Смесительный клапан водопроводного крана - RU2106559C1
Код документа: RU2106559C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к санитарной технике, в частности к смесительным клапанам для водопроводных кранов, и касается узла, обеспечивающего приложение к рукоятке крана усилия различной величины в зависимости от положения рукоятки в диапазоне ее перемещения.
Водопроводные краны с одной рукояткой, обычно известные как смесительные краны, регулирующие потоки горячей и холодной воды, получили широкое распространение. Эти водопроводные краны выполнены так, что их рукоятка может перемещаться в двух различных направлениях: первом - для регулирования соотношения холодной и горячей воды и втором - для регулирования расхода потока.
Известны два различных типа смесительных клапанов: пластинчатые клапаны и шаровые клапаны. Шаровые клапаны получили известность благодаря их надежной и долговечной конструкции. Такой клапан легко собирается и легко ремонтируется. С другой стороны, пластинчатые клапаны содержат механизм привода, позволяющий рукоятке перемещаться в двух различных направлениях. Такой механизм привода позволяет совершать рукоятке вращательное движение вокруг неподвижной оси корпуса клапана и колебательное, т.е. поворотное движение вокруг оси, перемещающейся относительно корпуса клапана.
Подвижная ось расположена перпендикулярно к неподвижной оси корпуса клапана. Отличительным признаком этого типа движения рукоятки является то, что когда рукоятку поворачивают в положение "выключено", соотношение горячей и холодной воды в смеси можно определить по угловому положению рукоятки относительно неподвижной оси. Благодаря этому при перемещении рукоятки в обратную сторону для повторного открытия водопроводного крана можно получать то же самое соотношение горячей и холодной воды в потоке, независимо от величины потока. Обычно неподвижная ось ориентирована вертикально.
Известны шаровые клапаны, в которых рукоятка перемещается также, как и в вышеуказанных смесительных пластинчатых клапанах (см. например, шаровой клапан по пат.США N 4449551, кл. F 16 K 11/087, 1985 и шаровой клапан по заявке PCT/US 91/07816, кл. F 16 K 11/087, 1991).
Известны также водопроводные краны, которые включают в себя устройства, препятствующие подаче чрезмерно горячей смеси воды по причинам безопасности или экономии топлива для нагрева. Кроме того, они содержат устройства для предупреждения получения чрезмерного расхода воды с целью экономии воды.
Известные устройства, не допускающие движения рукоятки, выходящего за определенный предел, можно разделить на четыре типа. В устройстве первого типа имеется ограничитель, неподвижно установленный в канале прохода потока воды для дросселирования или ограничения потока воды через него.
Устройство этого типа исключает возможность получения такой скорости потока, которая превышает установленный ограничителем предел без механической разборки водопроводного крана или трубопровода, расположенного вверх по течению от крана.
Устройство второго типа включает в себя упор, встроенный в водопроводный кран, например упорный выступ в форме кулачка или винта, который устанавливает требуемый предел. Если максимальный расход воды регулируется, например, винтом, то для получения доступа к винту рукоятку крана необходимо разобрать. Эти два первых класса ограничителей потока препятствуют потребителю превышать установленный предел. Регулирование предельного положения упора выполняют редко. Как правило, такую регулировку выполняют при первоначальной настройке крана.
Ограничители других типов предусматривают наличие некоторого заданного предела, который удерживает потребителя от осуществления регулирования в области, лежащей за указанным пределом.
Третий тип ограничителей содержит ограничительный упор, имеющий кнопку, которая при нажатии на нее позволяет рукоятке перемещаться далее заданного предела. Потребитель, как правило, пользуется водопроводным краном, не выходя за заданный предел. Однако при необходимости он может нажать на кнопку для осуществления регулирования выше заданного предела.
Недостатком ограничителя потока этого типа являются затраты на изготовление сложной конструкции и, следовательно, ее высокая стоимость.
Кроме того, вызывает неудобство то, что для выхода за установленный предел необходимо совершить движение, которое отличается по направлению от движения, совершаемого потребителем при регулировке расхода или температуры воды.
Ограничитель потока четвертого типа представляет собой устройство пружинного типа, которое воздействует на регулируемый элемент, когда регулирующий элемент из закрытого положения переходит в открытое.
Во время работы клапана с ограничителем этого типа регулирующий элемент перемещают вручную и удерживают на месте, преодолевая силы пружины, действующей на регулирующий элемент.
Когда потребитель отпускает рукоятку, она под действием пружины перемещается в исходное положение, например, в закрытое положение.
Недостатком устройства этого типа является то, что потребитель должен с усилием удерживать рукоятку, преодолевая усилие пружины всякий раз, когда ему необходимо получить увеличенный расход воды. Устройство этого типа применяют при изготовлении автоматически закрывающихся кранов.
Современные смесительные клапаны с одной рукояткой имеют более легкое и удобное управление. Смесительный кран может быть быстро переведен из закрытого положения в открытое и обратно. При этом рабочее усилие, необходимое для перемещения рукоятки, является постоянным на протяжении всего рабочего диапазона перемещения как при регулировании расхода потока, так и при регулировании соотношения холодной и горячей воды в смеси.
