Наполнительная арматура с сервоуправлением из-за ожидаемо высокой эффективности вытесняет наполнительную арматуру прямого действия. Однако практика ее эксплуатации показывает, что несмотря на внешнюю привлекательность, связанную со сравнительно малыми габаритами, некоторые ее показатели еще далеки от желаемого совершенства. Поэтому и появляется большое количество разнообразных наполнительных арматур с сервоуправлением. Их сравнительный анализ с точки зрения схемного построения будет рассмотрен в этой части статьи.

Как известно, смывные бачки делятся на бачки с боковой и нижней подводкой воды. Общепринято для каждого типа бачка выпускать и соответствующую наполнительную арматуру. Так исторически сложилось. Поэтому далее в статье будут рассмотрены принципиально-конструктивные схемы наполнительных арматур отдельно для бачков с боковой подводкой и отдельно — с нижней подводкой.

Наполнительная арматура для бачков с боковой подводкой

На рис. 37 приведена схема наполнительной арматуры с сервоуправлением боковой подводки. Она выпускается фирмой «ИнкоЭр» и обозначается в ее каталоге как Бпд. Размещенные внутри головки арматуры элементы здесь не показаны, так как они детально рассмотрены в предыдущих частях статьи. Несмотря на внешнюю простоту, заключающуюся в качающемся относительно оси 6 рычаге 7, простом литом поплавке 8 прямоугольной формы, а также в наличии простой противошумной трубки 9, эта наполнительная арматура имеет очень хорошие эксплуатационные показатели. Прежде всего, она легко монтируется в специальное отверстие в стенке 11 смывного бачка, крепится к ней с помощью крепежной гайки 2 и обеспечивает внешнюю герметичность посредством уплотнительной прокладки 3.

(Рис. 37)

Регулировка уровня наполнения бачка осуществляется просто за счет принудительного перемещения поплавка 8 по длине рычага 7. Фиксация поплавка на заданной высоте осуществляется посредством «трещотки». С целью предотвращения возможности подсоса воды из бачка в водопроводную сеть здесь используется воздушный разрыв потока воды. Для этого на боковой поверхности сливного штуцера в месте, где к корпусу 1 крепится противошумная трубка 9, выполнен воздушный канал 10. Распределительная часть арматуры выполнена по схеме, приведенной на рис. 20б, а жиклер — по рис. 23. Естественно, на входе воды стоит фильтр грубой очистки.

Для обеспечения защиты жиклера от механических частиц перед входом воды в отверстие сопла установлен сепаратор, который закручивает поток воды и за счет центробежных сил отводит эти частицы от жиклера в зазор между торцом основного сопла и рабочей поверхностью диафрагмы. Почти все простые наполнительные арматуры с сервоуправлением обладают одним неприятным свойством. Поскольку диафрагма с жестким центром может перекрыть основной поток до того, как закроется до герметичного состояния сервоклапан, то вода будет долго сочиться в бачок через сервосопло. При этом уровень воды в смывном бачке будет постепенно подниматься до тех пор, пока сервоклапан не перекроет поток за счет медленного подъема поплавка.

В среднем, при такой ситуации уровень воды в смывном бачке после перекрытия основного сопла может подняться на величину до 15 мм. Если учесть, что рекомендуется настраивать наполнительную арматуру так, чтобы уровень воды в бачке находился бы ниже среза перелива на 20 мм, то запас по уровню будет составлять около 5 мм. При ночном повышении давления может происходить просачивание воды в унитаз.

Объемы этих утечек не так уж велики, но разводы ржавчины на поверхности чаши унитаза они оставляют впечатлительные. В конструкции Бпд, приведенной на рис. 37, эта проблема решена за счет уменьшения диаметра сервосопла до 0,8 мм и специально подобранной геометрии диафрагмы, а также за счет создания противодавления в основной сливной гидравлической линии. Этому способствует установка мультидросселя, который, кроме того, существенно снижает уровень шума во время наполнения смывного бачка. Несмотря на хорошие характеристики и эксплуатационные показатели эта наполнительная арматура боковой подводки (Бпд) не очень приветствуется дилерами из-за того, что у этой арматуры, как они утверждают, «не очень солидный вид»…

В этом случае приводятся в качестве примера большие объемы продаж в Украине наполнительной арматуры боковой подводкой, выпускаемой в Польше фирмой Wzor Zastrz. Конструктивно она выполнена как показано на рис. 38. Крепление корпуса 1 в боковом отверстии вертикальной стенки бачка производится с помощью крепежной гайки 4 и уплотнения 3. На сливной штуцер с натягом насаживается переходная насадка 10, а на нее — противошумная трубка 9.

