BRPI0607802A2 - válvulas de descarga para controlar o fluxo de água a partir de um tanque de água de vaso sanitário e para um vaso sanitário - Google Patents
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Abstract
VáLVULAS DE DESCARGA PARA CONTROLAR O FLUXO DE áGUA A PARTIR DE UM TANQUE DE áGUA DE VASO SANITáRIO E PARA UM VASO SANITáRIO. Uma válvula de descarga (2) para um vaso sanitário tem um corpo de válvula (28) com uma passagem de fluxo (44) que se estreita não-linearmente a partir do assento de válvula (50). A passagem de fluxo (44) é formada por uma superficie que acompanha uma expressão polinomial de modo a definir um perfil de fluxo computacionalmente definido que, mais intimamente, acompanha o estreitamento exibido por água em queda ao acelerar por gravidade. O perfil de fluxo não-linear da válvula reduz a presença de ar na válvula após um ciclo de descarga ser iniciado, de modo que maior eficácia de descarga possa ser obtida. A válvula de descarga pode ter também um transbordo de boca larga que se estreita para melhorar em uma situação de transbordamento.
Description
"VÁLVULAS DE DESCARGA PARA CONTROLAR O FLUXO DEÁGUA A PARTIR DE UM TANQUE DE ÁGUA DE VASO SANITÁRIO EPARA UM VASO SANITÁRIO"
A presente invenção refere-se a válvulas de descarga quecontrolam o fluxo de água de tanques de descarga para vasos sanitários e, emparticular, a válvulas de descarga com características de fluxo aperfeiçoadas.
Sistemas para controlar a descarga de água de tanque de vasossanitários para um vaso sanitário são conhecidos, ver, por exemplo, aspatentes US 4.172.299 e 6.178.567. Esses sistemas têm uma válvula deentrada de água para o tanque que é, tipicamente, controlada por uma bóiaque monitora o nível de água no tanque. Uma chapeleta controla o fluxo daágua do tanque através de uma saída no fundo do tanque. Pela compressão daalavanca de manobra a chapeleta é removida do assento de modo que a águapode ser esvaziada do tanque para o válvulas, à medida que a água do tanqueé drenada, a bóia acompanha o nível de água descendente no tanque,disparando, desse modo, a entrada de fluxo de água. O nível de água cai maisrapidamente do que a água entra pela entrada, de modo que a chapeleta podese assentar novamente para tornar a vedar a saída, e o nível de água no tanquepode ser restabelecido. A medida que o tanque é recarregado, a bóia sobe coma água e, eventualmente, fecha a válvula de entrada para interromper osuprimento de água.
A capacidade do vaso, particularmente vasos de baixoconsumo de água, operar eficazmente durante um ciclo de descarga é, emgrande parte, uma função do trajeto que a água tem que percorrer para sair novaso. Este trajeto passa pela válvula de descarga e através do caminho dalouça do vaso. Várias configurações de sifao foram previstas para otimizar ascaracterísticas de fluxo durante o ciclo de descarga.
Relativamente pouco dos esforços anteriores para melhorar odesempenho de descarga foi feito para tratar do impacto da válvula dedescarga de tanque. Válvulas de descarga convencionais têm, tipicamente,uma abertura circular com uma passagem cilíndrica levandodescendentemente à saída do tanque, ver, por exemplo, a patente US5.325.547. A construção cilíndrica dessas válvulas pode criar uma bolsa de arno trajeto de fluxo após uma descarga ser iniciada, devido à água no tanqueser estreitada à medida que acelera sob a gravidade através da válvula.
Válvulas de descarga com passagens não-cilíndricas foram pensadas. Porexemplo, a patente US 5.195.190 revela uma válvula de descarga com umapassagem em forma de seção cônica. O diâmetro decrescente do trajeto nessaválvula ajuda a reduzir o volume de ar indesejado. Entretanto, embora umaperfeiçoamento, o trajeto frusto-cônico provê uma eficácia de descargaabaixo do ótimo.
