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改進坐便器排污功能及節(jié)水技術(shù)研究

王同言

(唐山北方瓷都陶瓷集團有限責任公司河北 唐山 063020)

摘要從多方面對改進坐便器的排污功能及節(jié)水技術(shù)進行了廣泛研究。其研究結(jié)果對衛(wèi)生陶瓷企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)及生產(chǎn)技術(shù)質(zhì)量管理具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞坐便器虹吸式坐便器排污功能節(jié)水

前言

我國是一個嚴重缺水的國家，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，目前全國669個城市中有400多個城市(約占60%)缺水，缺水量達4000萬m3。針對水資源短缺問題，我國許多大、中城市已大幅提高了水的價格，并實施了階梯水價。前不久，國家標準化管理委員會批準發(fā)布《節(jié)水型衛(wèi)生潔具》(GB/T31436-2015)國家標準。該標準對衛(wèi)浴生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計、研發(fā)、管理等環(huán)節(jié)在節(jié)水方面提出了更高的要求，該標準的技術(shù)水平達到國際先進的標準水平，并將于2015年12月1日正式實施。這將使人們更加關(guān)注節(jié)水和生活用水器具的節(jié)水問題，節(jié)約用水在當前顯得更為迫切。

陶瓷坐便器是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫男l(wèi)生設(shè)施，是耗水的主要設(shè)備，其用水量約占居民日常生活用水總量的 40%～50%。人們在選購、使用坐便器時：第一，要求污物排出順暢、徹底，不堵塞，且潔凈衛(wèi)生，不返臭氣；第二，要求節(jié)水效果好。以上涉及到坐便器的排污功能問題。坐便器發(fā)展至今，科技人員在坐便器的結(jié)構(gòu)、水箱配件等方面做出了很多努力，取得很大的效果。一些排污功能優(yōu)良的節(jié)水型或超節(jié)水型坐便器應(yīng)運而生，滿足了國內(nèi)外用戶的需求。

坐便器要實現(xiàn)排污功能優(yōu)良，甚至要實現(xiàn)節(jié)水,一個重要的前提是當放水后，坐便器產(chǎn)生虹吸作用的時間越短越好，污物排出的時間越短越好。這樣的坐便器虹吸作用強勁，抽力大，排污順暢、不堵塞，功能優(yōu)良，從而也達到良好的節(jié)水效果。

筆者在這里所述的坐便器(便器)是指虹吸式坐便器。改進坐便器排污功能及節(jié)水的技術(shù)有：產(chǎn)品設(shè)計，水箱結(jié)構(gòu)，采用特殊的水箱配件，管道使釉處理，采用壓力式坐便器。

1　產(chǎn)品設(shè)計

1.1外形

首先，在設(shè)計方面要提高坐便器的使用高度，由普通型的360mm提高到390mm甚至400mm，這樣可加大水的落差勢能，從而在排水時沖力大，虹吸作用強勁。其次，盆腔內(nèi)壁應(yīng)設(shè)計的陡直、順滑，杜絕出現(xiàn)棱角或凹凸現(xiàn)象。第三，要設(shè)計出二等(顛水)臺階，以便水流匯集直沖彎管中的污物。第四，在產(chǎn)品水封高度設(shè)計上，以65mm左右為宜。水封過低，若生產(chǎn)控制不好會出現(xiàn)不符合標準、漏氣現(xiàn)象；水封過高，由于盆腔內(nèi)的水量(水封水)過多，造成阻力，排污時反而費水，造成功能不佳。

1.2管道

坐便器是否節(jié)水、排污功能是否優(yōu)良，虹吸彎管的結(jié)構(gòu)(包括管道的形狀、長短、粗細等)很關(guān)鍵，其是決定坐便器能否節(jié)水最主要的因素。研制前，應(yīng)對國內(nèi)外市場進行廣泛的市場調(diào)研，優(yōu)良樣品的收集，研究排污功能優(yōu)良坐便器的管道結(jié)構(gòu)，進行測量分析并制作試樣，進行反復(fù)試驗，從而制作出既節(jié)水、排污功能又優(yōu)良的坐便器標準化管道。標準化管道的外型長度為359mm、高度為296mm，管道總長度為660mm。管道前端最粗處直徑約為106mm，后端最窄處直徑約為81mm，兩者比例約為1.31∶1.00。這樣，成品內(nèi)徑可達55mm，管道可順暢通過直徑為50mm的檢測球體。