(Рис. 38)

По ее наружной поверхности скользит трубчатая часть поплавка 8. Это обеспечивает возможность только вертикального перемещения этого поплавка. Поплавок связан с рычагом 6 посредством тяги 7 с винтообразной нижней частью, а гайкой этого винта является гайка в нижней части поплавка, выполненная в виде одного неполного витка для упрощения технологичности при прессовании поплавка. Для ограничения углового поворота поплавка служит направляющий кронштейн 11, выполненный заодно с переходной насадкой. Он с некоторым зазором охватывает тягу 7 и не позволяет поплавку 8 поворачиваться на недопустимые углы. Основное сопло работает с диафрагмой в режиме попутного давления.

Перед поступлением в основное сопло энергия воды гасится гидродросселем, выполненным в виде круглого отверстия диаметром 4 мм, а после дросселирования на кромке основного сопла — проходит на слив через прямоугольный короткий канал размером 5 × 7 мм. Кроме того, дросселирование основного потока воды осуществляется многоступенчатым гидродросселем лабиринтного типа, выполненным на хвостовике фильтра. Все это позволяет обеспечить хорошие акустические показатели этой наполнительной арматуры, то есть сделать ее малошумной. Для достижения цели одновременного закрытия основного сопла и сервосопла до герметичного состояния в рассматриваемой конструкции сервосопло выполнено диаметром всего 0,5 мм.

Однако цель эта до конца не достигнута, так как после закрытия основного сопла капельное просачивание жидкости в бачок продолжается. За малый же диаметр сопла потребителю приходится расплачиваться тем, что сопло такого диаметра часто закупоривается механическими загрязняющими частицами, которые прорываются через ячейки фильтра, имеющие квадратную форму с размером 0,6 × 0,6 мм.

По диагонали размер этих ячеек составляет величину около 0,8 мм. После некоторого времени эксплуатации, особенно на жесткой воде, противошумная трубка покрывается солями кальция. Сравнительно малый объем поплавка и увеличение трения трубчатой части поплавка, несколько перекошенной относительно оси противошумной трубки, о ее поверхность со временем в результате отложения солей на контактирующих поверхностях противошумной трубки и трубчатой части поплавка приводят к нарушению нормальной работы наполнительной арматуры. Если сравнивать эту наполнительную арматуру (рис. 38) и предыдущую (рис. 37), то предыдущая должна иметь предпочтение у покупателей из-за малой вероятности ее выхода из строя в процессе эксплуатации, отсутствия утечек после закрытия основного сопла, а также почти в два раза меньшей материалоемкости. Однако современных дилеров прельщают не качественные характеристики и эксплуатационные показатели, а внешние данные, как бы «приближающие» эту арматуру к «элитной»…

Эта наполнительная арматура внешне и по цене — как элитная, но по некоторым характеристикам и эксплуатационным показателям находится в ряду не самых лучших бюджетных арматур. В наполнительной арматуре фирмы AlcaPlast проблема задержки закрытия сервосопла по отношению к основному соплу решена аналогично приему, который используется в конструкции наполнительной арматуры прямого действия, приведенного на рис. 14 во второй части этой статьи [1].

Наполнительная арматура боковой подводки с сервоуправлением, выпускаемая фирмой AlcaPlast, приведена на рис. 39. В этой наполнительной арматуре диаметр сервосопла равен 0,8 мм. Поэтому над поплавком 8 выполнена емкость 9, которая в процессе заполнения смывного бачка водой заполняется ее частью, вытекающей из открытого сервоклапана. По мере подъема уровня воды в смывном бачке основной клапан герметично закрывается, а из сервоклапана через его жиклер, так как прокладка сервоклапана еще не до конца перекрыла сервосопло, продолжает уже менее интенсивно вытекать вода, заполняя емкость 9. В результате вода из емкости 9 сравнительно быстро вытекает через дренажную щель 10.

