Устройство смыва для унитаза



Устройство смыва для унитаза
Устройство смыва для унитаза
Устройство смыва для унитаза
Устройство смыва для унитаза
Устройство смыва для унитаза
Устройство смыва для унитаза
Устройство смыва для унитаза
Устройство смыва для унитаза
Устройство смыва для унитаза
Устройство смыва для унитаза
Устройство смыва для унитаза
Устройство смыва для унитаза

 


Владельцы патента RU 2569034:

Гурьянов Валерий Сергеевич (RU)

Изобретение относится к санитарно-техническому оборудованию. Устройство содержит источник текучей среды при повышенном давлении и диафрагменный клапан непрямого действия. Клапан установлен между указанным источником текучей среды и входным отверстием унитаза с возможностью дозированной подачи текучей среды на смыв. Клапан включает в себя диафрагму (9) в качестве запорного элемента. Диафрагма (9) нормально поджата к седлу (11) в плоскости, параллельной продольной оси (12) клапана, и разделяющей внутренний объем клапана на три камеры - впускную (13) в основном продольную, наддиафрагменную (14) и выпускную, образованную поперечным (15), начиная от седла (11), и продольным (16) участками. Во впускной камере (13) клапана дополнительно предусмотрен рассекатель (18) потока текучей среды. Плоскость продольного сечения рассекателя совпадает с продольным сечением клапана. В конце поперечного участка (15) выпускной камеры дополнительно предусмотрена вторая, профилированная сглаживающе-направляющая лопатка (22). Обеспечивается повышение эффективности работы устройства путем снижения расхода воды на смыв и повышением качества смыва. 11 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Изобретение относится к санитарно-техническому оборудованию жилых и общественных зданий, а именно к смывным устройствам для туалетов, работающим при повышенном давлении, близком к давлению водопроводной сети.

Совершенствование сантехнических устройств типа «ватерклозет» последние годы характеризуется тенденцией замещения смывных бачков с крышкой, габаритном объеме порядка 25 литров и массе 12-14 кг при расходе 6-9 литров воды и к.п.д. порядка 1%, слив из которых происходит под собственным весом воды, герметичными сосудами-наполнителями без крышки и массой порядка 1 кг при расходе (смывной порции) от 3 до 3,5 литра воды и к.п.д. порядка 90%, слив из которых происходит под повышенным давлением водопроводной сети за счет воздушно-поршневого насоса (суть гидропневматического аккумулятора).

Известен ряд таких технических предложений, в основном авторских, где устройство содержит унитаз с верхним технологическим и задними входным и выходным отверстиями, герметичный сосуд-накопитель воды под давлением и воздуха, с патрубками напуска и выпуска воды под давлением, магистрали подвода воды к патрубку напуска и к входному отверстию унитаза от выпускного патрубка, с устройством ее открытия/закрытия, узел крепления сосуда-накопителя к задней части унитаза и систему управления (RU 13050 U1, E03D 3/00, 20.03.2000; RU 2322553 С1, E03D 3/10, 20.04.2008; CN, WO/2009/007840 А2, E03D 3/10, E03D 1/30, E03D 5/09, 15.01.2009; RU 2387756 С1, E03D 3/00, 27.04.2010; RU 2461684 С1, E03D 3/00, 20.09.2012; Гурьянов B.C. Разработка и поставка на рынок принципиально новой конструкции сантехнического устройства Innosan для туалета // Материалы Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции «Изобретатели в инновационном процессе России», 20-21 декабря 2013 г., СПбГПУ. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2014 (май). - С. 342-344).

При этом естественное стремление к снижению расхода воды на смыв, увеличение на порядок (практически до давления воды в стояке водопроводной сети населенного пункта - 1,5-2,5 атм.), рабочего давления в сосуде-накопителе (сливном бачке), необходимость и принципиальная возможность поднять эффективность очистки чаши унитаза, а также тенденция к автоматизации (с сопутствующей компьютеризацией) устройства смыва выдвинули, вслед за качественным инновационным скачком в отношении сливных бачков, на повестку дня задачу замены существовавших ранее устройств открытия/закрытия дозированного слива из сосуда-накопителя (сливного бачка), создания также качественно иных схем, конструкций и технологий.

Пока же имеющиеся аналоги комплексно не соответствуют этим новым требованиям.

В числе нерешенных задач, в частности, отсутствие желательной высокоскоростной «закрутки» потока на выходе из выпускного клапана, что повысило бы к.п.д. устройства смыва и эффективность собственно процесса смыва (взаимодействие поступающего в чашу унитаза потока со стенками чаши и, разумеется, с подлежащими смыву отходами жизнедеятельности).

