Медиагруппа ARMTORG. Вентильная головка

Уважаемые друзья и коллеги, перед вами новая статья медиагруппы ARMTORG из рубрики «Обзор патентов». В этом номере журнала мы хотим проинформировать вас о полезной модели, которая относится к водоразборной санитарно-технической арматуре.

Автором полезной модели стал Свинцов Александр Петрович. Патентообладателем является Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский университет дружбы народов» (РУДН). Патент был опубликован на сервисе «Яндекс.Патенты» 11.02.2022.

Полезная модель относится к водоразборной санитарно-технической арматуре и может быть использована в системах внутренних водопроводов зданий. Вентильная головка содержит корпус с резьбой, с входным отверстием и полостью, затвор в виде подвижной и неподвижной плоских керамический шайб с проходными отверстиями. Приводной ступенчатый шток, цилиндрическая часть которого размещена в полости, герметизирована резиновыми уплотнительными кольцами, а в месте перехода участка штока меньшего диаметра к участку штока с большим диаметром установлен подшипник скольжения. На конце штока выполнены два центрально симметричных выступа, взаимодействующих с подвижной шайбой. Неподвижная шайба расположена в двух центрально симметричных пазах корпуса, герметизирована и зафиксирована с помощью уплотнительной втулки и ограничителя от избыточного давления при установке в сантехническую арматуру. Подшипник скольжения выполнен из трех шайб, выполненных из самосмазывающегося многослойного материала, состоящего из стальной основы и антифрикционных слоев на основе меди, и установленных без закрепления на цилиндрической части штока в месте его перехода с меньшего диаметра к большему и соприкасающихся между собой рабочими поверхностями. Наружный диаметр шайб меньше внутреннего диаметра полости корпуса. Внутренний диаметр шайб больше диаметра цилиндрической части штока. Технический результат полезной модели заключается в расширении арсенала технических средств, относящихся к вентильным головкам водоразборной санитарно-технической арматуры.

Формула изобретения

1. Вентильная головка, содержащая корпус с резьбой, с входным отверстием и полостью, затвор в виде подвижной и неподвижной плоских керамический шайб с проходными отверстиями, приводной ступенчатый шток, цилиндрическая часть которого, размещенная в полости, герметизирована резиновыми уплотнительными кольцами, а в месте перехода участка штока меньшего диаметра к участку штока с большим диаметром установлен подшипник скольжения, на конце штока выполнены два центрально симметричных выступа, взаимодействующих с подвижной шайбой, а неподвижная шайба расположена в двух центрально симметричных пазах корпуса, герметизирована и зафиксирована с помощью уплотнительной втулки и ограничителя от избыточного давления при установке в сантехническую арматуру, при этом в цилиндрической поверхности корпуса выполнены два центрально симметричных выходных окна с образованием у его выходного торца перемычки, с противоположной стороны входного торца корпуса выполнен упор в виде сегментного выреза, взаимодействующего с ограничителем поворота, представляющего собой радиально закрепленный на штоке штифт, а также элемент фиксации вентильной головки в сантехнической арматуре, отличающаяся тем, что подшипник скольжения выполнен из трех шайб, выполненных из самосмазывающегося многослойного материала, состоящего из стальной основы и антифрикционных слоев на основе меди, и установленных без закрепления на цилиндрической части штока в месте его перехода с меньшего диаметра к большему и соприкасающихся между собой рабочими поверхностями.

2. Вентильная головка по п. 1, отличающаяся тем, что наружный диаметр шайб меньше внутреннего диаметра полости корпуса.

3. Вентильная головка по п. 1, отличающаяся тем, что внутренний диаметр шайб больше диаметра цилиндрической части штока.

Описание

Полезная модель относится к водоразборной санитарно-технической арматуре и может быть использована в системах внутренних водопроводов зданий.

Водоразборная санитарно-техническая арматура предназначена для открывания и закрывания потока воды, а также для регулирования ее расхода на всем диапазоне давлений, применяемых в сетях внутреннего водопровода зданий.

Одной из наиболее значимых проблем применения вентильных головок водоразборной санитарно-технической арматуры является обеспечение плавного поворота рукояти при пользовании, а также в предотвращении ослабления взаимного прижатия рабочих поверхностей элементов запорной пары и ее разгерметизации в закрытом положении с образованием утечек различной интенсивности.