管道宜采用粗管徑為好，可保證排污順暢、不堵塞，這也是未來虹吸式坐便器的發(fā)展趨勢。眾所周知，細管道(一般有效內(nèi)徑為44mm左右)的虹吸式坐便器優(yōu)點是虹吸作用強，排污功能優(yōu)良，容易實現(xiàn)節(jié)水，但缺點是易堵塞，許多家庭都經(jīng)歷過坐便器堵塞帶來的煩惱(尤其是有老年人的家庭)。管徑粗的坐便器不易堵塞，實踐表明，管徑加粗后，會降低坐便器的排污功能，要將污物排出，需二次給水，這樣反而浪費水。由此可見，排污功能優(yōu)良、節(jié)水與便器管徑加粗是一對矛盾。既要求坐便器的節(jié)水、排污功能優(yōu)良，又要求管徑較粗(可過48～50mm的檢測球體)，這給衛(wèi)生陶瓷企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)帶來很大的難度。但是，近些年來，經(jīng)過衛(wèi)生陶瓷企業(yè)科技人員不懈的努力，攻克難關(guān)，開發(fā)生產(chǎn)出一系列粗管徑的節(jié)水型或超節(jié)水型坐便器，較好地解決了便器管徑加粗與排污功能優(yōu)良、節(jié)水之間的矛盾。

1.3水路

是水箱放水后的水流主通道和圈上水道為輸送水量的主要通道(承擔排污用水和沖刷用水)。傳統(tǒng)的噴射虹吸式坐便器的水路走向是：水箱放水口→便器進水口→進水橫道→水圈(分支兩部分：一部分進入圈眼，進行沖刷；另一部分經(jīng)附水道再進入噴射孔，然后兩部分水流匯集)→彎子口→管道→排污口。其不足之處是水流所經(jīng)過的路途較長，虹吸作用產(chǎn)生的較晚，對污物的沖擊力弱，較浪費水。

選用目前市場流行的水路走向較短的結(jié)構(gòu)方式，可大大縮短水流行程，提高噴射沖擊力。其水路走向是：水箱放水口→便器進水口→進水橫道→水圈(通過圈眼沖刷)和兩側(cè)附水道(到噴射孔)→彎子口→管道→排污口。此噴射水流所經(jīng)過的路途較短，不經(jīng)水圈由進水橫道直泄而下到達噴射口，使虹吸作用產(chǎn)生的較早，沖力大，比較省水，便器排污功能優(yōu)良。這種水路的走水方式是目前市場上節(jié)水坐便器的主流，國內(nèi)外節(jié)水型或超節(jié)水型坐便器大多采用這種結(jié)構(gòu)。另外，這種結(jié)構(gòu)的坐便器在圈眼設(shè)置上一般直沖較多，水流比較集中，故排污強勁有力，從而為實現(xiàn)便器節(jié)水創(chuàng)造了條件。

水路截面面積的大小對排污功能也起到很重要的作用。若斷面面積過大，則水流量大，流速小，到達噴射孔的沖力??；若斷面面積過小，則水流量小，流速大，到達噴射孔的沖擊能量也不夠。據(jù)多年生產(chǎn)經(jīng)驗可知，橫向主通道的寬度為70mm左右、高度為50mm左右(橫斷面積約為3500mm2)，上圈通道寬度為40mm左右、高度為30mm左右(橫斷面積約為1200mm2)，附水道直徑約為65mm(橫斷面積約為3000mm2)為好。另外，在設(shè)計上圈結(jié)構(gòu)時，應(yīng)采取科學合理的設(shè)計方法，使水流盡可能向一個方向旋轉(zhuǎn)，以加大沖力，防止流水能量的耗損。

1.4布水眼

水圈上布水眼的主要作用是提供“沖刷水”，對坐便器的內(nèi)壁進行沖刷。布水眼(大小、數(shù)量、方向)的設(shè)置對坐便器的沖刷、排污功能有一定的影響。一般孔徑尺寸為6mm，數(shù)量為22～28個(據(jù)坐便器尺寸的大小而定)且均勻分布，角度方向為30°～45°。若孔徑尺寸過小，如為3mm，則下水量小，沖刷效果不好，使絕大部分水到達噴射孔，虹吸作用產(chǎn)生的早，后續(xù)水量不夠，不足以沖走污物，使污物易卡在彎子口處；若孔徑尺寸偏大，且數(shù)量過多時，則下水量大，雖然沖刷效果好，但進入噴射孔的水量少且沒有力量，動能不夠，不能較早地產(chǎn)生虹吸作用，坐便器的排污功能也不會好。

