 7, отличающийся тем, что указанное(ые) отверстие(я) 255, выходящее(ие) в атмосферу, закрывается(ются) 256, когда выходной канал 245 не закрыт.

9. Клапан по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что луковицеобразное тело 16, 116, 216 имеет форму либо овоида (яйцевидного тела), либо эллипсоида, либо овулоида Рэнкина (Rankine ovuloid).

10. Клапан по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что он вмонтирован в систему водоснабжения смывного бачка в качестве впускного клапана 11, 111, 211.

11. Клапан по п. 10, отличающийся тем, что он смонтирован на верхнем конце штока 128, 228 смывного бачка и включает в себя входной канал для указанного смывного бачка.

12. Смывной бачок, содержащий впускной клапан 11, 111, имеющий корпус клапана, который содержит входной канал 12, 112, 212, ведущий во внутреннюю полость 15, 115, 215, и выходной канал 14, 114, 214, ведущий из нее, причем указанные входной и выходной каналы расположены по существу напротив друг друга и, как правило, луковицеобразное тело 16, 116, 216 клапана, размещенное внутри полости и установленное с возможностью смещения в направлении выходного канала и от него, причем размеры клапана и выходного канала выполнены такими, чтобы обеспечить возможность закрытия выходного канала телом клапана, отличающийся тем, что внутренняя поверхность полости 15, 115, 215 и наружная поверхность тела 16, 116, 216 впускного клапана имеет такую форму и расположены (друг относительно друга) так, чтобы уменьшить площадь поперечного сечения, доступную для потока в направлении выходного канала и между телом клапана и полостью, и одновременно увеличить площадь поперечного сечения, доступную для потока из входного канала и между телом клапана и полостью, когда тело клапана смещается в направлении выходного канала, и наоборот, когда тело клапана смещается от выходного канала, чтобы тем самым изменить баланс порожденных скоростью потока сил давления, действующий на тело клапана, при этом в корпусе клапана выполнен входной канал смывного бачка.

13. Способ управления потоком через нагнетательный и разгрузочный клапан 11, 111, 211, содержащий корпус клапана, который имеет входной канал 12, 112, 212, ведущий во внутреннюю полость 15, 115, 215, и выходной канал 14, 114, 214, ведущий из нее, причем указанные входной и выходной каналы расположены в основном напротив друг друга, и как, правило, луковицеобразное тело 16, 116, 216 клапана, размещенное внутри указанной полости, отличающийся тем, что способ включает операции: смещения тела клапана от выходного канала для увеличения площади поперечного сечения, доступной для потока между телом и полостью рядом с выходным каналом, и для одновременного уменьшения площади поперечного сечения, доступной для потока между телом и полостью рядом с входным каналом, чтобы тем самым к телу была приложена порожденная потоком результирующая сила давления, чье действие обеспечивает продолжение смещения тела клапана от выходного канала и открытие клапана, и смещение тела клапана в направлении выходного канала для уменьшения площади поперечного сечения, доступной для потока между телом и полостью рядом с выходным каналом, и для одновременного увеличения площади поперечного сечения, доступной для потока между телом и полостью рядом с входным каналом, чтобы тем самым к телу была приложена порожденная потоком результирующая сила давления, чье действие обеспечивает продолжение смещения тела клапана в направлении выходного канала и закрытие клапана.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что смещение тела клапана обеспечивают так, что оно проходит через положение равновесия, в котором порожденная потоком сила давления по существу равна нулю.

15. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что он включает операцию ограничения смещения 109, 123 тела 116 клапана от выходного канала 114 для предотвращения входа тела клапана в контакт с входным каналом 112.

16. Способ по одному из пп. 13 - 15, отличающийся тем, что в случае, когда клапан используют в качестве впускного клапана 11, 111, 211 смывного бачка, тело 16, 116, 216 клапана смещается в ответ на изменение уровня воды внутри смывного бачка.

17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что включает операцию соединения тела с поплавком 110, 210 в смывном бачке 19 через рычаг 109, 209 поплавка.

18. Способ по п. 16 или 17, отличающийся тем, что путем смещения тела клапана обеспечивают заполнение смывного бачка.

Images