RU2183781C2

RU2183781C2 - Change valve unit

Info

Publication number: RU2183781C2
Application number: RU2000118431/06A
Authority: RU
Inventors: А.П. Свинцов; С.А. Мукарзель
Original assignee: Российский Университет Дружбы Народов
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2002-06-20

Abstract

FIELD: sanitary fittings for water supply systems. SUBSTANCE: change valve unit has body located in seat of fitting and made of set of movable and immovable flat washers. Each washer has hole; washers are supported by flexible gasket. Swivel of drive is sealed up by sealing rings. Holes of movable and immovable washers have form of figure smoothly changing its section at peripheral arc with radius R₀ from center of washer between point lying on ray and point of intersection with diameter of washer at distance (π-φ₀). Above-mentioned ray runs from center of washer at angle φ₀. relative to diameter. This angle ranges from 0 to π. Radius R₀ of peripheral arc ranges from 0.2 to 0.8 of radius of washer. Convex arc is made at radius R₁ from center laying on diameter of washer at distance equal to R₀/2 from center of washer, from point of intersection of peripheral arc with diameter of washer to intersection with diameter of washer. Length of radius R₁ ranges from 0 to R₀/2, concave arc has radius R₂ from center lying on diameter of washer as mirror image to center of convex arc relative to center of washer from point of intersection of convex arc with diameter of washer to intersection with ray. Length of radius R₂ ranges from R₀/2 to R₀. Concave and peripheral arcs are conjugated by arc of inscribed circle. EFFECT: enhanced adjusting capacity of unit due to smooth change of free area of hole of shut-off member. 9 dwg

Description

Изобретение относится к области санитарно-технической арматуры для систем водоснабжения. The invention relates to the field of sanitary fittings for water supply systems.

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. One of the most important problems of water supply for residential and public buildings is the reduction of unproductive water consumption through water fittings arising in the process of water use and reaching 20-25% of the total water consumption. Unproductive water consumption is formed during its selection from the internal water supply network when adjusting the required flow rate and water temperature and is due to the low regulatory ability of valve heads, especially at water pressures of more than 0.3 MPa.

Известно техническое решение сменного клапанного узла поршневого типа, состоящего из корпуса, штока вращательно-поступательного действия, на котором закреплен запорный элемент с уплотнительной прокладкой [1]. A technical solution of a replaceable valve assembly of a piston type, consisting of a housing, a rotary-translational action rod, on which a locking element with a sealing gasket is fixed [1], is known.

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. The disadvantage of this technical solution is the intensive wear of the gasket, especially when working on hot water, wear of the spindle thread, the formation of cavitation shells on the saddle of the locking element. This leads to water loss in the form of leaks. In addition, when the tap is opened one quarter of a turn of the valve handle (for free movement of the wrist), the locking element rises from the saddle perpendicular to the latter linearly, while the water flow changes according to a quadratic law. Thus, a slight linear movement of the locking element by the consumer causes a quadratic change in water flow. As a result of this, a lot of time is spent on adjusting the required flow rate and temperature of the water without its beneficial use, which leads to loss of drinking-quality water.

Известно техническое решение сменного клапанного узла поршневого типа, состоящего из корпуса, штока возвратно-поступательного действия, на котором закреплен запорный элемент с уплотнительной прокладкой [2]. A technical solution is known for a replaceable valve assembly of a piston type, consisting of a housing, a reciprocating rod, on which a locking element with a gasket is fixed [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. The disadvantages of the indicated technical solution are similar to the disadvantages of the replaceable valve assembly [1], except that the wear of the gasket occurs only due to crushing without abrasion during rotation.

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]. The prototype of the claimed technical solution is a replaceable valve assembly containing a housing, a sealing ring, a shutter from a set of movable and stationary flat washers with through holes located in diameter on both sides of the center and supported by an elastic gasket, a rotary actuator stem [3].

Недостатком прототипа является то, что при открывании и закрывании сменного клапанного узла, форма проходного отверстия не позволяет обеспечить высокую регулирующую способность. The disadvantage of the prototype is that when opening and closing the interchangeable valve assembly, the shape of the passage opening does not allow for a high regulatory ability.

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. The basis of the invention is the task of creating a device that would improve the regulatory ability of a replaceable valve assembly due to a smooth change in the living area of the passage opening of the locking element.