Обычно усилие, которое необходимо прикладывать к рукоятке, для ее перемещения, является достаточно низким для легкости управления краном. Для детей и физически слабых людей требуются плавно работающие краны. Кроме того, плавно работающий кран необходим в технике. Однако таким кранам присущ недостаток, который является следствием небольшой величины усилия, прилагаемой к рукоятке.
В этом случае, когда перемещение рукоятки может происходить при приложении небольшого усилия, рукоятка легко и быстро перемещается из плотностью открытого положения в полностью закрытое, что приводит к резкому прекращению подачи воды и, следовательно, к такому нежелательному явлению, которое обычно называют "стук молотка".
В водопроводных трубопроводах иногда устанавливают антидетонирующие устройства. Они выполняются в виде дополнительной тупиковой секции, соединенной с трубой, ведущей к смесительному крану. Тупиковая секция трубы заполняется воздухом, который сжимается, когда поток жидкости в трубе резко прекращается. Однако не все трубопроводы включают в себя дополнительную напорную секцию.
Задачей изобретения является создание ограничителя потока, который обеспечивает заданный расход воды и при этом позволяет устанавливать больший расход в том случае, когда это требуется без применения каких-либо дополнительных действий или движений. Причем ограничитель должен предотвращать такую скорость потока, при которой возникает явление "стука молотка".
Кроме того, необходим водопроводный кран с управляющим механизмом, который в некоторой части рабочего диапазона перемещения требует значительно меньшего усилия для перемещения рукоятки.
Технический результат достигается тем, что смесительный клапан водопроводного крана, содержащий корпус с осевым отверстием, полостью, двумя впускными отверстиями и выпускным отверстием, сообщающимися с полостью, подвижный клапанный узел в виде клапанного элемента, установленного в полости и управляющего штока, выступающего на клапанном элементе и проходящего наружу корпуса через осевое отверстие для регулирования протекающего через отверстия потока по расходу и температуре, при этом управляющий шток расположен с возможностью перемещения в одном направлении для регулирования потока жидкости, проходящего через выпускное отверстие, и в другом направлении для регулирования потока через впускные отверстия, согласно изобретению снабжен направляющим элементом с внутренними стенками, находящимися в зоне расположения одного из элементов клапанного узла, на стенке выполнен упругосмещаемый выступ, а указанный элемент клапанного узла в одном положении разобщен с выступом и установлен с возможностью взаимодействия с ним при перемещении в другое положение, соответствующее другому потоку, при этом выступ расположен с возможностью своего смещения в направлении, перпендикулярном движению элемента клапанного узла в месте их контакта.
При этом элемент клапанного узла, контактирующий с выступом, расположенным на стенке, имеет вид управляющего штока, а управляющий шток расположен с возможностью вращения вокруг неподвижной оси корпуса при регулировании температуры смешанной воды и с возможностью колебательного движения вокруг подвижной оси, размещенной перпендикулярно к продольной оси штока и к неподвижной оси корпуса при регулировании расхода потока.
Согласно одному варианту выполнения подвижный клапанный узел выполнен в виде пластинчатого клапанного элемента и управляющего штока.
В другом варианте выполнения подвижный клапанный узел выполнен в виде шарового клапанного элемента и управляющего штока.
Причем упругосмещаемый выступ расположен с возможностью взаимодействия его с управляющим штоком при перемещении штока в положение, соответствующее большему расходу.
Кроме того, направляющий элемент выполнен в виде U-образной пружины, охватывающей своими плечами управляющий шток и вращающейся относительно корпуса вокруг неподвижной оси совместно с управляющим штоком и не совершающей колебательного движения, а выступ выполнен за одно целое с одним из плеч U-образной пружины, причем шток, проходящий сквозь U-образную пружину, установлен с возможностью колебательного движения в промежутке между ее плечами, при этом выступ размещен с возможностью изгиба плеча U-образной пружины при взаимодействии с управляющим штоком.
Согласно другому варианту выполнения выступ расположен с возможностью взаимодействия его с управляющим штоком при перемещении штока в сторону, соответствующую уменьшению потока, и далее до достижения закрытого положения.
Причем направляющий элемент выполнен в виде U-образной пружины с двумя плечами, расположенными с промежутком между ними, пружина установлена на управляющем штоке с возможностью вращения вокруг неподвижной оси совместно с управляющим штоком и ограничена от колебательного перемещения, выступ выполнен за одно целое с одним из двух плеч U-образной пружины и расположен с возможностью контакта со штоком при колебательном перемещении штока и с возможностью изгиба плеча пружины под действием штока.
Плечи U-образной пружины изогнуты с образованием на них двух пар противолежащих участков, причем противолежащие участки второй пары расположены на расстоянии, меньшем, чем участки первой пары, и меньшем, чем ширина управляющего штока.
Кроме того, плечи U-образной пружины могут быть изогнуты с образованием на них третьей пары противолежащих участков, расположенных на расстоянии, меньшем, чем расстояние между участками первой пары, причем расстояние между участками третьей пары меньше ширины управляющего штока, а первая пара участков расположена между второй и третьей парами, соосно им.
