开发研制高效节水型坐便器经验

王同言

摘 要：本文分析了高效节水型坐便器的市场需求、开发生产的必要性以及《卫生陶瓷》国家标准在节水方面的技术进步，重点提出研制生产高效节水型坐便器的一些经验做法，以期对我国陶瓷卫浴企业有一定的借鉴指导作用。

关键词：节水；喷射孔；喷射虹吸式；高效节水型；陶瓷坐便器

1 前言

陶瓷坐便器是现代城市家居生活中不可或缺的卫生设施。其是家庭耗水的主要设备，约占家居耗水量的50%左右。因此，居民在购买坐便器时将节水型的坐便器作为首选。另外，陶瓷坐便器也是贸易出口的主要商品，远销欧美、亚洲等国家和地区。客商对坐便器的用水量也非常关注，要求是节水型的，尤其是北美地区的客商，从起初的要求6 L水提高到5.0 L甚至目前的4.8 L节水坐便器（即HET高效节水坐便器）。就《卫生陶瓷》国标而言，也在与时俱进不断进步，标准不断加严。GB/6952-1999《卫生陶瓷》国标首次提出了节水型坐便器的概念，并规定用水量不大于6 L。GB6952-2005《卫生陶瓷》国标为强制性标准，重新定义了6 L水节水型坐便器的技术要求。2015年12月1日正式实施的GB/31436-2015《节水型卫生洁具》国标，首次定义“高效节水卫生洁具”，将节水型坐便器分为节水型（不大于5.0 L）和高效节水型（不大于4.0 L）。2015年9月11日颁布、2016年10月1日即将实施的GB6952-2015《卫生陶瓷》新国标，规定节水型坐便器的用水量不大于5 L。所以，当前卫生陶瓷企业为了适应市场新变化，为了企业生存发展，都把开发生产节水型坐便器，尤其是开发生产高效节水型坐便器当做头等大事来抓。笔者所在企业近年来开发了许多高效节水型坐便器新产品，开拓了市场，提高了产品的附加值和售价，使企业产生较好的经济效益和社会效益。笔者多年来从事和研究节水型坐便器的开发和生产，取得了一些实际经验，现与大家共同探讨。

2 开发高效节水型坐便器的基本原则

鉴于市场需求，高效节水型坐便器结构上一般是虹吸式的，且多为喷射虹吸式的。因此，开发高效节水型坐便器的宗旨和原则是：

（1）在保证坐便器排污功能的前提下，最大限度地降低排污用水量。抛开坐便器的排污功能，研究节水（省水）没有意义；

（2）应当选用结构合理、排污功能优良、易省水、有良好静音效果的喷射虹吸式坐便器作为研究首选对象。因为此种结构的坐便器在水封下面有一个喷射孔，在排水时其喷射出的水流对污物有辅助推力作用，提高了虹吸作用力，使虹吸时间短，排污强劲有力，且易实现节水。同时也达到良好的静音效果；

（3）要实现坐便器节水、省水、用水量少，从水箱放水到虹吸作用产生的时间间隔应尽可能短。这就需要对坐便器的整体结构进行全面的分析研究，综合考虑，优化方案，优中选优。具体地说包括排污管道、水路的走水方式、圈上布水眼、圈上过水通道、附水道、喷射孔、排污口、水箱和配件等诸多方面都要细致地分析研究。

3 开发高效节水型坐便器的研究重点

3.1 精心研究、制作坐便器的管道

坐便器能否节水（省水），虹吸弯管的结构（形状、长短、粗细等）非常重要，它决定了坐便器能否产生虹吸以及是否节水。虹吸弯管若设计制作不好，会给坐便器带来先天性的弊病。所以，我们研究目前市场上排污功能优良的虹吸式坐便器的管道结构，进行测量分析研究，制作试样，进行反复试验，从而制作出节水坐便器的标准化管道，为今后的新产品开发提供了标准和参照物。制作的标准化管道，前部直径和后部最窄处直径的比例约在1.2：1，且最窄处直径保持胎型在84 mm，成品外径在74 mm，成品内径在55 mm，以确保管道顺畅通过直径50 mm的检测球体。以后再开发新型节水坐便器产品，都以此标准化管道为基础，不再另行设计制作管道，大大提高了新产品的开发速度和质量，节省了新产品开发投产的时间。

