坐便器S弯虹吸管系统设计

王华龙

摘要：采用外装式S弯的设计，在坐便器陶瓷不变的情况下，通过设计不同的S弯满足不同坐便器安装坑距，同时降低了陶瓷制作难度，S弯通过注塑成型，保证s弯的尺寸精度和内壁粗糙度，提升排污效果。

关键词：坐便器；S弯；虹吸管；

S弯虹吸管是虹吸式坐便器决定排污效果关键性部件，在排污时能否产生真空度负压形成虹吸的关键因素，是坐便器排污的核心。因此在设计时，必须充分考虑到各类相关因素，观测试验过程，保证坐便器的可靠使用。

一、S弯虹吸机理分析

抽水马桶，作为人类历史上最伟大的发明，从满足人类单纯的生理需求，步人满足感官需求的新时代。随着科技的发展，马桶也呈现出智能化和人性化，正逐步成为焦点家居。按冲水功能原理区分：有冲落式、虹吸式，虹吸式包括冲落虹吸式、漩涡虹吸式、喷射漩涡虹吸式。冲落式：靠水箱中储水的势能转化为动能直接冲刷，把脏物排除坐便器；虹吸式：依靠特殊设计的s弯虹吸管管道，冲刷时产生虹吸力，排除污物。虹吸马桶首先要求管道里面必须被填充满，相应陶瓷排污口一定要低于虹吸管进水口，同时虹吸管最高处一定大于虹吸管进水口。只有满足这些要求下，才能保证虹吸管内有负压，且虹吸进水口与排污口有高度差产生重力势能，进而保证污物的排出。喷射漩涡虹吸由于前喷射出水和裙边漩出水，其作用水头大，同时马桶噪音较下，排污效果好。

二、S弯虹吸管设计要求

现在使用的智能马桶中，绝大多数为喷射漩涡虹吸式，因此s弯虹吸管在排污方面起着不可获缺的作用。虹吸式马桶内有一个完整的管道，形状呈“S”型，由于其陶瓷洗刷面坡度较缓，具有排污能力强，选净面大，冲水噪音小的特点，所以绝大多数马桶尤其是连体均采用虹吸式。此次设计特殊要求为：1.S弯和陶瓷體分离设计，要求连接密封可靠；2.S弯材料为PVC，密封性能好；3.在陶瓷体不变情况下坑距在300mm-400mm可选；4.在低水压≤1.2MPa小流量≤2.5L的情况下产生虹吸，保证冲掉100个直径为19±0.4mm、重量为3.05±0.15g的聚丙烯球，连续进行三次，以三次冲出的平均数不小于95个为合格，否则为不合格；5.水封高度≥50mm，且水封表面面积≥100*85mm；6.测试过球直径为c43固体球。

三、s弯虹吸管设计分析

当启动冲水时，冲水水流按照裙边冲水一前喷射出水一裙边出水的顺序完成一次冲洗过程，其有效水头随时间改变，且在整个冲水过程中，局部水头损失与流速水头之和所占的比重较大，计算中不能忽略，故马桶冲水过程可以视为变水头变径串联管道出水。当冲水流量大于s弯局部最窄处时候，由于s弯最窄处的节流，即使得管内满流状态，液体此处产生密闭水柱，此时满足产生虹吸条件。喷射流虹吸式系统的计算基础是不可压缩流体的能量守衡定律一一伯努利方程和连续性方程。

如图1所示，水流自自s弯进口流人大气，直径改变，以2-2为基准对1-1和2-2做伯努利方程：

通过以上分析，要取得虹吸效果，必须保证h，H，V-足够大。由于h为水封高度与两个截面处半径和的差，设计时基本已定型；H关系着洗刷面的坡度和陶瓷高度，一般设计在115-135之间；v，为水头动能，通过前喷射出水和裙边出水控制，在设计时也有限制。由公式可知，Ps/p g表现为负压，即σ加大，ψ减小也有利于虹吸，即虹吸进水口到最高点，渐进减小，考虑到在相对低流量的情况下，保证虹吸，必须设置一端窄管，同时防止虹吸管出口直径过大，导致空气倒吸，破坏负压，因此在虹吸管出口处局部尺寸收窄。

在试验阶段，为了便于试验现象的观测，s弯手板用PC料打磨透明。在整个试验阶段，观测到前喷射出水与虹吸管进水相对位置对试验效果影响明显，同时，虹吸管进水管道最高点这段管道必须设置反曲线，否则，试验小球不断在此段管内翻转，不利排污。虹吸管最高点以下这小段曲线必须外凸，在试验观测，气泡产生严重，破坏负压。通过多次试验的观测和理论计算及设计更改，取得了合格的效果。考虑到成型工艺，S弯虹吸管分上下两半管，采用塑料注塑成型，两半管配合面为双槽密封配合，装配时，在外侧槽里刷玻璃胶，内槽槽用于防止胶水溢到管道内表面，接纳多余的胶，两半管通过15个自攻螺钉紧固。如下图为测试记录及设计图：

通过此次虹吸管设计，在理论计算基础上结合试验过程的观察，对虹吸管的设计有了充分的认识，对整个虹吸液流回路特别是在流体运动管路的转弯处，如果不处理好，及易产生气泡，影响虹吸效果。

（作者单位：衢州港诚机电产品制造有限公司）