Согласно другому варианту выполнения направляющий элемент выполнен в виде U-образной пружины, имеющей два плеча, расположенных с промежутками между ними, U-образная пружина установлена на управляющем штоке с возможностью вращения относительно корпуса вокруг его неподвижной оси совместно с управляющим штоком и с предотвращением колебательного перемещения, причем шток, проходящий через пружину, установлен с возможностью колебательного перемещения в промежутке между ее плечами, а выступ выполнен за одно целое с одним из плеч пружины и расположен с возможностью контакта со штоком во время колебательного движения штока, а также с возможностью изгиба одного плеча пружины, при этом выступ расположен с возможностью взаимодействия с управляющим штоком при перемещении штока в сторону, соответствующую уменьшению потока, и дальнейшего перемещения в закрытое положение клапана.
Причем плечи U-образной пружины изогнуты с образованием на них двух пар противолежащих участков, а противолежащие участки второй пары расположены на расстоянии, меньшем, чем ширина управляющего штока.
Кроме того, плечи U-образной пружины могут быть изогнуты с образованием на них третьей пары противолежащих участков, расположенных на расстоянии, меньшем, чем расстояние между участками первой пары, причем расстояние между участками третьей пары меньше ширины управляющего штока, а первая пара участков расположена между второй и третьей соосно им.
Согласно еще одному варианту выполнения стенка снабжена съемным пластинчатым элементом, на котором асимметрично расположен упругосмещаемый выступ, при этом съемный пластинчатый элемент выполнен с возможностью закрепления его в двух диаметрально противоположных положениях, соответствующих различной величине потока, получаемой при взаимодействии элемента клапанного узла с выступом.
Согласно другому варианту выполнения стенка снабжена съемным эластомерным пластинчатым элементом, а выступ выполнен за одно целое с пластинчатым элементом и расположен на нем асимметрично, при этом съемный пластинчатый элемент выполнен с возможностью закрепления его в двух диаметрально противоположных положениях, соответствующих различной величине потока, получаемой при взаимодействии элемента клапанного узла с выступом.
Другой смесительный клапан водопроводного крана, содержащий корпус с осевым отверстием, полостью, двумя впускными отверстиями и выпускным отверстием, сообщающимся с полостью, подвижный клапанный узел, включающий в себя клапанный элемент, установленный в клапанной камере, и управляющий шток, выступающий на клапанном элементе и проходящий наружу корпуса через осевое отверстие для регулирования потока жидкости как по расходу, так и по температуре, причем управляющий шток установлен с возможностью перемещения в одном направлении для регулирования потока жидкости, проходящей через выпускное отверстие, и в другом направлении для регулирования потока через оба впускных отверстия, согласно изобретению снабжен направляющим элементом с внутренними стенками, находящимися в зоне расположения одного из элементов клапанного узла, на стенке выполнен упругосмещаемый выступ, а указанный элемент клапанного узла расположен с возможностью перемещения в разных направлениях вдоль стенки при подходе к выступу с противоположных сторон и с возможностью взаимодействия с выступом, причем, выступ расположен с возможностью своего смещения в направлении, перпендикулярном движению элемента клапанного узла в месте их контакта.
Причем стенка снабжена съемным пластинчатым элементом, на котором упругосмещаемый выступ выполнен асимметрично, при этом съемный пластинчатый элемент выполнен с возможностью закрепления его в двух различных положениях, соответствующих различной величине потока, получаемой при взаимодействии элемента клапанного узла с выступом.
В другом варианте стенка снабжена съемным эластомерным пластинчатым элементом, а выступ выполнен за одно целое с пластинчатым элементом и расположен на нем асимметрично, при этом съемный пластинчатый элемент выполнен с возможностью закрепления его в двух положениях, соответствующих различной величине потока, получаемой при взаимодействии элемента клапанного узла с выступом.
Еще один смесительный клапан водопроводного крана, содержащий корпус с осевым отверстием, полостью, двумя впускными отверстиями и выпускным отверстием, сообщающимся с полостью, подвижный клапанный элемент, установленный в полости, и управляющий шток, выступающий на клапанном элементе и проходящий наружу корпуса через осевое отверстие для регулировки потока жидкости как по расходу, так и по температуре, причем, управляющий шток установлен с возможностью перемещения в одном направлении для регулирования потока жидкости, проходящей через выпускное отверстие, и в другом направлении для регулирования потока через оба впускных отверстия, согласно изобретению снабжен дисковым элементом, установленным с возможностью вращения на корпусе, в дисковом элементе выполнен сквозной продолговатый паз, имеющий две противоположные длинные стороны и две торцевые стороны с размерами, обеспечивающими проход сквозь паз управляющего штока, вдоль длинных сторон паза размещены выступающие на дисковом элементе упругие фланцы, причем по крайнем мере один из упругих фланцев выполнен с выступающим внутрь выступом, а управляющий шток установлен с возможностью взаимодействия с выступом, выполненным упругим для обеспечения перемещения управляющего штока вдоль паза.