(Рис. 39)

При этом подъемная сила поплавка увеличивается на величину веса воды в емкости 9. Увеличенной подъемной силы поплавка (без веса воды в емкости 9) уже достаточно, чтобы герметично перекрыть сервосопло. Регулировка уровня наполнения смывного бачка осуществляется за счет принудительного вращения винта 7, обеспечивающего необходимую высоту положения поплавка 8. Для защиты запорно-регулирующих органов распределителя от механических частиц служит фильтр 13. Его фильтрующая поверхность выполнена в виде щелей размером около 0,6 × 4 мм, которые способны пропустить чешуеобразные частицы толщиной 0,5 мм и диаметром до 3,5 мм, что практически часто приводит в российских условиях эксплуатации к выходу из строя наполнительной арматуры с такими фильтрами.

На основании опыта эксплуатации установлено также, что даже при бережном затягивании крепежной гайки 2 часто происходит разрыв на резьбовой части штуцера корпуса 1. Объяснить это можно тем, что в качестве материала для прессования корпуса 1 применяется пластик АБС, который не может выдержать длительных силовых воздействий на разрыв и изгиб. Он удовлетворительно работает только на сжатие. Запорно-регулирующая система рассматриваемой наполнительной арматуры выполнена по схеме, приведенной на рис. 20в, то есть основной запорный клапан является клапаном попутного давления. Для уменьшения шума во время наполнения смывного бачка в гидравлическом тракте арматуры предусмотрены два гидродросселя.

Один — в виде отверстия диаметром 3 мм при входе воды в камеру основного сопла, а другой — в виде отверстия диаметром 4 мм на выходе воды из сопла в сливную трубу 11. Для гашения энергии струи, вытекающей в сливную трубу 11, ось отверстия диаметром 4 мм направлена по касательной к внутренней цилиндрической поверхности этой сливной трубы. В результате упомянутая струя движется вдоль стенок сливной трубы по винтообразной траектории.

Она трется об эти стенки и теряет свою кинетическую энергию. Однако при высоких давлениях в водопроводной сети на выходе из сливной трубы при начальном этапе наполнения бачка энергия винтообразной струи может привести к попаданию струи за пределы смывного бачка. Для гашения этой энергии в нижней части сливной трубы выполнен крестообразный экран 12. Фирма AlcaPlast уже давно и массово поставляет в Россию свою продукцию, которая в последнее время стала морально устаревать.

Теперь же она стала поставлять несколько модернизированную продукцию, но построена она по старой принципиально-конструктивной схеме. Поэтому новая наполнительная арматура имеет те же недостатки, что и предыдущая. Пока арматура новая и установлена в помещениях, где давление в водопроводной сети не превышает 0,4 МПа, она работает удовлетворительно до первых отключений воды в стояках.

После включения воды забиваются жиклеры сервоусилителя и арматура перестает закрываться. В последующем в процессе эксплуатации контактирующие поверхности подвижных частей покрываются «накипью» и между ними возникают силы трения, которые нарушают нормальную работу наполнительной арматуры. Кроме того, при сравнительно малых давлениях в водопроводной сети (до 0,15 МПа) пропадает эффект быстрого закрытия сервоклапана одновременно с закрытием основного клапана. В настоящее время большое количество фирм, в том числе и отечественных, производят наполнительную арматуру по схеме, которая исключает проблемы подтекания воды после закрытия основного клапана.

Кроме того, конструкция наполнительной арматуры, выполненная по такой схеме, обеспечивает высочайшую стабильность уровня воды в бачке на отметке полезного объема. В качестве примера на рис. 40 приведена принципиально-конструктивная схема наполнительной арматуры с сервоуправлением, выпускаемой ЗАО «Уклад». Эта арматура устанавливается в смывные бачки с боковой подводкой. Работает эта наполнительная арматура следующим образом. Перед пуском арматуры тяга 4 отсоединяется от поплавка 5, а емкость 6 перемещается вдоль стойки кронштейна до высоты, при которой верхний срез емкости 6 окажется на высоте отметки полезного объема смывного бачка.

