Отверстия регулирования расхода для терморегулирующего смесительного вентиля - RU2144205C1

Чертежи

Показать все 8 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение.

Настоящее изобретение относится к смесительному вентилю с термостатическим регулированием, конкретнее к смесительному вентилю с термостатическим регулированием и с возможностью осуществления объемного регулирования.

Предпосылки к созданию изобретения
Смесительные клапаны хорошо известны и общеприняты в водопроводной технике. Эти клапаны создают струю смешанной воды из раздельных источников горячей и холодной воды. Во-вторых, хорошо известно терморегулирование, применяемое в смесительных клапанах. Одна из причин применения терморегулирования заключается в необходимости исключить постоянное поднастраивание клапана при колебаниях температуры в источнике горячей воды. Температура источника горячей воды может колебаться в широких пределах. Кроме того, давление в линии холодной воды также может колебаться, меняя соотношение расхода горячей и холодной воды и вызывая, таким образом, колебания температуры смешанной воды.

Известные терморегулирующие клапаны имеют проблемы со сборкой и часто являются гораздо более громоздкими, чем стандартные смесительные клапаны, в которых не предусмотрено терморегулирование. Эта громоздкость связана с обычным направлением струи в терморегулирующих клапанах, когда питающие входные отверстия занимают внешнее в радиальном направлении положение относительно расположенного в центре терморегулятора.

В патенте США То.5.340.018 описывается термостатический клапан компактной конструкции, который включает корпусное входное отверстие для горячей и холодной воды, выпускное отверстие для смешанной воды, седло, смежное с диском, выполненным из твердого материала, и погружное устройство (т.е. ручка), соединенное со вторым диском из твердого материала, при этом второй диск выполнен с возможностью вращения вокруг центральной оси. В соответствующих дисках выполнены первое и второе впускные отверстия и по выбору выравниваются или не выравниваются в процессе вращения второго диска для изменения расхода потока горячей и холодной воды. Выходные отверстия выровнены на радиальном центре двух дисков. Термостатический элемент установлен в смесительной камере для обеспечения перемещения к аксиально перемещающемуся смесительному элементу клапана, проходящему в смесительную камеру.

Когда в смесительные клапаны включаются терморегуляторы, объемные клапаны или регуляторы потока могут быть установлены в потоке ниже или выше терморегулятора. Когда расход регулируется ниже терморегулятора в потоке смешанной воды, требуется установка обратного клапана, чтобы не допустить возможности сообщения между источником горячей воды и источником холодной воды. Когда регулирование расхода в источниках горячей и холодной воды осуществляется выше терморегулятора еще до смешивания воды, обратного клапана не требуется. По этой экономической причине большая часть терморегулирующих смесительных вентилей предусматривает осуществление объемного регулирования выше терморегулирующего элемента.

Однако в случае раздельного регулирования холодной и горячей воды терморегулятор не может поддерживать постоянную температуру из-за колебаний расхода. Хорошо известно, что когда давление горячей и холодной воды приблизительно одинаково, или когда давление горячей воды лишь немного ниже давления холодной воды, разница в величине расхода или изменения в соотношении подачи горячей и холодной воды возрастают в случае уменьшения суммарного расхода, и повышение температуры в этом случае может стать значительным. С другой стороны, если давление горячей воды значительно меньше давления холодной воды, что часто бывает из-за усиления коррозии труб для горячей воды, разница в расходе или колебания расхода горячей и холодной воды уменьшаются по мере уменьшения суммарного расхода.

Известно применение профильных отверстий в двух дисковых пластинчатых клапанах для управления формой струи воды между источниками горячей и холодной воды. Однако эти пластинчатые клапаны установлены таким образом, чтобы осуществлять вращательное и параллельное перемещение относительно друг друга с тем, чтобы осуществлять механический контроль как суммарного расхода, так и температуры смеси горячей и холодной воды.

Существует потребность в компактном терморегулирующем вентиле, удобном в сборке и регулирующем температуру смешанной воды на выходе. Наряду с этим требуется терморегулятор, встроенный в вентиль с регулятором расхода, что обеспечивает необходимое терморегулирование при всех уровнях расхода.

