坐便器S彎虹吸管系統設計

王華龍

摘要：采用外裝式S彎的設計，在坐便器陶瓷不變的情況下，通過設計不同的S彎滿足不同坐便器安裝坑距，同時降低了陶瓷制作難度，S彎通過注塑成型，保證s彎的尺寸精度和內壁粗糙度，提升排污效果。

關鍵詞：坐便器；S彎；虹吸管；

S彎虹吸管是虹吸式坐便器決定排污效果關鍵性部件，在排污時能否產生真空度負壓形成虹吸的關鍵因素，是坐便器排污的核心。因此在設計時，必須充分考慮到各類相關因素，觀測試驗過程，保證坐便器的可靠使用。

一、S彎虹吸機理分析

抽水馬桶，作為人類歷史上最偉大的發明，從滿足人類單純的生理需求，步人滿足感官需求的新時代。隨著科技的發展，馬桶也呈現出智能化和人性化，正逐步成為焦點家居。按沖水功能原理區分：有沖落式、虹吸式，虹吸式包括沖落虹吸式、漩渦虹吸式、噴射漩渦虹吸式。沖落式：靠水箱中儲水的勢能轉化為動能直接沖刷，把臟物排除坐便器；虹吸式：依靠特殊設計的s彎虹吸管管道，沖刷時產生虹吸力，排除污物。虹吸馬桶首先要求管道里面必須被填充滿，相應陶瓷排污口一定要低于虹吸管進水口，同時虹吸管最高處一定大于虹吸管進水口。只有滿足這些要求下，才能保證虹吸管內有負壓，且虹吸進水口與排污口有高度差產生重力勢能，進而保證污物的排出。噴射漩渦虹吸由于前噴射出水和裙邊漩出水，其作用水頭大，同時馬桶噪音較下，排污效果好。

二、S彎虹吸管設計要求

現在使用的智能馬桶中，絕大多數為噴射漩渦虹吸式，因此s彎虹吸管在排污方面起著不可獲缺的作用。虹吸式馬桶內有一個完整的管道，形狀呈“S”型，由于其陶瓷洗刷面坡度較緩，具有排污能力強，選凈面大，沖水噪音小的特點，所以絕大多數馬桶尤其是連體均采用虹吸式。此次設計特殊要求為：1.S彎和陶瓷體分離設計，要求連接密封可靠；2.S彎材料為PVC，密封性能好；3.在陶瓷體不變情況下坑距在300mm-400mm可選；4.在低水壓≤1.2MPa小流量≤2.5L的情況下產生虹吸，保證沖掉100個直徑為19±0.4mm、重量為3.05±0.15g的聚丙烯球，連續進行三次，以三次沖出的平均數不小于95個為合格，否則為不合格；5.水封高度≥50mm，且水封表面面積≥100*85mm；6.測試過球直徑為c43固體球。

三、s彎虹吸管設計分析

當啟動沖水時，沖水水流按照裙邊沖水一前噴射出水一裙邊出水的順序完成一次沖洗過程，其有效水頭隨時間改變，且在整個沖水過程中，局部水頭損失與流速水頭之和所占的比重較大，計算中不能忽略，故馬桶沖水過程可以視為變水頭變徑串聯管道出水。當沖水流量大于s彎局部最窄處時候，由于s彎最窄處的節流，即使得管內滿流狀態，液體此處產生密閉水柱，此時滿足產生虹吸條件。噴射流虹吸式系統的計算基礎是不可壓縮流體的能量守衡定律一一伯努利方程和連續性方程。

如圖1所示，水流自自s彎進口流人大氣，直徑改變，以2-2為基準對1-1和2-2做伯努利方程：

通過以上分析，要取得虹吸效果，必須保證h，H，V-足夠大。由于h為水封高度與兩個截面處半徑和的差，設計時基本已定型；H關系著洗刷面的坡度和陶瓷高度，一般設計在115-135之間；v，為水頭動能，通過前噴射出水和裙邊出水控制，在設計時也有限制。由公式可知，Ps/p g表現為負壓，即σ加大，ψ減小也有利于虹吸，即虹吸進水口到最高點，漸進減小，考慮到在相對低流量的情況下，保證虹吸，必須設置一端窄管，同時防止虹吸管出口直徑過大，導致空氣倒吸，破壞負壓，因此在虹吸管出口處局部尺寸收窄。

在試驗階段，為了便于試驗現象的觀測，s彎手板用PC料打磨透明。在整個試驗階段，觀測到前噴射出水與虹吸管進水相對位置對試驗效果影響明顯，同時，虹吸管進水管道最高點這段管道必須設置反曲線，否則，試驗小球不斷在此段管內翻轉，不利排污。虹吸管最高點以下這小段曲線必須外凸，在試驗觀測，氣泡產生嚴重，破壞負壓。通過多次試驗的觀測和理論計算及設計更改，取得了合格的效果。考慮到成型工藝，S彎虹吸管分上下兩半管，采用塑料注塑成型，兩半管配合面為雙槽密封配合，裝配時，在外側槽里刷玻璃膠，內槽槽用于防止膠水溢到管道內表面，接納多余的膠，兩半管通過15個自攻螺釘緊固。如下圖為測試記錄及設計圖：

通過此次虹吸管設計，在理論計算基礎上結合試驗過程的觀察，對虹吸管的設計有了充分的認識，對整個虹吸液流回路特別是在流體運動管路的轉彎處，如果不處理好，及易產生氣泡，影響虹吸效果。

（作者單位：衢州港誠機電產品制造有限公司）