3.2 提高坐便器的使用高度

市场上普通型坐便器使用高度一般为360 mm，我们将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势能，从而在排水时冲力大，虹吸作用强劲，为排污和尽早产生虹吸作用、降低用水量打下基础。

3.3 采用先进合理的水路结构

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：一部分到圈眼，进行冲刷；另一部分经附水道再到喷射孔，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，造成对污物的冲击力减弱，虹吸作用产生得较晚。

我们选用目前市场上水路走向较短的结构方式，大大缩短了水流行程路径。其水路走向是：

水箱放水→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，使虹吸作用产生得较早，冲力大，比较省水。这种水路走水方式是目前市场上节水坐便器的主流。另外，圈眼设置上一般直冲较多，水流比较集中，故排污强劲有力，从而为实现节水创造了条件。

3.4 合理设计上圈通道横断面积

水箱放水后的主通道以及圈上水通道为输送水量的主要通道，其断面面积的大小很关键。若断面面积过大，则水流量大，流速小，到达喷射孔的冲击力小；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。据生产经验，横向主通道的宽度70 mm左右、高度50 mm左右（横断面积约3500 mm2），圈上通道宽度40 mm左右、高度30 mm左右（横断面积约1200 mm2）为好。且在上圈结构设计时，应采取巧妙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，防止能量的耗损。

3.5 圈上布水眼的设计

圈上布水眼的主要作用是对便器的内壁进行冲刷。它的设置（大小、数量、方向）对坐便器的排污功能也有一定的影响。一般尺寸在6 mm，数量在22～28个（据便器尺寸的大小而定），角度方向为30°～45°冲帮。若尺寸过小，例如3～4 mm，则下水量小，冲刷效果不好，大部分水到达喷射孔，使虹吸作用产生得早，后续水量不够，不足以推动污物，污物易卡在弯子口处；若尺寸过大，且数量多，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劲（尤其喷射孔直径小时），动量不够，也不利于尽早产生虹吸作用。

3.6 加大喷射孔的直径

生产实践表明，喷射孔的设置（位置及尺寸大小）与坐便器的结构、形状、尺寸等有直接关系。一般情况下，喷射孔过大过小都不好。根据经验，一般直径在22～35 mm。过小时，喷射水流作用力小，喷射时间过长，造成产生的虹吸作用晚，会排污不净，会二次给水，反而浪费了水；过大时，大部分水泻掉，圈上的水少，冲刷不净。但是，喷射孔采用较大尺寸的设计（比如直径在32～35 mm），有利于较早地产生虹吸作用，有利于实现便器的节水。

3.7 便器排污口尺寸

排污口尺寸的大小对虹吸式坐便器的排污功能有一定的影响。有人认为，排污口尺寸小点好，排水时可以暂时憋住管道中的水，可使便器较早地产生虹吸作用，从而可实现节水。故将排污口的尺寸设计较小，为43 mm左右（刚好满足国标GB6952-2005至少通过直径41 mm球体的要求）。其实这种做法是不正确的。实践经验表明，这样小的排污口，排污时不顺畅，受到一定的阻力，有梗塞的作用，水和污物排出得慢，在锅盆内打旋，虹吸作用会滞后产生，从而影响排污功能。据生产经验，一般排污口的尺寸设计为直径55 mm左右即可。既可顺畅通过50 mm的球体，又可保证虹吸作用的产生，同时又不费水，为较理想的设计方案；若排污口再大，例如直径为60～70 mm时，则没有必要，对虹吸作用影响不大，反而易出变形等质量缺陷。