Сущность изобретения
В соответствии с одним из аспектов изобретения терморегулирующий смесительный вентиль содержит основание с двумя питающими отверстиями для связи с источниками горячей и холодной воды. Ручка установлена с возможностью вращения на основании и операционно соединена с первой клапанной поверхностью с первым и вторым сквозными входными каналами для горячей и холодной воды. Первая клапанная поверхность расположена рядом с двумя питающими отверстиями для регулирования суммарного объема воды, поступающей в смесительный клапан.

Вторая кольцевая клапанная поверхность может аксиально перемещаться внутри ручки между первым седлом рядом с первым аксиальным концом кольцевой клапанной поверхности и вторым седлом рядом со вторым аксиальным противоположным концом кольцевой клапанной поверхности для регулирования соотношения жидкости, поступающей из первого и второго входов. Первый входной канал проходит аксиально по первой поверхности седла в пределах радиуса кольцевой клапанной поверхности, причем нижний по направлению потока конец сообщается с первым седлом и первым аксиальным концом кольцевой клапанной поверхности для образования первой линии струи между первым седлом и кольцевой клапанной поверхностью от точки, находящейся радиально внутри кольцевой клапанной поверхности, до точки, находящейся радиально вне кольцевой клапанной поверхности к смесительной камере.

Второй входной канал проходит аксиально по первой поверхности седла и через внутреннюю часть кольцевой клапанной поверхности в пределах радиуса кольцевой клапанной поверхности, причем нижний по направлению потока конец сообщается со вторым седлом и вторым аксиальным концом кольцевой клапанной поверхности для образования второй линии струи между вторым седлом и кольцевой клапанной поверхностью от точки, находящейся радиально внутри кольцевой клапанной поверхности, до точки, находящейся радиально вне кольцевой клапанной поверхности к смесительной камере.

Первый входной канал уплотнен относительно второго входного канала, начиная от питающих отверстий до смесительной камеры и в пределах внутренней части кольцевой клапанной поверхности.

Терморегулирующий элемент расположен аксиально подвижно внутри смесительной камеры и взаимодействует с кольцевой клапанной поверхностью для того, чтобы аксиально перемещать кольцевую клапанную поверхность между первым и вторым седлами для регулирования соотношения потоков, поступающих из первого и второго каналов в смесительную камеру, в зависимости от температуры жидкости в смесительной камере.

Предпочтительно терморегулирующий смесительный вентиль содержит внутреннюю деталь корпуса, имеющую верхний кольцевой фланец, образующий второе седло над кольцевым нижним по направлению потока концом второго входного канала. Внутренняя деталь корпуса содержит кольцевой нижний фланец, образующий первое седло под кольцевым нижним по направлению потока концом первого входного канала. Внутренняя деталь корпуса содержит кольцевой средний фланец, образующий уплотнение с кольцевой клапанной поверхностью для герметизации кольцевого нижнего по направлению потока конца соответствующих входных каналов от любого другого в пределах радиуса, ограничивающего кольцевую клапанную поверхность.

В одном варианте реализации внутренняя деталь корпуса имеет центральный выходной канал, проходящий через нее и связанный со смесительной камерой. Терморегулирующий элемент простирается аксиально вниз в выпускной канал внутренней детали корпуса и соединен с кольцевой клапанной поверхностью посредством воротника, причем воротник содержит сквозные отверстия для пропуска потока жидкости из первого входного канала через смесительную камеру и в выходной канал, сообщающийся с выпускным отверстием.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения терморегулирующий смесительный вентиль имеет входное отверстие для холодной воды и входное отверстие для горячей воды, сообщающиеся с основанием, содержащим два питающих отверстия. Ручка установлена с возможностью вращения на основании и взаимодействует с первой клапанной поверхностью с двумя сквозными входными каналами, которые взаимодействуют с двумя питающими отверстиями для регулирования суммарного поступления жидкости в корпус. Терморегулирующий элемент взаимодействует со второй клапанной поверхностью для перемещения второй клапанной поверхности между первым и вторым седлом для регулирования соотношения потоков, поступающих из первого и второго каналов, в зависимости от температуры жидкости в смесительной камере.