Кроме того, он снабжен рукояткой, имеющей часть в виде ножки, неподвижно закрепленной на управляющем штоке, при этом ножка размещена с возможностью взаимодействия своей наружной поверхностью с выступом для изгиба упругого фланца в поперечном направлении наружу при перемещении штока по продольной оси вдоль паза.
На фиг.1 показан вертикальный разрез смесительного клапан водопроводного крана, выполненного в соответствии с первым вариантом исполнения (кран показан в выключенном положении); на фиг.2 - разрез смесительного клапана в частично открытом положении; на фиг.3 - разрез 3-3 смесительного клапана в увеличенном масштабе; на фиг.4 - разрез в плоскости 4-4; на фиг.5 - первая модификация пружины, взаимодействующей с управляющим штоком; на фиг.6 - вторая модификация пружины, взаимодействующей с управляющим штоком; на фиг.7 - третья модификация пружины; на фиг.8 - эластомерный пластинчатый элемент, содержащий выполненный с ним заодно упругосмещаемый выступ; на фиг.9 - разрез в вертикальной плоскости водопроводного крана с пластинчатым клапаном; на фиг. 10 - другая модификация смесительного клапана водопроводного крана; на фиг. 11 - разрез в плоскости 11-11, показывающий другой вариант выполнения упругосмещаемого выступа; на фиг.12 - другая модификация выполнения упругосмещаемого выступа; на фиг.13 - эластомерный элемент с упругосмещаемым выступом; на фиг.14 - эластомерый элемент, показанный на фиг.13 и повернутый в диаметрально противоположное положение; на фиг.15 - съемный пластинчатый элемент с упругосмещаемым выступом; на фиг.16 - съемный пластинчатый элемент, показанный на фиг.15 и повернутый в диаметрально противоположное положение; на фиг. 17 - график, показывающий зависимость необходимого рабочего усилия, прилагаемого к управляющему штоку в зависимости от состояния потока в конструкции клапана, представленной на фиг.4; на фиг.18 - график, показывающий зависимость необходимого рабочего усилия, прилагаемого к управляющему штоку в зависимости от состояния потока в конструкции клапана, показанной на фиг.5; на фиг.19 - график, показывающий зависимость необходимого рабочего усилия, прилагаемого к управляющему штоку в зависимости от состояния потока в конструкции клапана, показанной на фиг.6; на фиг.20 - упругосмещаемый выступ, взаимодействующий со стержнем шарового клапанного элемента при регулировании температуры воды; на фиг.21 - вид в изометрии диска с фланцами; на фиг.22 - вид в изометрии другой модификации диска с фланцами.
На фиг.1 и 2 показан смесительный клапан 10, имеющий корпус 12, образованный путем соединения основания 14 и крышки 16. В корпусе размещен подвижный клапанный узел, содержащий шаровой клапанный элемент 20 и управляющий шток 22, проходящий через отверстие 24 в крышке 16. На верхней поверхности регулировочного кольца 27 расположен кольцеобразный узел 26 для обеспечения установки узла 29, предназначенного для регулирования усилия, прилагаемого к управляющему штоку 22.
В основании 14 корпуса имеются два впускных отверстия 28 для горячей и холодной воды, а также выпускное отверстие 30 для прохода смешанной воды. Для упрощения чертежей одно из отверстий 28 показано пунктирными линиями.
Смесительный клапан 10 является клапаном патронного типа. Он содержит корпус патрона 32, образованный соединенными между собой нижним элементом 34 и верхним элементом 36. Нижний элемент 34 корпуса патрона имеет два впускных канала 38, в которых расположены уплотняющие средства (не показаны), установленные соосно с впускными отверстиями 28. Выпускной канал 40 совмещен с выпускным отверстием 30.
Корпус патрона 32 имеет профилированную шаровую полость 44 для шарового клапанного элемента 20. В шаровом клапанном элементе 20 выполнены каналы 48 и 50, совмещаемые с каналами 38 и 40 при регулировании расхода и температуры воды, проходящей в выпускное отверстие 30. Для исключения утечки воды из смесительного клапана 10 наружу между верхней частью шарового клапанного элемента 20 и верхним элементом 36 корпуса патрона расположена уплотняющая прокладка 52. Уплотняющая прокладка 52 удерживается на месте посредством регулировочного кольца 27, соединенного резьбой с верхним элементом 36 корпуса.
Как показано на фиг. 3, шаровой клапанный элемент 20 имеет проходящий через него стержень 58 с концами 60, входящими в паз 62, находящийся под направляющим кольцом 64, которое образует направляющий механизм 65. Направляющий механизм такого типа описан в заявке PCT/US 91/07816. Направляющий механизм 65 позволяет регулируемому штоку совершать вращательное движение вокруг неподвижной вертикальной оси 66 и колебательное движение вокруг горизонтальной оси 68 стержня 58. Ось 68 может перемещаться относительно корпуса 12, но является неподвижной относительно шарового клапанного элемента 20. Ось 66 проходит через отверстие 24 и полость 44 в корпусе 12. Движение в другом, отличном от этих двух указанных направлений исключается благодаря конструкции внутренних элементов смесительного клапана 10. Стержень 58, направляющее кольцо 64 и нижний элемент 34 корпуса патрона изготовлены достаточно прочными, чтобы выдерживать поперечные вращающиеся силы в других отличающихся от указанных направлениях.
