Запорный элемент и гидрант с запорным элементом такого рода
Группа изобретений относится к области водоснабжения. Запорный элемент гидранта содержит штангу клапана, которая установлена с возможностью аксиального перемещения, по существу, вдоль оси гидранта, и тело главного клапана, которое может приводиться в герметичное прилегание с уплотнительной поверхностью гидранта. Запорный элемент содержит также систему демпфирования, которая установлена между телом главного клапана и штангой клапана или на расстоянии от штанги клапана, или между исполнительным элементом штанги клапана и штангой клапана, или в самом исполнительном элементе таким образом, что тело главного клапана через систему демпфирования вдоль оси гидранта с аксиальным демпфированием связано со штангой клапана. Система демпфирования содержит пружину сжатия и накопитель текучей среды, в котором запасается текучая среда. Текучая среда содержит масло заданной вязкости. Гидрант содержит трубу для подъема воды, впускную трубу и вышеописанный запорный элемент для демпфирования или устранения гидравлических ударов в этом гидранте. Обеспечивается исключение сильных гидравлических ударов. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 12 ил.
Данное изобретение касается запорного элемента и гидранта. Гидранты связаны с системой распределения воды и представляют собой арматуру для отбора воды, чтобы обеспечить отбор воды из системы распределения воды как для пожарной команды, так и для муниципальных и частных пользователей. Сетевое давление в системе распределения воды составляет обычно около 6-9 бар. гидранты содержат трубу для подъема воды с внутренним пространством и внешней стороной, причем система распределения воды обычно через расположенную со стороны дна впускную трубу соединена с указанным внутренним пространством. Отбор воды происходит через боковые патрубки из внутреннего пространства.
Для открытия и закрытия гидрантов известны запорные элементы, которые могут быть расположены в области впускной трубы или вблизи нее. Запорные элементы представляют собой, например, главные клапаны гидранта, которые содержат аксиально переставляемое тело главного клапана, которое может герметично закрываться с уплотнительной поверхностью гидранта. Альтернативно тело главного клапана может герметично закрываться извлекаемым из гидранта седлом главного клапана. Тело главного клапана представляет собой уплотнительный элемент, который в закрытом положении герметично замыкается с уплотнительной поверхностью гидранта, а в открытом положении освобождает соединение между расположенной со стороны дна впускной трубой и внутренним пространством трубы для подъема воды. Этот запорный элемент содержит также соединенную с телом главного клапана штангу клапана, посредством которой тело главного клапана может переводиться из закрытого положения в открытое положение и наоборот. Штанга клапана большей частью расположена аксиально в трубе для подъема воды гидранта и может вручную перемещаться. При этом вращение вручную с помощью исполнительного элемента, например, шпиндельного привода переводится в аксиальное перемещение, посредством которого штанга клапана и, тем самым, тело главного клапана перемещается аксиально вверх и вниз.
В уровне техники существует проблема, которая заключается в том, что при закрытии гидранта возникают гидравлические удары. Интенсивность гидравлического удара при этом возрастает при все более быстром закрытии запорного элемента. Из-за проблематики гидравлического удара часто может дойти до прорыва труб в системе распределения воды, который может иметь тяжелые последствия. Помимо проблемы больших потерь воды в системе распределения воды и снижающегося давления воды, к тому же возникают проблемы в плане загрязнения питьевой воды, а также повреждения участков земли или улиц. Сильные гидравлические удары могут тоже вызвать, например, разрыв пожарного шланга. Из-за этих гидравлических ударов есть также опасность, что вода из рукава будет выдавливаться обратно в систему распределения воды, вследствие чего грязная вода и/или противопожарная пена могут попасть в питьевую воду.
Для решения этой проблемы из уровня техники известно, что запорный элемент гидранта должен закрываться медленно. Для этого в уровне техники предлагается при закрытии гидранта выполнять медленно особенно последние обороты для закрытия запорного элемента, так как максимальное изменение в количестве воды наступает тогда, когда клапан почти закрыт. Однако, одна проблема этого решения состоит в том, что, например, при срочном выезде к месту пожара эта мера может быть забыта или же, например, вследствие недостаточных инструкций вообще может быть неизвестна пожарному расчету. Поэтому задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить запорный элемент, который даже при быстром закрытии не вызывает сильных гидравлических ударов. Кроме того, задача данного изобретения заключается в том, чтобы предложить гидрант с таким запорным элементом.
Вышеуказанная задача решается запорным элементом согласно независимому пункту 1 формулы изобретения, а также гидрантом согласно независимому пункту 17 формулы. Другие предпочтительные признаки следуют из зависимых пунктов формулы.
Согласно изобретению вышеуказанная задача решается за счет запорного элемента гидранта, имеющего ось гидранта, причем запорный элемент содержит штангу клапана, которая может перемещаться аксиально, по существу, вдоль оси гидранта, и тело главного клапана, которое может приводиться в герметичное прилегание с уплотнительной поверхностью гидранта. Запорный элемент содержит также систему демпфирования, которая установлена между телом главного клапана и штангой клапана или на расстоянии от штанги клапана, или между исполнительным элементом штанги клапана и штангой клапана, или в самом исполнительном элементе таким образом, что тело главного клапана с аксиальным демпфированием вдоль оси гидранта посредством системы демпфирования связано со штангой клапана.
