CN102235026A - 螺旋式便器排污管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋式便器排污管，它包括进口段、出口段、上旋段、下旋段、上旋段最低点顶壁、下旋段最高点底壁组成。所述进口段、出口段、上旋段、下旋段设计为一个近似螺旋式的空心环；所述上旋段和下旋段不在同一个平面上；利用水流的惯性力经进口段、上旋段形成涡流后，涡流方向与管形构造基本一致，水流力量衰减极小，使脏物能十分顺畅地流出下旋段。整个置换过程既不需要进口处有较高的水位差，也不需要有较高压力的水流的喷射水流来制造虹吸条件，从而就决定了螺旋式便器排污管比S形排污管有特别省水、洗刷有力、大口径难堵塞、置换完全四大优势。

Description

螺旋式便器排污管

技术领域：

本发明涉及一种洁具，特别是涉及一种既能保证一定水封深度和超大口径，又能尽量保持水流惯性力和减少排污阻力的螺旋式便器排污管。 

背景技术

洁具已经有五百多年历史了，发展到今天，按理说应是结构定型了。由过去的相当费水进化为今天的比较节水，这期间经历了一个漫长的探索过程。 

洁具，看起来简单，实际上是十分复杂的流体力学知识的综合运用，冲洗结构方面一点细微的变化都直接影响洗刷和置换效果。在当今全世界都水资源缺乏，全球都在倡导节能减排的时代，把洁具做成既能冲洗干净又充分省水的产品已成为各个厂家市场竞争的焦点。 

从目前洁具行业现有的技术水平来看，达到坐便器耗水6升、蹲便器耗水8升的节水标准已经有少数厂家能达标，但洗刷功能方面存在有很大的问题。如果按置换方式分，坐便器主要分为虹吸和直冲两种(极个别的有采用翻碟式的，这种置换方式的其他排污指标存在很多缺陷)；蹲便分为带存水弯和不带存水弯两种(实际上后者要么是要加接或者建筑有存水弯)。那么，我们可以概括为：这些各式各样的洁具都必须在底部有一支S形的存水弯。它的作用是起到隔臭和 置换脏物的功能。 

我始终想不通，当今社会科学技术如此进步，而洁具又有几百年发展历史，为什么一支S形的存水弯的结构方式就一直没有改？就拿虹吸马桶来说，众多的陶瓷研发人员在研究它的排污功能，S形弯管粗的、细的、高的、矮的、异型的都有，但都不能离开S形这个主体结构，好象只有S管才能存水和最便于脏物置换。也可能是因为只有S形管才便于翻模和生产，才使这种S形管的运用沿袭至今。我在市场上调查，现在的洁具虹吸马桶都标示3-6升的耗水标准，蹲便器耗水在8升左右。这些看起来都符合我国的节水标准，但细细研究，这些节水洁具除直冲式马桶外，其它的都是在节水功能上做有表面文章：如几乎所有的虹吸马桶便盆底的入口处都打有一个30多毫米直径的喷射孔，把将近75％的水直接对着S管去冲，以利于用很少的水就能置换掉脏物；大多数蹲便器的主水孔并不是用来冲洗便盆，而是直接对着排污口。我们讲节水，应该是在冲洗达到卫生标准的前提下去节水，而不是不管便盆冲洗得干净不干净，只要检测时过球能达标就认定是节水洁具了。面带脏物的便盆没有人会看到了不管，那么，一次冲不净就两次，两次冲不净就用手刷了再冲，来回二三次还有什么节水可言？难怪人们买只马桶时必须买把刷子。这样的节水洁具我认为还不如过去常规的 洁具好，免得多半时候要用手去刷。当然，这种不管洗刷功能的所谓节水洁具的诞生和普及，与我们检测标准和检测方式的落后有直接关系。在此我也呼吁：检测洗刷功能不能只用极易溶于水的食品红了，而要实实在在的检测洗刷冲洗力，这样，人们用手去刷便盆的机率就小得多。检测洗刷力的大小区别才能讲是真正的洗刷功能检测。现在，韩国客商在我国看样品，最为关注的就是洗刷力，其次才是置换率。 

