Общеизвестные конструкции устройств защиты от загрязнений и для понижения входного давления сложны, сравнительно дороги и громоздки. Последнее не позволяет разместить их в ограниченных габаритах входного штуцера, поэтому эти узлы проектируются специально для наполнительной арматуры. Проблемы, которые возникают в этих случаях, постепенно решаются.

Как? Об этом будет рассказано в данной части статьи. Итак, решение этих проблем можно осуществить различными конструктивными способами, в зависимости от наклонностей и возможностей производителя.

Основная сложность в этом случае заключается в миниатюризации устройств фильтрования воды, в снижении давления на входе в арматуру до нормативных значений, а также в необходимости создания технологически простых элементов, исключающих применение ручного труда. Последнее связано с требованиями массового производства.

Для фильтрации жидкости на входе в наполнительную арматуру с сервоуправлением на начальных этапах применения фильтров в подобных устройствах применяли металлические, а позже — пластмассовые плетенные сетки с размером ячеек от 0,1 до 0,8 мм.

Для увеличения фильтрующей поверхности эти сетки формировали в виде чаши или конуса и снабжали их скрепляющим ободком, выполненным из пластмассы. Иногда увеличение фильтрующей поверхности плоского фильтроэлемента осуществлялось за счет увеличения его диаметра. В этом случае увеличивался диаметр резьбы входного штуцера корпуса наполнительной арматуры до G¾ʺ.

Обычно резьбу этих штуцеров выполняют равной G½ʺ или G⅜ʺ. Такие фильтроэлементы обычно устанавливались на входе в отверстие штуцера корпуса наполнительной арматуры. Однако они быстро засорялись или заиливались, и разрушались в момент наполнения бачка водой при высоких давлениях в водопроводной сети за счет большого перепада давлений на их рабочей поверхности.

В результате скопившиеся загрязнения беспрепятственно попадали в малые зазоры и щели распределителя наполнительной арматуры и выводили ее из строя. Также чашеобразные и конусные фильтроэлементы часто разрушались и в моменты их демонтажа для периодической их прочистки и промывки. Дело в том, что у первых образцов таких фильтров не предусматривались какие-либо выступы для их безопасного демонтажа в целях сохранения целостности рабочей поверхности фильтроэлемента.

Если в водопроводной сети давление повышено (более 5 МПа), то перед запорно-регулирующим органом наполнительной арматуры следовало бы установить редукционный клапан.

В последнее время на вводе в новые квартиры такие редукционные клапаны строители стали устанавливать. Однако не все редукционные клапаны пригодны для использования в качестве квартирных редукторов, к которым предъявляются очень жесткие требования по независимости давления на выходе из редуктора от расхода воды. Из всех известных редукционных клапанов для этих целей наиболее подходящим является отечественный редукционный клапан ФРД-0,2, выпускаемый фирмой «ТВЭСТ».

Его следует также устанавливать перед пластмассовыми колбами бытовых проточных водоочистителей, так как у ФРД-0,2 не происходит повышения редуцируемого давления при отсутствии расхода воды. Индивидуальных миниатюрных редукционных клапанов для их размещения в напорных штуцерах наполнительной арматуры пока не создано.

Поэтому конструкторы для понижения высокого давления водопроводной сети перед входом в наполнительную арматуру устанавливают различные гидродроссели, а также миниатюрные и конструктивно упрощенные ограничители расхода воды. К сожалению, в отличие от редукционных клапанов они понижают давление только тогда, когда есть проток воды.

Когда расхода воды нет, давление и после дросселя равно давлению в водопроводной сети. На рис. 28а–д приведена конструкция штуцера с фильтром и ограничителем расхода, применяющаяся в наполнительной арматуре с сервоуправлением фирмы Iddis.

(Рис. 28)

В штуцер 1 наполнительной арматуры для бачков с нижней подводкой воды установлен ограничитель расхода воды, состоящий из корпуса 2 и уплотнительного кольца 3, которое с натягом надето на четыре ребра корпуса 2. Как деформируется кольцо 3 видно из разреза А–А, приведенного на рис. 28в, то есть фронтального вида ограничителя расхода.