Благодаря этому простым решением создается запорный элемент, у которого, независимо от скорости, с которой пожарный расчет закрывает запорный элемент посредством исполнительного элемента, тело главного клапана запорного элемента герметично запирает гидрант со скоростью, почти развязанной от первой скорости. Скорость, с которой тело главного клапана при закрытии приходит в герметичное прилегание с уплотнительной поверхностью гидранта, при этом замедляется вследствие демпфирующего действия системы демпфирования, в частности, начиная с положения незадолго перед закрытым положением, за счет чего гидравлические удары сильно снижаются. В открытом положении тело главного клапана по отношению к штанге клапана выдвигается на некоторое расстояние вперед. При переводе тела главного клапана в закрытое положение (движение вверх) тело главного клапана следует за этим движением вверх с уменьшенной скоростью, т.е. демпфируется. С этой пониженной скоростью в конечном итоге запорный элемент закрывается, причем эта скорость может устанавливаться (снижаться) таким образом, что предотвращаются сильные гидравлические удары. Система демпфирования расположена между телом главного клапана и нижним концом штанги клапана, или она расположена между исполнительным элементом, например, шпиндельным приводом и верхним концом штанги клапана. Система демпфирования альтернативно может быть установлена промежуточно на расстоянии от штанги клапана. Далее, альтернативно система демпфирования может быть промежуточно установлена в самом исполнительном элементе. Исполнительный элемент на одном конце может быть связан со штангой клапана и предназначен для того, чтобы крутящий момент, приложенный на другом конце исполнительного элемента, преобразовывать в аксиальное движение штанги клапана. Исполнительный элемент может содержать шпиндельную опору, шпиндель и шпиндельную гайку.
Преимущества данного изобретения заключаются в следующем.
В гидранте не возникают гидравлические удары, причем независимо от скорости, с которой этот гидрант закрывается.
Тело главного клапана при закрытии с почти развязанной от ручного обслуживания скоростью вдвигается в уплотнительную поверхность гидранта. Таким образом, запорный орган даже при быстром ручном закрытии доводится с запаздыванием, и за счет этого обеспечивается медленное запирание, соответственно, закрытие гидранта.
Конструкция предлагаемого изобретением запорного элемента отличается особой простотой. Тем самым техническое обслуживание сводится к минимуму, что позволяет сократить расходы в целом.
Система демпфирования может быть установлена дополнительно. Для этого система демпфирования должна быть впоследствии просто установлена в промежутке между нижним концом штанги клапана и телом главного клапана или между исполнительным элементом и верхним концом штанги клапана. Альтернативно система демпфирования может быть впоследствии установлена на расстоянии от штанги клапана. Кроме того, альтернативно система демпфирования может быть установлена впоследствии в самом исполнительном элементе. За счет этого обеспечивается простая возможность расширения.
Система демпфирования работает с перепадом давлений воды во впускной трубе и в трубе для подъема воды. В открытом положении запорного элемента усилие натяжения пружины сжатия системы демпфирования превышает разность сил во встречных направлениях, причем эта разность сил создается соответствующим перепадом давлений между нижней стороной и верхней стороной тела главного клапана. Указанная пружина сжатия нагружает поршневой участок тела главного клапана, который расположен подвижно в полости цилиндра. Таким образом, поршневой участок тела главного клапана в открытом положении посредством усилия натяжения пружины сжатия аксиально выдвигается на некоторое расстояние из полости цилиндра системы демпфирования.
При закрытии гидранта, по мере приближения тела главного клапана к уплотнительной поверхности гидранта, постоянно возрастает разность сил, которые прикладываются к нижней стороне и к верхней стороне тела главного клапана соответственно. Эта разность сил преодолевает усилия натяжения пружины сжатия в системе демпфирования, так что она снова сжимается. Таким образом, поршневой участок тела главного клапана снова вдвигается в полость цилиндра системы демпфирования. Однако, это движение выполняется с демпфированием. Для этого текучая среда в полости цилиндра должна течь через понижающий элемент, причем этот понижающий элемент снижает скорость потока текучей среды, вследствие чего возвратный поток текучей среды из полости цилиндра в предусмотренный для этого накопитель текучей среды замедляется, соответственно, демпфируется. Вследствие этого тело главного клапана медленно вдвигается и, таким образом, медленно принимает закрытое положение. Поскольку тело главного клапана очень медленно вдвигается в уплотнительную поверхность гидранта, тем самым, благоприятным образом снижаются гидравлические удары.
Указанный понижающий элемент позволяет регулировать скорость потока, с которой текучая среда переводится из полости цилиндра в накопитель текучей среды. Таким образом, эта скорость потока может благоприятным образом устанавливаться. В результате этого может устанавливаться скорость, с которой тело главного клапана должно переводиться в закрытое положение.