(Рис. 40)

Далее, при опущенном вниз рычаге 3 тяга 4 защелкивается в соответствующий паз поплавка 5. После подачи воды под соответствующим давлением из водопроводной сети смывной бачок начнет заполняться водой. Как только уровень воды поднимется до обратного клапана 7, он поднимется за счет воздуха в чаше этого клапана и перекроет доступ воды в емкость 6 через отверстие обратного клапана.

Вода с максимальной интенсивностью будет подниматься до верхней границы борта емкости 6 и начнет быстро заполнять зазор между емкостью 6 и поплавком 5. Поплавок также быстро поднимется вверх и через тягу 4 и рычаг 3 переместит к сервосоплу соответствующую прокладку и сервоклапан закроется. В результате закроется и основной клапан. После этого поступление воды в смывной бачок прекратится.

После нажатия на кнопки пуска уровень воды в смывном бачке начнет опускаться, но наполнительный клапан будет еще закрыт, так как обратный клапан не позволит воде вылиться из емкости, пока уровень воды в смывном бачке не опустится ниже обратного клапана 7. Как только емкость 6 опорожнится, так поплавок под действием собственного веса опустится вниз и откроется сначала сервоклапан, а затем и основной клапан. После этого вода начнет поступать в бачок до отметки полезного объема. Недостатки подобной наполнительной арматуры сводятся к следующему. Во-первых, запорно-распределительная система арматуры подвержена засорению и выходу в результате этого из строя.

Во-вторых, она по ГОСТ 21485–94 должна открываться с началом опорожнения бачка. Однако ее открытие в некоторых случаях наступает после спуска до 50 % рабочего объема воды. Поэтому в некоторых смывных бачках невозможно осуществить экономный малый спуск воды. В-третьих, несмотря на некоторые несомненно высокие показатели такой наполнительной арматуры, не все производители хотят переходить на производство арматуры, построенной по подобной схеме.

Объясняется это тем, что при сбыте новая арматура, построенная по другим схемам, кое-как проходит предпродажный контроль и частично укладывается в гарантийные сроки (не более трех лет со дня изготовления). Изготовление же наполнительной арматуры с емкостью для размещения поплавка приводит к усложнению конструкции, к применению более качественных по величине усадок материалов, к увеличению количества деталей и материалоемкости, а также к увеличению стоимости арматуры.

В наполнительной арматуре боковой подводки долгое время не было проблем с подсосом воды из смывного бачка через наполнительную арматуру в водопроводную сеть при понижении в ней давления. Поскольку наполнительная арматура боковой подводки размещается в верхней части смывного бачка выше отметки полезного объема, то борьба с подсосом воды из бачка в водопроводную сеть осуществлялась и по инерции осуществляется и сейчас методом воздушного разрыва потока воды.

Он заключается в том, что в верхней части сливного штуцера выполняется небольшое дренажное отверстие, соединяющее слив с атмосферой. Когда давление в водопроводной сети упадет до значений ниже давления атмосферного, то в водопроводную сеть будет попадать не вода из смывного бачка, а воздух из туалетного помещения вместе с болезнетворной микрофлорой. По изложенной причине в наполнительной арматуре нижней подводки головку наполнительной арматуры с гидрозатвором в первых конструкциях размещали в верхней части смывного бачка и выше отметки полезного объема.

На рис. 41 приведена в качестве примера принципиально-конструктивная схема наполнительной арматуры нижней подводки с сервоуправлением, распределительная головка которой расположена выше отметки полезного объема смывного бачка. С точки зрения открытия и закрытия клапанов эта наполнительная арматура нижней подводки работает так же, как и наполнительная арматура боковой подводки, которая была приведена на рис. 39. Разница только в том, что вода из напорной магистрали сначала поступает по длинному каналу корпуса 1 вверх к головке 5 наполнительной арматуры, а затем — падает вниз по зазору между трубой корпуса 1 и стенками сливной трубы 11.