В результате для прохода воды остаются четыре приближенных к треугольному сечению отверстия О1, О2, О3 и О4. При увеличенном давлении в сети во время, когда запорный клапан открыт, на уплотнительном кольце создается перепад давлений и его части, не опирающиеся на поверхности ребер, перемещаются к центру.

При этом площадь сечения треугольных отверстий уменьшается и часть давления напора гасится на них. В результате уменьшается и расход воды, и давление перед запорнорегулирующими элементами, что облегчает их работу.

На рис. 28г показан разрез по В–В, то есть вид ограничителя расхода с тыла. Следом за ограничителем расхода в штуцер 1 наполнительной арматуры вставляется фильтр, как это показано на рис. 28б.

Он конструктивно выполнен сложно, и состоит из корпуса 4 фильтра с окнами на цилиндрической поверхности для прохода воды, втулки 5 с окнами на ее цилиндрической поверхности также для прохода воды, трубчатого фильтроэлемента 6, выполненного из металлической сетки, и уплотнительного резинового кольца 7, вставленного в наружную кольцевую проточку корпуса 4 фильтра.

Корпус 4 фильтра в центральной части имеет стержень, который обеспечивает удобство демонтажа фильтра для его прочистки. Однако из-за того, что фильтроэлемент выполнен из нержавеющей стальной сетки с ячейками около 0,5 мм, сварен по образующей и вставлен между корпусом 4 и втулкой 5, его прочистка проблематична.

Ячейки сетки данного фильтроэлемента настолько малы, что фильтр очень быстро засоряется механическими загрязняющими воду частицами, ведь соли воды фактически «приваривают» эти частицы к поверхности проволоки сетки.

В результате промывка не позволяет восстановить фильтрующую поверхность фильтроэлемента. Разборка же фильтра в домашних условиях практически невозможна. Абсолютно непонятно назначение уплотнительного кольца 7. Если его убрать, то зазор между корпусом 4 фильтра и втулкой 5 будет не больше, чем линейный размер ячейки фильтра и он будет также фильтровать воду.

Получается, что кольцо 7 — лишняя деталь, стоимость которой ложится на потребителя. Стабилизатор расхода также недостаточно совершенен с точки зрения стабильности характеристик в процессе эксплуатации.

Здесь резина используется как упругий элемент. Однако ее упругость меняется в процессе эксплуатации. Она меняется и при изменении температуры воды. Последняя может достигать 1 °C в зимние стужи и 50 °C летом в южных районах. Резина также имеет свойство под действием силы давления воды деформироваться и принимать иные геометрические формы и размеры.

Система водоподготовки, созданная фирмой Iddis и приведенная на рис. 28, вроде бы сделана старательно и с инженерной точки зрения грамотно. Однако ее эффективность, как показала многолетняя практика, недостаточно высокая. Те же результаты получаются и в системе, созданной фирмой Siamp, приведенной на рис. 29. Она примитивна, но работает.

Правда, не очень эффективно и не очень долго. В зависимости от условий эксплуатации отказ происходит в течение первого года после монтажа. На рис. 29 приведена конструкция такого фильтра 1, установленного в штуцер 2 наполнительной арматуры. Фильтр изготовлен из пластмассы методом литья.

(Рис. 29)

В центре корпуса фильтра 1 выполнен стержень диаметром около 2 мм и выступающий за пределы торца корпуса фильтра на 12 мм. Благодаря этому стержню с помощью плоскогубцев очень просто демонтировать фильтр для прочистки. На конусно-цилиндрической поверхности фильтра по образующей выполнено восемь щелей длиной 14 мм и шириной 0,65 мм.

Эти щели являются по существу фильтроэлементом, который задерживает механические частицы загрязнений, защищая от них запорно-регулирующие органы наполнительной арматуры. Однако со временем щели забиваются механическими частицами, сначала крупными, затем — более мелкими. На фильтроэлементе возникает перепад давлений, под действием силы которого перемычки между щелями выпучиваются и ширина фильтрующих щелей увеличивается, достигая величин порядка 1 мм.

Скопившиеся перед щелью частицы прорываются через увеличившийся зазор и выводят из строя наполнительную арматуру. К тому же длинные щели (здесь их длина составляет 12 мм) могут пропускать тонкие чешуеобразные частицы, которых в водопроводной воде великое множество. Что касается ограничения расхода, то в рассматриваемом случае (рис. 29) рядом с фильтром такого ограничителя нет.

