双档高效节水座便器的研制

王同言 张会敏

摘要：本文介绍了粗管径双档高效节水喷射虹吸式座便器的研制过程，以及生产工艺控制参数，对卫生陶瓷企业节水座便器新产品的开发和生产有一定的指导作用。

关键词：双档；高效节水；粗管径；座便器

1 前言

随着对外出口贸易的发展，销往发达国家美加市场的产品，非常注重产品的节水环保问题。国外客商对卫生瓷的质量有了更高的要求，尤其注重产品的内在质量——排污功能，必须是粗管径，而且要求冲刷排污功能好，并有良好的节水效果。而以往出口到美加市场的虹吸式座便器，虽然冲刷效果好，且水封高、水封面大、干净卫生，但管道细长易堵塞，用水量较多（最省水也有6L），实现更节水困难较大。从目前市场调研和客户反馈的信息表明，管径较粗的节水型虹吸式座便器（尤其是高效节水型的喷射虹吸式座便器）深受用户的喜爱。这种座便器的用水量远远低于国际标准GB6952-2005规定的节水型座便器6L的用水量。同时，排污功能强，管道粗不易堵塞，有良好的省水、冲刷功能效果。笔者根据客户订货要求（双档，高效节水；粗管径，管道直径至少过46mm的实体球），决定研制开发管径过50mm实体球，双档配件用水量在3.2/4.8L（小水用量3.2L、大水用量4.8L）的粗管径喷射虹吸式高效节水座便器，达到环保节水、满足客户需求的目的。

2 开发目标要求

笔者所开发的产品是根据客商定货提供的外型图纸（见图1）及功能指标来开发的。

其基本要求是：

（1） 产品为分体式，座便器和水箱共2件；

（2） 座便器的外型尺寸为640mm×360mm×390mm；座便器盖长度（A1）为420mm，高为390mm；

（3） 座便器的排污方式为下排水，排污尺距（墙距）为305mm，即12英寸；

（4） 产品的结构形式为喷射虹吸式；

（5） 水封面积要求在100×85mm2以上；

（6） 用水量要求≤4.8L。?准19mm小球放置100个，需排出≥85个，模拟便条通过≥7条（≥350g）；

（7） 粗管道，应至少通过?准46mm的检测球体；

（8） 其它依据GB6952-2005规定。

3 技术思路

（1） 采用标准化的管道

排污管道是座便器的主要部件，对用水量、排污功能有重要的影响。笔者公司多年来瞄准国内外先进水平，注重节水座便器的开发，对管道的结构（管道的直径、长度、弯曲度、管道上下粗细比例）进行合理的设计，解决管道变粗与耗水量之间的矛盾，实现了管道加粗又省水，以及粗管径、节水、排污功能优良的标准化管道。

（2） 管道结构采用合理的流体动力学设计

当虹吸管道两端封闭时产生虹吸动力，而虹吸管道中间部分则是水和气的混合体，从而减少用水量和增加水的流速，达到节水并快速产生虹吸的效果。

（3） 采用双档配件满足大水、小水用水量的需求

水从水箱落下后，水通过水道到达水圈和附水道时，水圈和附水道的下水量按照合理比例，调配圈下水量满足小水3.2 L的冲刷效果，大水4.8L的旋转排污效果。

（4） 对座便器的整体结构进行优化设计

盆腔的形状、弯子口的造型，布水孔的大小、角度、数量、位置等，进行合理调配，使座便器达到最佳的节水效果。

（5） 改进现有的管道施釉工艺方法以及管道施釉用釉料配方，使釉面尽早地玻化，使管道顺滑，便于固体物的排出。

4 项目研究的主要内容

4.1标准化管道结构设计

客户提出管道至少通过46mm的实体球。为了保险起见，笔者将管道通过50mm的实体球作为内部控制指标。这给开发生产带来很大的困难。据笔者多年开发座便器的经验：虹吸式座便器的管道每加粗5mm，则达到同样的排水效果需至少多耗水1L，可见管道加粗与省水是一对矛盾。笔者参考目前大生产中排污功能优良产品的管道，尤其是粗管径座便器排污良好的弯管结构，并以此管道为制作基础。同时，还需精心设计、计算、制作出标准化管道。标准管道外型长为359mm、高度为296mm，管道总长度为660mm。确保管道的前部最粗处直径（106mm）和后部最窄处直径（81mm）比例满足1.31:1。成品内径在55 mm，管道顺畅能通过直径50mm的检测球体（见图2）。

