改进坐便器排污功能及节水技术研究

2015-12-21王同言

陶瓷 2015年9期

关键词：污物水封节水型

改进坐便器排污功能及节水技术研究

王同言

(唐山北方瓷都陶瓷集团有限责任公司河北唐山 063020)

摘要从多方面对改进坐便器的排污功能及节水技术进行了广泛研究。其研究结果对卫生陶瓷企业的新产品开发及生产技术质量管理具有一定的指导作用。

关键词坐便器虹吸式坐便器排污功能节水

前言

我国是一个严重缺水的国家，据有关部门统计，目前全国669个城市中有400多个城市(约占60%)缺水，缺水量达4000万m3。针对水资源短缺问题，我国许多大、中城市已大幅提高了水的价格，并实施了阶梯水价。前不久，国家标准化管理委员会批准发布《节水型卫生洁具》(GB/T31436-2015)国家标准。该标准对卫浴生产企业的设计、研发、管理等环节在节水方面提出了更高的要求，该标准的技术水平达到国际先进的标准水平，并将于2015年12月1日正式实施。这将使人们更加关注节水和生活用水器具的节水问题，节约用水在当前显得更为迫切。

陶瓷坐便器是人们日常生活中常用的卫生设施，是耗水的主要设备，其用水量约占居民日常生活用水总量的 40%～50%。人们在选购、使用坐便器时：第一，要求污物排出顺畅、彻底，不堵塞，且洁净卫生，不返臭气；第二，要求节水效果好。以上涉及到坐便器的排污功能问题。坐便器发展至今，科技人员在坐便器的结构、水箱配件等方面做出了很多努力，取得很大的效果。一些排污功能优良的节水型或超节水型坐便器应运而生，满足了国内外用户的需求。

坐便器要实现排污功能优良，甚至要实现节水,一个重要的前提是当放水后，坐便器产生虹吸作用的时间越短越好，污物排出的时间越短越好。这样的坐便器虹吸作用强劲，抽力大，排污顺畅、不堵塞，功能优良，从而也达到良好的节水效果。

笔者在这里所述的坐便器(便器)是指虹吸式坐便器。改进坐便器排污功能及节水的技术有：产品设计，水箱结构，采用特殊的水箱配件，管道使釉处理，采用压力式坐便器。

1　产品设计

1.1外形

首先，在设计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，这样可加大水的落差势能，从而在排水时冲力大，虹吸作用强劲。其次，盆腔内壁应设计的陡直、顺滑，杜绝出现棱角或凹凸现象。第三，要设计出二等(颠水)台阶，以便水流汇集直冲弯管中的污物。第四，在产品水封高度设计上，以65mm左右为宜。水封过低，若生产控制不好会出现不符合标准、漏气现象；水封过高，由于盆腔内的水量(水封水)过多，造成阻力，排污时反而费水，造成功能不佳。

1.2管道

坐便器是否节水、排污功能是否优良，虹吸弯管的结构(包括管道的形状、长短、粗细等)很关键，其是决定坐便器能否节水最主要的因素。研制前，应对国内外市场进行广泛的市场调研，优良样品的收集，研究排污功能优良坐便器的管道结构，进行测量分析并制作试样，进行反复试验，从而制作出既节水、排污功能又优良的坐便器标准化管道。标准化管道的外型长度为359mm、高度为296mm，管道总长度为660mm。管道前端最粗处直径约为106mm，后端最窄处直径约为81mm，两者比例约为1.31∶1.00。这样，成品内径可达55mm，管道可顺畅通过直径为50mm的检测球体。

管道宜采用粗管径为好，可保证排污顺畅、不堵塞，这也是未来虹吸式坐便器的发展趋势。众所周知，细管道(一般有效内径为44mm左右)的虹吸式坐便器优点是虹吸作用强，排污功能优良，容易实现节水，但缺点是易堵塞，许多家庭都经历过坐便器堵塞带来的烦恼(尤其是有老年人的家庭)。管径粗的坐便器不易堵塞，实践表明，管径加粗后，会降低坐便器的排污功能，要将污物排出，需二次给水，这样反而浪费水。由此可见，排污功能优良、节水与便器管径加粗是一对矛盾。既要求坐便器的节水、排污功能优良，又要求管径较粗(可过48～50mm的检测球体)，这给卫生陶瓷企业新产品开发带来很大的难度。但是，近些年来，经过卫生陶瓷企业科技人员不懈的努力，攻克难关，开发生产出一系列粗管径的节水型或超节水型坐便器，较好地解决了便器管径加粗与排污功能优良、节水之间的矛盾。

1.3水路

是水箱放水后的水流主通道和圈上水道为输送水量的主要通道(承担排污用水和冲刷用水)。传统的喷射虹吸式坐便器的水路走向是：水箱放水口→便器进水口→进水横道→水圈(分支两部分：一部分进入圈眼，进行冲刷；另一部分经附水道再进入喷射孔，然后两部分水流汇集)→弯子口→管道→排污口。其不足之处是水流所经过的路途较长，虹吸作用产生的较晚，对污物的冲击力弱，较浪费水。

选用目前市场流行的水路走向较短的结构方式，可大大缩短水流行程，提高喷射冲击力。其水路走向是：水箱放水口→便器进水口→进水横道→水圈(通过圈眼冲刷)和两侧附水道(到喷射孔)→弯子口→管道→排污口。此喷射水流所经过的路途较短，不经水圈由进水横道直泄而下到达喷射口，使虹吸作用产生的较早，冲力大，比较省水，便器排污功能优良。这种水路的走水方式是目前市场上节水坐便器的主流，国内外节水型或超节水型坐便器大多采用这种结构。另外，这种结构的坐便器在圈眼设置上一般直冲较多，水流比较集中，故排污强劲有力，从而为实现便器节水创造了条件。