Он установлен в месте, расположенном перед входом воды в основное сопло. Этот ограничитель расхода выполнен в виде отверстия диаметром 3,5 мм, то есть в виде гидравлического дросселя, на котором падает часть давления напорной гидравлической линии. На рис. 30 показан в трех проекциях еще один простейший фильтр, используемый в наполнительной арматуре производства фирмы Sanit.

(Рис. 30)

Этот фильтр, видимо, сделан в угоду желанию сделать что-нибудь оригинальное. Оригинальность фильтра, представленного на рис. 30, заключается в том, что его очень легко промывать и просто изготовить.

Он состоит из двух полутруб 1 и 2, соединенных между собой перемычкой 3. На внутренней части полутруб выполнены стержни, размещенные с одинаковым зазором между собой. Величина этих зазоров составляет 0,8 мм. Кроме того, две пары этих стержней выполнены протяженными в направлении оси фильтра и являются по существу выступами, позволяющими с помощью плоскогубцев демонтировать этот фильтр для очистки.

Извлеченный фильтр легко раскрывается как ракушка. В результате осуществляется открытый доступ к внутренним поверхностям фильтроэлемента. Это положительное свойство такого фильтра, но у него имеются и недостатки.

Данный фильтр не только щелевой, но и глубинный (в отличие от поверхностных). Как уже отмечалось, щелевые фильтры способны пропускать тонкие чешуеобразные механические частицы, а также игольчатые и волокнистые. С этой точки зрения щелевые фильтры уступают фильтрам с ячейками квадратной или круглой формы. Кроме того, у рассматриваемого фильтра ограничена площадь фронтальной фильтрующей поверхности, которая составляет всего 16 мм2, что соответствует условному диаметру прохода 4,5 мм.

Это хорошо для ограничения расхода через наполнительную арматуру, так как снижается подводимое давление, но плохо с точки зрения эффективности фильтрации. Учитывая, что эта поверхность берет на себя почти все загрязнения, то это неудовлетворительные показатели, несмотря на оригинальность технического решения. Аналогичные параметры фильтра фирмы Siamp (рис. 29) — 78 мм2 и 10 мм, соответственно, то есть на полпорядка лучше при соизмеримых габаритах фильтров. На рис. 31 приведен еще один щелевой поверхностный фильтр фирмы Wirquin.

(Рис. 31)

В нем как одно целое изготовлен корпус 1, на цилиндрической части которого выполнены сравнительно короткие (около 6 мм) поперечные щели 2, захват 3 для удобства демонтажа фильтра и винтообразные поверхности 4 и 5 для ограничения расхода через наполнительную арматуру за счет дросселирования жидкости между винтообразными каналами.

В этом фильтре обеспечивается квазистабилизация расхода через наполнительную арматуру не за счет использования простейшего стабилизатора расхода, приведенного на рис. 28 с нестабильными во времени характеристиками, а за счет применения абсолютно надежного гидродросселя винтообразного типа. Ведь сравниваемая конструкция предполагает, что ее можно устанавливать при любых давлениях воды в водопроводной сети пользователя без каких-либо настроек и регулировок.

Однако за эту универсальность приходится расплачиваться сложностью конструкции и нестабильностью ее характеристик во времени. Конструкция фильтра фирмы Wirquin (рис. 31) создана исходя из предположения, что у каждого потребителя в разное время суток давление в водопроводной сети меняется незначительно.

Но оно может быть разным в зависимости от места установки — на нижних или верхних этажах. Давление в среднем отличается примерно на 0,3 МПа между каждым этажом. Поэтому, если на 16-м этаже давление равно 2,5 МПа, то на первом этаже оно будет составлять уже 7 МПа. Винтовой гидродроссель имеет две группы винтов с разным количеством витков.

Монтажник сантехарматуры определяет величину давления в водопроводной сети на месте установки арматуры и дальше манипулирует количеством групп витков. Если давление больше 4 МПа, то все витки резьбы оставляются на теле корпуса фильтра и с ними делать ничего не надо.