Узел вращающегося кольца 26 включает диск 70, который установлен с возможностью вращения на верхней поверхности наружного кольца 72 регулировочного кольца 27 вокруг вертикальной оси 66. Как показано на фиг. 1 и 3, диск 70 имеет продольный паз 74, с противоположными длинными сторонами 78 и двумя противоположными торцевыми сторонами 80 и 81. Диск 70 удерживается на регулировочном кольце 27 установочным кольцом 82, которое соединяется с наружной верхней периферийной поверхностью 84 регулировочного кольца 27.
Как показано на фиг. 4, на наружной периферийной поверхности регулировочного кольца 27 выполнены участки 91 со шлицами, взаимодействующим со шлицами, выполненными на участках 90 внутренней поверхности кольца 82. Регулировка кольца 82 определяет величину угла поворота диска 70 и шарового клапанного элемента 20 между положением для подачи полностью холодной воды, определенным направляющим механизмом 65, и положением для подачи полностью горячей воды.
Для управления шаровым клапанным элементом 20 на управляющем штоке 22 закреплена управляющая рукоятка 92. Рукоятка 92 имеет рычажную часть 93, часть 94 в виде колпачка, ножку 96, которая соединена со штоком 22.
Ножка 96 имеет прямоугольное сечение такого размера, чтобы обеспечить ее проход через паз 74 с расположением двух ее сторон 98 в непосредственной близости от фланцев 76. Это необходимо для обеспечения вращения диска 70 при вращении рукоятки 92 вокруг оси 66.
Шток 22 может иметь лыску 95, образованную механической обработкой. Лыска расположена напротив выполненного в ножке 96 резьбового отверстия 97, в которое входит установочный винт 85. Колпачок 94 может иметь отверстие 99 для удобства доступа к установочному винту 85.
Расстояние между стенками 80 и 81 паза 74 определяет величину колебательного перемещения штока 22. При нахождении в выключенном положении шток 22 контактирует со стенкой 80, а в полностью открытом положении, соответствующем максимальному потоку, шток 22 упирается в торцевую стенку 81.
На фиг. 3 и 4 показана U-образная пружина 100, установленная внутри канавки 101, аксиально сцентрированной с пазом 74 во вращающемся диске 70. U-образная пружина 100 имеет два упругих плеча 102, которые проходят от петлевой части 104. Петлевая часть 104 имеет установочную плоскую поверхность 106, в которой выполнено отверстие для винта 108, завинчиваемого в диск 70 для прикрепления пружины к диску 70. Два плеча 102 имеют параллельно расположенные концы 110, которые охватывают с двух сторон управляющий шток 22.
Удаленные от центра концы 110 могут также контактировать с выступами 103 диска 70.
Для перемещения управляющего штока 22 вдоль полости 112 между концами 110 к управляющему штоку должно быть приложено усилие определенной величины, под действием которого рукоятка 92 и шток 22 смогут осуществить поворот подвижного клапанного элемента вокруг горизонтальной оси 68 при регулировании общего расхода потока.
Подобное же усилие должно быть приложено для осуществления вращения шарового клапанного элемента вокруг вертикальной оси 66 при регулировании температуры смешанной воды.
В том и другом случае усилие, прилагаемое к управляющему штоку 22, должно преодолевать усилие трения, присущее узлам крана.
Каждое из плеч 102 пружины 100 имеет внутренний выступ 114. Между выступами 114 имеется зазор 116, меньший по величине диаметра штока 22. Таким образом, при движении управляющего штока из положения, показанного на фиг. 4 и соответствующего заданному общему потоку, в положение, соответствующее большему потоку, к штоку необходимо приложить значительно большее усилие для смещения плеч 102 пружины и изгиба их наружу при проходе штока в сторону конца 81 паза 74. Изгиб плеч 102 в месте расположения выступов 114 происходит в направлении, перпендикулярном движению штока 22. Для изгиба плеч 102 требуется приложить к штоку увеличенное рабочее усилие. Это воспринимается потребителем, как указание на то, что в этом положении рукоятки достигнут максимальный расход.
При регулировании расхода потока в среднем диапазоне потребитель совершает продольное рабочее перемещение рукоятки 92. Когда необходимо увеличить расход воды по сравнению с расходом, соответствующим положению управляющего штока, показанному на фиг. 4, потребителю необходимо переместить управляющий шток в том же направлении, приложив к нему повышенное усилие.
Других движений, отличных от обычных, используемых для регулирования расхода, для получения максимального расхода не требуется.
Когда плечи 102 изгибаются наружу, их части 115 устанавливаются параллельно друг другу. После того, как шток 22 переместится за выступы 114, параллельные части 115 воздействуют на шток 22, создавая повышенное трение. За счет трения шток будет оставаться на участке 116 между плечами 110.
