開發研制高效節水型坐便器經驗

王同言

摘 要：本文分析了高效節水型坐便器的市場需求、開發生產的必要性以及《衛生陶瓷》國家標準在節水方面的技術進步，重點提出研制生產高效節水型坐便器的一些經驗做法，以期對我國陶瓷衛浴企業有一定的借鑒指導作用。

關鍵詞：節水；噴射孔；噴射虹吸式；高效節水型；陶瓷坐便器

1 前言

陶瓷坐便器是現代城市家居生活中不可或缺的衛生設施。其是家庭耗水的主要設備，約占家居耗水量的50%左右。因此，居民在購買坐便器時將節水型的坐便器作為首選。另外，陶瓷坐便器也是貿易出口的主要商品，遠銷歐美、亞洲等國家和地區。客商對坐便器的用水量也非常關注，要求是節水型的，尤其是北美地區的客商，從起初的要求6 L水提高到5.0 L甚至目前的4.8 L節水坐便器（即HET高效節水坐便器）。就《衛生陶瓷》國標而言，也在與時俱進不斷進步，標準不斷加嚴。GB/6952-1999《衛生陶瓷》國標首次提出了節水型坐便器的概念，并規定用水量不大于6 L。GB6952-2005《衛生陶瓷》國標為強制性標準，重新定義了6 L水節水型坐便器的技術要求。2015年12月1日正式實施的GB/31436-2015《節水型衛生潔具》國標，首次定義“高效節水衛生潔具”，將節水型坐便器分為節水型（不大于5.0 L）和高效節水型（不大于4.0 L）。2015年9月11日頒布、2016年10月1日即將實施的GB6952-2015《衛生陶瓷》新國標，規定節水型坐便器的用水量不大于5 L。所以，當前衛生陶瓷企業為了適應市場新變化，為了企業生存發展，都把開發生產節水型坐便器，尤其是開發生產高效節水型坐便器當做頭等大事來抓。筆者所在企業近年來開發了許多高效節水型坐便器新產品，開拓了市場，提高了產品的附加值和售價，使企業產生較好的經濟效益和社會效益。筆者多年來從事和研究節水型坐便器的開發和生產，取得了一些實際經驗，現與大家共同探討。

2 開發高效節水型坐便器的基本原則

鑒于市場需求，高效節水型坐便器結構上一般是虹吸式的，且多為噴射虹吸式的。因此，開發高效節水型坐便器的宗旨和原則是：

（1）在保證坐便器排污功能的前提下，最大限度地降低排污用水量。拋開坐便器的排污功能，研究節水（省水）沒有意義；

（2）應當選用結構合理、排污功能優良、易省水、有良好靜音效果的噴射虹吸式坐便器作為研究首選對象。因為此種結構的坐便器在水封下面有一個噴射孔，在排水時其噴射出的水流對污物有輔助推力作用，提高了虹吸作用力，使虹吸時間短，排污強勁有力，且易實現節水。同時也達到良好的靜音效果；

（3）要實現坐便器節水、省水、用水量少，從水箱放水到虹吸作用產生的時間間隔應盡可能短。這就需要對坐便器的整體結構進行全面的分析研究，綜合考慮，優化方案，優中選優。具體地說包括排污管道、水路的走水方式、圈上布水眼、圈上過水通道、附水道、噴射孔、排污口、水箱和配件等諸多方面都要細致地分析研究。

3 開發高效節水型坐便器的研究重點

3.1 精心研究、制作坐便器的管道

坐便器能否節水（省水），虹吸彎管的結構（形狀、長短、粗細等）非常重要，它決定了坐便器能否產生虹吸以及是否節水。虹吸彎管若設計制作不好，會給坐便器帶來先天性的弊病。所以，我們研究目前市場上排污功能優良的虹吸式坐便器的管道結構，進行測量分析研究，制作試樣，進行反復試驗，從而制作出節水坐便器的標準化管道，為今后的新產品開發提供了標準和參照物。制作的標準化管道，前部直徑和后部最窄處直徑的比例約在1.2：1，且最窄處直徑保持胎型在84 mm，成品外徑在74 mm，成品內徑在55 mm，以確保管道順暢通過直徑50 mm的檢測球體。以后再開發新型節水坐便器產品，都以此標準化管道為基礎，不再另行設計制作管道，大大提高了新產品的開發速度和質量，節省了新產品開發投產的時間。

