Водопроводный штуцер со сменным патроном, обеспечивающим ламинарный поток

Водопроводный штуцер со сменным патроном, обеспечивающим ламинарный поток

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится к водопроводным приспособлениям, а более конкретно - к водопроводным штуцерам, которые подают струю ламинарной жидкости.

Водопроводные приспособления, обеспечивающие ламинарные потоки воды, ранее были описаны (см., например, патенты США №№ 3730440, 3851825, 4119276, 4657186, 4730786, 4795092, 5160086, 5213260 и 5242119). Ламинарный поток означает поток жидкости, который в основном не турбулентен и имеет, по существу, не флуктуирующие локальные скорости и давления, вследствие чего получаемый поток имеет в основном стержнеобразный вид. Такой ламинарный поток необходим в декоративных целях, поскольку исходящая струя обычно похожа на прозрачный стеклянный стержень.

Водопроводную воду обычно подают через ряд последовательно расположенных сглаживающие поток элементов перед выпуском через отверстие подходящего насадка. Сглаживающие поток элементы обычно представляют собой перфорированные диски, сетки и фильтры, расположенные последовательно по течению от соединения с линией водоснабжения. Сглаживающие поток элементы изменяют скорость потока и перераспределяют профиль скорости в соответствии с необходимостью преобразования турбулентного потока в ламинарный поток.

Одна проблема, связанная с существующими приспособлениями, заключается в том, что небольшие отверстия в сетках, фильтрах и перфорированных дисках могут засоряться со временем вследствие оседания минеральных отложений и крупного песка в водопроводной воде. Это может привести к ослабленному или неламинарному потоку. Поэтому необходимо периодически извлекать засорившиеся элементы из приспособления для очистки или замены.

Обычно, сборку сглаживающих поток элементов с последующей установкой в приспособление осуществляют по отдельности, так что для удаления их приходится разбирать относительно маленькие элементы деталь за деталью. После очистки или замены приходится повторно собирать каждый элемент в первоначальном порядке, чтобы обеспечить надлежащие характеристики потока. Решение этой задачи может оказаться утомительным, подверженным ошибкам, потребовать ловкости рук и (в любом случае) может обуславливать сложность работы, превышающую уровень квалификации некоторых потребителей (поэтому требуется профессиональная помощью водопроводчиков). Эта задача еще больше осложняется, если сглаживающие поток элементы недоступны снаружи из помещения без вскрытия постоянной стены.

Соответственно, существует необходимость в создании водопроводного штуцера, который обеспечит упрощение очистки, обслуживания или замены сглаживающих поток элементов.

Краткое изложение сущности изобретения

В одном аспекте изобретение относится к водопроводному штуцеру, имеющему корпус, определяющий полость с открытыми концами, и канал, ведущий в эту полость и соединяемый с линией водоснабжения. В полости корпуса расположен с возможностью извлечения патрон, который имеет кожух со впускным отверстием, сообщающимся посредством жидкости с каналом в корпусе штуцера, и выпускным отверстием. Кожух содержит множество сглаживающих поток элементов, расположенных между впускным и выпускным отверстиями для обеспечения ламинарности потока жидкости, проходящей через патрон. Рядом с выпускным отверстием патрона расположен насадок, имеющий отверстие, через которое жидкость, выходящая из штуцера, может выбрасываться в форме струи.

В предпочтительных формах изобретения корпус представляет собой корпус с открытым концом, а рядом с этим открытым концом корпуса и в контакте с ним установлена крышка. Впускное отверстие расположено в выемке задней стенки корпуса напротив крышки, а выпускное отверстие расположено в крышке. В выемке расположен компенсирующий давление регулятор расхода.

В других формах изобретения множество сглаживающих поток элементов выбрано из группы, состоящей из сит и пенопластовых фильтров. Кроме того, сито может быть расположено между пенопластовым фильтром и кольцевой прокладкой в патроне.

В других вариантах корпус штуцера может быть выполнен в виде чашеобразного элемента с одним закрытым концом и противоположным открытым концом, имеющего окружной фланец, обеспечивающий зажим на стене в случае установки штуцера через стену. Канал расположен в радиальной стенке, а фланцевая зажимная втулка выполнена с возможностью выдвижения в корпус радиально снаружи патрона. Этот последний признак обеспечивает простую подгонку узла к стенам разной толщины.