(Рис. 41)

Иногда это падение может сопровождаться дополнительным шумом, который обычно гасится выполнением в нижней части внутри сливной трубы или снаружи на поверхности трубы корпуса 1 разнообразных выступов, обеспечивающих некоторое торможение потока с целью обеспечения его сплошности. Для придания такой наполнительной арматуре универсальности с точки зрения высоты бачков вертикальный подвод воды и его отвод усложняют, вводя в этот узел дополнительные уплотнения и различные элементы фиксации головки 5 арматуры на нужной высоте. Это очень усложняет наполнительную арматуру, увеличивая количество деталей, создает дополнительные проблемы при сборке и при выходных испытаниях, а также увеличивает стоимость наполнительной арматуры.

Недостатки у такой арматуры такие же, как и у аналогичной арматуры боковой подводки, приведенной на рис. 39. Теперь, когда уже появились фильтры, совмещенные с обратными клапанами (рис. 36), а также созданы простые и надежные обратные клапаны (например, рис. 35) для предотвращения подсоса воды из смывного бачка и воздуха из туалетного помещения в водопроводную сеть, головку наполнительной арматуры целесообразно размещать на дне смывного бачка. Пример такой простейшей наполнительной арматуры приведен на рис. 42. При всей простоте и привлекательности наполнительная арматура, приведенная на рис. 42 также имеет недостатки, главный из которых заключается в увеличении сил контактного трения между поплавком 7 и стойкой 4 в процессе эксплуатации.

(Рис. 42)

Соли воды со временем оседают на контактирующих поверхностях этих деталей. По сравнению с аналогичной наполнительной арматурой прямого действия, у которых из-за сравнительно большого объема поплавков силы трения менее значимы, в арматуре с сервоуправлением силы контактного трения из-за уменьшения объема поплавков приводят к потере хорошей работоспособности иногда в пределах гарантийного срока службы.

По причине отложения солей на контактирующих поверхностях перемещающихся относительно друг друга деталей более надежной является наполнительная арматура нижней подводки, выпускаемая ЗАО «Уклад» и с некоторыми упрощениями приведенная на рис. 43. Работает эта наполнительная арматура так же, как и арматура, приведенная на рис. 40. Правда, здесь имеются конструктивные изменения, направленные на уменьшение сил контактного трения между емкостью 5 и поплавком 7.

(Рис. 43)

Чтобы избежать перекосов поплавка 7, тяга 8 защелкивается в центре поплавка, а не на периферии его крышки, как это имеет место в арматуре, приведенной на рис. 40. Следует отметить, что несмотря на различные ухищрения, позволяющие улучшить эксплуатационные показатели наполнительной арматуры с сервоуправлением, избежать засорения малых проходных сечений в такой арматуре пока не удается.

В настоящей статье рассматривалась только поплавковая наполнительная арматура. Однако существуют сведения о наполнительной арматуре, в которой в качестве датчика уровня воды в смывном бачке служит специальная мембрана. Не упомянуть такую арматуру просто непростительно. Без появления наполнительной арматуры с сервоуправлением создать беспоплавковую наполнительную арматуру было бы невозможно, так как мембрана, воспринимающая вес столба воды в смывном бачке должна быть сравнительно небольшой. Сначала беспоплавковая наполнительная арматура появилась в США, а потом в России. В результате она завершила свое существование, так как появилась несколько раньше положенного времени.

Сейчас появились технические решения, которые позволяют сделать беспоплавковую наполнительную арматуру относительно надежной, но от нее производители уже отказались. Однако в этой статье она будет представлена в том виде, в котором и была снята с производства, так как представляется очень интересной разработкой, которую можно реанимировать для особых случаев применения. Беспоплавковая наполнительная арматура с сервоуправлением для смывных бачков с нижней подводкой воды приведена на рис. 44. Положение уплотнительной прокладки 7 относительно сервосопла определяется угловым положением рычага 5, а его положение — соотношением силы сжатия пружины 10 и усилия, создаваемого на мембране 4 разницей между атмосферным давлением и давлением столба жидкости в смывном бачке.