«Закрученность» (одно- или двухплоскостная кривизна) траектории выходящего из клапана потока, в сочетании с высокой его скоростью, позволили бы, в частности, адаптировать геометрические и физические параметры потока к геометрии чаши унитаза, возможно не прибегая к «косой» (в плане) установке клапана или специального трубчатого его удлинителя, как это сделано, например, в упомянутом аналоге RU 13050 U1, E03D 3/00, 20.03.2000 (фиг. 4б, сечение N-N).

Наиболее близким к заявляемому по назначению и совокупности общих существенных конструктивных признаков аналогом (прототипом) является устройство смыва для унитаза, содержащее источник текучей среды при повышенном давлении и диафрагменный клапан непрямого действия, установленный между указанным источником текучей среды и входным отверстием унитаза с возможностью дозированной подачи текучей среды на смыв и включающий в себя диафрагму в качестве запорного элемента, нормально поджатую к седлу в плоскости, параллельной продольной оси клапана, и разделяющей внутренний объем клапана на три камеры - впускную в основном продольную со сглаживающе-направляющей лопаткой в ее конце под диафрагмой, наддиафрагменную со средствами управляемого поджатия диафрагмы к седлу, и выпускную, образованную поперечным, начиная от седла, и продольным участками (RU 2461684 С1, E03D 3/00, 20.09.2012).

Клапан установлен таким образом, что плоскость его продольного сечения лежит в продольной плоскости унитаза. Иными словами, наддиафрагменной камерой вверх.

При всех своих положительных качествах и технической прогрессивности, известное устройство-прототип обладает определенными недостатками. Рассмотрим их подробнее.

Входящий в клапан поток, под давлением источника и за счет собственной набранной кинетической энергии, почти «единым фронтом» поднимается, «отслеживая» в конце продольного участка впускной камеры сглаживающее-направляющий профиль первой лопатки, до седла и, отражаясь от приподнятой (по опыту авторов - на 4-6 мм), в открытом состоянии клапана, мембраны, «опрокидывается» (меняет направление практически на 180°) в поперечный участок почти односторонне, почти не искривляясь в поперечном направлении. При этом недоиспользование всего периметра седла для «водопада» вызывает «конкуренцию» струй и, соответственно, дополнительные гидравлические потери уже в сечении седла. Входной поток текучей среды с приобретенной одноплоскостно-криволинейной траекторией поднимается, с возможностью симметричного, относительно продольной плоскости клапана, разделения на струи с двухплоскостно-криволинейной траекторией. Для обеспечения нужного расхода на части периметра седла приходится завышать величину зазора под мембраной. Однако при этом неизбежно уменьшается скорость потока (вследствие падения давления).

Наиболее неблагоприятна ситуация с формированием потока в конце поперечного участка выпускной камеры, где не сглаженный прямой угол перехода к продольному участку выпускной камеры вносит существенную турбулентность. С учетом относительно высокого давления текучей среды, можно говорить и о гидравлическом ударе, обусловливающем повышенную шумность и снижение долговечности изделия.

В результате прохождения потока через весь пропускной канал (тракт) клапана, поток, во-первых, недонабирает давления (скорости) из-за гидравлических потерь, особенно на L-образном переходе из поперечного в продольный участок выпускной камеры; во-вторых, как следствие, недостаточно эффективны инжекционный (вовлечение окружающего воздуха в поток в соответствии с принципом Бернулли) и кавитационный (уже на подходе к чаше унитаза и непосредственно на ней) эффекты, определяющие скорость и качество смыва, вплоть до очистки поверхности унитаза от водяных осадков - прежде всего «ржавчины»; в-третьих, поступает в чашу вдоль продольной плоскости унитаза, с небольшой тенденцией к закрутке вверх (если ее не «сбить» отбойником унитаза непосредственно на выходе в чашу, что есть дополнительное гидравлическое сопротивление - увеличение турбулентности потока).