Понижающий элемент может содержать штифт, который на некоторое расстояние вставлен в сливной трубопровод, так что проточная область поперечного сечения сливного трубопровода уменьшена. Текучая среда должна течь через образованное таким образом кольцевое пространство между внешней поверхностью штифта и внутренней поверхностью сливного трубопровода в аксиальном направлении вдоль штифта. Указанное кольцевое пространство, соответственно, проточная область поперечного сечения сливного трубопровода может устанавливаться путем соответствующего выбора наружного диаметра штифта и/или внутреннего диаметра сливного трубопровода. Дополнительно или альтернативно может устанавливаться длина отрезка, вдоль которого текучая среда течет через кольцевое пространство. Для этого штифт соответственно с резьбой может глубже вдвигаться в сливной трубопровод или выдвигаться из него. Чем глубже вдвигается штифт в сливной трубопровод, тем сильнее тормозится возвратный поток текучей среды из полости цилиндра в накопитель текучей среды, вследствие чего тело главного клапана переводится в закрытое положение со сниженной скоростью.
Предлагаемый изобретением запорный элемент ниже поясняется подробнее на примерах выполнения и соответствующих чертежах, которые никоим образом не ограничивают объем данного изобретения. На чертежах при этом показано следующее.
Фиг. 1а, Фиг. 1b - вид в разрезе участка запорного элемента гидранта в первом, закрытом положении клапана и в увеличенном масштабе;
Фиг. 2а, Фиг. 2b - вид в разрезе участка запорного элемента во втором, частично открытом положении клапана и в увеличенном масштабе;
Фиг. 3а, Фиг. 3b - вид в разрезе участка запорного элемента в третьем, полностью открытом положении клапана и в увеличенном масштабе;
Фиг. 4а, Фиг. 4b - вид в разрезе участка запорного элемента в четвертом, почти закрытом положении клапана и в увеличенном масштабе; и
Фиг. 5а, Фиг. 5b - вид в увеличенном масштабе системы демпфирования в различных положениях запорного элемента по Фиг. 1a - Фиг. 4b.
В дальнейшем подробно описываются предпочтительные варианты выполнения предлагаемого изобретением запорного элемента и гидранта. На фигурах показаны соответствующие виды в разрезе гидранта 100 в различных положениях клапанов, каждый в увеличенном масштабе. Гидрант 100 содержит запорный элемент 102, который содержит штангу 104 клапана и тело 106 главного клапана, которое на Фиг. 1а, Фиг. 1b приведено в герметичное прилегание с уплотнительной поверхностью 108 гидранта 100. Запорный элемент 102 содержит также систему 110 демпфирования, которая в показанном на этих фигурах варианте выполнения установлена в промежутке между штангой 104 клапана и телом 106 главного клапана. Другими словами, тело 106 главного клапана через систему 110 демпфирования связано со штангой 104 клапана с возможностью аксиального перемещения. Хотя на этих фигурах не показано, система демпфирования может быть расположена в промежутке между исполнительным элементом, например, шпиндельным приводом и верхним концом штанги 104 клапана или на расстоянии от штанги клапана. Кроме того, альтернативно система демпфирования может быть установлена в самом исполнительном элементе. Исполнительный элемент может к тому же быть в состоянии преобразовывать крутящий момент, приложенный на одном конце этого исполнительного элемента, в аксиальное движение штанги клапана. Для этого исполнительный элемент может содержать шпиндельную опору, шпиндель и шпиндельную гайку. На каждом из видов в увеличенном масштабе на этих фигурах, т.е. на Фиг. 1b, Фиг. 2b, Фиг. 3b и Фиг. 4b, в деталях показана система 110 демпфирования. Гидрант 100 имеет здесь вертикально расположенную ось A-A гидранта. Ось A-A гидранта может и отклоняться от вертикали (не показано).
Система 110 демпфирования выполнена предпочтительно как подпружиненная система демпфирования, которая позволяет возвращение, соответственно, вдвигание поршневого участка 114 тела 106 главного клапана в направлении системы 110 демпфирования с замедленным, соответственно, с демпфированным движением. Для этого система 110 демпфирования содержит пружину 112 сжатия, которая с предварительным натягом вставлена по меньшей мере между системой 110 демпфирования и поршневым участком 114 тела 106 главного клапана. В ненагруженном состоянии пружина 112 сжатия прикладывает прижимное усилие между системой 110 демпфирования и поршневым участком 114 тела 106 главного клапана. За счет этого к телу 106 главного клапана для выдавливания, соответственно, выдвижения поршневого участка 114 прикладывается прижимное усилие. Как только сила, действующая во встречном направлении к направлению этого прижимного усилия пружины 112 сжатия, превышает его, поршневой участок 114 тела 106 главного клапана вдвигается, что будет рассмотрено ниже более детально.