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. Согласно изобретению проходные отверстия подвижной и неподвижной плоских шайб выполнены с плавно изменяющимся сечением в виде фигуры, имеющей периферийную дугу с радиусом R₀ из центра шайбы от точки, лежащей на луче, выходящем из центра шайбы и отстоящем от диаметра на угол φ₀, который составляет от 0 до π, до точки пересечения с диаметром шайбы на расстоянии (π-φ₀), при этом радиус R₀ периферийной дуги составляет от 0.2 до 0.8 радиуса шайбы, выпуклая дуга выполнена с радиусом r₁ из центра, лежащего на диаметре шайбы на расстоянии от R₀/2 до R₀ от центра шайбы, от точки пересечения периферийной дуги с диаметром шайбы до пересечения с диаметром шайбы, при этом длина радиуса R₁ составляет от 0 до R₀/2, вогнутая дуга выполнена с радиусом R₂ из центра, лежащего на диаметре шайбы зеркально противоположно центру выпуклой дуги относительно центра шайбы, от точки пересечения выпуклой дуги с диаметром шайбы до пересечения с лучом, при этом длина радиуса R₂ составляет от R₂/2 до R₀, вогнутая и периферийная дуги сопряжены между собой дугой вписанной окружности.The essence of the invention lies in the fact that the replaceable valve assembly comprises a housing located in the valve seat with a shutter of a set of movable and fixed flat washers, each of which has a bore, supported by an elastic gasket, and a rotary actuator stem sealed with o-rings. According to the invention, the passage openings of the movable and stationary flat washers are made with a smoothly varying cross section in the form of a figure having a peripheral arc with a radius R ₀ from the center of the washer from a point lying on the beam extending from the center of the washer and spaced apart from the diameter by an angle φ ₀ , which is from 0 to π, to the point of intersection with the diameter of the washer at a distance (π-φ ₀ ), while the radius R _{0 of the} peripheral arc is from 0.2 to 0.8 of the radius of the washer, the convex arc is made with a radius r ₁ from the center lying on the diameter of the washer on distance R _0/2 and R ₀ from the p ntra washers, from the peripheral arc of the intersection point with the diameter washers to the intersection with the diameter washers, wherein the length of the radius R ₁ is from 0 to R _0/2, a concave arc is formed with a radius R ₂ from the center, lying on the diameter washers specularly opposite the center of the convex arc about the center of the washer, the intersection point of the convex arc with the diameter washers to the intersection with the beam, the radius R ₂ length is R _2/2 to R _0, and the peripheral concave arc conjugate between an arc of the inscribed circle.

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. As a result, the passage opening is made with a smoothly changing living cross-sectional area, which allows for a higher regulatory ability of the device due to the fact that the patterns of change in the living cross-sectional area of the passage opening and the flow rate of the medium through it are in this case similar in nature.

Пределы размеров проходного отверстия обусловлены следующим. Нижний предел длины радиуса дуги периферийной части (0,2 радиуса шайбы) объясняется тем, что при меньшем размере получаемое отверстие не будет выполнять свои функции в качестве детали санитарно-технической арматуры для систем водоснабжения (фиг.1). Кроме того, в этом случае при расположении отверстий обеих шайб диаметрально противоположно друг другу получается очень маленький зазор между выгнутой частью отверстия одной шайбы и выпуклой частью отверстия другой шайбы, что не обеспечивает перекрывание потока воды. The size limits of the bore are due to the following. The lower limit of the length of the radius of the arc of the peripheral part (0.2 radius of the washer) is explained by the fact that with a smaller size, the resulting hole will not perform its functions as a part of sanitary fittings for water supply systems (Fig. 1). In addition, in this case, when the holes of both washers are positioned diametrically opposite to each other, a very small gap is obtained between the curved part of the hole of one washer and the convex part of the hole of the other washer, which does not block the flow of water.

Превышение длины радиуса периферийной части отверстия более 0,8 от радиуса диска приведет к тому, что на подвижном диске, выполненном со срезанными сегментами для установки в обойме штока, отверстие выполнено не будет (фиг.2). Вследствие этого исключается функциональное взаимодействие подвижного и неподвижного дисков. Exceeding the length of the radius of the peripheral part of the hole more than 0.8 from the radius of the disk will lead to the fact that on the movable disk, made with cut segments for installation in the holder of the rod, the hole will not be made (figure 2). As a result, the functional interaction of the movable and fixed disks is excluded.

Диапазон изменения угла наклона φ₀ между лучом, выходящим из центра окружности и ее диаметром от 0 до π обусловлен следующим: при φ₀= 0 в положении "закрыто" выпуклая часть отверстия одной шайбы пересекается с вогнутой частью отверстия другой шайбы, что не позволяет закрыть проходное отверстие (фиг.3).The range of variation of the angle of inclination φ ₀ between the beam extending from the center of the circle and its diameter from 0 to π is due to the following: when φ ₀ = 0 in the “closed” position, the convex part of the hole of one washer intersects the concave part of the hole of another washer, which does not allow closing passage hole (figure 3).