Outra parte da válvula de descarga que pode ter baixa eficáciade fluxo é o transbordo. O transbordo é usado no vaso para prover umapassagem de dreno para excesso de água no tanque que pode surgir caso osuprimento de água não seja fechado a tempo, por exemplo, pela falha davedação de entrada ou a bóia deslocar a válvula de entrada muito tarde. Otransbordo conecta-se à saída da válvula de descarga para que o excesso deágua possa passar para o vaso e para as linhas de encanamento deescoamento. Tubos de transbordamento convencionais são cilindros verticaislongos com a extremidade inferior se comunicando com a passagem de fluxoprincipal da válvula de descarga e a extremidade superior se estendendoligeiramente acima do nível cheio normal desejado de água no tanque, ver,por exemplo, patente US 4.433.446. Esses tubos de transbordamentocilíndricos sofrem de características de fluxo similares menores do que aótima, como acontece com as válvulas de descarga cilíndricas.
As patentes US 6.401.269 e 6.651.264 revelam conjuntos deválvula de descarga tendo tubos de transbordamento retangulares resistentescom bocas relativamente grandes nas extremidades superiores e paredes deafilamento. Embora a construção de boca larga e estreitamento afetam aeficácia do fluxo em relação aos tubos de transbordamento cilindrosconvencionais, a seção transversal geralmente retangular provê ainda fluxoabaixo do ideal.
Desse modo, há a necessidade de uma válvula de descargacom características de fluxo aperfeiçoadas.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção provê uma válvula de descarga de vasosanitário tendo características de fluxo aperfeiçoadas resultantes de umapassagem de fluxo estreitando um perfil de fluxo não-linearmente que, demaneira mais similar, acompanha o estreitamente exibido pela queda da águaao ser acelerada pela gravidade. O perfil de fluxo não-linear da passagem defluxo da válvula reduz a presença de ar na válvula após um ciclo de descargaser iniciado de modo que maior eficácia de descarga possa ser obtida. Aválvula de descarga pode ter também um transbordo de estreitamento, depreferência, não-linearmente, para, similarmente, melhorar o fluxo em umasituação de transbordamento.
Especificamente, em uma forma, a invenção prive uma válvulade descarga para controlar o fluxo de água a partir de um tanque de água devaso sanitário. Um corpo de válvula tem um assento de válvula e umapassagem de água conduzindo do assento de válvula. Uma superfície internado corpo de válvula que define a passagem de fluxo de modo que pelo menosuma porção da passagem de fluxo estreite não-linearmente a partir do assentoda válvula. Uma vedação pode ser assentada contra o assento de válvula parafechar o assento de válvula. A superfície não-linear do corpo de válvula podeser computacionalmente derivada e expressa como uma equação polinomial.
O corpo de válvula define duas aberturas em cadaextremidade, uma na extremidade superior com o assento de válvula e outrana extremidade inferior que é acoplada à saída do tanque. Devido aoestreitamento da passagem de fluxo, a abertura inferior tem menor dimensãodo que a abertura do assento de válvula.
A válvula de descarga pode ter uma vedação de chapeleta comuma cavidade interna vazada e uma forquila tendo um par de pernas (cadauma tendo uma abertura definindo o eixo pivô), de modo que a vedação dechapeleta seja pivotável em relação ao corpo de válvula. A vedação dechapeleta e/ou a forquila podem ter um local de acoplamento paraacoplamento a um conector de manobra operável para remover do assento avedação de chapeleta.
A válvula de descarga pode ter também um transbordoaperfeiçoado. O transbordo define uma passagem de transbordamento emcomunicação com a passagem de fluxo do corpo da válvula que se estreitaentre uma abertura superior de boca larga do transbordo e uma aberturainferior do transbordo. A passagem de transbordamento se estreita, depreferência, de sua boca larga por parte de sua extensão ou todo o trajeto até aabertura inferior de algum modo, como em uma forma afilada ou, maispreferivelmente, não-linearmente. O transbordo pode ser um componenteseparado e permanente ou removivelmente conectado ao corpo da válvula.