В итоге, устройство-прототип приходится признать еще недостаточно совершенным с точек зрения эффективности смыва, экономии смывочной жидкости (воды) и качества смыва.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности работы устройства путем снижения расхода воды на смыв и повышением качества смыва.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в устройстве смыва для унитаза, содержащем, источник текучей среды при повышенном давлении и диафрагменный клапан непрямого действия, установленный между указанным источником текучей среды и входным отверстием унитаза с возможностью дозированной подачи текучей среды на смыв и включающий в себя диафрагму в качестве запорного элемента, нормально поджатую к седлу (кольцевидной стенке входного отверстия в корпусе клапана в центральной его части) в плоскости, параллельной продольной оси клапана, и разделяющей внутренний объем клапана на три камеры - впускную продольную со сглаживающе-направляющей лопаткой в ее конце под диафрагмой, наддиафрагменную со средствами управляемого поджатия диафрагмы к седлу, и выпускную, образованную поперечным, начиная от седла, и продольным отрезками, во впускной камере клапана дополнительно предусмотрен рассекатель потока текучей среды, плоскость продольного сечения которого совпадает с продольным сечением клапана, а в конце поперечного отрезка выпускной камеры дополнительно предусмотрена вторая, профилированная сглаживающе-направляющая лопатка.

Решение поставленной технической задачи достигается также следующими совокупностями дополнительных конструктивных признаков устройства смыва (в сочетании с совокупностью основных признаков по предыдущему абзацу):

- профиль рассекателя потока текучей среды может соответствовать степенной зависимости:

,

где y, x - координаты полупрофиля в продольной горизонтальной вертикальной плоскости клапана соответственно в поперечном и продольном направлениях, при расположении точки отсчета координат на носике рассекателя (это - результат экспериментальной оптимизации профиля по условию минимизации потери давления и формирования криволинейной в двух взаимно ортогональных плоскостях струй);

- рассекатель потока текучей среды может быть конструктивно объединен с первой сглаживающе-направляющей лопаткой, с возможностью симметричного, относительно продольной плоскости клапана, разделения входного потока текучей среды на струи с двухплоскостно-криволинейной траекторией (это обеспечивает плавное, согласованное, без турбулентности, разделение/перераспределение входящего в клапан потока, позволяет уже на ранних стадиях движения потока сформировать высокоэффективную конфигурацию и состав выходящего из клапана потока как воздушно-жидкостной смеси, начать вовлечение в поток окружающего атмосферного воздуха, снизить потери давления в пропускном тракте клапана);

- дно кольцевого пространства между корпусом клапана и цилиндрической стенкой поперечного участка выпускной камеры может быть выполнено наклонным в продольном направлении, с образованием двух боковых симметричных желобов, восходящих к общей для них передней продольной линии на уровне седла (это позволяет, во-первых, равномернее распределить по периметру седла общий расход текучей среды, за счет отвода значительной его части «в обход с тыла и с флангов» по отношению к краю седла или, что то же самое - к кольцевому зазору над седлом под диафрагмой, а во-вторых - закрутить поток не только на 180°, но существенную его часть - до 360° включительно, то есть получить эффект полной обратимости струй в тракте клапана, причем при двухплоскостной закрутке).

- при предыдущей совокупности признаков, профиль желобов может быть выполнен, в его развертке на продольную плоскость клапана, линейным (это относительно проще технологически);

- при предпоследней совокупности признаков, профиль желобов может быть выполнен, в его развертке на продольную плоскость клапана, прогрессивным и соответствовать кубической параболе:

,

где ось x параллельна продольной оси клапана и ориентирована на выпускную камеру, а ось y - на диафрагму (этим будет максимально использована возможность совершения струями «мертвой петли» с минимизацией турбулентности, причем оптимальная математическая зависимость подобрана экспериментальным путем, а значит параболическая зависимость предпочтительнее линейной с точки зрения эффективности работы клапана);

- при той же базовой совокупности признаков, либо основания желобов могут быть плавно сопряжены с профилями первой сглаживающе-направляющей лопатки и рассекателя с их боков, либо желоба конструктивно объединены с первой сглаживающе-направляющей лопаткой (это обеспечит плавность криволинейной траектории потока на границе участка клапанного тракта «рассекатель и первая лопатка» с участком «восходящие желоба»);

- вторая сглаживающе-направляющая лопатка может быть выполнена с гиперболическим, в направлении к седлу, профилем в продольной плоскости клапана (это - экспериментально полученный авторами рациональный профиль, при котором обеспечивается удовлетворительный характер истекающего из клапана потока текучей среды, точнее - воздушно-жидкостной смеси - не только высокоскоростной, причем с возрастающей воздушной компонентой, но и с определенной двухплоскостной закруткой; опять же снизить гидродинамические потери, а значит и падение давления в пропускном тракте клапана);

- при предыдущей совокупности признаков, профиль второй сглаживающе-направляющей лопатки может соответствовать зависимости:

,

где y, x - координаты профиля в продольной вертикальной плоскости клапана соответственно в продольном и поперечном направлениях (это - результат экспериментальной оптимизации профиля на условии минимизации перечисленных в предыдущем абзаце параметров, определивших выбор гиперболического профиля);