3.8 改变水箱的结构

在保证水箱储水量基本不变的情况下，将水箱设计得宽度窄、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改大，由65 mm增大为85 mm，并采用适宜的水箱配件，从而在排水时冲力大，为排污和尽早产生虹吸打下基础。

3.9 采用特殊的水箱配件

我们成功开发了一种3 L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）。双水封之间形成一个封闭的气体空间，此空间有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5～10 mmH2O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，节省了用水量。

3.10 考虑粗管径条件下实现节水

我们目前开发投产的节水型坐便器全部为粗管径便器（管道有效内径在55 mm左右）。粗管径坐便器排污顺畅，有效防止堵塞，深受用户喜爱。众所周知，细管道（一般有效内径在46 mm左右）的虹吸式坐便器容易实现节水。坐便器管道加粗会大大降低其排污功能。要达到同样的排污效果，需增加用水量。据我们的实际经验，管道每加粗5 mm，则多耗水0.5 L。可见，管道加粗与节水是一对矛盾。目前客户定货，既要求坐便器节水又要求是粗管径的（过48～50 mm的检测球体），而且检测标准很严格，这给陶瓷卫浴企业新产品开发带来很大的难度。但开发粗管径的节水坐便器，是客户和市场的新需求，是企业走出困境、开拓市场的金钥匙，这项工作必须做。我们攻坚克难、迎难而上，通过努力，取得了一个又一个的成功。开发投产了一系列粗管径的节水和超节水型的坐便器。

3.11 坐便器弯管施釉处理

坐便器弯管未施釉前，内表面粗糙，排污阻力大，易挂污物。有时内部有裂纹或吃空现象，影响排污功能。通过管道内部施釉处理，可杜绝以上问题。因为在弯管内部施一层薄薄的釉层，使内表面光滑，不粘污不挂污，且把裂纹、吃空处补平，提高管道的封闭性，大大提高便器的排污功能，为节水创造了条件。

3.12 制定严细的操作技术标准指导生产

开发出高效节水型坐便器样品，只是工作的第一步。要确保正常投入大生产、功能的稳定以及满足客商订货质量标准的要求，还应有一套操作技术标准或作业指导书用于指导生产。为此，我们从产品开发、模型制造、成型、半成品把关到成品检验制定出一整套工艺技术标准文件，下发到作业现场严格执行。在开发生产过程中，对三种胎模（原模、标准模、母模）进行严格地鉴定把关；对成型坯件的孔眼都有标准样板、制具和标识，严格按标识操作；对成型的半成品有专用样板逐件检测把关。对坐便器坯体的管道逐件过检测球体检验，确保管道直径、防止内部有泥片等杂物影响排污功能；在成品功能检测中，采用国际上先进的检测设备和检测方法，细化检测项目。对水封逐件实行静置12 h以上的漏水检测试验。通过各项管理措施的实施，有效地保证了出厂产品的质量。

4 结语

（1） 陶瓷虹吸式坐便器实际上是一个排水机器，影响其排污功能的因素很多。因此，开发研制高效节水型坐便器是一个系统工程，涉及到方方面面。因为各种因素相互作用，只有每个方面达到最佳，并合理调配，并经过一系列试验、检测、对比分析，才能取得良好的效果。虹吸式坐便器在管道结构、水流走水方式、上圈通道结构确定的情况下，圈眼大小及数量、喷射孔尺寸、排污口尺寸三者之间有直接密切的关系。必须通过反复试验，方能确定最佳参数（结合点）；

（2）高效节水型喷射虹吸式坐便器是在粗管径情况下实现的。真正实现了无堵塞、节水、静音、卫生洁净、排污彻底的目的。突破解决了目前行业所关心的两大技术难题：防堵塞和节水。该坐便器符合时代潮流和发展趋势；

（3）高效节水型坐便器符合国家产业政策。开发高效节水型坐便器是企业生存与发展的需要，是建设资源节约型、环境友好型社会的需要。因此，卫生陶瓷行业一定能走上可持续、绿色、节能环保的发展之路。