Тело 106 главного клапана содержит верхний поршневой участок 114. Этот поршневой участок 114 в показанном на этих фигурах варианте выполнения представляет собой отдельный от тела 106 главного клапана конструктивный элемент, который посредством крепежного элемента 116, например, штифтового соединения 116 соединен с верхней стороной тела 106 главного клапана. Хотя это и не показано, поршневой участок 114 может быть образован как единое целое с телом 106 главного клапана. Поршневой участок 114 в показанном варианте выполнения вставлен в полость 118 цилиндра системы 110 демпфирования с возможностью аксиального перемещения. Для герметизации полости 118 цилиндра относительно внешней стороны предусмотрено первое кольцевое уплотнение 120, которое предпочтительно вставлено в кольцевой паз поршневого участка 114.
Система 110 демпфирования содержит также накопитель 122 текучей среды, который в показанном варианте выполнения размещен во внутреннем пространстве штанги 104 клапана. Система 110 демпфирования содержит также магистральный корпус 124, в котором расположены подводящая линия 126 и сливной трубопровод 128. Подводящая линия 126 обеспечивает подвод запасенной в накопителе 122 текучей среды 130 в полость 118 цилиндра. При этом текучая среда 130 течет через подводящую линию 126 и обратный клапан 132, который позволяет только подвод текучей среды 130 в полость 118 цилиндра, но не его возвратный поток в обратном направлении. Этот возвратный поток возможен только через сливной трубопровод 128. Для этого в показанном варианте выполнения текучая среда 130 течет из полости 118 цилиндра через кольцеобразное промежуточное пространство 133, которое образовано между внутренней поверхностью участка корпуса системы 110 демпфирования и внешней поверхностью магистрального корпуса 124, и затем через проем 134, соответственно, сверленое отверстие в магистральном корпусе 124 (соответственно, расположенное в нем) в сливной трубопровод 128 и течет оттуда дальше через сливной трубопровод 128 в накопитель 122 текучей среды. Кольцеобразное промежуточное пространство 133 одновременно служит для размещения пружины 112 сжатия.
Для снижения скорости потока текучей среды 130 при возвратном течении, по меньшей мере на отдельных участках вдоль длины сливного трубопровода 128 вставлен штифт 135. Штифт 135 уменьшает область поперечного сечения сливного трубопровода 128 до кольцевого пространства 154 между внешней поверхностью штифта 135 и внутренней поверхностью сливного трубопровода 128. За счет такого уменьшенного поперечного сечения текучая среда 130 течет со значительно уменьшенной скоростью потока обратно в накопитель 122 текучей среды. Таким образом, полость 118 цилиндра может быть оставлена лишь с запаздыванием даже при приложении большой силы к нижней стороне тела 106 главного клапана. Так как текучая среда 130 является несжимаемой, то тело 106 главного клапана вдвигается, следовательно, с уменьшенной скоростью в систему 110 демпфирования (принцип амортизатора ударов). За счет этого тело 106 главного клапана благоприятным образом очень медленно замыкается с уплотнительной поверхностью 108 гидранта 100, и, по существу, независимо или, соответственно, почти развязано от скорости, с которой штанга 104 клапана перемещается вверх. За счет этой сниженной скорости, с которой закрывается гидрант 100, гидравлические удары при закрытии гидранта 100 устраняются или существенно снижаются по своей амплитуде.
В дальнейшем разъясняется последовательность между открытием и закрытием запорного элемента 102. На Фиг. 1а, Фиг. 1b показан запорный элемент 102 в своем закрытом положении. В этом закрытом положении тело 106 главного клапана находится в герметичном прилегании с уплотнительной поверхностью 108 гидранта 100, и поршневой участок 114 тела 106 главного клапана полностью вдвинут в систему 110 демпфирования. На Фиг. 2а, Фиг. 2b показан запорный элемент 102 в процессе открывания. Точнее говоря, запорный элемент 102 показан на Фиг. 2а, Фиг. 2b в частично открытом положении. В этом открытом положении нагруженная давлением вода течет из впускной трубы 136 гидранта 100 в трубу 138 для подъема воды гидранта 100. В противоположность показанному на Фиг. 1а, Фиг. 1b закрытому положению запорного элемента 102, разность между силой, прикладываемой к нижней стороне тела 106 главного клапана, и силой, прикладываемой к верхней стороне тела 106 главного клапана, уменьшена. В этом положении прижимное усилие, соответственно, возвращающая сила пружины 112 сжатия преобладает и заставляет поршневой участок 114 тела 106 главного клапана немного выдвинуться из полости 118 цилиндра. За счет выдвижения тела 106 главного клапана в полости 118 цилиндра создается разрежение. Вследствие этого разрежения текучая среда 130 из накопителя 122 текучей среды всасывается через подводящую линию 126 и обратный клапан 132 в полость 118 цилиндра.
На Фиг. 3а, Фиг. 3b показан запорный элемент 102 в полностью открытом положении. В этом положении поршневой участок 114 тела 106 главного клапана полностью, соответственно, максимально выдвинут из полости 118 цилиндра, и полость 118 цилиндра максимально заполнена текучей средой. Уровень текучей среды в накопителе 122 текучей среды, напротив, опустился по отношению к предыдущим положениям.