Если давление в сети составляет меньше 4 МПа, но больше 1 МПа, то отрезается крайняя группа витков. Если же давление в сети меньше 1 МПа, то отрезаются от корпуса фильтра все витки. Для монтажника эта операция не представляет большого труда и не требует специальных знаний, но обеспечивает длительный срок службы и стабильность работы наполнительной арматуры.

К недостаткам рассмотренного фильтра следует отнести щелевую форму фильтрующих отверстий, которые могут пропускать чешуеобразные частицы с недопустимыми для жиклеров наполнительной арматуры с сервоуправлением размерами, а также пропускать иглообразные и волокнистые частицы, которые также опасны для жиклеров арматуры.

Кроме того, недостаточно глубоко утоплена видимая часть торца фильтра в реальной конструкции наполнительной арматуры нижней подводки фирмы Wirquin. Торец металлического штуцера заделки гибкой подводки при затягивании накидной гайки врезается в ребро захвата фильтра и деформирует его на глубину до 2 мм.

Еще одна конструкция фильтра для наполнительной арматуры с сервоуправлением, которую выпускает фирма «Анипласт», приведена на рис. 32. Здесь фильтр 1 вставлен в штуцер 2 наполнительной арматуры. К штуцеру 2 присоединена гибкая подводка с накидной гайкой 3, металлическим ниппелем 4 и уплотнительной резиновой прокладкой 5. На наружном торце фильтра 1 выполнен стержень с шариком на конце.

(Рис. 32)

Диаметр этого шарика равен 4 мм и вылет его из штуцера составляет 5 мм. У большинства гибких подводок диаметр отверстия в ниппеле 4 равен 6 мм, а у некоторых уменьшен до 4–4,5 мм. В последнем случае шарик заглушит отверстие ниппеля и вода не будет поступать к запорно-регулирующему органу наполнительной арматуры. Поэтому было бы правильным «утопить» фильтр 1 так, чтобы шарик выступал над торцом штуцера не более чем на 1,5 мм, как, собственно, и делает фирма ЗАО «Уклад».

Кроме этого, фильтр имеет очень маленькие ячейки (0,5 × 0,5 мм). Поэтому в российских условиях эксплуатации он очень быстро заиливается и требует частой прочистки. Однако, малые размеры ячеек спасают жиклеры распределителя от засорения. Таким образом, сравнительно крупные ячейки фильтроэлемента обеспечивают длительные временные интервалы между периодическими прочистками фильтров, но в любой момент могут пропустить частицы, которые выведут из строя наполнительную арматуру с сервоуправлением.

Очень маленькие ячейки фильтров защищают жиклеры наполнительной арматуры с сервоуправлением от попадания в них механических загрязнений, но быстро засоряются и требуют частой прочистки. И тут нужно понимать, что не могут абсолютно все потребители чистить фильтры, а вызывать сантехника каждый раз — накладно с точки зрения потери времени и денег.

Казалось бы, проблема трудноразрешимая. Однако фирме «ИнкоЭр» удалось ее решить следующим образом. Прежде всего оговоримся, что это решение пригодно только для случаев, когда в качестве основного запорно-регулирующего органа используется клапан противодавления с соплом и прокладкой. Схема такого распределителя приведена на рис. 20б в третьей части настоящей статьи, опубликованной в предыдущем номере журнала.

Увеличение размера ячеек фильтра на пути воды к запорно-регулирующим органам наполнительной арматуры с сервоуправлением без опасности засорения малых отверстий жиклеров осуществлено в конструкции, приведенной на рис. 33. В штуцере 1 корпуса 2 наполнительной арматуры размещены фильтр 3 грубой очистки, сепаратор 4 и обратный клапан 5, назначение и особенности конструкции которого будут рассмотрены ниже.

(Рис. 33)

Основной запорный элемент состоит из сопла 6 и диафрагмы 7 с жестким центром 8 и микроманжетой 9 в центре диафрагмы. Микроманжета 9 охватывает стержень 10 с продольной канавкой. Стержень выполнен как единое целое с вкладышем 11 и поэтому неподвижен.