水路截面面积的大小对排污功能也起到很重要的作用。若断面面积过大，则水流量大，流速小，到达喷射孔的冲力小；若断面面积过小，则水流量小，流速大，到达喷射孔的冲击能量也不够。据多年生产经验可知，横向主通道的宽度为70mm左右、高度为50mm左右(横断面积约为3500mm2)，上圈通道宽度为40mm左右、高度为30mm左右(横断面积约为1200mm2)，附水道直径约为65mm(横断面积约为3000mm2)为好。另外，在设计上圈结构时，应采取科学合理的设计方法，使水流尽可能向一个方向旋转，以加大冲力，防止流水能量的耗损。

1.4布水眼

水圈上布水眼的主要作用是提供“冲刷水”，对坐便器的内壁进行冲刷。布水眼(大小、数量、方向)的设置对坐便器的冲刷、排污功能有一定的影响。一般孔径尺寸为6mm，数量为22～28个(据坐便器尺寸的大小而定)且均匀分布，角度方向为30°～45°。若孔径尺寸过小，如为3mm，则下水量小，冲刷效果不好，使绝大部分水到达喷射孔，虹吸作用产生的早，后续水量不够，不足以冲走污物，使污物易卡在弯子口处；若孔径尺寸偏大，且数量过多时，则下水量大，虽然冲刷效果好，但进入喷射孔的水量少且没有力量，动能不够，不能较早地产生虹吸作用，坐便器的排污功能也不会好。

1.5喷射孔

生产实践表明，喷射孔(位置、尺寸、角度)的设置与坐便器的结构、形状、尺寸等有直接的关系。喷射孔尺寸过大过小都不好。据生产经验可知，其直径一般在22～35mm为宜。喷射孔孔径过小，虽然喷射速度快，但喷射水流作用小、推力不够，喷射时间长，造成虹吸作用产生的晚，污物排不干净，需二次给水，反而浪费水；孔径过大，大部分水被泻掉，水圈上的水量少，冲刷不干净。近些年来，根据开发节水型坐便器的实际经验，喷射孔设计的直径以32～35mm更好，有利于便器较早产生虹吸作用，有利于实现便器的节水，坐便器的排污功能优良。另外，喷射孔应平行直对弯子口，尽量不留台阶。若有台阶，对水流会产生阻力，会减弱喷射虹吸作用。

1.6排污口

排污口尺寸的大小对虹吸式坐便器的排污功能也有一定的影响。有人认为，排污口尺寸小些为好，排污时可以暂时堵塞住管道中的水，可使便器较早地产生虹吸作用。故将排污口的尺寸设计的很小，即43mm左右可满足国标GB6952-2005至少通过直径41mm球体的要求。事实上这种做法是不正确的。实践表明，尺寸小的排污口，会导致排污不顺畅，产生一定的阻力，产生梗塞的作用，水和污物排出慢，易在锅盆内打旋，虹吸作用会滞后产生，从而影响排污功能。由生产经验可知，排污口的设计直径为55mm左右较好。既可顺畅通过50mm的球体，又可保证虹吸作用的产生，同时又不浪费水，是较为理想的设计方案。若排污口尺寸再大时，如直径为60～70mm时，就没有必要了，其对虹吸作用影响不大，反而使产品易出现变形等质量缺陷。

2　水箱结构

在保证水箱储水量基本不变的情况下，尽量将水箱设计成宽度窄、高度加高，同时安装尺寸方面与坐便器相适应，目的是提高水的落差势能。同时将水箱的落水口直径加大，由65mm增大为85mm，并采用适宜的水箱配件，从而在排水时使水的冲力大，为排污和尽早产生虹吸打下基础。

3　采用特殊水箱配件

我们成功开发了一种3L水的超节水型坐便器。该坐便器为一种外力辅助式的便器，其独特之处在于：采用独特的水箱配件，排污弯管中有双水封设计(大、小水封)。在双水封之间形成一个封闭的气体空间，此空间由通道与水箱配件相连。当水箱放水时，水的压力通过特殊的水箱配件对封闭气体施压，产生5～10mmH2O的压力，推动小水封水排出，从而对锅盆里的水和污物有负压拉动作用。这样前推后拉，对排污起到双方面作用，从而大大提高了虹吸排污功能，有效地缩短了排污时间，节约了用水量。

4　管道施釉处理

目前，坐便器管道施釉是常用的辅助提高坐便器排污功能的一种有效方法。坐便器管道未施釉前，内径表面粗糙，排污阻力大，易挂污物。有时内部存在裂纹或孔隙现象，影响排污功能。通过对管道内部进行施釉处理，可杜绝以上问题。因为在弯管内壁施一层薄薄的釉层，使其内表面光滑，不粘污、挂污，且把裂纹、孔隙处补平，提高管道的封闭性，可大大提高便器的排污功能，为节水创造了条件。

5　采用压力式坐便器

上述改善坐便器排污功能的方法以及节水技术，是在静压(大气压)状态下采取的一些方法，主要是针对虹吸式静压坐便器而言。采用压力式坐便器，也是改善坐便器排污功能和进一步节水的途径和方法，压力式坐便器更易于实现便器节水。通过对坐便器结构的改进，配以压力式水箱配件，可明显降低用水量，大幅度提高便器的排污功能。但是，这种坐便器的噪音较大，不适于家居中的老年人使用。