Отверстия и первая клапанная поверхности размещены в двух концентрически установленных пластинах, которые могут поворачиваться относительно друг друга и снабжены сквозными отверстиями для контролируемого прохождения жидкости через две пластины. По меньшей мере, одному из сквозных отверстий придана форма, позволяющая изменять соотношение объема жидкости, проходящей через первый и второй входные каналы таким образом, что изменение противодействует тенденции к колебанию соотношения между расходами в первом и втором входных каналах, как следствие изменения величины расходов в первом и втором входных каналах.

В одном варианте реализации при движении подвижной пластины из полностью открытого в полностью закрытое положение соответствующий канал холодной воды дросселируется в меньшей степени, чем канал горячей воды. В альтернативном варианте реализации при движении подвижной пластины из полностью открытого в полностью закрытое положение соответствующий канал горячей воды дросселируется в меньшей степени, чем канал холодной воды.

В другом варианте реализации изобретения сопротивление потоку жидкости в соответствующем канале горячей воды возрастает при обратном смещении угла пластин из положения, соответствующего максимальному расходу потока, в закрытое положение, в то время как сопротивление в соответствующем канале холодной воды остается по существу постоянным. С другой стороны, сопротивление потоку жидкости в соответствующем канале холодной воды возрастает при обратном смещении угла пластин из положения, соответствующего максимальному расходу потока, в закрытое положение, в то время как сопротивление в соответствующем канале холодной воды остается по существу постоянным.

Таким образом возможно получить компактный терморегулирующий патрон. Патрон может быть помещен в регуляторе расхода смесительного вентиля с регулирующими объем или расход дисковыми пластинами, имеющими профильные отверстия, с тем чтобы обеспечить поддержание заданных соотношений между поступлением горячей и холодной воды вне зависимости от суммарного расхода воды, идущего через дисковые пластины.

Краткое описание чертежей
Ниже приводится ссылка на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показано изображение сбоку в разрезе терморегулирующего смесительного вентиля, являющегося одним из вариантов реализации изобретения;
на фиг.2 показано изображение сверху неподвижной пластины для регулирования расхода, показанной на фиг. 1;
на фиг.3 показано изображение сверху подвижной пластины для регулирования расхода, показанной на фиг.1;
на фиг. 4 показано изображение сверху двух пластин, показанных в рабочем и полностью открытом положении;
на фиг. 5 показано изображение, сходное с изображением на фиг. 4, с двумя пластинами, показанными в частично закрытом положении;
на фиг. 6 показан второй вариант реализации неподвижной пластины;
на фиг. 7 показан третий вариант реализации неподвижной пластины;
на фиг. 8 показано изображение в поперечном разрезе, выполненном по линии 8-8, показанной на фиг. 7, и демонстрирующее подвижную пластину в полностью открытом положении; и
на фиг. 9 показано изображение, сходное с изображением на фиг. 8, иллюстрирующее измененный профиль сквозного отверстия в неподвижной пластине, показанного на фиг. 8, с подвижной пластиной, сдвинутой в частично закрытое положение.

Подробное описание предпочтительного варианта реализации изобретения
Как показано на фиг.1 и 2, терморегулирующий смесительный вентиль 10 содержит ручку 12, установленную с возможностью вращения в трубной арматуре или иной подходящей трубной арматуре 14. Трубная арматура 14 содержит источник холодной воды 16 и источник горячей воды 18. Ручка 12 установлена с возможностью вращения на основании вентиля 17, закрепленного в арматуре 14. Смесительный вентиль содержит клапан 20 регулирования расхода, состоящий из двух керамических дисковидных пластин 22 и 24. Неподвижная керамическая дисковая пластина 22 установлена на основании 17. Вращающаяся керамическая дисковая пластина 24 установлена на нижней поверхности патрона 25. Патрон 25 содержит второй клапан 26 с термостатическим регулированием, расположенный ниже по потоку относительно клапана 20 регулирования расхода внутри ручки 12, с тем чтобы регулировать температуру смешанной воды, текущей к выходному каналу 28. Терморегулирующий клапан подробно описан в международных публикациях WO 95/30940 и 95/30939, включенных сюда в качестве ссылки.