Продольная канавка на стержне 10 и внутренняя поверхность микроманжеты 9 образуют гидродроссель гидроусилителя (жиклер), через который вода из штуцера 1 поступает в междроссельную камеру Мк. Этот гидродроссель и нужно защищать от механических загрязнений. Его геометрические размеры составляют примерно 0,3 × 0,3 мм, а размер ячеек фильтра 3 равен 0,7 × 0,7мм.

С этой задачей справляется сепаратор 4. Он закручивает поток воды, поступающий в отверстие сопла 6. В результате механические частицы, плотность которых больше плотности воды, под действием центробежных сил прижимаются к стенкам отверстия сопла 6, скользят по ним по касательной, минуя жиклер, а затем направляются в зазор между торцом сопла 6 и рабочей поверхностью жесткого центра 8 мембраны 7.

Такой метод защиты жиклера гидроусилителя от механических частиц хорош еще и тем, что он эффективно защищает жиклер даже при залповом вбросе загрязнений. Если такое случается в системе без центробежного сепаратора, происходит забивание жиклеров гидроусилителей с прямым течением потока, а особенно — с обратным течением в основном сопле.

Кроме закручивания потока на пути к срезу основного сопла, сепаратор 4 выполняет также функцию гидродросселя для ограничения расхода благодаря четырем щелям между диском 12 сепаратора 4 и цилиндрической поверхностью отверстия в штуцере 1. Суммарное гидравлическое сопротивление этих щелей в разработках фирмы «ИнкоЭр» соответствует сопротивлению круглого отверстия диаметром приблизительно 4,7 мм.

Как известно, пункт 5.2.8 в ГОСТ 21485–94 гласит: «Через наполнительную арматуру не должно происходить подсоса воды из бачка в водопроводную сеть». Кроме того, последние медицинские исследования рекомендуют исключить подсос в водопроводную сеть и воздуха из туалетной комнаты. Почти все (даже лучшие современные зарубежные наполнительные арматуры) последнее требование обеспечить не могут.

Это объясняется тем, что так уж исторически сложилось: технологически отработан метод воздушного разрыва потока, который защищает водопроводную систему только от подсоса воды из смывного бачка. Воздух туалетных комнат пока производителей арматуры не волнует, так как закон этот вопрос обходит молчанием, но это до первой эпидемии. Однако существуют зарубежные и отечественные производители арматуры, которые в своих разработках по разным причинам пытаются обеспечить потребителей надежной защитой водопроводных систем от воздуха туалетных комнат.

Одной из первых таких разработок является обратный клапан зарубежного производства, приведенный на рис. 34. Он состоит из корпуса 1 с четырьмя проходными окнами круглого сечения и со стрелообразным стержнем в центре для фиксации эластичного уплотнения 2, выполненного из латексной резины в виде тонкого диска. На наружной цилиндрической части корпуса 1 выполнена кольцевая канавка, в которую установлено уплотнительное кольцо круглого сечения, выполненное также из резины.

(Рис. 34)

Удовлетворительная работа этого обратного клапана обусловлена тем, что корпус 1 выполнен из пластмассы с очень незначительным коэффициентом усадки. Поэтому плоскость, на которую ложится уплотнение 2 имеет минимальные усадки, которые тонкий диск уплотнения 2 легко компенсирует и обеспечивает высокую герметичность при обратном течении воды. В этом случае высокую герметичность обеспечивает и уплотнительное кольцо 3. Немаловажное значение выполняет и материал уплотнения 2.

Дело в том, что большинство резин, находясь долго в воде, неравномерно разбухает, а также не обладает удовлетворительными упругими свойствами. Кроме того, в момент прохода воды в прямом направлении через отверстия корпуса свободные поверхности уплотнения 2 отгибаются.

В момент начала наполнения вода имеет почти комнатную температуру, а после завершения процесса в зимнее время она уже очень холодная и резина может не вернуться в исходное состояние, пока вода не согреется до комнатной температуры. И если в этот момент будет отключен стояк с водой и в нем появится разряжение, то вода из бачка вместе с нездоровой микрофлорой и всякой «химией», которую в последнее время стали помещать в смывные бачки, попадет в водопроводную сеть.

Немаловажную роль в процессе нарушения герметичности играет также то, что в зазоры контактирующих плоских поверхностей корпуса и плоского резинового уплотнения могут попадать механические твердые частицы, которые проскакивают через ячейки фильтра и остаются в этих зазорах. Отечественные производители уже пытались воспроизвести конструкцию такого обратного клапана, но проявили «изобретательность» и сделали обратный клапан практически непригодным для преследуемых целей.