- диафрагма может быть установлена с возможностью образования, при открытии клапана, кольцевого зазора над седлом величиной 2-3 мм (это - экспериментально полученный авторами оптимальный диапазон величин зазора, а следовательно - проходного сечения в месте стыка впускной и выпускной камер, из условия давления в источнике текучей среды 1,5-2,5 атм., стандартных трубопроводах стандартного размера и 3-3,5-литровой смывочной порцией воды);

- клапан может быть установлен таким образом, что плоскость его продольного сечения перпендикулярна продольной плоскости унитаза (это позволяет сразу на выходе клапана сформировать рациональное направление смывочного потока воздушно-жидкостной смеси в обеспечение инжекционных и кавитационных физических явлений и последующей спиралевидной траектории его на поверхности чаши унитаза, ибо в этом случае главная «улитка» потока в клапане параллельна своей плоскостью «плоскостям» спирали потока в чаше унитаза).

Устройство и работа заявляемого устройства могут быть рассмотрены на приведенных далее по тексту примерах реализации.

На фиг. 1 показан внешний вид заявляемого устройства смыва для унитаза, вариант с вертикальной установкой клапана, вид сбоку, где p - давление текучей среды (воды и воздушной подушки под давлением, выполняющей функцию поршня при вытеснении воды);

на фиг. 2 - устройство клапана периодической подачи текучей среды к чаше унитаза - на смыв, вид на клапан сбоку в разрезе в закрытом его состоянии;

на фиг. 3 - схема работы клапана периодической подачи текучей среды к чаше унитаза - на смыв, вид на клапан сбоку в разрезе в открытом его состоянии, где h - кольцевой зазор между мембраной и седлом клапана;

на фиг. 4 - то же, вид в плане;

на фиг. 5 - схема работы устройства в открытом положении клапана (смыв) в положении клапана «на боку»;

на фиг. 6 показан оптимальный профиль рассекателя (по степенной функции с показателем степени 2,25 и коэффициентом 0,05, в продольном направлении оси X во впускной камере параллельно продольно оси клапана) в продольной горизонтальном его сечении, где X0Y - декартова система координат;

на фиг. 7 показан оптимальный профиль желобов в развертке на продольную вертикальную плоскость клапана (по кубической параболе, в продольном направлении оси X во впускной камере параллельно продольно оси клапана), где X0Y - декартова система координат;

на фиг. 8 - оптимальный профиль второй лопатки в продольной вертикальной плоскости (по обратной гиперболе с коэффициентом 5), где X0Y - декартова система координат.

Представлена также серия из четырех авторских фотографий экспериментального образца клапана (вариант без желобов, крепеж не установлен):

на фиг. 9 - фото клапана в сборе, общий вид спереди-сбоку-сверху;

на фиг. 10 - фото корпуса клапана, общий вид сзади-сверху;

на фиг. 11 - фото корпуса клапана, общий вид спереди-сверху;

на фиг. 12 - фото клапана в частично разобранном виде.

Устройство смыва для унитаза содержит (см. фиг. 1, 5) источник 1 текучей среды при повышенном давлении р. Как правило, это герметичный сосуд-накопитель с водой и воздушной пробкой непосредственно над ней под давлением p порядка 1,5-2,5 атм., то есть по сути - гидропневматический аккумулятор без мембраны или поршня-разделителя (функцию поршня при вытеснении воды выполняет сама упомянутая воздушная пробка).

Источник 1 подключен впускным своим патрубком к стояку водопроводной сети), и диафрагменный клапан 2 непрямого действия (как правило, соленоидный), установленный между источником 1 и входным отверстием унитаза 3 с возможностью дозированной подачи текучей среды на смыв.

Корпус клапана 2 включает в себя (см. фиг. 2, 3) присоединительные части 4, 5 для подключения к выпускному патрубку источника 1 и входному отверстию унитаза 3 соответственно, и фланцевую часть с крышкой (совместно под одной общей позицией) 6 для размещения на ней одного (или двух в порядке дублирования для надежности функционирования устройства в целом) бистабильного(ых) соленоида(ов) 7 и дублирующей его(их) ручного органа управления 8 для включения/выключения клапана 2, и/или других элементов системы управления устройством и обеспечения его работоспособности (либо будут оговорены позднее, либо не показаны как не существенные с точки зрения предмета заявляемого изобретения).

В данном примере полусхематически показан, как один из возможных вариантов, орган 8, жестко связанный с сердечником соленоида 7 (правым на фиг. 2, 3).