Неподвижная керамическая дисковая пластина 22 содержит соответственно питающие отверстия 30 и 32 для холодной и горячей воды и расположенное в центре выпускное отверстие 34 для смешанной воды. Керамическая дисковая пластина 25 прикреплена к вращающемуся телу ручки 12 посредством внутреннего элемента 36 патрона 25 для того, чтобы вращаться вместе с ручкой 12. Подвижная керамическая дисковая пластина 24 содержит входное отверстие 38 для холодной воды и входное отверстие 40 для горячей воды и расположенное в центре выпускное отверстие 42, которое постоянно совмещено с выпускным отверстием 34 неподвижной дисковой пластины 22. Поворот ручки 12 вызывает поворот керамической дисковой пластины 24 относительно дисковой пластины 22, избирательно совмещая входные отверстия 38 и 40 с отверстиями 30 и 32 или смещая их относительно друг друга для урегулирования суммарного расхода горячей и холодной воды. Детали профиля питающих отверстий 30 и 32 и входных отверстий 40 и 42 в двух керамических дисковых пластинах 22 и 24 более подробно описаны ниже.

Внутренний элемент 36 корпуса содержит входной канал 44 для горячей воды, совмещенный с входным отверстием 40 для горячей воды и входной канал 46 для холодной воды, совмещенный с входным отверстием 42 для холодной воды. Центральный выход 43 для смешанной воды совмещен с выпускными отверстиями 42, 34 и 28. Канал 44 имеет расположенный ниже по потоку и имеющий кольцевую форму конец 48, прилегающий к кольцевому седлу 50 клапана во внутреннем элементе 36 корпуса и к аксиально нижнему концу 52 термостатически регулируемого клапана 26, имеющего кольцевую форму. Канал 46 имеет расположенный ниже по потоку и имеющий кольцевую форму конец 54, прилегающий к кольцевому седлу клапана 56 и к аксиально верхнему концу 58 клапана 26 кольцевой формы. Седло клапана 56 скреплено с внутренним элементом 36 корпуса. Канал 46 проходит аксиально через кольцевой клапан 26 в пределах его радиуса. Внутренний элемент 36 корпуса содержит промежуточное уплотняющее седло 62, которое изолирует канал 44 от канала 46 в пределах аксиальной протяженности кольцевого клапана 26.

Кольцевой клапан 26 соединен с воротником 64 резьбовым соединением. Пружина 66 прижимает клапан 26 к седлу 56, перекрывая таким образом канал 46. Воротник простирается над внутренней частью корпуса и скреплен с частью корпуса 68 терморегулирующего элемента 70. Терморегулирующий элемент содержит расширяющуюся ножку поршня 72, взаимодействующую с размыкающим гнездом 74 предохранительной пружины, размещенным в регулировочной ручке 76. Регулировочная ручка 76 ввинчена в ручку 12 с соответствующим уплотнением 75 для механического подъема и опускания терморегулирующего узла в патроне 25. Часть корпуса 68 может входить в центральный выпускной канал 42 внутреннего корпуса 36.

Патрон 25 сохраняет свою конструкционную целостность, поскольку кольцевой клапан 26 зажат между внутренним седлом клапана 50 и верхним седлом 56. Терморегулирующий элемент 70 прикреплен к воротнику, который в свою очередь прикреплен к кольцевому клапану 26. Пружинный элемент 66 также зажат между внутренним корпусом 36 и клапаном 26.

Поток воды из источника холодной воды 16 проходит вверх через управляющий клапан 20 и аксиально вверх через внутренний элемент с холодной водой, проходящей радиально наружу через имеющий регулируемые размеры зазор 78 между седлом 50 и кольцевым клапаном 26, и в смесительную камеру 80. Струя от источника 18 горячей воды проходит через управляющий клапан 20 и аксиально вверх через внутренний элемент с горячей водой, проходящей радиально наружу через имеющий регулируемые размеры зазор 79 между седлом 56 и кольцевым клапаном 26, в смесительную камеру 80.