Фиг. 4а, Фиг. 4b иллюстрируют переход между показанным на Фиг. 3а, Фиг. 3b открытым положением и показанным на Фиг. 1а, Фиг. 1b закрытым положением запорного элемента 102. На Фиг. 4а, Фиг. 4b запорный элемент 102 закрыт еще не полностью. В этом положении вода под высоким давлением и с особенно большой скоростью течет из впускной трубы 136 в трубу 138 для подъема воды. В отличие от показанных на Фиг. 2а, Фиг. 2b и Фиг. 3a, Фиг. 3b положений тела 106 главного клапана давление, которое действует на нижнюю сторону тела 106 главного клапана, гораздо выше, чем давление, которое действует на верхнюю сторону тела 106 главного клапана. Другими словами, разность между силой, которая приложена к нижней стороне тела 106 главного клапана, и силой, которая приложена к верхней стороне тела 106 главного клапана, гораздо больше в отличие от разности сил в положениях тела 106 главного клапана, показанных на Фиг. 2а, Фиг. 2b и Фиг. 3a, Фиг. 3b. За счет этого пружина 112 сжатия сжимается, и поршневой участок 114 тела 106 главного клапана снова вдвигается в полость 118 цилиндра.
Как пояснялось выше, при этом находящаяся в полости 118 цилиндра текучая среда 130 со сниженной скоростью потока течет через сливной трубопровод 128 обратно в накопитель 122 текучей среды. Благодаря объясненному выше демпфированию тело 106 главного клапана со сниженной скоростью замыкается с уплотнительной поверхностью 108 гидранта 100. Тем самым, благоприятным образом гидравлические удары предотвращаются или по меньшей мере сильно снижаются по своей амплитуде. Преимущество при этом заключается в том, что тело 106 главного клапана вдвигается, соответственно, герметично запирает со скоростью, которая независима от аксиального движения вверх штанги 104 клапана. Другими словами, запорный элемент 102 замыкается со сниженной скоростью даже в том случае, если запорный элемент 102 закрывается со скоростью, которая без установленной промежуточно системы 110 демпфирования вызвала бы гидравлический удар очень большой амплитуды.
Для регулирования скорости потока, с которой текучая среда 130 течет в камеру 122 для текучей среды, может изменяться длина, на которую штифт 135 вдвигается в сливной трубопровод 128. Для этого в показанном варианте выполнения головка 140 штифта 135 по своему периметру снабжена внешней резьбой, которая находится в зацеплении с внутренней резьбой удлинительного участка 142 сливного трубопровода 128. Головка 140 штифта снабжена шлицем, в который может вставляться острие отвертки (не показана). За счет поворачивания этой отвертки штифт 135 может, таким образом, дальше вдвигаться в сливной трубопровод 128 или выдвигаться из него.
Сливной трубопровод 128 и удлинительный участок 142 сливного трубопровода 128 герметизированы относительно друг друга по текучей среде посредством второго кольцевого уплотнения 144. Таким образом, никакая текучая среда 130 не течет из сливного трубопровода 128 в удлинительный участок 142. Удлинительный участок 142 герметизирован по текучей среде. Предпочтительно предусмотрена кольцеобразная направляющая 146, которая тоже находится в резьбовом зацеплении с внутренней резьбой удлинительного участка 142. Для этого наружный периметр кольцеобразной направляющей 146 снабжен внешней резьбой. Кольцеобразная направляющая 146 содержит аксиальное сверленое отверстие, через которое штифт 135 проводится без зазора. За счет этого штифт 135 надежно направляется в осевом направлении. Кольцеобразная направляющая 146 может ввинчиваться в удлинительный участок 142 до тех пор, пока эта кольцеобразная направляющая 146 не будет прилегать к второму кольцевому уплотнению 144. Альтернативно кольцеобразная направляющая 146 может находиться на расстоянии от этого второго кольцевого уплотнения 144. Далее, предусмотрено третье кольцевое уплотнение 148, которое предотвращает прямое просачивание текучей среды из кольцеобразного промежуточного пространства 133 через возможно имеющийся зазор между участком корпуса 156 системы 110 демпфирования и наружным периметром магистрального корпуса 124. При вдвигании и выдвигании поршневого участка 114 тела 106 главного клапана наружный периметр магистрального корпуса 124 скользит, тем самым, герметичным образом на некотором расстоянии вдоль третьего кольцевого уплотнения 148.
Накопитель 122 текучей среды предпочтительно закрыт колпачком 150, который герметично по текучей среде запирает накопитель 122 текучей среды посредством четвертого кольцевого уплотнения 152. Хотя это и не показано, но колпачок 150, например, посредством сварки может быть закреплен герметично на стенке 158 накопителя текучей среды, заключающей в себе накопитель 122 текучей среды; к тому же может быть предусмотрена приточная/вытяжная вентиляция, посредством которой может осуществляться выравнивание давления в воздушной полости, предпочтительно имеющейся над текучей средой 130 в накопителе 122 текучей среды, и окружающем пространстве.