На фиг. 17 показан график зависимости рабочего усилия от состояния потока в смесительном клапане, содержащем пружину 100. Участок 124 графика соответствует минимальному рабочему усилию. Участок 122 графика соответствует усилию, необходимому для изгиба пружины 100. Кривая имеет пик в точке 123. Скорость изменения усилия, вызванная наличием выступов 114 на плечах пружины, является довольно большой, как это видно по почти вертикальному положению части 122 кривой графика.
Усилие, соответствующее потоку большей величины, вызванное повышенным трением частей 115 о шток, является по существу постоянным и большим по величине, что видно на участке 120 графика.
Когда управляющий шток вращается только вокруг вертикальной оси 66, пружина 100 не оказывает на шток 22 какого-либо влияния. Пружина поворачивается только одновременно с диском 70 и остается неподвижной, когда шток 22 поворачивается вокруг оси 66.
В другом варианте выполнения пружины, показанном на фиг. 5, U-образная пружина установлена также, как в варианте на фиг. 4, однако имеет другую конфигурацию плеч 202. U-образная пружина 200 имеет два плеча 202, отходящих от петлевой части 204. Петлевая часть 204 имеет плоскую поверхность 206 с отверстием для винта 208, которым пружину 200 прикрепляют к диску 70.
Участки 215 плеч расположены на большем расстоянии друг от друга, чем участки 210. Направленные внутрь выступы 214 контактируют с управляющим штоком 22 при такой величине расхода воды, которая находится ближе к выключенному положению, чем величина расхода, соответствующая контакту штока с выступами 114, изображенными на фиг. 4.
Участки 210 плеч находятся на расстоянии друг от друга, меньшем, чем диаметр штока 22. Когда плечи 202 изгибаются наряду штоком 22, их участки 210 становятся параллельными друг другу.
На фиг. 18 схематично показана в виде графика величина рабочего усилия в зависимости от величины потока в смесительном клапане, содержащем пружину 200.
Участок 224 указанного графика соответствует усилию, необходимому для перевода крана из полностью открытого положения в позицию, показанную на фиг. 5. Для смещения плеч 202 пружины и их изгиба наружу необходимо приложить значительно большее усилие, чем позволит штоку переместиться в сторону стенки 80 паза 74. Это увеличение усилия показано на участке 222 кривой, которая имеет пик в точке 223.
Когда плечи 202 изгибаются наружу, удаленные от центра участки 210 плеч располагаются параллельно друг другу. После того, как шток 22 переместится за выступы 214, параллельные участки 210 воздействуют на шток 22, создавая повышенное трение. Увеличенное трение требует увеличения усилия, прилагаемого к управляющему штоку. Это усилие соответствует участку 220 графика.
Обычно, когда потребитель пользуется смесительным клапаном, он прилагает к рукоятке примерно постоянное усилие. Поскольку скорость перемещения рукоятки и связанного с ней шарового клапанного элемента зависит от усилия, оказываемого на рукоятку пружиной, то скорость перемещения штока под действием прилагаемого потребителем усилия в зазоре между участками 215 резко уменьшается при переходе штока из положения, показанного на фиг. 5, в положение между участками 210 плеч 202, т.е. в полностью выключенное положение.
Увеличение времени для выключения клапана достигается за счет более медленного движения шарового клапанного элемента, что значительно уменьшает риск возникновения явления "стук молотка".
Преимущества пружинных зажимов 100 и 200 можно объединить, выполнив пружину так, как это показано на фиг. 6. Пружина 300 установлена также, как и пружины 100 или 200.
U-образная пружина имеет два плеча 302, отходящих от петлевой части 304. Часть 304 в виде петли имеет установочную плоскую поверхность 306 с отверстием для винта 308, прикрепляющего пружину 300 к диску 70. Два плеча 302 пружины имеют обычно параллельные средние участки 310, расстояние между которыми меньше диаметра штока, что обеспечивает их прилегание к штоку.
Для перемещения управляющего штока вдоль полости 312 между средними участками 310 к штоку необходимо приложить первое рабочее усилие для преодоления сил трения, которые возникают в процессе продольного перемещения рукоятки 92 и штока 22, а также при повороте подвижного клапанного элемента 20 вокруг горизонтальной оси 68 при регулировании общего расхода воды.
Плечи 302 пружины имеют направленные внутрь выступы 314, промежуток между которыми меньше диаметра штока 22. Таким образом, при движении штока 22 из позиции, показанной на фиг. 6 и соответствующей заданному потоку, в позицию, соответствующую полностью закрытому положению, к штоку 22 необходимо приложить большие усилия, поскольку шток должен преодолеть усилие, оказываемое на него плечами 302, и изогнуть их наружу.
Выступы 314 и ближайшие к ним участки 315 пружины 300 действуют также, как и выступы 114 и ближайшие к ним секции 115 пружины 100, показанной на фиг. 4.
Направленные внутрь выступы 324 контактируют с управляющим штоком 22 в положении, соответствующем заданному потоку.
Удаленные от центра участки 320 плеч пружины находятся на расстоянии друг от друга, меньшем, чем диаметр штока 22.