При угле φ₀, равном или больше π, отверстие не может быть построено.At an angle φ ₀ equal to or greater than π, the hole cannot be built.

Длина радиуса R₁ выпуклой части отверстия обусловлена следующим: при длине радиуса, равной половине радиуса дуги периферийной части отверстия, в положении "закрыто" между смежными линиями шайб нет зазора, что не позволяет перекрыть проходное отверстие (фиг.4).The length of the radius R _{1 of the} convex part of the hole is due to the following: when the radius is equal to half the radius of the arc of the peripheral part of the hole, in the closed position there is no gap between adjacent lines of washers, which does not allow blocking the passage hole (Fig. 4).

При длине радиуса R₁=0 выпуклая дуга отверстия не может быть построена. При длине радиуса R₁ больше R₀/2 в положении "закрыто" смежные дуги отверстий пересекаются между собой, что не позволяет закрыть проходное отверстие.With a length of radius R ₁ = 0, the convex arc of the hole cannot be built. When the length of the radius R _{1 is} greater than R _0/2 in the closed position, the adjacent arc of the holes intersect each other, which does not allow to close the passage hole.

Размещение центра O₁ выпуклой дуги от центра шайбы на расстоянии от R₀/2 до R₀ обосновано тем, что при расположении центра дуг на расстоянии от центра шайбы на R₀/2 или меньше приведет к тому, что смежные дуги двух шайб будут на одной линии или пересекутся, что не позволит обеспечить закрывание проходного отверстия (фиг.5).The location of the center O _{1 of the} convex arc from the center of the washer at a distance from R _0/2 to R _{0 is} justified by the fact that when the center of the arcs at a distance from the center of the washer is R _0/2 or less, the adjacent arcs of the two washers will be at one line or intersect, which does not allow for the closure of the through hole (figure 5).

При расположении центра выпуклой дуги O₁ на расстоянии, равном длине радиуса периферийной дуги, отверстие построить не представляется возможным.When the center of the convex arc O ₁ is located at a distance equal to the length of the radius of the peripheral arc, it is not possible to build a hole.

Вогнутая дуга, образованная радиусом R₂ из центра О₂, сопрягается с выпуклой дугой радиусом R₁ из центра O₁. Основание диапазона размеров аналогично представленному для выпуклой дуги с учетом зеркального расположения центра O₂ (фиг.6).A concave arc formed by a radius R ₂ from the center of O ₂ is mated with a convex arc of radius R ₁ from the center of O ₁ . The basis of the size range is similar to that presented for a convex arc, taking into account the mirror arrangement of the center O ₂ (Fig.6).

В результате предложенная конструкция сменного клапанного узла позволяет обеспечить плавное изменение расхода среды, проходящей через отверстие. As a result, the proposed design of the replaceable valve assembly allows for a smooth change in the flow rate of the medium passing through the hole.

На фиг.7 представлен сменный клапанный узел, который состоит из корпуса 1, снабженного неподвижной обоймой 2 с посадочным гнездом для неподвижной 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.Figure 7 presents a replaceable valve assembly, which consists of a housing 1 provided with a fixed cage 2 with a seat socket for a fixed washer 3, in which a passage hole 4 is made. A rod 5 is placed in the cavity of the fixed cage 2, which can be rotated 180 ^° , equipped with a clip with a seat for the movable washer 6, in which the passage hole 7 is made. The locking element from the set of the fixed washer 3 and the movable washer 6 is pressed by an elastic gasket 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. To ensure that the washer 6 is fixedly fixed, the rod 5 seat is made in the form of a circle with protrusions in the form of segments whose chords are parallel, and the washer 6 is made with slices in the form of segments whose chords are parallel to the chords of the passage openings segments.

На фиг.8. представлены сечения А-А и В-В на фиг.7. 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.On Fig. sections AA and BB are shown in FIG. 7. The locking element consists of two washers 3 and 6, one of which is stationary and installed in a stationary holder, and the other is movable, because installed in the holder of the rod, having the ability to rotate 180 ^o . The washers are pressed against each other by an elastic ring gasket resting on one side along the contour on the peripheral part of the stationary body clip, and on the other, on the valve seat.