4.2座便器整体结构设计

管道设计是主要的，但与其配套的盆腔锅型，布水孔大小、数量及角度、水箱的结构等方面决定了功能的最佳匹配。经过多次反复的试验，最终找到了最佳的组合方式：座便器的进水口通道由以往的“深”改为“浅”；盆腔结构做到顺滑，水流直对弯子口；弯子口形状改以往座便器的“长、窄、浅”变为“短、宽、深”；水箱下水口尺寸由原来的64mm加大到82mm。以上措施为实现座便器的高效节水创造条件。

4.3附水道的设计

以往普通座便器的附水道距离长、冲力小、水流速度慢，仅靠水的虹吸产生动力，不仅用水量多，而且虹吸产生的慢，故耗水量大。而笔者开发的该产品的附水道有独特的设计：附水道结构独特，中间部分是水和气的混合体，附水道路径短、水流冲力大、速度快，从而减少用水量，满足喷射孔快速喷水和虹吸管道产生快速虹吸的要求。

4.4圈和附水道水量分布设计

圈和附水道的下水量按照合理比例调配非常关键，对冲刷、节水、排污有重要的影响。调配不好很难满足3.2/4.8L大小水量的要求。圈和附水道的设计不仅满足用水，而且还要让两股水流同时到达管道进水口，使水快速充满水道产生虹吸。笔者根据现生产中成熟的布水孔大小、数量、角度及分布方式进行反复试验。布水孔由原来的“大孔?准6.5mm、数量28个”改为“小孔?准4.5mm、数量30个，另加一个?准10mm的大孔”，角度全部为45°；喷射孔的直径由?准25mm加大到?准31mm。经测算，圈和附水道水量按2:8分布，满足了大、小水量排污要求。

4.5管道施釉问题

管道施釉使用生产用釉料，因玻化效果不理想，管道不光滑，致使实体经过管道时有堵塞现象。笔者对管道施釉釉料配方进行了调整，管道施釉后管道表面非常光滑，利于实体顺畅地通过。同时，还对管道施釉工艺进行了改进，要求施釉时釉浆在管道内至少停留3~5s，并且将釉浆比重提高到1.35~1.45，釉浆要到达盆腔的一半部位，保证管道全部充满釉浆。施完釉后专人负责将盆腔内的多余釉浆擦去，以免造成滚釉缺陷。

通过采取一系列的方法和措施，并经过反复的试验，终于达到了功能要求：小水3.2L过6个纸团、过90个PP球、过人造便10条（每条50g），虹吸合格；4.8L时，PP球100个全部通过，人造便过20条（每条50g），小颗粒符合标准要求，冲刷效果非常良好。

5 生产工艺参数

5.1原料组成

坯用原料的组成、坯料化学成分及含量（见表1、表2）。

坯式：

釉用原料的组成、釉料化学成分及含量（见表3、表4）。

釉式：

5.2生产主要控制参数

5.2.1泥浆物理性能

（1） 比重：1.785~1.805；

（2） 流动度：5′30″~6′40″；

（3） 厚化度：1.20~1.32。

5.2.2釉浆物理性能

（1） 比重：1.795~1.815；

（2） 细度：0.25%~0.45％（400目筛余）；

（3） 流动度：55″~1′40″；

（4） 吸干速度：18′~20′。

5.2.3石膏模型参数

采用混合石膏粉制模，水膏比例为1:1.4，搅拌时间为2~3 min，模型经50℃干燥后使用。

5.2.4成形控制参数

（1） 成形室内温度：白天27~32℃，夜间32~37℃；

（2） 相对湿度：50%~60%；

（3） 吃浆厚度：双面部位11~12mm，单面部位7~9mm；

（4） 微压巩固压力：0.015~0.02MPa，微压巩固时间：20~40 min；

（5） 干燥周期：7d；

（6） 半成品刷坯时水份<2%。

5.2.5烧成控制参数

最高烧成温度为1200~1208℃；进车速率：16~19min/车。

5.3工艺流程

座便器的生产工艺流程如图1所示。

6 研制结果

要求座便器产品的外型尺寸、安装尺寸，达到客户及设计的目标要求。座便器检测结果见表5。

由表5数据表明，本项目产品的排污功能等指标比国标和客户定货要求有很大地提高。该产品虹吸作用产生的早，虹吸作用时间短、补水量小、用水量少；污物排出彻底，抽力大。特别是粗管路能从根本上杜绝座便器的堵塞问题。模拟便条试验达到并远远高于美标HET（高效节水）标准要求，且小便时仅用3.2L水，大便时仅用4.8L水，达到良好的节水效果。外商客户提出的苛刻的定货标准要求全部达到。