S形存水弯的结构弊端在哪里？我们知道，洁具一般都有一定高度的水箱，流出的水是附有动能的。由于惯性力的作用，水冲洗便后又汇集在一起去对着S形的排污管入口处冲，以便同时把脏物带走。由于S形管附有存水的功能，那么，入口处必须是最低点，接着上升到S管内壁的最高点，这两点之间的距离就是水封深度和排污管径之和。然后再呈弧状下滑到排污管出口处。是虹吸式马桶的还要考虑到把出口处的管径做细、把出水弯拐急，以便水流有一个聚集和等待水流突然中止而发生较好的虹吸效果。这种结构表面看来既简单又合理。而我们一旦用流体力学知识去剖析，问题就显而易见了。根据伯努利定理：只有在理想的流体中，进口处的总机械能总是等于出口处的总机械能。而洁具是把从便盆上多个洗刷孔的小水流汇集在一起后去置换脏物。这些从小孔中涌出的水流，由于在它的边线附近产生不规则的涡 旋，使射流与周围的流体不断掺和，这种涡旋的产生与掺混过程将伴随着大量的机械能损失，总机械能丧失已经很多了。汇集在一起后，进入S管，紧接着又要朝相反的方向拐几次弯，所剩微小的动能在S管内受到几次非弹性体碰撞后，其动能损失怠尽。那么，就只有靠虹吸力去吸走脏物了。但又由于受水位高度差的局限，虹吸力也十分微弱。所以，人们只好把水箱中带有较强动能水直接对S管去冲，从而不管洗刷效果，只图检测达标。至于多次冲洗更费水、费时、刷洗麻烦，厂家能卖到钱，质检又能过关，其他的就无人问津了。 

其次，S管的结构包括进水口和排出口的中心面是设计在同一个平面上，其管道弯下、弯上后总是一直往后移，直到接近排污口时，管口已经排到了便具的最后。特别是坐便器，它只有295毫米和395毫米两个出水距标准，显然管口已经不够距离，因此，就在管口的末端加一节横管，使之与出水距标准相吻合。就因加了这一节横管，给便器的排污功能又带来了三个负作用：一是要改变水流方向，造成总动能损失；二是使管道增长，增加了水的滞流力，水的流速变慢，造成虹吸力降低；三是横管必须有一定的管径，它又要使竖直管的高度降低，相对落差变小，使虹吸力变小。 

另外，现在采用的S管作为存水和置换在功能上存在极 大的缺陷是：由于受马桶底座高度的限制，S管的直排部分很短，断流时管内形成的负压很小，虹吸力十分有限，所以，管径一定不能做得太粗。从实际用途来讲，排污管还是要粗一点为好，哪怕粗一点点，被粪便卡死的机率就要小得多。我们中国是陶瓷出口大国，而出口到美国的座便器就很少，原因是我国生产的座便器的S管管径一般只有42毫米左右(国标41毫米)，达不到美国国家标准50毫米的要求(美国人高大，当然粪便也粗些)。所以，既要节水，又要S管粗，通常的S管设计方案是无法实现的。 

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种既能保证一定水封深度和超大口径，又能尽量保持水流惯性力和减少排污阻力的螺旋式便器排污管。 

本发明的上述技术问题是通过提供一种如下结构的螺旋式便器排污管而解决的，它包括进口段、出口段、上旋段、下旋段、上旋段最低点顶壁、下旋段最高点底壁组成。所述进口段、出口段、上旋段、下旋段设计为一个近似螺旋式的空心环；所述上旋段和下旋段不在同一个平面上。 

本发明由于采用了螺旋式便器排污管这一特殊结构方式，实际就是根据流体力学中的巴斯噶定理、凯尔文定理和 拉格朗日定理：进口处流体各点上压力发生改变，其压力变化瞬间传至螺旋管内各点；如果我们考虑的是理想正压流体，且外力有势，则沿任一封闭物质线速度环量和通过任一物质面的涡通量在运动过程中恒不变；(涡旋不生不灭定理)若流体理想、正压、且外力有势，如果初始时刻在某部分内有旋，则以前或以后的任何时刻中这部分流体皆为有旋。那么，我们把排污管做成近似螺旋式的空心环之后，就能很好地利用便盆洗刷孔流出来的水的惯性力通过进口处后在上旋段制造涡旋，涡旋一旦产生，由于排污管设计的螺旋式正好与涡旋方向相同，从理论上来讲，矢量不会消失，实际也损失很小(因为管道内十分光滑)。如果把上旋段和下旋段的结合部适当做长、做粗一点，当管内充满水后突然断流，进口处便能产生较强的虹吸现象。 

本发明螺旋式便器排污管与现有技术S管排污管相比具有如下优点： 

因为构造形式不同，水流在管内的导向方向不同，从而水流受到的阻力不同。现有技术的S管，在工作时是把水流方向正一扭又反一扭，把水流惯性力制造的涡旋力量在管内消耗已尽，只有靠便盆盆腔内有较高的水势压力或者在S管的进口处用较高压力的水流喷射进行强制置换。这样，要么要用很多水，要么要用大部分水用来直接喷射S管，从而用来洗刷的水就很少了；若 采用螺旋式便器排污管，利用水流的惯性力经进口段、上旋段形成涡流后，涡流方向与管形构造一致，力量基本上没有衰减，能十分顺畅地流出下旋段。整个置换过程既不需要进口处有较高的水位差，也不需要有较高压力的水流的喷射水流来制造虹吸条件。从而就决定了螺旋式便器排污管比S形排污管有如下三大优势： 