3.2 提高坐便器的使用高度

市場上普通型坐便器使用高度一般為360 mm，我們將坐便器的使用高度提高到390 mm甚至410 mm，目的是提高水的落差勢能，從而在排水時沖力大，虹吸作用強勁，為排污和盡早產生虹吸作用、降低用水量打下基礎。

3.3 采用先進合理的水路結構

傳統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：一部分到圈眼，進行沖刷；另一部分經附水道再到噴射孔，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過的路途較長，造成對污物的沖擊力減弱，虹吸作用產生得較晚。

我們選用目前市場上水路走向較短的結構方式，大大縮短了水流行程路徑。其水路走向是：

水箱放水→便器進水口→進水橫道→水圈（通過圈眼沖刷）和兩側附水道（到噴射孔）→彎子口→管道→排污口

此噴射水流所經過的路途較短，不經水圈由進水橫道直泄而下到達噴射口，使虹吸作用產生得較早，沖力大，比較省水。這種水路走水方式是目前市場上節水坐便器的主流。另外，圈眼設置上一般直沖較多，水流比較集中，故排污強勁有力，從而為實現節水創造了條件。

3.4 合理設計上圈通道橫斷面積

水箱放水后的主通道以及圈上水通道為輸送水量的主要通道，其斷面面積的大小很關鍵。若斷面面積過大，則水流量大，流速小，到達噴射孔的沖擊力小；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。據生產經驗，橫向主通道的寬度70 mm左右、高度50 mm左右（橫斷面積約3500 mm2），圈上通道寬度40 mm左右、高度30 mm左右（橫斷面積約1200 mm2）為好。且在上圈結構設計時，應采取巧妙科學合理的設計方法，使水流盡可能向一個方向旋轉，以加大沖力，防止能量的耗損。

3.5 圈上布水眼的設計

圈上布水眼的主要作用是對便器的內壁進行沖刷。它的設置（大小、數量、方向）對坐便器的排污功能也有一定的影響。一般尺寸在6 mm，數量在22～28個（據便器尺寸的大小而定），角度方向為30°～45°沖幫。若尺寸過小，例如3～4 mm，則下水量小，沖刷效果不好，大部分水到達噴射孔，使虹吸作用產生得早，后續水量不夠，不足以推動污物，污物易卡在彎子口處；若尺寸過大，且數量多，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勁（尤其噴射孔直徑小時），動量不夠，也不利于盡早產生虹吸作用。

3.6 加大噴射孔的直徑

生產實踐表明，噴射孔的設置（位置及尺寸大小）與坐便器的結構、形狀、尺寸等有直接關系。一般情況下，噴射孔過大過小都不好。根據經驗，一般直徑在22～35 mm。過小時，噴射水流作用力小，噴射時間過長，造成產生的虹吸作用晚，會排污不凈，會二次給水，反而浪費了水；過大時，大部分水瀉掉，圈上的水少，沖刷不凈。但是，噴射孔采用較大尺寸的設計（比如直徑在32～35 mm），有利于較早地產生虹吸作用，有利于實現便器的節水。

3.7 便器排污口尺寸

排污口尺寸的大小對虹吸式坐便器的排污功能有一定的影響。有人認為，排污口尺寸小點好，排水時可以暫時憋住管道中的水，可使便器較早地產生虹吸作用，從而可實現節水。故將排污口的尺寸設計較小，為43 mm左右（剛好滿足國標GB6952-2005至少通過直徑41 mm球體的要求）。其實這種做法是不正確的。實踐經驗表明，這樣小的排污口，排污時不順暢，受到一定的阻力，有梗塞的作用，水和污物排出得慢，在鍋盆內打旋，虹吸作用會滯后產生，從而影響排污功能。據生產經驗，一般排污口的尺寸設計為直徑55 mm左右即可。既可順暢通過50 mm的球體，又可保證虹吸作用的產生，同時又不費水，為較理想的設計方案；若排污口再大，例如直徑為60～70 mm時，則沒有必要，對虹吸作用影響不大，反而易出變形等質量缺陷。