В еще одном варианте корпус штуцера представляет собой корпус водопроводного крана, имеющий выступающую ножку, которая частично ограничивает полость. В эту ножку установлен насадок.

В еще одном аспекте изобретения сменные патроны содержат сглаживающие поток элементы. Эти сменные патроны можно использовать в корпусах туалетных водопроводных кранов или в кожухах, прикрепляемых к вертикальной стене помещения.

Настоящее изобретение также относится к водопроводному штуцеру, который подает ламинарную струю воды. Компактный, легко заменяемый патрон содержит все необходимые сглаживающие поток и регулирующие давление элементы, так что их можно извлекать из штуцера (для очистки, обслуживания или ремонта) за один прием. Более того, кожухи согласно настоящему изобретению предназначены для обеспечения легкого доступа к патрону без необходимости доступа к обратной стороне стены помещения.

Вышеизложенные и другие преимущества изобретения станут очевидными из нижеследующего описания. В этом описании делаются ссылки на прилагаемые чертежи, которые являются частью описания и на которых в качестве иллюстраций показаны предпочтительные конкретные варианты осуществления изобретения. Эти конкретные варианты осуществления не охватывают весь объем притязаний изобретения. Таким образом, для суждения о полном объеме притязаний изобретения следует обратиться к прилагаемой формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 изображен вертикальный поперечный разрез штуцера, установленного на стене, согласно настоящему изобретению;

на фиг.2 изображен вид с разделением деталей штуцера, при этом расположенный сзади корпус штуцера показан повернутым на 90°, а патрон показан полностью,

на фиг.3 изображен вертикальный поперечный разрез, выполненный вдоль линии 3-3, показанной на фиг.2;

на фиг.4 изображен патрон с разделением деталей, показанный на фиг.3, в частичном разрезе;

на фиг.5 изображен вертикальный поперечный разрез на виде сбоку для альтернативного варианта осуществления в случае, когда штуцер применяется в водопроводном кране, установленном на горизонтальной поверхности, и

на фиг.6 изображен вид сбоку с пространственным разделением деталей водопроводного крана, показанного на фиг.5.

Подробное описание предпочтительных конкретных вариантов осуществления

На фиг.1 и 2 показан штуцер 10, содержащий расположенный сзади корпус 12, патрон 14, обеспечивающий ламинарный поток, расположенный спереди насадок 16 и декоративный маскирующий фланец 18. Корпус 12 имеет в основном цилиндрическую чашеобразную форму и предпочтительно изготовлен из латуни. Он включает заднее основание 20, трубчатую стенку 22 и передний концевой фланец 24. Трубчатая стенка 22 имеет радиальный канал 26, с которым может быть соединена труба 28 водоснабжения. Корпус 12 штуцера имеет полость 30 для размещения в ней патрона 14.

На фиг.3 показан патрон 14, который имеет в основном цилиндрический внешний кожух 32, имеющий основание 34 и цилиндрическую стенку 36, ограничивающую камеру 38. Основание 34 имеет круглую, открывающуюся назад выемку 40 с небольшим центральным впускным отверстием 42. В эту выемку 40 запрессован дискообразный компенсирующий давление регулятор 44 расхода, например, такой, коммерческие поставки которого осуществляет фирма «Неоперл, Инк.» (Neoperl, Inc.), Уотербери, штат Коннектикут, США.

Когда давление воды увеличивается, регулятор прогибается, уменьшая объем центрального впускного отверстия. Это обеспечивает поддержание относительно постоянного объемного расхода через регулятор. В предпочтительном варианте регулятор 44 расхода имеет диапазон рабочего давления 12-145 фунтов-сил на квадратный дюйм, что соответствует 0,8-10 бар.

Кожух 32 предпочтительно изготовлен из пластмассы, такой как норил® (товарный знак фирмы «Дженерал Электрик»), которая является смесью полифениленсульфидной и полистирольной смол. Кожух 32 может иметь внутренний диаметр приблизительно 2 дюйма при несколько меньшем внешнем диаметре сглаживающих поток элементов. Кроме того, внешний диаметр кожуха 32 может несколько превышать 2 дюйма при общей габаритной длине свыше трех дюймов.

Камера 38 кожуха содержит ряд круглых или цилиндрических сглаживающих поток элементов. В частности, сглаживающие поток элементы включают фильтр 46, четыре сита 48 и две кольцевые прокладки 50 и 52. Фильтр 46 предпочтительно изготовлен из пористого пенополиуретанового диска, имеющего размер пор, составляющий 45 пор на дюйм (см. также патент США № 4795092, в котором описаны пенопластовые фильтры с открытыми порами).