Клапан 2 включает в себя также (см. фиг. 2, 3) диафрагму 9 в качестве запорного его элемента. Она выполнена, предпочтительно, с игольчатым отверстием 10 и нормально поджата к седлу 11 (кольцевидной стенке входного отверстия в корпусе клапана в центральной его части) в плоскости, параллельной продольной оси 12 клапана, и разделяющей внутренний объем клапана 2 на три камеры - впускную в основном продольную 13, наддиафрагменную 14 (ограничена диафрагмой 9, стенками фланца и крышкой 6) и выпускную, образованную поперечным участком 15, начиная от седла 11, и продольным участком 16.

В конце впускной камеры 13 на продольном ее участке под диафрагмой 9, на стыке со стенкой участка 15 выпускной камеры предусмотрена первая, профилированная сглаживающе-направляющая лопатка 17.

Во впускной камере 13 предусмотрен также (см. фиг. 2-4) рассекатель 18 потока текучей среды, расположенный перед-под лопаткой 17. Плоскость продольного сечения рассекателя 18 совпадает с продольным сечением клапана 2.

Рассекатель 18 может быть (как рациональный вариант) конструктивно объединен с лопаткой 17, с возможностью симметричного, относительно продольной плоскости клапана 2, разделения входного потока текучей среды на струи с двухплоскостно-криволинейной траекторией (см. фиг. 4).

Профиль рассекателя потока текучей среды может соответствовать степенной зависимости вида:

,

где y, x - координаты полупрофиля в продольной горизонтальной вертикальной плоскости клапана 2 соответственно в поперечном и продольном направлениях, при расположении точки отсчета координат на носике рассекателя (см. фиг. 6).

Дно кольцевого пространства между корпусом 4-6 клапана 2 и цилиндрической стенкой поперечного участка 15 выпускной камеры выполнено наклонным в продольном направлении, с образованием двух боковых симметричных желобов - левого 19 и правого 20 соответственно, восходящих к общей для них передней продольной линии 21 на уровне седла 11 (см. фиг. 2, 3).

Профиль желобов 19, 20 рекомендуется либо линейным (см. фиг. 2, 3), либо прогрессивным в его развертке на продольную плоскость клапана 2. В последнем, более предпочтительном варианте, он соответствует, преимущественно, кубической параболе (оптимальное эмпирическое значение):

,

где ось x параллельна продольной оси клапана и ориентирована на выпускную камеру, а ось y - на диафрагму (см. фиг. 7).

При этом рекомендуется (как подвариант) плавное сопряжение оснований желобов 19, 20 с профилями первой сглаживающе-направляющей лопатки 17 и рассекателя 18 и с их боков.

Как еще один возможный и целесообразный подвариант устройства, желоба 19, 20 конструктивно объединены со сглаживающе-направляющей лопаткой 17 (т.е. выполнены в виде одного изделия или части клапана).

При сочетании двух последних подвариантов, объединенными окажутся уже все эти элементы - лопатка 17, рассекатель 18 и желоба 19, 20. Причем без четкого (сглаженного) разграничения.

В конце поперечного участка 15 выпускной камеры предусмотрена вторая, профилированная (подробности далее по тексту) сглаживающе-направляющая лопатка 22, функционально аналогичная первой 17. Обе лопатки (17, 22) неподвижны относительно корпуса клапана 2 и могут быть изготовлены в виде отдельных деталей и неподвижно прикреплены к корпусу клапана 2 (подробнее - далее по тексту).

Лопатка 22, предпочтительно, выполнена с гиперболическим, в направлении к седлу 11, профилем в продольной плоскости клапана 2.

В частности (как оптимальный вариант) - соответствующим конкретной математической зависимости:

,

где y, x - координаты профиля в продольной вертикальной плоскости клапана 2 соответственно в продольном и поперечном направлениях (см. фиг. 8).

Здесь уместно отметить следующую технологическую особенность заявляемого технического предложения.

Если клапан 2 изготавливать на базе покупного «стандартного» латунного вентиля (аналогично изготовлению авторами экспериментальных образцов), то элементы 17-20, при их изготовлении также из латуни, можно закреплять в базовом корпусе низкотемпературной пайкой (поскольку для латуни точечная сварка не пригодна). Однако в предлагаемом устройстве предусмотрено (не показанным на иллюстрациях гидравлическим редуктором «клапан давления» на входе в бачок-накопитель 1) гарантированное не превышение давления p его максимального значения 2-2,5 атм. А поскольку «стандартные» латунные клапаны рассчитаны на давление до 16 атм., это является основанием для изготовления (при серийном производстве) корпуса с фланцевой частью 6 и элементами 17-20 из композитного материала литьем под давлением.