Известно техническое решение сменного клапана (патент на изобретение RU № 2178851 от 27.01.2002, бюл. № 3), содержащего корпус с затвором из набора подвижной и неподвижной плоских шайб. Поворотный шток привода герметизирован уплотнительными кольцами.

Недостатком указанного технического решения является отсутствие подшипника скольжения на штоке, что приводит к интенсивному истиранию взаимодействующих поверхностей штока и корпуса.

Известно техническое решение вентильной головки (патент на полезную модель RU № 15375 от 10.10.2000, бюл. № 28), содержащей корпус с входным и выходными отверстиями, приводной шток, цилиндрическая часть которого, размещенная в полости, загерметизирована уплотнительным кольцом, а также запорную пару в виде двух контактирующих между собой керамических дисковых шайб, одна из которых выполнена со сквозными отверстиями и неподвижно закреплена в корпусе, а вторая установлена с возможностью поворота относительно первой, и взаимодействующего контакта со штоком, ограничивающим ее поворот, при этом в подвижной шайбе на поверхности, обращенной к неподвижной шайбе, выполнены углубления под углом 5-15° по отношению к ее торцевым плоскостям, вырезанные под углом по отношению к ее торцевым плоскостям. На штоке закреплен штифт, а в основании корпуса выполнен паз, ограничивающие поворот штока и подвижной шайбы.

Недостатком указанного технического решения является трение без скольжения торцевых поверхностей приводного штока и полости корпуса. По мере истирания взаимодействующих поверхностей взаимное прижатие рабочих поверхностей элементов запорной пары ослабевает, что приводит к негерметичности запорной пары в закрытом положении и образованию утечек воды различной интенсивности.

Известна вентильная головка (патент RU № 2242659 F16K 3/08 от 20.12.2004. Бюл. № 35), содержащая корпус с наружной резьбой и контргайкой с уплотнительным кольцом для крепления в гнезде арматуры и с выполненной ниже резьбы трубчатой стенкой с окном для выхода рабочей жидкости. В корпусе расположен шток с радиальным выступом в нижней части, уплотнительным кольцом и антифрикционной шайбой. Шток жестко связан с подвижной керамической шайбой с помощью водила. В корпусе расположена неподвижная керамическая пластина и поджимающее ее снизу эластичное торцевое уплотнение. Корпус на участке между верхним торцом подвижной керамической пластины и резьбой выполнен с одним прямоугольным окном шириной 180° по окружности.

Центральное отверстие под шток в корпусе выполнено ступенчатым. Через ступень большего диаметра отверстия свободно проходит выступ на нижней части штока. Через ступень малого диаметра этот выступ проходит только через часть, вырезанную под окно. При повороте штока его выступ упирается в ребро стенки корпуса в области ступени малого диаметра с возможностью ограничения угла поворота штока.

Недостаток указанного технического решения заключается в том, что антифрикционная шайба в процессе использования подвергается трению как со стороны внутренней поверхности торцевой части корпуса, так и со стороны наружной поверхности торцевой части штока. Это приводит к тому, что толщина антифрикционной шайбы уменьшается, что вызывает уменьшение плотности прижатия керамических пластин запорной пары за счет ослабления торцевого уплотнения и к негерметичности закрытой запорной пары с образованием утечек воды различной интенсивности.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является вентильная головка (патент RU № 2234629, F16K 3/08, 20.08.2004), которая содержит корпус с резьбой, с входным отверстием и полостью, запорную пару в виде подвижной и неподвижной плоских керамических шайб с проходными отверстиями, приводной ступенчатый шток. Цилиндрическая часть штока размещена в полости корпуса и герметизирована резиновыми уплотнителями, а на конце штока выполнены два центрально симметричных выступа, взаимодействующих с подвижной шайбой. Неподвижная шайба расположена в двух центрально симметричных пазах корпуса, герметично зафиксирована резиновой уплотнительной втулкой. В цилиндрической поверхности корпуса выполнены два центрально симметричных выходных окна с образованием у его входного торца перемычки, с противоположной стороны входного торца корпуса выполнен упор в виде сегментного выреза, взаимодействующего с ограничителем поворота, представляющего собой радиально закрепленный на штоке штифт. Вентильная головка содержит элемент фиксации вентильной головки в сантехнической арматуре, при этом упомянутые два центрально симметричных паза в боковой поверхности корпуса по длине выходят за выходной по отношении к рабочей среде торец подвижной керамической шайбы, образуя дополнительный канал для протока рабочей среды. На штоке в месте перехода участка штока наименьшего диаметра к участку штока с большим диаметром установлен подшипник скольжения, выполненный в виде кольца из капролактама.