В открытом положении запорного элемента 102 снижена разность давлений между давлением, которое действует на нижнюю сторону тела 106 главного клапана (давление со стороны впускной трубы), и давлением, которое действует на верхнюю сторону тела 106 главного клапана (давление со стороны трубы для подъема воды). Благодаря достигаемому за счет этого снижению разности сил, которые прикладываются соответственно к нижней стороне и верхней стороне тела 106 главного клапана, пружина 112 сжатия системы 110 демпфирования может распрямляться и, таким образом, тело 106 главного клапана по отношению к штанге 104 клапана продвигается, соответственно, отжимается дальше вниз.
При закрытии запорного элемента 102 вышеупомянутая разность давлений и, тем самым, вышеупомянутая разность сил возрастают и превышают усилия натяжения пружины 112 сжатия. Другими словами, пружина 112 сжатия снова сжимается. Система 110 демпфирования позволяет, однако, пружине 112 сжатия демпфироваться и, соответственно, сжиматься с пониженной скоростью. При упомянутой выше регулировке клапана текучая среда 130, находящаяся в полости 118 цилиндра системы 110 демпфирования, со сниженной скоростью потока снова переводится в накопитель 122 текучей среды.
Как показано на Фиг. 1a - 4b, система 110 демпфирования установлена в промежутке между телом 106 главного клапана и штангой 104 клапана. Альтернативно система 110 демпфирования может быть установлена на расстоянии от штанги 104 клапана. Далее, альтернативно система 110 демпфирования может быть промежуточно установлена между исполнительным элементом штанги 104 клапана и штангой 104 клапана. Кроме того, альтернативно система демпфирования может быть установлена в самом исполнительном элементе. Существенно при этом, чтобы тело 106 главного клапана посредством системы 110 демпфирования было связано со штангой 104 клапана с аксиальным демпфированием вдоль оси A-A гидранта.
На Фиг. 5а, Фиг. 5b показан вид в увеличенном масштабе системы 110 демпфирования в различных положениях запорного элемента (см. Фиг. 1a - Фиг. 4b). При этом на Фиг. 5a показан запорный элемент в закрытом положении, а на Фиг. 5b запорный элемент в частично открытом положении, т.е. в положении перехода из закрытого положения в открытое положение; на Фиг. 5c показан запорный элемент в открытом положении, а на Фиг. 5d запорный элемент в положении незадолго перед закрытым положением. На Фиг. 5а, Фиг. 5b показаны, таким образом, процессы в системе 110 демпфирования в последовательности перехода из закрытого положения через открытое положение и обратно в положение незадолго перед закрытием запорного элемента.
Показанная на Фиг. 5a система 110 демпфирования запорного элемента в закрытом положении представлена в виде увеличенного фрагмента запорного элемента, показанного на Фиг. 1а, Фиг. 1b. В последующих разъяснениях поэтому дается отсылка к Фиг. 1а, Фиг. 1b. В этом положении тело 106 главного клапана расположено полностью внутри и находится в герметичном прилегании с уплотнительной поверхностью гидранта.
Показанная на Фиг. 5b система 110 демпфирования запорного элемента в таком частично открытом положении представлена в виде увеличенного фрагмента запорного элемента, показанного на Фиг. 2а, Фиг. 2b. В последующих разъяснениях поэтому делается отсылка на Фиг. 2а, Фиг. 2b. В этом положении тело 106 главного клапана со своей нижней стороны, как и со своей верхней стороны нагружается давлением. Разность давлений между давлением на нижней стороне и давлением на верхней стороне уменьшается по мере движения вниз тела 106 главного клапана. Поэтому преобладает возвращающая сила пружины 112 сжатия, вследствие чего поршневой участок 114 тела 106 главного клапана немного выдвигается из полости 118 цилиндра, что на Фиг. 5b показано стрелкой вдоль направления XI выдвижения. За счет этого в полости 118 цилиндра возникает разрежение. Вследствие этого разрежения текучая среда 130 всасывается из накопителя текучей среды. Текучая среда 130 течет при этом из накопителя текучей среды через подводящую линию 126 и обратный клапан 132 в полость 118 цилиндра. Обратный клапан 132 позволяет только подвод текучей среды 130 в полость 118 цилиндра, но не ее возвратный поток в обратном направлении. Первый путь потока в этом направлении на Фиг. 5b схематично обозначен как PI. Текучая среда 130 течет по этому первому пути PI потока и, по существу, не тормозится, вследствие чего это движение вниз тела 106 главного клапана происходит относительно быстро. Таким образом, при открытии гидранта на выходе из него ожидается полное давление воды без запаздывания.
Показанная на Фиг. 5c система 110 демпфирования запорного элемента в полностью открытом положении представлена в виде увеличенного фрагмента запорного элемента, показанного на Фиг. 3а, Фиг. 3b. В этом положении поршневой участок 114 тела 106 главного клапана максимально выдвинут из полости 118 цилиндра. Полость 118 цилиндра максимально заполнена текучей средой 130.
На Фиг. 5d показана система 110 демпфирования запорного элемента в положении, в котором тело 106 главного клапана находится незадолго перед закрытым положением. На этой фигуре представлен вид увеличенного фрагмента запорного элемента, показанного на Фиг. 4а, Фиг. 4b. Поэтому в последующих разъяснениях дается отсылка на Фиг. 4а, Фиг. 4b. В показанном положении тела 106 главного клапана указанная выше разность давлений возрастает по мере движения вверх тела 106 главного клапана при закрытии гидранта. Возникающая за счет этого сила превышает прижимное усилие пружины 112 сжатия. За счет этого тело 106 главного клапана движется вверх, как это показано стрелкой вдоль направления X2 вдвигания, и пружина 112 сжатия сжимается.