Проходные отверстия плоских шайб выполнены с плавно изменяющимся сечением. Периферийная линия отверстия образована дугой с радиусом R₀ из центра О от точки 1, лежащей на луче ОА, отстоящем от диаметра на угол φ₀ до точки 2 на длину дуги (π-φ₀). При этом радиус дуги R₀ составляет от 0.2 до 0.8 радиуса шайбы R, а угол φ₀ составляет от 0 до π/2. Выпуклая часть отверстия образована дугой от точки 2 до точки 3 с радиусом R₁ из центра О₁, лежащего на диаметре на расстоянии от R₀/2 до R₀ от центра О. При этом длина радиуса R₁ составляет от 0 до R₀/2. Вогнутая часть отверстия образована дугой от точки 3 до точки 4, лежащей на луче ОА, с радиусом R₂ из центра O₂, расположенного на диаметре с противоположной стороны от выпуклой части и точки О₁ на расстоянии от R₀/2 до R₀. При этом длина радиуса R₂ составляет от R₀/2 до R₀. Дуга вогнутой части и дуга периферийной части отверстия сопряжены между собой дугой вписанной окружности в точках 4 и 1.The through holes of the flat washers are made with a smoothly changing section. The peripheral line of the hole is formed by an arc with a radius R ₀ from the center O from point 1 lying on the beam OA, spaced from the diameter by an angle φ ₀ to point 2 by the length of the arc (π-φ ₀ ). Moreover, the radius of the arc R ₀ is from 0.2 to 0.8 of the radius of the washer R, and the angle φ ₀ is from 0 to π / 2. The convex part of the hole is formed by an arc from point 2 to point 3 with a radius R ₁ from the center O ₁ lying on a diameter at a distance from R _0/2 to R ₀ from the center O. Moreover, the length of the radius R ₁ is from 0 to R ₀ / 2. The concave part of the hole is formed by an arc from point 3 to point 4 lying on the beam OA, with a radius R ₂ from the center O ₂ located on the diameter on the opposite side from the convex part and point O ₁ at a distance from R _0/2 to R ₀ . The length of the radius R ₂ is from R _0/2 to R ₀ . The arc of the concave part and the arc of the peripheral part of the hole are interconnected by an arc of an inscribed circle at points 4 and 1.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

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. In the closed position, the through holes of the washers 3 and 6 do not match and water does not flow. When the rod 5 is rotated, the movable washer 6 fixed in the holder receives a rotational movement relative to its center. In this case, the holes of the washers 3 and 6 are combined, gradually increasing or decreasing the living section area. This allows for a smoother change in the flow rate of the medium passing through the hole.

Источники информации:
1. Кожинов И. В. Снижение потерь воды в жилых зданиях. М.: Стройиздат, 1985, с.21.Sources of information:
1. Kozhinov I.V. Reducing water losses in residential buildings. M .: Stroyizdat, 1985, p.21.

2. Репин Н. Н. , Шопенский Л.А. Санитарно-технические устройства и газоснабжение зданий. М.: Стройиздат, 1974, с.16. 2. Repin N. N., Shopensky L. A. Sanitary facilities and gas supply to buildings. M .: Stroyizdat, 1974, p.16.

3. Боярский В.М. Сменный клапанный узел. Авт. свид. СССР 1634912, F 16 К 1/16, Е 03 С 1/04. 3. Boyarsky V.M. Replaceable valve assembly. Auth. testimonial. USSR 1634912, F 16 K 1/16, E 03 C 1/04.

Claims

A replaceable valve assembly comprising a housing located in the valve seat with a shutter from a set of movable and stationary flat washers with bore holes supported by an elastic gasket, and a rotary actuator stem sealed with o-rings, characterized in that the bore holes of the movable and stationary washers are made in the form a figure having a peripheral arc with a radius R ₀ from the center of the washer from a point lying on the beam extending from the center of the washer and spaced from the diameter by an angle φ ₀ , which is from 0 to π, to the point of transition sections with the diameter of the washer at a distance (π-φ ₀ ), while the radius R _{0 of the} peripheral arc is from 0.2 to 0.8 of the radius of the washer, the convex arc is made with a radius of R ₁ from the center lying on the diameter of the washer at a distance from R _0/2 and R ₀ from the center of the washer, from the peripheral arc of the intersection point with the diameter washers to the intersection with the diameter washers, wherein the radius R _1, the length is from 0 to R _0/2, a concave arc is formed with a radius R ₂ from the center, lying on the diameter of the washer is mirror-opposite to the center of the convex arc with the diameter of the washer until it intersects with the beam, at th length of the radius R is between ₂ R ₀ / R ₀ to 2, and the peripheral concave arc conjugate between an arc of the inscribed circle.