Диафрагма 9 установлена, предпочтительно, с возможностью образования, при открытии клапана 2 (поднятии диафрагмы 9), кольцевого зазора h над седлом 11 (см. фиг. 3) величиной 2-3 мм.

В наддиафрагменной камере 14 в центре диафрагмы 9 может быть размещена пружина 23 с силиконовым подпятником 24 на свободном конце, которая относится к упомянутым средствам управляемого поджатия диафрагмы 9 к седлу 11.

В верхней части крышки 6 выполнены каналы 25 и 26 сброса текучей среды (воды) из наддиафрагменной камеры 14 и перепускные каналы 27 и 28, к которым подсоединены гибкие трубки 29 и 30, соответственно, для сброса текучей среды (воды) из наддиафрагменной камеры 14 в продольный участок 16 выпускной камеры. Элементы 25-30 относятся к упомянутым «другим элементам системы управления устройством и обеспечения его работоспособности».

В оптимальном варианте исполнения заявляемого устройства клапан 2 установлен таким образом, что плоскость его продольного сечения перпендикулярна продольной плоскости унитаза (см. фиг. 5).

Возможны другие варианты конструктивного исполнения устройства смыва для унитаза в рамках заявляемых совокупностей существенных признаков устройства (сформулированной в описании и формуле изобретения).

Поскольку главным предметом патентования является основная совокупность, отличительных признаков - наличие рассекателя 18 потока текучей среды во впускной камере 13 клапана 2 и профилированной сглаживающе-направляющей лопатки 22 в конце поперечного участка 15 выпускной камеры, подробности устройства смыва и его функционирования, выходящие за границы главного и дополнительных предметов изобретения, носят расширительно-фоновый характер.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Сначала на простейшем примере ручного (без серводействия и тем более автоматического срабатывания) управления. В качестве текучей среды будем рассматривать воду, с учетом сопутствующего (в том числе растворенного в воде) воздуха (Н2О + воздух, струи плюс пузырьки).

При эксплуатации устройства смыва источник 1 заполнен водой и воздухом, основная часть которого сконцентрирована в запертой над поверхностью воды воздушной пробке под давлением p за счет давления в питающей магистрали от водопровода, и перекрытия сливной магистрали запертым клапаном 2.

Закрытость клапана 2 обеспечивается, главным образом, перепадом давления на диафрагме 9 - уравновешивающего давления до величины p воды в наддиафрагменной камере 14, куда она попадает через игольчатое отверстие 10, и атмосферного давления за седлом 11 на поперечном участке 15 выпускной камеры.

При возникновении необходимости в смыве в унитазе 3, пользователь, посредством органа 8 ручного управления клапаном 2 (на фланце с крышкой 6 - см. фиг. 2, 3), в обход электрической обмотки бистабильного(ых) соленоида(ов) 7, открывает главную гидравлическую магистраль 13-17 клапана 2 (см. фиг. 3). Орган 8 втягивает в одно из крайних своих положений («открыто») сердечник. При этом сжимается уже имеющаяся возвратная пружина соленоида 7, подготавливая автоматический возврат сердечника соленоида 7 в исходное положение после отпускания пользователем органа 8. Сердечник открывает (по принципу гидравлического золотника) перепускной канал 27. Поскольку общая пропускная способность канала 25 сброса воды и перепускного канала 27 значительно больше, чем пропускная способность игольчатого отверстия 10 в диафрагме 9, вода из камеры 14 сбрасывается по трубке 29 в на ее участке 16. остающаяся под давлением p вода в кольцевом конце камеры 13 отжимает диафрагму 9 от седла 11 в сторону крышки 6 на высоту оговоренного выше зазора h. Собственно, слив с этого и начинается и далее развивается по нарастающей, хотя в верхнем положении диафрагмы 9 силиконовый подпятник 24 закрывает, с поджатием пружиной 23, вход в канал 26.

Порция воды, полный объем которой определяется регулируемой (в данном случае - вручную) продолжительностью открытого состояния клапана 2, под давлением p поступает потоком, по всему миделю впускного участка 13 с уже существенной скоростью.

Перед подъемом к краю седла 11 траектория воды, во-первых, разделяется на два симметричных (в плане - см. фиг. 4) потока на рассекателе 18 и, далее, на желобах 19, 20; во-вторых, сглаживается и направляется лопаткой 17 совместно с основанием рассекателя 18, и плавно начинающимися за ней упомянутыми желобами 19, 20; и, следовательно, с минимальными гидравлическими потерями (в основном в ламинарном режиме) вода выходит на уровень седла 11, распределяясь достаточно равномерно по его периметру (полное использование кольцевого проходного сечения высотой h примерно в 2-3 мм), причем с выгодно переориентированными векторами скоростей составных струй, почти в радиальном направлении по отношению к седлу 11.