(Рис. 44)

В случае, если смывной бачок опорожнен, то пружина 10 повернет рычаг 5 так, что прокладка 7 отодвинется от торца сервосопла и диафрагма 6 откроет поступление воды из напорной гидролинии в смывной бачок. Вода будет поступать в смывной бачок и ее уровень начнет подниматься. Усилие на мембрану со стороны столба воды начнет увеличиваться, а рычаг 5 при этом будет поворачиваться, приближая уплотнительную прокладку 7 к торцу сервосопла.

Если настройка сжатия пружины 10 произведена правильно, то подъем воды до отметки полезного объема позволит уплотнительной прокладке перекрыть сервосопло, а жесткий центр диафрагмы 6 перекроет основное сопло. Наполнение смывного бачка прекратится и его объем будет готов к очередному спуску воды в унитаз. Следует также отметить некоторые конструктивные особенности беспоплавковой наполнительной арматуры, которые характерны только ей.

Нижняя полость мембраны 4, края которой сжаты между корпусом 1 и крышкой 2 с помощью металлических шурупов, соединена с атмосферой благодаря соответствующим отверстиям в крепежной гайке 14, ребрам, выполненным в основании штуцера корпуса 1 арматуры, и специального дренажного отверстия 15, выполненного в корпусе 1 арматуры.

Анализ конструкций наполнительной арматуры и ее развитие за последнее столетие говорят о том, что даже самая современная наполнительная арматура еще не отвечает всем требованиям, которые к ней предъявляются. Причиной этому служит противоречивость требований к ней и постоянно появляющиеся новые требования к некоторым характеристикам и параметрам, диктуемые потребителями, дилерами, а также новыми технологиями и новыми материалами. Главное противоречие возникает между стоимостью наполнительной арматуры и качеством ее характеристик и эксплуатационных показателей. Например, безремонтный срок службы и стоимость материалов для обеспечения этого срока.

То же самое можно сказать и о зависимости стоимости наполнительной арматуры и ее внешнего вида с точки зрения технической эстетики. У потребителей и сотрудников торгующих организаций сложилось мнение, что массивная и хорошо расцвеченная арматура это хорошо и эстетично, а арматура ажурная и одноцветная — это плохо. Однако о том, что эту арматуру под крышкой смывного бачка никогда не видно, а солевой или известковый налет со временем делает даже расцвеченную арматуру однотонной коричневато-желтоватого оттенка — никто и не подозревает.

Просто иногда следует заглядывать под крышку смывного бачка, особенно лицам, принимающим решение о выборе той или иной наполнительной арматуры или принципиальных решений по ее проектированию и созданию. Следует также отметить, что большинство производителей увлеклись созданием конструктивно различной, но компактной наполнительной арматурой с сервоуправлением, упустив наполнительную арматуру прямого действия, которая по статистике безотказно работает значительно дольше, чем арматура с сервоуправлением. Однако опыт показывает, что еще встречаются производители унитазов, которые, чтобы «не болела голова», умудряются даже в зауженные смывные бачки устанавливать сравнительно крупногабаритную наполнительную арматуру прямого действия.

Можно предполагать, что дальнейшая работа производителей наполнительной арматуры будет направлена на совершенствование наполнительной арматуры прямого действия. Во-первых, необходимо не менее чем в два раза уменьшить объем поплавков. Во-вторых, нужно обеспечить быстрое закрытие клапана на последней стадии наполнения смывного бачка. В-третьих, желательно проектировать наполнительную арматуру с учетом потребности снизить ее стоимость.

Одним из путей удовлетворения этой потребности является унификация как можно большего числа деталей арматуры, чтобы они годились для наполнительных арматур как нижней, так и боковой подводки. Некоторые отечественные производители, например, фирма «РБМ» и ЗАО «Уклад» так и поступают.

*Чупраков Ю.И. Разновидности наполнительных арматур с сервоуправлением (продолжение 2 часть) // Журнал С.О.К., №12/2013
Автор Ю.И. Чупраков