As vantagens da invenção serão aparentes a partir da descriçãodetalhada e desenhos. Seguem-se modos de realização preferidos da presenteinvenção. Para avaliar o escopo total da invenção, as reivindicações devemser vistas como os modos de realização preferidos sem a intenção deconstituir os únicos modos de realização dentro do escopo da invenção.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS
A Fig. 1 é uma vista frontal parcialmente em seção de umconjunto de válvula de descarga da presente invenção montada em um tanquede vaso sanitário;
a Fig. 2 é uma vista em perspectiva do conjunto da Fig. 1mostrado sem uma vedação por chapeleta acoplada;a Fig. 3 é uma vista plana de topo;
a Fig. 5 é uma vista em seção tomada ao longo da linha 5-5 daFig. 4;
a Fig. 6 é um diagrama mostrando o perfil de fluxo da válvulade descarga da presente invenção comparado a um perfil cônico e cilíndrico; e
as Figs. 7 e 8 ilustram outro modo de realização do conjuntode válvula de descarga.
DESCRIÇÃO DETALHADA DOS MODOS DE REALIZAÇÃO PREFERIDOS
A Fig. 1 mostra um vaso sanitário 10 que inclui um tanque deágua 12 e uma seção de vaso (não mostrada). O tanque 12 tema paredehorizontal inferior 16 com uma abertura de saída 18, que leva a um canal emum aro superior do vaso. Montado no interior divisor ótico passivo tanque, háo tubo de suprimento de água normal 20 com uma válvula de suprimento 24operada por bóia 2 para controlar o fluxo de suprimento de água para o tanque12. Um conjunto de válvula de descarga 26 é montado no interior do tanque12 sobre a abertura de saída 18 para controlar o fluxo de água do tanque 12para o caso durante um ciclo de descarga.
O conjunto de válvula de descarga 26 é montado verticalmenteem pé no tanque 12 e inclui um corpo de válvula 28, um tubo detransbordamento 30 e uma vedação de chapeleta 32. O corpo de válvula 28 eo transbordo 30 são, de preferência, de um material não-corrosível, como umplástico adequado. A extremidade inferior do corpo de válvula 28 tem trêspontas de dente 36 usadas para encaixar um lado inferior da parede horizontal16, e um flange externo 38, com uma gaxeta adequada 40que encaixa um ladosuperior da parede 16, para montar o conjunto de válvula de descarga 26 aotanque 12. Esta conexão é similar à revelada na patente US 4.433.446, que écedida ao cessionário da presente invenção, cuja revelação, particularmente asfiguras 2 e 4A-6 e a sua descrição, são aqui incorporadas pela referência.Como mostrado nas Figs. 1-5, o corpo da válvula 28 é vazadoe define uma passagem de fluxo vertical 44 que passa entre uma aberturainferior 46 na saída do tanque 18 e uma abertura superior 48 em um assentode válvula 50. A superfície interna do corpo de válvula 28 que define apassagem de fluxo 44 tem um perfil não-linear na seção transversal vertical eé circular na seção transversal horizontal. Como mostrado na vista em seçãoda Fig. 5, o perfil de fluxo tem o maior diâmetro na abertura superior 48 e amenor na abertura inferior 46 para definir uma passagem de fluxocontinuamente afilada 44. O estreitamento e mais significativo próximo àabertura superior 48 e, depois, se torna mais gradativa próximo à aberturainferior 46. Deve ser notado que mesmo na abertura superior 48, oestreitamento faz parte do perfil de fluxo não-linear derivadocomputacionalmente da passagem de fluxo 44, e não é um raio simples comopoderia estar presente na borda superior de válvulas de descargaconvencionais.
À medida que a água acelera pela gravidade, a área de seçãotransversal da água diminui. O estreitamento ocorre não-linearmente. O perfilde fluxo da válvula é desenhado para acompanhar mais de perto o caminhonatural que a água faz ao cair por gravidade. Pela formação do perfil de fluxoda válvula desse modo, menos ar está presente na passagem de fluxo duranteum ciclo de descarga. A redução na passagem de fluxo promove umadescarga mais eficaz, uma vez que o ar tem que ser ventilado ou carreado naágua, o que reduz a eficácia da descarga do vaso sanitário.