Таким образом, наряду с закруткой «вверх» в продольной «вертикальной» плоскости клапана 2, происходит закрутка потока и в продольной «горизонтальной» его плоскости. А это уже двухплоскостная закрутка, в основном (за счет сглаженности пропускной магистрали клапана 2) с сохранением ламинарного характера потока.

Особенно важно с позиций заявляемого изобретения, что при этом струи плавно закручиваются в «горизонтальной» плоскости с удачным использованием цилиндрической стенки уже имеющейся фланцевой части 6 (точнее - поддиафрагменного его участка) в тех же габаритах клапана, не требуется целенаправленного развития корпуса клапана 2 или организации загнутых трубопроводов. Поток, «двумя флангами окружая кольцевой зазор» h над седлом 11, с образованием своего рода «водопада» - резкого местного изменения направления движения на 180° с разных радиальных направлений.

При относительно небольшой рекомендуемой величине зазора h в 2-3 мм, поток резко ускоряется (к чему мы и стремились, ставя техническую задачу использования принципа Бернулли) и еще интенсивнее создает разрежение (вакуумирование), засасывая через выпускную камеру 16-15 в эту зону атмосферный воздух, что исключительно принципиально с точки зрения, по-существу, нового способа смыва чаши унитаза - закрученным в двух плоскостях высокоскоростным потоком смеси воды с атмосферным воздухом, при спиралевидной циркуляции такого потока в чаше.

Поступив в поперечный участок 15 (а струя с линии 21 стыка желобов 19, 20 к этому моменту с начала движения в клапане 2 уже достигает 270-градусного поворота в продольной плоскости, не считая одновременного бокового поворота) выпускной камеры и оттуда перетекая в ее продольный участок 16, благодаря наличию лопатки 22 на стыке этих участков, тем более с рациональным параболическим и особенно при оптимальном показателе степени два (см. фиг. 6), поток вновь меняет свое направление, теперь уже на 90°, но плавно, без заметной турбулизации даже при столь возросшей скорости.

В результате, водо-воздушный поток покидает продольный участок 16 выпускной камеры, а значит - клапан 2 в целом, будучи высокоскоростным и закрученным в двух плоскостях (см. фиг. 3, 4, где выходящий поток условно показан расширенной стрелкой).

В прослеживании всего пути потока от входа в клапан 2 до его выхода из него, очевидно, что в клапане 2 предлагаемой конструкции поток:

- имеет траекторию с двухплоскостной «мертвой петлей» при изменении направления движения до 360° (авторам не известны подобные клапаны, тем более в области санитарно-технического гидравлического оборудования!);

- существенно поэтапно ускоряется, особенно в кольцевой зазоре h над седлом клапана;

- обогащается воздушной компонентой с использованием принципа Бернулли.

Весьма важно также, с позиций заявляемых предметов изобретения, что рекомендуемая установка клапана 2 так, что плоскость его продольного сечения перпендикулярна продольной плоскости унитаза 3 (образно говоря - «лежа на боку» - см. фиг. 5), как бы «совмещает» кривизну траектории потока на выходе из клапана 2 с направлением воронкообразной «спирали» дальнейшего истечения водо-воздушной смеси по поверхности чаши унитаза 3 в сифон унитаза 3. геометрией чаши унитаза 3.

Гравитационная деформация симметрии кинематики двух потоков при положении клапана 2 «на боку» несущественна по причине доминирования кинетических процессов.

Выход высокоскоростного, закрученного в двух плоскостях потока водо-воздушной смеси из относительно узкого участка 16 выпускного канала клапана 2 в чашу унитаза 3 сопровождается резким расширением текучей среды, вследствие чего растворенные в воде пузырьки воздуха интенсивно расширяются и лопаются (явление кавитации на поверхности чаши унитаза 3).

Кавитация не только способствует борьбе с адгезией (прилипанием) и закоксовыванием отходов жизнедеятельности на поверхности чаши, но и эффективна (как показала длительная практика эксплуатации опытных авторских образцов) как средство (способ, технология) очистки поверхности чаши унитаза 3 от железистых и прочих твердых отложений («ржавчины», кальция и т.д.).

Рассматривать подробно работу заявляемого устройства смыва в автоматизированном или автоматическом режимах представляется не обязательным по двум причинам: «фонового» характера такого описания: это не принципиально с позиций заявляемых предметов изобретения и аналогии с описанием прототипа.