Функции выступов 324 и удаленных от центра участков 320 идентичны функциям выступов 214 и удаленным участкам 210, показанным на фиг. 5.
Пружина 300, нагружающая шток 22, требует повышенного рабочего усилия для перемещения управляющего штока как в полностью открытое так и в полностью закрытое положения, тем самым уменьшает риск возникновения явления "стук молотка" при закрытии клапан.
На фиг. 19 показан график, повышающий зависимость усилия, прилагаемого к штоку, от состояния потока.
На фиг. 7 показана модифицированная пружина 350, которая выполняет те же функции, что и пружина 100, изображенная на фиг. 4. Пружина 350 отличается средством ее закрепления в диске 70, а именно вместо винта пружина 350 для закрепления в диске имеет направленные в стороны выступы 352. Выступы 352 могут быть упруго заведены в углубления 354 или в углубления 356.
На плечах пружины 350 выполнены выступы 364, направленные внутрь.
За счет наличия двух пар углублений 354 и 356 пружину 350 можно установить в два различных положения, что позволяет регулировать величину заданного потока, изменяя положение выступа 364 в продольном направлении, т.е. изменять положение места, где изгибается плечо пружины 350. Следовательно, при использовании одной пружины можно производить выбор из двух заданных скоростей потока.
На фиг. 8 показано, что металлический пружинный зажим можно заменять эластомерным элементом 400, который охватывает шток 22 и выполняет те же функции, что и U-образная пружина, описанная выше.
Эластомерные элементы 400 можно выполнять за одно целое с диском 70. Эластомерный элемент 400 содержит стенки, на каждой из которых расположены направленные внутрь друг к другу выступы 402. За каждой стенкой 400 расположены полости 404, обеспечивающие изгиб стенки 400 в полость при перемещении штока 22 и его взаимодействия с выступами 402. Стенки 400 образуют в диске 70 паз 74, имеющий участки 78 стенок.
На фиг. 9 показан смесительный кран 450 с пластинчатым клапаном. Смесительный кран 450 содержит корпус 452, крышку 454 и расположенную в корпусе гильзу 455. В гильзе находятся неподвижная пластина 456 и подвижная пластина 458, взаимодействующие друг с другом в процессе регулирования расхода потока и отношения холодной и горячей воды в смеси, выходящей в выпускное отверстие.
Для упрощения на чертеже показано только одно впускное отверстие 460, а другое впускное отверстие и выпускное отверстие не показаны.
Неподвижная пластина 456 и подвижная пластина 458 изготовлены из твердых материалов, например полированной керамики. Подвижная пластина 458 соединена с подвижным управляющим устройством 462, которая приводится в движение управляющим штоком 464, имеющим выходящее из корпуса наружное плечо 466, шаровой соединительный элемент 468 и внутреннее плечо 470. Шаровой соединительный элемент 468 закреплен в гильзе 455 неподвижными элементами 472 и 474. Направление рабочего движения определяется либо внутренним направляющим механизмом 476, расположенным между управляющим устройством 462 и вращающимся кольцом 463, либо наружным регулирующим устройством 478, содержащим неподвижный элемент 480 и вращающийся диск 481 с пазом, через который проходит наружное плечо 466, имеющее некруглую форму в поперечном сечении.
Рукоятка 92 закреплена на наружном плече 466. Движения рукоятки в данном кране являются такими же, как у крана, показанного на фиг. 1. Поворот вокруг горизонтальной оси 68 регулирует расход потока, а вращение вокруг вертикальной оси штока регулирует температуру смеси. На фиг. 9 рукоятка показана в положении, соответствующем выключенному положению крана.
Кран может включать устройство 29 для регулирования усилия, например U-образную пружину 100, работающую как это описано выше или может содержать любые другие конструкции, показанные на фиг. 5 - 8.
В описанных выше конструкциях средство для регулирования усилия, действующего на управляющий шток 22, расположено на внутренней стороне диска 70 водопроводного крана. Другие модификации водопроводного крана могут содержать выступ на диске 70, причем средство для регулирования усилия расположено на наружной поверхности водопроводного крана.
Как показано на фиг. 10, узел для регулирования расхода потока содержит основание 500, которое можно выполнить в виде отдельной детали или изготовить за одно целое с дисковым элементом 70. В основании 500 может быть установлена пружина 100, как это показано на фиг. 10 или пружина 502, которая изображена на фиг. 11.
Пружина 502 содержит упругосмещаемый выступ 504, который расположен с возможностью взаимодействия с ножкой 506, закрепленной на штоке 22.
Пружина 502 также, как и пружина 100, требует приложения к штоку большего усилия для упругого смещения ее выступов.
На фиг. 12 показано основание 520, изготовленное из упругого эластичного материала. Основание содержит пружину 522 с выступом 524, которые выполнены за одно целое с основанием. Пружина 522 действует так же, как и пружина 502.
Другую пружину 526 с выступом 528 можно также изготовить за одно целое с основанием 520 и она будет действовать так же, как описанная выше пружина 200 для уменьшения явления "стука молотка".