Como a Fig. 6 ilustra, em válvulas de descarga convencionaiscom perfis de fluxo completamente cilíndricos, um volume muito maior, áreasA+B circunvolutas ao redor de uma linha central vertical da passagem defluxo, de ar é aprisionado na passagem de fluxo após um ciclo de descarga seriniciado no espaço entre a superfície interna da válvula e a superfície da água.Outras válvulas de descarga convencionais têm perfis em forma de seçõescônicas, que introduzem um menor volume de ar, área circunvoluta B.
Entretanto, mesmo este volume de ar impacta adversamente a eficácia dadescarga. Modelar o perfil de fluxo para o perfil de fluxo natura de queda deágua como na presente invenção elimina, essencialmente o ar indesejado(outro que não o ar na passagem de fluxo antes de acionar a descarga) e,assim, oferece maior eficácia de descarga.
O perfil pode ser computacionalmente derivado de umaexpressão polinomial. A expressão pode variar para se adequar a diferentesparâmetros, como distância axial diferente entre as aberturas 46 e 48 ouaberturas de diferentes tamanhos 46 e 48. No exemplo preferido das Figs. 1-5,a expressão polinomial pode ser:
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onde Dv é o diâmetro da abertura superior 48 e Dl é o diâmetroda abertura inferior 46 e h é o comprimento da passagem de fluxo 44.
Entretanto, como mencionado, outras expressões matemáticas derivadascomputacionalmente podem ser empregadas para obter um perfil de fluxonão-linear que é ótimo para os outros parâmetros da válvula, incluindo taisexpressões de qualquer ordem menores ou maiores do que um.
Em um tamanho padrão (mostrado nas Figs. 1-5), a aberturasuperior 48 tem cerca de 8,3cm de diâmetro e a abertura inferior 46 na saídado tanque tem cerca de 5,9cm de diâmetro, com a abertura superior 48verticalmente acima por cerca de 12,7cm da abertura inferior 46. Em outrotamanho padrão da válvula de descarga 26A (mostrado nas Figs. 7-8), aabertura superior tem cerca de 9,6cm de diâmetro e cerca de 4,5cm acima daabertura inferior que tem cerca de 7cm de diâmetro. Embora estes sejamexemplos preferidos, a abertura de válvula pode ter pelo menos 5 a IOcm dediâmetro, a abertura inferior pode ter pelo menos 5 a 7,6cm de diâmetro,provido que a abertura inferior seja menor do que a abertura de válvula, e asduas aberturas podem estar separadas por pelo menos 2,5 a 15,25cm uma daoutra.
Com referência novamente às Figs. 1-5, o corpo de válvula 28tem uma extensão 52 em um lado que define um canal 54 em comunicaçãocom a passagem de fluxo 44 abaixo do assento de válvula 50. A extensão 52forma um soquete 56 onde o transbordo 30 conecta-se ao corpo de válvula 28.
O soquete 56 promove um ajuste de vedação superficial com o lado externode uma porção cilíndrica inferior 58 do transbordo 30 a cerca de 2/3 inferiordo soquete 56. Como mostrado na Fig. 5, o 1/3 superior do soquete 56 échanfrado para formar uma depressão para adesivo que pode ser aplicado aoredor da junta para fixar uma conexão mecânica.
O transbordo 30 define uma passagem de transbordamento 58em comunicação com a passagem de fluxo 44 do corpo de válvula 28, atravésdo cana 54 da extensão 52. O transbordo 30 tem uma abertura superior deboca larga 60 e se estreita na porção superior 62 para a cilíndrica 58 com umaabertura menor 64, com seções transversais traspassantes horizontaiscirculares. A superfície interna do transbordo 30 na porção afilada superior 62define, de preferência, uma passagem de transbordamento que se estreita não-linearmente, de modo que os benefícios de fluxo possam ser obtidossimilarmente aos de através da passagem de fluxo 44. Como também apassagem de fluxo 44, uma expressão polinomial adequada pode se usadapara definir a parede interna do transbordo para chegar a um perfil deestreitamento não-linear preferido.