После этого вода смешивается и проходит назад в радиальном направлении к центральному выпускному каналу 42 и выходит из патрона 25 и смесительного клапана 10. Термостатическая настройка автоматически сдвигает клапан 26 в аксиальном направлении для регулирования размеров двух зазоров 78 и 79. Особое внутреннее устройство терморегулирующего элемента 70 хорошо известно в технике и применяется в промышленности.

Клапан объемного регулирования 20, находящийся в закрытом положении, предупреждает любое сообщение между источниками поступления воды 16 и 18, так что вентиль не нуждается в оборудовании обратными клапанами.

На фиг. 3 - 10 более подробно описаны керамические дисковые пластины 22 и 24, формы и функционирование отверстий 30 и 32 в неподвижной пластине 22 и входных отверстий 38 и 40 в подвижной пластине. Для удобства иллюстрации две пластины показаны как имеющие различные диаметры, но очевидно, что диаметры соответствующих пластин не имеют большого значения и пластины могут иметь одинаковый диаметр.

Как было описано выше, уменьшение расхода в большинстве случаев ведет к повышению температуры смешанной воды, и это повышение необходимо скорректировать. На фиг. 2 показаны два отверстия 30 и 32. Отверстие 30 имеет обычную дугообразную форму при постоянной ширине. Отверстие 32, однако, имеет особую конфигурацию, соответствующую одному из вариантов реализации настоящего изобретения. Участок 90 обладает постоянной и уменьшенной шириной и расширяется к участку 92 увеличенной шириной. Как показано на фиг. 3, подвижная пластина 24 имеет два входных отверстия 38 и 40, имеющих обычную дугообразную конфигурацию с постоянной шириной.

На фиг. 4 показаны две пластины, взаимно налагающиеся друг на друга при условиях потока полной мощности, когда отверстия 30 и 32 полностью совмещены с входными отверстиями 38 и 40. Когда подвижная пластина поворачивается в положение, показанное на фиг.5, величина поперечного сечения просвета в отверстии 30 и входном отверстии 38 изменяется в прямой зависимости от угла смещения, как обычно происходит в клапанах регулирования объема. С другой стороны, канал для горячей воды через отверстие 32 и входное отверстие 40 дросселируется в большей степени, поскольку при начале смещения более широкая часть 92 покрыта подвижной пластиной 24 до тех пор, пока, как показано на фиг. 5, только более узкая часть остается не закрытой относительно входного отверстия 40. В результате объемный расход горячей воды уменьшается или дросселируется в начале регулирования в большей степени, чем дросселирование потока холодной воды. Эта разница в дросселировании противодействует тенденции к повышению температуры смешанной воды при условиях уменьшения расхода смешанной воды. Ширина и протяженность участков 90 и 92 могут быть установлены таким образом, чтобы наилучшим образом компенсировать тенденцию к повышению температуры смешанной воды и дать возможность терморегулирующему устройству корректировать любое остаточное отклонение.

Если считать, что отверстие 30 и входное отверстие 38 используются для прохождения струи горячей воды, а отверстие 32 и входное отверстие 40 используются для прохождения струи холодной воды, идентичное поведение и компенсация могут быть обеспечены при вращении подвижного клапанного диска в противоположном направлении. В этой ситуации, когда подвижная пластина поворачивается в этом противоположном направлении, величина поперечного сечения просвета в отверстии 30 и входном отверстии 38, теперь пропускающих горячую воду, изменяется в прямой зависимости от угла смещения, как обычно наблюдается в клапанах регулирования объема. С другой стороны, канал через отверстие 32 и входное отверстие 40 (теперь пропускающий холодную воду) дросселируется в меньшей степени, поскольку при начале смещения более узкая часть 90 покрыта подвижной пластиной 24 до тех пор, пока только более широкая часть 92 остается не закрытой относительно входного отверстия 40. В результате объемный расход горячей воды уменьшается или дросселируется в начале регулирования в большей степени, чем дросселирование потока холодной воды с достижением такого же эффекта, как описанный выше.