На фиг. 13 показано основание 530, содержащее упругий пружинный элемент 532 с выступом 534, расположенным асимметрично. В зависимости от того, как установлена пружина 532, т. е. находится ли выступом 534 ближе к верхней торцевой стенке (как это показано на фиг. 13) или ближе к нижней торцевой стенке (как это показано на фиг. 14), можно прилагать к штоку повышенное усилие при двух различных заданных величинах потока.
В конструкции, показанной на фиг. 13, поверхность ножки 506 рукоятки 92 выполнена под некоторым углом для снижения минимально необходимого рабочего усилия, прикладываемого к штоку для прохода мимо выступа 534 во времени движения в сторону выключения крана.
На фиг. 15 показана пружина другой формы, которая содержит основание 540 и вкладыш 542, имеющий опорную кнопку 544.
Винтовая пружина 546, расположенная в отверстии 548, смещает кнопку 544 в сторону штока для обеспечения контакта кнопки 544 со штоком 22 или ножкой 506 рукоятки 92. Отверстие 548 может быть расположено на вкладыше 542 симметрично, причем вкладыш может быть установлен в основании в двух различных противоположных направлениях, показанных на фиг. 15 и 16, что позволяет регулировать величину расхода, соответствующего месту контакта штока с выступом.
Вкладыш 542 может иметь круглую или многоугольную наружную поверхность, благодаря этому вкладыш может быть повернут вокруг оси и установлен в углублении 550 в нескольких положениях, что обеспечивает более широкое применение крана. Вкладыш 542 может быть снабжен направляющим штифтом 522, установленным в углублении 550.
На фиг. 21 и 22 показан вариант исполнения зажимного узла, в котором выступы 724 выполнены за одно целое с фланцами и расположены на внутренней поверхности фланцев 76, находящихся на диске 70. Часть 96 ножки рукоятки 92 имеет участок 796 такой конфигурации, которая позволяет ему примыкать к выступам 724 и тем самым изгибать фланцы 76 наружу.
Благодаря упругости фланцев 76 они могут после изгиба возвращаться в исходное вертикальное положение.
На фиг. 21 показано, что выступ 724 выполнен в виде утолщенных концевых участков каждого фланца 76. На фиг. 22 показаны выступы 724, выполненные в виде вертикальных ребер, расположенных на внутренних поверхностях вблизи их торцев.
Можно также регулировать усилие в смесительном кране в процессе изменения температуры смеси. В этом случае, как показано на фиг. 20, упруго смещаемый выступ 600 содержит кнопку 602 и винтовую пружину 604, расположенную в отверстии 606 элемента 34 таким образом, что кнопка 602 выступает в направляющий паз 62. Кнопка расположена в пазу 62 таким образом, что при перемещении штифта 58 в процессе регулирования смеси воды концы штифта 60 упираются в выступ 600 и толкают кнопку 602 вниз в отверстие 606, сжимая пружину 604.
Для преодоления штоком выступа к штоку необходимо приложить большее усилие, что ощущается потребителем. Увеличение усилия указывает на достижение максимальной температуры. Выступ 600 расположен в пазу на одном конце, соответствующем комфортной зоне температур, указывая потребителю на то, что дальнейшее перемещение штифта за выступ 600 при приложении больших рабочих усилий обеспечит получение горячей воды с температурой выше температуры в комфортной зоне.
Кнопка может иметь асимметричный скос для обеспечения более легкого и плавного движения направляющего штифта из положения "полностью горячая вода" в положение "холодная вода".
Для перехода штифта через кнопку потребитель должен продолжать то движение, которое он совершает для регулирования температуры в нормальном диапазоне, однако, должен приложить большее усилие. При движении в сторону положения "холодная вода" это приведет к прекращению поступления горячей воды.
Возможна также разработка других технически эквивалентных решений с использованием идеи данного изобретения. Например, шаровой клапанный элемент может быть установлен непосредственно в корпусе 12 без патронного корпуса 32.
В других вариантах исполнения упругосмещаемый выступ может быть расположен на участке подвижного клапанного элемента, который входит в контакт с вращающейся или неподвижной частью смесительного клапана.
Кроме того, в объеме изобретения, определяемом формулой изобретения, возможны другие изменения и модификации.
Реферат
Использование: в области санитарной техники. Сущность изобретения: смесительный клапан водопроводного крана содержит корпус с впускными и выпускными отверстиями, подвижный клапанный узел в виде клапанного элемента, расположенного в корпусе, и управляющего штока, выходящего наружу корпуса. Шток расположен с возможностью перемещения в одном направлении для регулирования расхода и в другом направлении - для регулирования температуры вытекающей воды. Клапан снабжен направляющим элементом, на стенке которого выполнен упругосмещаемый выступ, а шток расположен с возможностью взаимодействия с выступом при своем перемещении в другое положение, соответствующее другой величине расхода. Причем выступ расположен с возможностью смещения в направлении, перпендикулярном движению штока. При этом направляющий элемент выполнен в виде U-образной пружины, на плечах которой выступы расположены в различных местах. Кроме того, выступ может быть выполнен на съемном эластомерном элементе. 3 с. и 18 з.п. ф-лы, 22 ил.