Сита 48 предпочтительно изготовлены из нержавеющей стальной сетки размером 20×20 меш. Кольцевые прокладки 50 и 52 предпочтительно изготовлены из норила® и предпочтительно имеют длину 0,65 и 0,20 дюйма, соответственно. Сглаживающие поток элементы могут быть расположены последовательно в камере 38 в порядке, показанном на фиг.3 и 4, то есть по одному ситу 48 на каждой стороне фильтра 46, затем - кольцевая прокладка 50, третье сито 48, диск 52, а потом - четвертое сито 48. Эти элементы удерживаются вместе крышкой 54 из норила®, установленной в открытый конец кожуха 32 с помощью подходящих средств, таких как резьбовое соединение или ультразвуковая сварка. Крышка 54, по существу, представляет собой кольцо со ступенчатым поперечным сечением, определяющим два разных внутренних диаметра, меньший из которых находится в конце кожуха 32. Крышка 54 имеет большое, занимающее всю ее ширину, выпускное отверстие 56.

На фиг.1 и 2 показано, что в полости 30 корпуса штуцера вокруг одного конца патрона 14 установлена с возможностью продвижения цилиндрическая латунная втулка 58, имеющая внешний диаметр, несколько меньший, чем внутренний диаметр корпуса 12 штуцера. На внутреннем конце втулки 58 имеется цилиндрическая канавка 60, в которой размещено уплотнительное кольцо 62 круглого поперечного сечения, создающее водонепроницаемое окружное уплотнение между втулкой 58 и корпусом 12 штуцера. Это уплотнение может удерживаться на своем месте, когда втулка 58 скользит вдоль оси относительно корпуса 12 штуцера.

Другой конец втулки 58 имеет круглый фланец 64 для упирания в открытую поверхность стены, когда штуцер 10 установлен в отверстии стены. Втулка 58 может скользить вдоль оси относительно корпуса 12, благодаря чему между этим фланцем 64 и концевым фланцем 24 корпуса 12 могут находиться стены помещений, имеющие разную толщину. В отверстия 66 и 68 в соответствующих фланцах 88, 24 и 64 ввинчивают резьбовые крепежные детали (не показаны) для зажима на стене помещения. При необходимости эти крепежные детали можно затягивать или отпускать, адаптируя приспособление 10 к изменяющимся толщинам стены помещения.

Например, возможна предварительная установка штуцера с последующим точным затягиванием при установке последней доски готовой стены. Последующую регулировку для обеспечения сопряжения с готовой стеной осуществляют за счет осевого скольжения втулки 58.

Насадок 16 предпочтительно представляет собой латунное кольцевое тело, имеющее ступенчатую внешнюю стенку, определяющую два внешних диаметра 70 и 72, с окружными канавками 74 и 76, в которых соответственно размещены уплотнительные кольца 78 и 80 круглого поперечного сечения. Величина внешнего диаметра 70 выбрана с обеспечением возможности установки насадка внутри выпускного отверстия 56 с уплотнительным кольцом 78 круглого поперечного сечения для создания водонепроницаемого уплотнения. Величина внешнего диаметра 72 выбрана с обеспечением возможности сопряжения уплотнительного кольца 80 круглого поперечного сечения с внутренним диаметром втулки 58 для обеспечения водонепроницаемого уплотнения.

Предусмотрено отверстие 82, представляющее собой выемку в виде усеченного конуса и сужающейся в направлении от патрона 14, причем это отверстие ведет к острой кромке 84. Другой конец насадка 16 имеет коаксиальный ступенчатый внутренний диаметр, при этом на большем диаметре предусмотрена внутренняя резьба 86. Этот конец насадка 16 также включает фланец 88, имеющий резьбовые отверстия 90, выполненные с возможностью выравнивания с отверстиями 68 фланца 64 втулки для закрепления насадка 16 на месте.