Недостатком прототипа является то, что подшипник скольжения выполнен в виде одного кольца, которое, даже будучи выполненным из антифрикционного материала, истирается о металлические поверхности корпуса и штока. Это обуславливает уменьшение толщины указанного кольца и снижение плотности прижатия рабочих поверхностей элементов запорной пары между собой резиновой уплотнительной втулкой. Снижение плотности прижатия элементов между собой уменьшает плотность прилегания их рабочих поверхностей, что приводит к образованию капельной негерметичности запорной пары.

Технический результат полезной модели заключается в расширении арсенала технических средств, относящихся к вентильным головкам водоразборной санитарно-технической арматуры. Полезная модель позволяет улучшить эксплуатационные характеристики вентильных головок с керамическими запорными элементами, включая герметичность перекрытия воды во всем диапазоне рабочих давлений и герметичность в закрытом состоянии, малое усилие поворота штока вентильной головки, обеспечит плавный поворот штока (без заеданий) и хорошую регулирующую способности, а также увеличит срок службы уплотнительной втулки.

Обоснование новых признаков вентильной головки по заявляемому техническому решению.

Технический результат достигается тем, что вентильная головка, содержащая корпус с резьбой, с входным отверстием и полостью, затвор в виде подвижной и неподвижной плоских керамический шайб с проходными отверстиями, приводной ступенчатый шток, цилиндрическая часть которого, размещенная в полости, герметизирована резиновыми уплотнительными кольцами, а в месте перехода участка штока меньшего диаметра к участку штока с большим диаметром установлен подшипник скольжения, на конце штока выполнены два центрально симметричных выступа, взаимодействующих с подвижной шайбой, а неподвижная шайба расположена в двух центрально симметричных пазах корпуса, герметизирована и зафиксирована с помощью уплотнительной втулки и ограничителя от избыточного давления при установке в сантехническую арматуру, при этом в цилиндрической поверхности корпуса выполнены два центрально симметричных выходных окна с образованием у его выходного торца перемычки, с противоположной стороны входного торца корпуса выполнен упор в виде сегментного выреза, взаимодействующего с ограничителем поворота, представляющего собой радиально закрепленный на штоке штифт, а также элемент фиксации вентильной головки в сантехнической арматуре, а подшипник скольжения выполнен из трех шайб, выполненных из самосмазывающегося многослойного материала, состоящего из стальной основы и антифрикционных слоев на основе меди, установленных без закрепления на цилиндрической части штока в месте его перехода с меньшего диаметра к большему и соприкасающихся между собой рабочими поверхностями. Антифрикционные слои необходимы для снижения истирания поверхностей подшипника скольжения и поверхностей шока, взаимодействующих между собой. Антифрикционные слои на основе меди необходимы для обеспечения нормального электролитического взаимодействия с бронзовыми или латунными элементами корпуса и штока вентильной головки. При этом наружный диаметр шайб меньше внутреннего диаметра полости корпуса, а внутренний диаметр шайб больше.

Техническое решение в вентильной головке подшипника скольжения и его размещение в рабочем положении позволяет обеспечить скольжение поверхностей средней шайбы о соприкасающиеся поверхности крайних шайб. Наружные поверхности крайних шайб соприкасаются с шероховатыми металлическими поверхностями штока и полости корпуса и практически не вращаются. Наружный диаметр шайб принят меньше, чем внутренний диаметр полости корпуса, что позволяет размещать их в рабочее положение. Если наружный диаметр шайб будет равен или больше внутреннего диаметра полости корпуса, то будет невозможно установить шайбы в рабочее положение. Нижний предел наружного диаметра шайб не может быть равным или меньше их внутреннего диаметра, так как в этом случае шайб не будет как таковых. Внутренний диаметр шайб принят больше, чем диаметр цилиндрической части штока, что позволяет устанавливать их в рабочее положение на штоке. Это позволяет существенно снизить их истирание и за счет этого улучшить эксплуатационные характеристики вентильной головки для водоразборной арматуры. Шайбы подшипника скольжения выполнены из самосмазывающегося многослойного материала, состоящего из стальной основы и антифрикционных слоев на основе меди. Улучшение эксплуатационных характеристик заключается в устранении капельной негерметичности арматуры, образующейся из-за истирания шайбы подшипника скольжения и уменьшения плотности прижатия элементов запорной пары между собой. Улучшение эксплуатационных характеристик заключается также в необходимости приложения малого усилия для поворота штока вентильной головки и обеспечения плавного поворота штока (без заеданий). Это позволяет обеспечить хорошую регулирующую способность вентильной головки и увеличение срока службы уплотнительной втулки.

Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена общая схема технического решения вентильной головки.

Вентильная головка состоит из корпуса 1, в полости которого установлен шток 2, имеющий полую цилиндрическую часть с большим диаметром и часть с меньшим диаметром в виде стержня управления. На торце полой цилиндрической части штока 2 установлен подвижный элемент 3 запорной пары, рабочая поверхность которого взаимодействует с рабочей поверхностью неподвижного элемента 4, при этом указанные элементы прижаты уплотнительной втулкой 5, установленной в торцевой части корпуса 1. На боковых поверхностях корпуса 1 и полой цилиндрической части штока 2 выполнены выходные окна 6 и 7, расположенные на одной оси по диаметру. На части штока 2 с меньшим диаметром установлены уплотнительные кольца 8. В месте перехода цилиндрической полой части штока 2 с большим диаметром, например, 15 мм к его части с меньшим диаметром, например, 9 мм установлен подшипник скольжения, выполненный из средней 9, нижней 10 и верхней 11 шайб, выполненных из самосмазывающегося многослойного материала, который состоит из стальной основы, например, сталь марки Е 235-А (Fe 360-А), и антифрикционных слоев на основе меди, например, по ГОСТ 28813-90, взаимодействующих между собой рабочими поверхностями. Средняя шайба 9 взаимодействует своими обеими поверхностями с поверхностями нижней 10 и верхней 11 шайб. Указанные шайбы расположены на цилиндрической части штока 2 в месте изменения его диаметра. Шток 2 в рабочем положении зафиксирован винтом 12. На наружной части корпуса 1 размещена контргайка 13 и уплотнительное кольцо 14.

Вентильная головка по заявляемому техническому решению работает следующим образом. В собранном виде подшипник скольжения установлен в рабочее положение так, что средняя шайба 9 установлена между нижней 10 и верхней 11 шайбами. При этом все три шайбы нанизаны на цилиндрическую часть штока 2 без закрепления. При вращении штока 2 средняя шайба 9 подшипника скольжения своими поверхностями скользит по поверхностям нижней 10 и верхней 11 шайб. При этом в процессе пользовании арматурой указанные шайбы скользят одна относительно другой, что обеспечивает минимальный их износ. Уплотнительные кольца 8 установлены на части штока 2 с меньшим диаметром. Шток 2 в рабочем положении зафиксирован винтом 12. Подвижный элемент 3 запорной пары установлен в гнездо штока 2 так, чтобы ее рабочая поверхность была ориентирована к свободному торцу корпуса 1. Неподвижный элемент 4 установлен в посадочное гнездо корпуса 1 с обеспечением соприкосновения рабочих поверхностей обоих элементов, которые закреплены уплотнительной втулкой 5. Собранную вентильную головку устанавливают в рабочее положение в смеситель, туалетный кран или вентиль посредством резьбового соединения и прижимают уплотнительную втулку 5 к посадочному гнезду в арматуре. Корпус 1, снабженный уплотнительным кольцом 14, фиксируют к водоразборной арматуре контргайкой 13. Вращением штока 2 изменяют площадь проходного отверстия запорной пары, за счет чего обеспечивают регулирование расхода жидкости.

Совокупность указанных признаков по заявляемому техническому решению позволяет значительно улучшить эксплуатационные характеристики вентильной головки для водоразборной арматуры за счет обеспечения герметичности перекрытия воды во всем диапазоне рабочих давлений и герметичности в закрытом состоянии, малого усилия поворота штока вентильной головки, обеспечения плавного поворота штока (без заеданий), обеспечения хорошей регулирующей способности и увеличения срока службы уплотнительной втулки.