Entretanto, uma vez que o transbordo 30 é usado parasituações pouco freqüentes de transbordamento, onde a velocidade de fluxo émuito menor do que a velocidade típica de um ciclo de descarga, a porçãosuperior do transbordo pode acompanhar um perfil de seção cônica simples,como a forma de um funil, que seria mais fácil de fabricar e ainda provida demelhor desempenho sobre um perfil cilíndrico reto. Em qualquer caso, a bocalarga da abertura superior 60 aumenta a distância perimetral do transbordopara permitir um maior volume de excesso de água transitar rapidamente dotanque para a passagem de transbordamento 58 e, depois, descer peloencanamento de rejeito.
A abertura superior 60 tem, de preferência, pelo menos 3,8cme, em um tamanho padrão (mostrado nas Figs. 1-5) ele tem cerca de 6,4cm, aabertura inferior 64 tendo 3,3cm. O comprimento do transbordo 30 éselecionado de acordo com a profundidade do tanque, permitindo trabalharcom numerosas configurações de vaso sanitário. O exemplo de transbordomostrado nas Figs. 1-5 tem cerca de 13,3cm.
Com referência novamente às Figs. 1-3, a extensão 44 temtambém dois braços pivô 70 que se estendem de lados opostos para definir umeixo pivô para a chapeleta 32. A chapeleta 32 inclui uma forquila 72, com umpar de pernas paralelas 74 (uma mostrada) pivotadamente acoplada aos braçospivô 70, um corpo vazado 76 com uma cavidade interior cavada, e um anel 78para vedar o corpo de válvula. A chapeleta pode ser feita de um únicomaterial ou co-moldada de um compósito, com pelo menos o anel vedantesendo de um matéria adequado à vedação, por exemplo, monômero de etilenopropileno dieno (EDPM) ou silicone. A chapeleta 32 tem um local deacoplamento 80 para acoplar um membro de tracionar (não mostrado), comouma corrente ou cordinha que é acoplada em sua extremidade oposta a umatuador de descarga (não mostrado) acessível de maneira usual pelo ladoexterno do tanque.
Antes de efetuar uma operação de descarga, a válvula dedescarga está na posição mostrada na Fig. 1, com a chapeleta 32 assentadasobre o assento de válvula de descarga 50 e o nível de água no tanque 12 está"repleto". A atuação da descarga puxa a chapeleta 32 para cima, o suficientepara fazer com que ela pivote para cima e saia do assento. A chapeleta 32 é,inicialmente, mantida em cima pela força de flutuação da água atuando sobrea chapeleta 32. A água no tanque 12 pode fluir através do corpo de válvula 28e para fora, através da abertura de saída do tanque 18, para a bacia. Água erefugo na bacia são evacuados para linhas de encanamento de refugo demaneira usual, através de um sifao (não mostrado). Quando a água no tanqueestá baixa, bem drenada, o peso da chapeleta 32 faz com que ela caia porgravidade e assente contra o assento de válvula. O ciclo de descarga estácompleto após o tanque 12 ser recarregado com água, o suficiente paramanobrar e válvula de suprimento.
Deve ser apreciado que os modos de realização meramentepreferidos da invenção foram descritos acima. Entretanto, muitasmodificações e variações aos modos de realização preferidos serão aparentesa alguém experiente na técnica, que estarão abrangidas pelo espírito e escopoda invenção. Por conseguinte, a invenção não deve ser limitada aos modos derealização descritos. Para se assegurar do escopo total da invenção, asreivindicações a seguir devem ser referenciadas.
Claims (19)
1. Válvula de descarga para controlar o fluxo de água a partirde um tanque de água de vaso sanitário, caracterizada pelo fato decompreender:um corpo de válvula tendo um assento de válvula e definindouma passagem de fluxo da qual pelo menos uma porção se estreita não-linearmente a partir do assento de válvula; euma vedação para vedar contra o assento de válvula, fechandoo assento de válvula.
2. Válvula de descarga de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato do corpo de válvula ter uma superfície internadefinindo a passagem de fluxo e pelo fato de uma porção de superfíciecorrespondente à porção não-linear da passagem de fluxo ser definida poruma expressão polinomial.