3.8 改變水箱的結構

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

3.9 采用特殊的水箱配件

我們成功開發了一種3 L水的超節水型坐便器。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計（大、小水封）。雙水封之間形成一個封閉的氣體空間，此空間有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，產生5～10 mmH2O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，節省了用水量。

3.10 考慮粗管徑條件下實現節水

我們目前開發投產的節水型坐便器全部為粗管徑便器（管道有效內徑在55 mm左右）。粗管徑坐便器排污順暢，有效防止堵塞，深受用戶喜愛。眾所周知，細管道（一般有效內徑在46 mm左右）的虹吸式坐便器容易實現節水。坐便器管道加粗會大大降低其排污功能。要達到同樣的排污效果，需增加用水量。據我們的實際經驗，管道每加粗5 mm，則多耗水0.5 L。可見，管道加粗與節水是一對矛盾。目前客戶定貨，既要求坐便器節水又要求是粗管徑的（過48～50 mm的檢測球體），而且檢測標準很嚴格，這給陶瓷衛浴企業新產品開發帶來很大的難度。但開發粗管徑的節水坐便器，是客戶和市場的新需求，是企業走出困境、開拓市場的金鑰匙，這項工作必須做。我們攻堅克難、迎難而上，通過努力，取得了一個又一個的成功。開發投產了一系列粗管徑的節水和超節水型的坐便器。

3.11 坐便器彎管施釉處理

坐便器彎管未施釉前，內表面粗糙，排污阻力大，易掛污物。有時內部有裂紋或吃空現象，影響排污功能。通過管道內部施釉處理，可杜絕以上問題。因為在彎管內部施一層薄薄的釉層，使內表面光滑，不粘污不掛污，且把裂紋、吃空處補平，提高管道的封閉性，大大提高便器的排污功能，為節水創造了條件。

3.12 制定嚴細的操作技術標準指導生產

開發出高效節水型坐便器樣品，只是工作的第一步。要確保正常投入大生產、功能的穩定以及滿足客商訂貨質量標準的要求，還應有一套操作技術標準或作業指導書用于指導生產。為此，我們從產品開發、模型制造、成型、半成品把關到成品檢驗制定出一整套工藝技術標準文件，下發到作業現場嚴格執行。在開發生產過程中，對三種胎模（原模、標準模、母模）進行嚴格地鑒定把關；對成型坯件的孔眼都有標準樣板、制具和標識，嚴格按標識操作；對成型的半成品有專用樣板逐件檢測把關。對坐便器坯體的管道逐件過檢測球體檢驗，確保管道直徑、防止內部有泥片等雜物影響排污功能；在成品功能檢測中，采用國際上先進的檢測設備和檢測方法，細化檢測項目。對水封逐件實行靜置12 h以上的漏水檢測試驗。通過各項管理措施的實施，有效地保證了出廠產品的質量。

4 結語

（1） 陶瓷虹吸式坐便器實際上是一個排水機器，影響其排污功能的因素很多。因此，開發研制高效節水型坐便器是一個系統工程，涉及到方方面面。因為各種因素相互作用，只有每個方面達到最佳，并合理調配，并經過一系列試驗、檢測、對比分析，才能取得良好的效果。虹吸式坐便器在管道結構、水流走水方式、上圈通道結構確定的情況下，圈眼大小及數量、噴射孔尺寸、排污口尺寸三者之間有直接密切的關系。必須通過反復試驗，方能確定最佳參數（結合點）；

（2）高效節水型噴射虹吸式坐便器是在粗管徑情況下實現的。真正實現了無堵塞、節水、靜音、衛生潔凈、排污徹底的目的。突破解決了目前行業所關心的兩大技術難題：防堵塞和節水。該坐便器符合時代潮流和發展趨勢；

（3）高效節水型坐便器符合國家產業政策。開發高效節水型坐便器是企業生存與發展的需要，是建設資源節約型、環境友好型社會的需要。因此，衛生陶瓷行業一定能走上可持續、綠色、節能環保的發展之路。