Для того, чтобы поршневой участок 114 тела 106 главного клапана мог двигаться в полости 118 цилиндра вверх, находящаяся в полости 118 цилиндра текучая среда 130 должна выталкиваться. Для этого предусмотрен второй путь P2 потока, который отделен от первого пути PI потока. Текучая среда 130 течет по второму пути P2 потока из полости 118 цилиндра снова обратно в накопитель текучей среды. При этом текучая среда течет через кольцеобразное промежуточное пространство 133, которое образовано между внутренней поверхностью одного участка корпуса системы 110 демпфирования и внешней поверхностью магистрального корпуса 124. Это кольцеобразное промежуточное пространство 133 предпочтительно одновременно служит для размещения пружины 112 сжатия. Из кольцеобразного промежуточного пространства 133 текучая среда 130 течет затем через проем 134 в сливной трубопровод 128. Текучая среда 130 течет через сливной трубопровод 128 по направлению вверх в накопитель текучей среды. Текучая среда 130 может течь только по второму пути P2 потока в накопитель текучей среды, так как обратный клапан 132 запирает обратный поток по первому пути PI потока.
В сливной трубопровод 128 по меньшей мере на отдельных участках вставлен штифт 135. При этом наружный диаметр штифта 135 и внутренний диаметр сливного трубопровода 128 имеют относительно друг друга такие размеры, что между штифтом 135 и сливным трубопроводом 128 устанавливается заданное кольцевое пространство 154, соответственно, проточная область поперечного сечения. Текучая среда 130 должна, тем самым, проталкиваться через это кольцевое пространство 154 в аксиальном направлении вдоль штифта 134. За счет этого скорость потока текучей среды 130 снижается, вследствие чего текучая среда 130 может лишь медленно вытекать из полости 118 цилиндра. Таким образом, поршневой участок 114 тела 106 главного клапана медленно вдвигается в полость 118 цилиндра, соответственно, с демпфированием. Из этого следует, что тело 106 главного клапана незадолго перед закрытым положением гидранта медленно движется вверх, соответственно, с демпфированием, благодаря чему гидравлические удары предотвращаются или по меньшей мере сильно демпфируются.
Как описано выше, может устанавливаться скорость, с которой тело 106 главного клапана движется вверх. Для этого образованное в сливном трубопроводе 128 кольцевое пространство 154 может устанавливаться путем соответствующего выбора наружного диаметра штифта 135 и/или внутреннего диаметра сливного трубопровода 128. В показанном на этих фигурах варианте выполнения может регулироваться отрезок, на который штифт 135 вдвигается в сливной трубопровод 128. Таким образом, могут устанавливаться участки, вдоль которых текучая среда 130 должна проходить через кольцевое пространство 154. С увеличением длины такого участка кольцевого пространства 154 возвратный поток текучей среды 130 из полости 118 цилиндра в накопитель текучей среды замедляется. Для регулирования участка кольцевого пространства 154 штифт 135 переставляется по резьбе. Детали этого приведены в настоящем описании в связи с Фиг. 1a - Фиг. 4d. Тем самым, благоприятным образом может устанавливаться скорость, с которой гидрант полностью запирается, и она, по существу, независима от скорости, с которой пожарный расчет закрывает гидрант. Таким образом, гидравлические удары устраняются или по меньшей мере сильно демпфируются по своей амплитуде.
Одинаковые ссылочные обозначения указывают на одинаковые или соответствующие признаки предлагаемого изобретением запорного элемента и гидранта, если даже в каждом конкретном случае и в связи с конкретным чертежом на это подробно не указывается.
Перечень ссылочных обозначений
A-A ось гидранта
PI первый путь потока
P2 второй путь потока
XI направление выдвижения
X2 направление вдвигания
100 гидрант
102 запорный элемент
104 штанга клапана
106 тело главного клапана
108 уплотнительная поверхность гидранта
110 система демпфирования
112 пружина сжатия
114 поршневой участок тела главного клапана
116 крепежное средство
118 полость цилиндра
120 кольцевое уплотнение
122 накопитель текучей среды
124 магистральный корпус
126 подводящая линия
128 сливной трубопровод
130 текучая среда
132 обратный клапан
133 кольцеобразное промежуточное пространство
134 проем
135 штифт
136 впускная труба
138 труба для подъема воды
140 головка штифта
142 удлинительный участок
144 второе кольцевое уплотнение
146 кольцеобразная направляющая
148 третье кольцевое уплотнение
150 клапан
152 четвертое кольцевое уплотнение
154 кольцевое пространство
156 корпус системы 110
158 стенка накопителя текучей среды
1. Запорный элемент (102) гидранта (100), имеющего ось (A-A) гидранта, причем этот запорный элемент (102) содержит штангу (104) клапана, которая установлена с возможностью аксиального перемещения, по существу, вдоль оси (A-A) гидранта, и тело (106) главного клапана, которое может приводиться в герметичное прилегание с уплотнительной поверхностью (108) гидранта (100), причем этот запорный элемент (102) содержит также систему (110) демпфирования, которая установлена между телом (106) главного клапана и штангой (104) клапана или на расстоянии от штанги (104) клапана, или между исполнительным элементом штанги (104) клапана и штангой (104) клапана, или в самом исполнительном элементе таким образом, что тело (106) главного клапана через систему (110) демпфирования вдоль оси (A-A) гидранта с аксиальным демпфированием связано со штангой (104) клапана, причем система (110) демпфирования содержит пружину сжатия (112) и накопитель (122) текучей среды, в котором запасается текучая среда (130), причем текучая среда (130) содержит масло заданной вязкости.