3. Válvula de descarga de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato da porção não-linear da passagem de fluxo seradjacente ao assento de válvula.
4. Válvula de descarga de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato do corpo de válvula definir uma primeira abertura emuma primeira extremidade com o assento de válvula e uma segunda aberturaem uma segunda extremidade oposta ao assento de válvula que tem dimensãomenor do que a primeira abertura e é espaçado da primeira abertura por umadistância axial.
5. Válvula de descarga de acordo com a reivindicação 4,caracterizada pelo fato da primeira abertura ter 5 a IOcm de diâmetro.
6. Válvula de descarga de acordo com a reivindicação 4,caracterizada pelo fato da segunda abertura ter 5 a 7,6cm de diâmetro.
7. Válvula de descarga de acordo com a reivindicação 4,caracterizada pelo fato da distância axial ser de 2,54 a 15,25cm de diâmetro.
8. Válvula de descarga de acordo com a reivindicação 4,caracterizada pelo fato da primeira abertura ter cerca de 8,6cm de diâmetro e asegunda abertura ter cerca de 7cm de diâmetro e a distância axial ser de cercade 4,5cm.
9. Válvula de descarga de acordo com a reivindicação 4,caracterizada pelo fato da primeira abertura ter cerca de 8,3cm de diâmetro e asegunda abertura ter cerca de 5,9cm de diâmetro e a distância axial ser decerca de 12,7cm.
10. Válvula de descarga de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato da vedação ser uma chapeleta.
11. Válvula de descarga de acordo com a reivindicação 10,caracterizada pelo fato da chapeleta ter uma forquila conectada pivotadamenteao corpo de válvula.
12. Válvula de descarga de acordo com a reivindicação 11,caracterizada pelo fato da chapeleta ter uma cavidade interna vazada.
13. Válvula de descarga de acordo com a reivindicação 1,caracterizada adicionalmente pelo fato de compreender de incluir umtransbordo definindo uma passagem de transbordamento do corpo de válvula,a passagem de transbordamento afilando-se entre uma primeira abertura euma segunda abertura de uma dimensão menor do que a da primeira abertura.
14. Válvula de descarga de acordo com a reivindicação 13,caracterizada pelo fato das primeira e segunda aberturas do transbordo teremseções transversais circulares.
15. Válvula de descarga de acordo com a reivindicação 13,caracterizada pelo fato do transbordo ser separado do assento de válvula.
16. Válvula de descarga de acordo com a reivindicação 13,caracterizada pelo fato de pelo menos uma porção da passagem detransbordamento se estreitar a partir da primeira abertura do transbordo.
17. Válvula de descarga para um vaso sanitário, caracterizadapelo fato de ter um corpo de válvula com um assento de válvula e umapassagem de fluxo conduzindo do assento de, a passagem de fluxo sendoformada por uma superfície definida por uma expressão polinomial, de modoque a passagem de fluxo se estreita não-linearmente de uma primeira abertura,em uma primeira extremidade com o assento de válvula, para uma segundaabertura em uma segunda extremidade oposta ao assento de válvula.
18. Válvula de descarga para um vaso sanitário, caracterizadapelo fato de compreender:um corpo de válvula definindo uma primeira abertura em umassento de válvula e uma passagem de fluxo conduzindo da primeira aberturapara uma segunda abertura em uma extremidade do corpo de válvula opostaao assento de válvula, onde o corpo de válvula tem uma superfície interna quedefine a passagem de fluxo de modo que ela se estreite não-linearmente daprimeira abertura para a segunda abertura;uma vedação para assentar contra o assento de válvula efechando a primeira abertura; eum transbordo definindo uma passagem de transbordamentoem comunicação com a passagem de fluxo do corpo de válvula que se estreitaentre uma primeira abertura do transbordo e uma segunda abertura dotransbordo.
19. Válvula de descarga de acordo com a reivindicação 16,caracterizada pelo fato da passagem de transbordamento se estreitar não-linearmente entre as primeira e segunda aberturas do transbordo.
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