Кроме того, следует отметить, что хотя профильное отверстие 32 показано в неподвижной пластине 22, такого же эффекта можно достичь, выполнив вместо него профильным отверстие 40 в подвижной дисковой пластине.

Следует понимать, что того же эффекта можно добиться, профилируя или отверстие 30, или входное отверстие 38, при условии, что профиль будет представлять собой зеркальное отражение, так чтобы источник горячей воды дросселировался в большей степени, чем источник холодной воды, т.е. чтобы подача холодной воды дросселировалась в меньшей степени, чем подача горячей воды при перемещении клапанов из полностью открытого положения в закрытое положение.

В то время как предыдущий анализ ограничивался одним отверстием, можно предположить, что профилированными могут быть оба отверстия в одной и той же пластине или одно профилированное отверстие может принадлежать одной пластине, в то время как профилированное отверстие может принадлежать другой пластине. Кроме того, отверстия в обеих пластинах могут быть совместно профилированы для получения нужных результатов по изменению соотношения расходов.

На фиг. 6 показан вариант реализации пластины 122, подобной пластине, показанной на фиг. 3. Однако отверстие 132 имеет в этом случае постепенно меняющуюся ширину. В этом случае получается такой же эффект, как и в предыдущем случае, однако происходит более ровное изменение при определяющем его дуговом перемещении двух пластин.

В рассмотренных выше примерах описаны пластины для компенсации непропорциональных колебаний расхода горячей и холодной воды путем изменения ширины по меньшей мере одного отверстия для изменения поперечного сечения просвета при взаимном перекрытии, образующемся между источником воды и внутренним сквозным каналом в клапане. Другим способом компенсации непропорциональных колебаний является изменение сопротивления в одном канале по сравнению с другим каналом.

Как показано на фиг.7 и 8, ширина отверстия 232 на стороне 233 в пластине 222 остается постоянной (фиг.7). Однако, как показано на фиг. 8, поперечный разрез отверстия 232 ступенчато меняется таким образом, что на противоположной стороне 236 образуется уменьшенный или дросселированный открытый участок 235, который расширяется в области 237 на стороне 233. Сопротивление потоку возрастает постепенно по мере того как просвет, образующий канал и занимающий все пространство над суженной областью 237, сдвигается по направлению к дальнему концу области 237. Полученный результат по существу идентичен достигнутому за счет изменения ширины отверстия на различных его участках. Отверстие может также быть изменено так, как показано на фиг. 9, где отверстие 332 имеет суженный участок 335, который расширяется в область 337. Нижняя часть области 337 наклонена от участка 235 по направлению к дальнему концу для обеспечения изменения скорости, более желательной при определенных обстоятельствах.

Конфигурации, показанные на фиг.6-9, могут ассоциироваться с изменениями поперечного сечения отверстий, вместо того чтобы использоваться в качестве замены изменения ширины. Иными словами, различные приемы можно комбинировать друг с другом для достижения изменений соотношения расходов.

Таким образом, терморегулирующий клапан для смесительного вентиля может корректировать температуру воды на выходе при большем разнообразии условий водоснабжения и подачи воды. Изобретение позволяет повысить практическую ценность применения терморегулирующих клапанов, поскольку их действие без использования концепции изобретения недостаточно для поддержания заданной или желательной температуры выходящей воды.

Другие изменения и модификации возможны без отступления от объема и существа настоящего изобретения, заявленных в прилагаемой формуле изобретения.

Реферат

Два керамических диска регулирования расхода в терморегулирующем вентиле имеют отверстия для распределения потока воды в положениях от закрытого до полностью открытого. Керамический диск содержит профилированный вход, который имеет широкий участок и узкий участок, что обеспечивает изменяемую подстройку потока относительно другого отверстия. Технический результат состоит в том, что профилированное отверстие обеспечивает расширение возможностей регулирования смешивания терморегулирующим элементом при различном регулировании потока, осуществляемом вручную. 2 c. и 8 з.п.ф-лы, 9 ил.

Формула