2. Запорный элемент (102) по п. 1, причем система (110) демпфирования выполнена как подпружиненная система (110) демпфирования.
3. Запорный элемент (102) по любому из предыдущих пунктов, в котором тело (106) главного клапана содержит поршневой участок (114), который размещен с возможностью аксиального перемещения в полости (118) цилиндра, имеющейся в системе (110) демпфирования.
4. Запорный элемент (102) по п. 3, в котором система (110) демпфирования содержит подводящую линию (126) с обратным клапаном (132) и сливной трубопровод (128), причем подводящая линия (126) и сливной трубопровод (128) соединены с накопителем (122) текучей среды и с полостью (118) цилиндра таким образом, что текучая среда (130), запасенная в накопителе (122) текучей среды, через подводящую линию (126) и обратный клапан (132) может переводиться в полость (118) цилиндра и через сливной трубопровод (128) может переводиться из полости (118) цилиндра в накопитель (122) текучей среды.
5. Запорный элемент (102) по п. 4, в котором обратный клапан (132) расположен в подводящей линии (126) между накопителем (122) текучей среды и полостью (118) цилиндра.
6. Запорный элемент (102) по любому из пп. 1-5, в котором пружина сжатия (112) установлена между системой (110) демпфирования и по меньшей мере одним участком тела (106) главного клапана и выполнена с возможностью приложения прижимного усилия между системой (110) демпфирования и телом (106) главного клапана для по меньшей мере частичного выдавливания поршневого участка (114) из полости (118) цилиндра.
7. Запорный элемент (102) по любому из пп. 4-6, причем проточная область поперечного сечения сливного трубопровода (128) может уменьшаться по меньшей мере на отдельных участках вдоль сливного трубопровода (128).
8. Запорный элемент (102) по п. 7, причем система (110) демпфирования содержит понижающий элемент (135), который по меньшей мере на отдельных участках вставлен в сливной трубопровод (128) таким образом, что проточная область поперечного сечения сливного трубопровода (128) может уменьшаться на этом участке.
9. Запорный элемент (102) по п. 8, причем понижающий элемент содержит штифт (135), который по меньшей мере на отдельных участках вставлен в сливной трубопровод (128).
10. Запорный элемент (102) по п. 9, причем наружный диаметр штифта (135) и внутренний диаметр сливного трубопровода (128) имеют относительно друг друга такие размеры, что между штифтом (135) и сливным трубопроводом (128) установлено заданное кольцевое пространство (154).
11. Запорный элемент (102) по п. 9 или 10, причем штифт (135) выполнен аксиально переставляемым по отношению к сливному трубопроводу (128).
12. Запорный элемент (102) по любому из пп. 9-11, причем штифт (135) по меньшей мере на одном своем участке содержит участок внешней резьбы, а сливной трубопровод (128) по меньшей мере на одном своем участке содержит участок внутренней резьбы, причем участок внешней резьбы и участок внутренней резьбы находятся в резьбовом зацеплении друг с другом.
13. Запорный элемент (102) по любому из предыдущих пунктов, причем исполнительный элемент на одном конце связан со штангой (104) клапана и выполнен с возможностью преобразования крутящего момента, прикладываемого на другом конце исполнительного элемента, в аксиальное движение штанги (104) клапана.
14. Запорный элемент (102) по любому из предыдущих пунктов, причем исполнительный элемент содержит шпиндельную опору, шпиндель и шпиндельную гайку.
15. Гидрант (100), содержащий трубу (138) для подъема воды, впускную трубу (136) и запорный элемент (102) по любому из предыдущих пунктов для демпфирования или устранения гидравлических ударов в этом гидранте (100).
16. Гидрант (100) по п. 15, содержащий также уплотнительную поверхность (108), причем запорный элемент (102) выполнен с возможностью перемещения тела главного клапана по отношению к уплотнительной поверхности (108) по меньшей мере из одного открытого положения в по меньшей мере одно закрытое положение и наоборот, и причем запорный элемент (102) выполнен таким образом, что в его закрытом положении внутреннее пространство трубы (138) для подъема воды может уплотняться относительно впускной трубы (136).
17. Гидрант по п. 15 или 16, причем демпфирующий элемент (110) расположен в исполнительном элементе.