一是特别省水。我用两只水箱高度只有26公分、不带喷射孔的座便器作了对比实验，都只用3升水，投放100个直径为19毫米、质量为3克的标准检测实心固体球进行对比：螺旋式便器排污管过球87个，S形管过球24个；用5升水螺旋式便器排污管过球100个，S形管过球67个；水的置换效果S管的也明显差很多； 

二是洗刷特别有力。上述两款坐便器在洗刷时情况一样好。但S管的若想达到上述的过球效果，必须要在便盆底打一个30多毫米的喷射孔。这样，就会使大部分的水直接经喷射孔跑掉，洗刷效果就要差得多了。螺旋式便器排污管如果只要求按照国家标准检测，根本就不需要打喷射孔，但市场常规检测方法是过乒乓球，洗刷时一定要有一个空盆虹吸的过程，那也只要打一个小孔喷射就行了，其他大部分的水都用于洗刷。所以，后者的洗刷功能要强得多。 

三是排污管较粗不易堵塞。粪便多了、大了、硬了或掺杂有 卫生纸时，管道是极易造成堵塞的。所以现在买马桶就要买一把刷子、疏通公司的小广告贴满每一个楼道，这是历史以来司空见惯的现象。造成这种局面的关键原因是使用的排污管道太细。实验说明，50毫米的螺旋式管道比42毫米的S形管道更容易过球和形成虹吸，就是60毫米的螺旋式管道比42毫米的S形管道过球和形成虹吸的效果也要好。 

四是置换完全。为什么直冲式马桶总是比虹吸马桶少得多？一个最主要的原因是虹吸式马桶置换比较干净，管道中很少有脏物滞留，也就是我们常说的“背藏”现象。S形管在用于虹吸马桶时，如果用水量稍少，当脏物过了进口处的弯后接着要上行，然后再朝相反方向拐弯，此时需要较大的力量才能过这个坎，这时，水流的运动中有一个停滞的瞬间，这时，脏物有个下沉趋势，若正好此时断水，脏物就滞留在进口处的背后了；螺旋式便器排污管在上述水流过程中就没有那个停滞的瞬间，能很顺畅地把水流运动进行完毕，脏物就能顺水流排出，置换十分完全。 

五是便于对接出水距。按我国建筑行业标准：排污口设计是距墙295、395毫米两种。由于螺旋式便器排污管的上旋段和下旋段不在同一个平面上，螺旋式便器排污管的出口很容易与地面排污口对接，相对而言是增加了排污管末端的长度，对形成虹吸十分有利。避免了上述S管因为末端加装了横管而造成的要改 变水流方向，造成总动能损失、增加了水的滞流力、相对落差变小，使虹吸力变小的问题。 

另外，S形管在用于直冲式马桶和蹲便器时，由于受空间和生产工艺的限制，其管道根本就不是非常圆滑的S形线条，事实上成了“Z”字形。这样，水流在几个拐弯处大部分都没有了导向，有的水流甚至形成逆流，能量损耗特别大。而螺旋式便器排污管无论是做粗做细，水流都是在同一个涡流方向的管道内运动，能量损耗特别小，脏物极易随之排出。 

附图说明

下面将参照附图描述本发明的具体实施方式。 

图1是本发明螺旋式便器排污管实施方式的结构示意图 

具体实施方式

图1示出了本发明螺旋式便器排污管的具体实施方式。由进口段1、上旋段3、下旋段4、出口段2组成一个错口的近似螺旋形圆环，只要保证管壁光滑、管内壁线条顺畅，粗细及管形均可任意调节。当有一定水位势能的水洗刷完便盆7后，利用水流的惯性在进口段1和上旋段3区间形成涡旋，因为后续水流的挤压，便盆中的脏物随涡旋的水流翻越下旋段最高点底壁6，然后顺利排出出口段2。出口段2的末端位置可以根据建筑出水距的位置任意调节。便器水封的深度由上旋段最低点顶壁5和下旋 段最高点底壁6之间的高度差决定。 

毫无疑问，本发明螺旋式便器排污管还可以有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构，如螺旋的急、缓情况，管径的粗细及管形的变化等。总之，本发明螺旋式便器排污管的保护范围还应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的交换、替代及改形。 

Claims (3)

1.一种螺旋式便器排污管，它包括进口段、出口段、上旋段、下旋段、上旋段最低点顶壁、下旋段最高点底壁组成，其特征在于：所述进口段(1)、上旋段(3)、下旋段(4)、出口段(2)组成一个错口的近似螺旋形圆环；所述进口段(1)与出口段(2)是错位交叉排列，其管道不在同一个平面上。

2.根据权力要求1所述的螺旋式便器排污管，其特征在于：所述进口段(1)、上旋段(3)、下旋段(4)、出口段(2)管道的形状为圆、椭圆、近似方形等多种圆滑的管形构成。

3.根据权力要求1所述的螺旋式便器排污管，其特征在于：进口段(1)、上旋段(3)、下旋段(4)、出口段(2)管道根据排污力设计的需要在不同的管段粗细能任意调节。

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