Маскирующий фланец 18 предпочтительно представляет собой декоративный полированный латунный кольцевой фланцевый элемент, имеющий передний торец, внешний диаметр которого больше, чем у втулки 58 и насадка 16. Внутренний конец маскирующего фланца 18 имеет внешний диаметр с окружной канавкой 92, в которой размещено уплотнительное кольцо 94 круглого поперечного сечения, причем внутренний конец имеет такие размеры, что уплотнительное кольцо круглого поперечного сечения обеспечивает водонепроницаемое уплотнение у меньшего внутреннего диаметра насадка 16, и ввинчиваемый в насадок 16 участок 100 большего внешнего диаметра, на котором предусмотрена резьба. Внутренний диаметр на внутреннем конце маскирующего фланца 18 несколько больше, чем диаметр кромки 84 отверстия насадка, и плавно сужается в направлении наружу, сопрягаясь с внешним диаметром на переднем конце.

Когда к штуцеру 10 подсоединяют трубу 28 водоснабжения, вода может проходить в полость 30 корпуса штуцера в радиальном направлении, возвращаться обратно и затем проходить в радиальном направлении внутрь в регулятор 44 расхода, а затем - в патрон 14 через впускное отверстие 42.

Как описано выше, регулятор 44 расхода срабатывает в ответ на флуктуации скорости течения, регулируя проходной размер впускного отверстия 42 и, тем самым, обеспечивая относительно постоянную скорость прохождения в патрон 14. Сглаживающие поток элементы (фильтр, сита), а также прокладки выбирают и размещают с обеспечением более равномерного распределения профиля скорости воды, проходящей через впускное отверстие 42, по всему внутреннему диаметру кожуха 32 патрона, что, по существу, исключает турбулентность и воздушные карманы.

В частности, вода, проходящая через впускное отверстие 42, попадает в камеру 38, которая имеет значительно больший диаметр. Это резкое расширение поперечного сечения предназначено для уменьшения скорости воды. Когда вода проходит через поры фильтра 46, не осевые векторы скорости (вызывающие турбулентность) блокируются пенопластом, так что вода выходит из фильтра 46, имея вектора скорости, проходящие в осевом направлении. Когда вода проходит через ряд сит 48, профиль скорости сглаживается, так что от середины до краев поперечного сечения потока наблюдается почти равномерный поток. Сита 48 разделены прокладками 50 и 52, так что они работают каскадно, обеспечивая восстановление напора воды перед ее попаданием в следующее сито 48.

Вода выходит из патрона 14 через отверстие 82 насадка. Острая кромка 84 обеспечивает отделение, достаточно эффективное для формирования одной струи воды при ламинарном потоке с незначительным или вообще отсутствующим боковым разбрызгиванием. Вытекающая струя является прозрачной, плавной и, что интересно, напоминает стеклянный стержень.

Для профилактического обслуживания (например, в случае изменения состояния течения струи со временем из-за отложений кальция или других минералов, содержащихся в воде, или присутствия крупного песка) все сглаживающие поток элементы можно быстро и легко извлечь из корпуса 12 штуцера за один прием для очистки или замены, извлекая патрон 14. Это можно сделать, не добираясь до обратной стороны стены.

Маскирующий фланец 18 вывинчивают из насадка 16 и удаляют резьбовые крепежные детали, находящиеся во фланцах 88, 64 и 24, чтобы можно было извлечь патрон 14 из камеры 38 после вытаскивания насадка 16 и втулки 58. Сглаживающие поток элементы и регулятор расхода можно очистить подходящим раствором или можно просто заменить патрон 14 новым. В любом случае втулку 58 можно вставить в камеру 38, вводя ее до тех пор, пока фланец 64 не войдет в контакт с открытой поверхностью стены. Затем можно вставить очищенный или новый патрон 14 во втулку 58, вводя его до тех пор, пока соответствующие окружные поверхности 103 и 105 с фиксаторами не войдут в зацепление, и тогда можно будет вставить насадок 16 во втулку 58, вводя его до тех пор, пока отверстие 82 не установится в выпускном отверстии 56. Затем осуществляют крепление, повторно ввинчивая крепежные детали и маскирующий фланец 18.

На фиг.5 и 6 изображен альтернативный конкретный вариант осуществления изобретения применительно к водопроводному крану. В этом конкретном варианте осуществления сходные элементы обозначены на чертежах аналогичными позициями, но с добавлением символа «А». Водопроводный кран 10А включает латунный корпус 12А водопроводного крана, содержащий обычный клапан 102 регулирования расхода. После смешения воды и/или регулирования ее объема с помощью этого клапана, она проходит вниз в канал 107.