Во-первых, корпус был изготовлен из полипропилена, которой обладает очень большими усадками. Поэтому поверхность, на которую ложится плоское эластичное уплотнение не обеспечивает герметичности при обратном течении воды.

Во-вторых, в качестве эластичного материала был выбран пластикат. Известно, что пластикаты не обладают хорошими упругими свойствами и имеют неудовлетворительную способность восстанавливать первоначальную форму после деформации.

В-третьих, с целью упрощения конструкции обратного клапана было ликвидировано уплотнительное кольцо круглого сечения и заменено на кольцевой поясок на цилиндрической поверхности корпуса. Однако след от разъема пресс-формы оставлял на пояске неровности, которые нарушали требуемую герметичность.

В-четвертых, неравномерное отложение солей на плоской поверхности приводило со временем к короблению пластиката и обеспечить герметичность уже попросту не представлялось возможным. Проанализировав все вышеизложенное, фирма «ИнкоЭр» создала более удачную конструкцию обратного клапана. Эта конструкция приведена на рис. 35 и отличается от известных обратных клапанов сравнительно низкой стоимостью и отличными эксплуатационными показателями. Клапан состоит из трех деталей: корпуса 1, уплотнения 2 и штока 3.

(Рис. 35)

Пластмассовые детали (корпус 1 и шток 3) выполнены из полипропилена. Седло корпуса выполнено ножеобразным. Благодаря этому, попавшие в место контакта седла и уплотнения, механические частицы будут скатываться с острой кромки седла. Тело корпуса в окрестности седла выполнено так, чтобы вовремя его прессования у ножеобразной кромки седла было бы как можно меньше деформаций.

Кроме того, с целью уменьшения числа деталей вместо уплотнительного кольца на цилиндрической поверхности корпуса выполнена конусообразная тонкостенная отбортовка, которая с успехом заменила резиновое уплотнительное кольцо. Герметичность такого уплотнения отвечает предъявляемым к нему требованиям.

Однако и у такого обратного клапана есть недостаток. Глубина отверстия штуцера, в котором размещаются фильтр, обратный клапан и сепаратор составляет примерно 40 мм. Если сепаратор занимает около 5 мм длины колодца штуцера, то обратный клапан — приблизительно 14 мм, а ниппель гибкой подводки — примерно 6 мм, то на долю корпуса фильтра остается только 20 мм.

Для фильтра же желательно иметь большую длину, так как при большей длине — больше площадь фильтрующей поверхности, а следовательно — больше время между периодическими промывками фильтроэлемента. Задачу сохранения обратного клапана и максимально возможного удлинения фильтроэлемента удалось решить ЗАО «Уклад».

Специалисты фирмы совместили фильтр и обратный клапан, как показано на рис. 36. В отверстие штуцера 1 вставляется фильтр 2, в центре фронтальной поверхности которого выполнен стрелообразный выступ, на котором крепится эластичный диск 3 с ценс центральным отверстием. На тыльной части фильтра выполнен стержень с шариком на конце.

(Рис. 36)

Последний необходим для демонтажа фильтра без применения инструмента. Цель демонтажа — промывка и очистка ячеек фильтра в случае необходимости. В этой конструкции обратный клапан работает так же, как и обратный клапан, приведенный на рис. 34. У него такие же проблемы и с герметичностью обратного клапана.

В заключение этой части статьи хочется обратить внимание на сложности, которые встречаются на пути создания на первый взгляд простых элементов и узлов. Это подтверждается и большим разнообразием конструкций, направленным на решение одних и тех же задач. Автор этой статьи умышленно акцентировал внимание на казалось бы мелких проблемах, анализировал их и сделал свои субъективные выводы.

На основании изложенного можно предположить, что существующие конструкции не являются идеальными и их совершенствованию нет предела. Нужно только к этому стремиться.

*Чупраков Ю.И. Разновидности наполнительных арматур с сервоуправлением (продолжение 1 часть) // Журнал С.О.К., №11/2013
Автор Ю.И. Чупраков