Главное же здесь - процесс открытия клапана посредством биполярного(ых) соленоида(ов) 7. При запитывании обмотки любого такого соленоида его сердечник поднимается, открывая сброс воды из наддиафрагменной камеры 14 в продольный участок 16 выпускной камеры по соответствующим каналам 25-30.

Использование изобретения позволяет повысить эффективность работы устройства смыва для унитаза путем снижения расхода воды на смыв и повышением качества смыва.

Эффективность заявляемого устройства (и, по-существу, реализуемого с его помощью способа смыва чаши унитаза) проверена авторами, с положительным результатом, на изготовленном опытном полномасштабном образце (фото клапана показано на фиг. 9-12).

1. Устройство смыва для унитаза, содержащее источник текучей среды при повышенном давлении и диафрагменный клапан непрямого действия, установленный между указанным источником текучей среды и входным отверстием унитаза с возможностью дозированной подачи текучей среды на смыв и включающий в себя диафрагму в качестве запорного элемента, нормально поджатую к седлу в плоскости, параллельной продольной оси клапана, и разделяющей внутренний объем клапана на три камеры - впускную в основном продольную со сглаживающе-направляющей лопаткой в ее конце под диафрагмой, наддиафрагменную со средствами управляемого поджатия диафрагмы к седлу, и выпускную, образованную поперечным, начиная от седла, и продольным участками, отличающееся тем, что во впускной камере клапана дополнительно предусмотрен рассекатель потока текучей среды, плоскость продольного сечения которого совпадает с продольным сечением клапана, а в конце поперечного участка выпускной камеры дополнительно предусмотрена вторая, профилированная сглаживающе-направляющая лопатка.

2. Устройство смыва по п.1, отличающееся тем, что профиль рассекателя потока текучей среды соответствует степенной зависимости:
y=0,05·x2,25,
где y, x - координаты полупрофиля в продольной горизонтальной вертикальной плоскости клапана соответственно в поперечном и продольном направлениях, при расположении точки отсчета координат на носике рассекателя.

3. Устройство смыва по п.1, отличающееся тем, что рассекатель потока текучей среды конструктивно объединен с первой сглаживающе-направляющей лопаткой, с возможностью симметричного относительно продольной плоскости клапана разделения входного потока текучей среды на струи с двухплоскостно-криволинейной траекторией.

4. Устройство смыва по п.1, отличающееся тем, что дно кольцевого пространства между корпусом клапана и цилиндрической стенкой поперечного участка выпускной камеры выполнено наклонным в продольном направлении, с образованием двух боковых симметричных желобов, восходящих к общей для них передней продольной линии на уровне седла.

5. Устройство смыва по п.4, отличающееся тем, что профиль желобов в его развертке на продольную плоскость клапана выполнен линейным.

6. Устройство смыва по п.4, отличающееся тем, что профиль желобов в его развертке на продольную плоскость клапана выполнен прогрессивным и соответствует кубической параболе:
y=0,02x3+0,05x2,
где ось x параллельна продольной оси клапана и ориентирована на выпускную камеру, а ось y - на диафрагму.

7. Устройство смыва по п.4, отличающееся тем, что основания желобов плавно сопряжены с профилями первой сглаживающе-направляющей лопатки и рассекателя с их боков.

8. Устройство смыва по п.4, отличающееся тем, что желоба конструктивно объединены с первой сглаживающе-направляющей лопаткой.

9. Устройство смыва по п.1, отличающееся тем, что вторая сглаживающе-направляющая лопатка выполнена с гиперболическим в направлении к седлу профилем в продольной плоскости клапана.

10. Устройство смыва по п.9, отличающееся тем, что профиль второй сглаживающе-направляющей лопатки соответствует зависимости:
y=5/x,
где y, x - координаты профиля в продольной вертикальной плоскости клапана соответственно в продольном и поперечном направлениях.

11. Устройство смыва по п.1, отличающееся тем, что диафрагма установлена с возможностью образования при открытии клапана кольцевого зазора над седлом величиной 2-3 мм.

12. Устройство смыва по п.1, отличающееся тем, что клапан установлен таким образом, что плоскость его продольного сечения перпендикулярна продольной плоскости унитаза.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к санитарно-техническому оборудованию жилых и общественных зданий, а именно к смывным устройствам для туалетов, работающим при повышенном давлении, близком к давлению водопроводной сети.

Изобретение относится к устройству туалета с вакуумной системой для удаления фекалий из туалетной кабины как на транспорте, так и в индивидуальной среде обитания. .

Изобретение относится к области санитарной техники. .
Наверх