Корпус 12А водопроводного крана включает ножку 104 для штуцера, определяющую приемную полость 30А, для размещения в ней узла 14А патрона, обеспечивающего ламинарный поток. Основание полости 30А имеет канал 26А, с которым сообщается водовод 107.

Патрон 14А сглаживает проходящий через него поток воды, как описано выше, и включает те же компоненты, изготовленные из тех же материалов, что и в варианте, рассмотренном выше, хотя и имеющие предпочтительно меньшие размеры. В одной предпочтительной форме кожух 32А картриджа имеет внешний диаметр приблизительно 0,9 дюйма и габаритную длину чуть меньше 1,5 дюймов. Сглаживающие поток элементы (фильтр 46А, сита 48А и прокладки 50А и 52А) и регулятор 44А расхода выполнены пропорционально меньшими. Кроме того, в отличие от патрона, кожух 32А включает окружную канавку 106 вдоль своего внешнего диаметра, предназначенную для размещения в ней уплотнительного кольца 108 круглого поперечного сечения и сопрягаемую с внутренними стенками полости 30А около ее основания.

Ножка 104 для штуцера также включает внутреннюю резьбу 108 на открытом конце полости 30А. Резьба 108 вводится в зацепление с резьбовым концом 110 насадка 16А. Насадок 16А представляет собой элемент в форме перевернутой чаши, имеющий на одном конце сужающееся отверстие 82А с острой кромкой. Как показано на фиг.5 и 6, ножка 104 для штуцера проходит под углом вверх, так что выходящая струя будет проходить по дугообразной траектории. В данном случае вся вода поступает в осевом направлении, но во всем остальном работа патрона аналогична вышеописанному варианту.

Таким образом, настоящее изобретение относится к штуцерам, обеспечивающим ламинарную струю воды в различных водопроводных приспособлениях. Компактный патрон содержит сглаживающие поток и регулирующие давление элементы, так что их можно извлечь из патрона как один узел для очистки, обслуживания или замены. Патрон легко извлекается из конца штуцера внутрь помещения путем открепления и извлечения насадка (и маскирующего фланца, если он применяется).

Хотя описаны лишь конкретные варианты осуществления, для специалистов в данной области техники будут очевидны различные модификации в рамках объема притязаний изобретения. Таким образом, для восприятия полного объема притязаний изобретения нужно ознакомиться с нижеследующей формулой изобретения.

Промышленная применимость

Заявляются водопроводные штуцеры, которые обеспечивают ламинарный поток и имеют унитарные сменные патроны.

1. Водопроводный штуцер, содержащий корпус, определяющий полость с открытыми концами и канал, ведущий в эту полость и соединенный с линией водоснабжения, патрон, расположенный с возможностью извлечения в полости корпуса и имеющий кожух с впускным отверстием и выпускным отверстием, при этом впускное отверстие сообщено посредством жидкости с каналом в корпусе штуцера, причем кожух содержит множество элементов, расположенных между впускным и выпускным отверстиями для обеспечения ламинарности потока жидкости, проходящей через патрон, насадок, расположенный рядом с выпускным отверстием кожуха и имеющий отверстие, через которое жидкость, выходящая из штуцера, выбрасывается в форме струи, и фланцевую втулку, выполненную с возможностью продвижения в корпус радиально наружу патрона.

2. Штуцер по п.1, в котором корпус включает кольцеобразную крышку, установленную на выходе.

3. Штуцер по п.2, в котором впускное отверстие расположено в выемке задней стенки кожуха напротив крышки, а выпускное отверстие расположено в крышке.

4. Штуцер по п.3, который дополнительно содержит компенсирующий давление регулятор расхода, расположенный в выемке.

5. Штуцер по п.1, в котором множество сглаживающих поток элементов включает по меньшей мере одно сито и пенопластовый фильтр.

6. Штуцер по п.5, в котором сито расположено между пенопластовым фильтром и кольцевой прокладкой в патроне.

7. Штуцер по п.1, в котором корпус выполнен в виде чашеобразного элемента с одним закрытым концом и противоположным открытым концом, имеющим окружной фланец, обеспечивающий зажим на стене в случае установки штуцера через эту стену.

8. Штуцер по п.7, в котором канал расположен в стенке радиально.

9. Штуцер по п.1, в котором насадок выполнен сужающимся в направлении течения.

10. Штуцер по п.9, в котором корпус представляет собой корпус водопроводного крана, имеющий выступающую ножку, частично определяющую полость, причем в эту ножку установлен насадок.