1.5噴射孔

生產(chǎn)實踐表明，噴射孔(位置、尺寸、角度)的設(shè)置與坐便器的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸等有直接的關(guān)系。噴射孔尺寸過大過小都不好。據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗可知，其直徑一般在22～35mm為宜。噴射孔孔徑過小，雖然噴射速度快，但噴射水流作用小、推力不夠，噴射時間長，造成虹吸作用產(chǎn)生的晚，污物排不干凈，需二次給水，反而浪費水；孔徑過大，大部分水被瀉掉，水圈上的水量少，沖刷不干凈。近些年來，根據(jù)開發(fā)節(jié)水型坐便器的實際經(jīng)驗，噴射孔設(shè)計的直徑以32～35mm更好，有利于便器較早產(chǎn)生虹吸作用，有利于實現(xiàn)便器的節(jié)水，坐便器的排污功能優(yōu)良。另外，噴射孔應(yīng)平行直對彎子口，盡量不留臺階。若有臺階，對水流會產(chǎn)生阻力，會減弱噴射虹吸作用。

1.6排污口

排污口尺寸的大小對虹吸式坐便器的排污功能也有一定的影響。有人認為，排污口尺寸小些為好，排污時可以暫時堵塞住管道中的水，可使便器較早地產(chǎn)生虹吸作用。故將排污口的尺寸設(shè)計的很小，即43mm左右可滿足國標GB6952-2005至少通過直徑41mm球體的要求。事實上這種做法是不正確的。實踐表明，尺寸小的排污口，會導(dǎo)致排污不順暢，產(chǎn)生一定的阻力，產(chǎn)生梗塞的作用，水和污物排出慢，易在鍋盆內(nèi)打旋，虹吸作用會滯后產(chǎn)生，從而影響排污功能。由生產(chǎn)經(jīng)驗可知，排污口的設(shè)計直徑為55mm左右較好。既可順暢通過50mm的球體，又可保證虹吸作用的產(chǎn)生，同時又不浪費水，是較為理想的設(shè)計方案。若排污口尺寸再大時，如直徑為60～70mm時，就沒有必要了，其對虹吸作用影響不大，反而使產(chǎn)品易出現(xiàn)變形等質(zhì)量缺陷。

2　水箱結(jié)構(gòu)

在保證水箱儲水量基本不變的情況下，盡量將水箱設(shè)計成寬度窄、高度加高，同時安裝尺寸方面與坐便器相適應(yīng)，目的是提高水的落差勢能。同時將水箱的落水口直徑加大，由65mm增大為85mm，并采用適宜的水箱配件，從而在排水時使水的沖力大，為排污和盡早產(chǎn)生虹吸打下基礎(chǔ)。

3　采用特殊水箱配件

我們成功開發(fā)了一種3L水的超節(jié)水型坐便器。該坐便器為一種外力輔助式的便器，其獨特之處在于：采用獨特的水箱配件，排污彎管中有雙水封設(shè)計(大、小水封)。在雙水封之間形成一個封閉的氣體空間，此空間由通道與水箱配件相連。當水箱放水時，水的壓力通過特殊的水箱配件對封閉氣體施壓，產(chǎn)生5～10mmH2O的壓力，推動小水封水排出，從而對鍋盆里的水和污物有負壓拉動作用。這樣前推后拉，對排污起到雙方面作用，從而大大提高了虹吸排污功能，有效地縮短了排污時間，節(jié)約了用水量。

4　管道施釉處理

目前，坐便器管道施釉是常用的輔助提高坐便器排污功能的一種有效方法。坐便器管道未施釉前，內(nèi)徑表面粗糙，排污阻力大，易掛污物。有時內(nèi)部存在裂紋或孔隙現(xiàn)象，影響排污功能。通過對管道內(nèi)部進行施釉處理，可杜絕以上問題。因為在彎管內(nèi)壁施一層薄薄的釉層，使其內(nèi)表面光滑，不粘污、掛污，且把裂紋、孔隙處補平，提高管道的封閉性，可大大提高便器的排污功能，為節(jié)水創(chuàng)造了條件。

5　采用壓力式坐便器

上述改善坐便器排污功能的方法以及節(jié)水技術(shù)，是在靜壓(大氣壓)狀態(tài)下采取的一些方法，主要是針對虹吸式靜壓坐便器而言。采用壓力式坐便器，也是改善坐便器排污功能和進一步節(jié)水的途徑和方法，壓力式坐便器更易于實現(xiàn)便器節(jié)水。通過對坐便器結(jié)構(gòu)的改進，配以壓力式水箱配件，可明顯降低用水量，大幅度提高便器的排污功能。但是，這種坐便器的噪音較大，不適于家居中的老年人使用。

中圖分類號：TQ174.76+9

文獻標識碼：A

文章編號：1002-2872(2015)09-0016-03

作者簡介：王同言 (1963-)，本科，高級工程師；主要從事陶瓷生產(chǎn)技術(shù)管理工作。