特大件高效節(jié)水噴射虹吸掛式坐便器的研制*

王同言

(唐山北方瓷都陶瓷集團(tuán)有限責(zé)任公司 河北 唐山 063020)

前言

隨著我國(guó)對(duì)外貿(mào)易的不斷發(fā)展，出口到北美市場(chǎng)的坐便器產(chǎn)品除了對(duì)功能要求不斷提高外，對(duì)產(chǎn)品的型號(hào)、尺寸等也提出了新的要求。一方面，管徑較粗的節(jié)水型虹吸式坐便器(尤其是4.8 L高效節(jié)水型的噴射虹吸式坐便器)深受用戶的喜愛(ài)。這種坐便器的用水量遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6952-2005規(guī)定的節(jié)水型坐便器6 L的用水量，同時(shí)排污功能強(qiáng)勁，管徑粗不易堵塞，有良好的節(jié)水、沖刷功能效果。另一方面，據(jù)北美市場(chǎng)客戶需求，要求開發(fā)生產(chǎn)一種尺寸、體積較大(長(zhǎng)×寬×高=675 mm×441 mm×361 mm)的掛式坐便器。 該坐便器的結(jié)構(gòu)形式為噴射虹吸式、粗管徑，對(duì)用水量和排污功能要求很高，且有2種進(jìn)水方式(上進(jìn)水和后進(jìn)水)，這給開發(fā)生產(chǎn)帶來(lái)很大的難度。像這種超大尺寸、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能要求高的掛式坐便器，以前公司從未研發(fā)過(guò)同類產(chǎn)品。以往我們開發(fā)生產(chǎn)出口到歐洲市場(chǎng)的掛式坐便器都是體積小(一般長(zhǎng)×寬×高=500 mm×360 mm×360 mm)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的沖落式結(jié)構(gòu)，開發(fā)生產(chǎn)難度較小，排污功能要求的也較低。但是，我們將要開發(fā)的特大件掛式坐便器為高檔、高附加值的產(chǎn)品，其售價(jià)要比普通坐便器的售價(jià)高60%，所以必須開發(fā)成功并承接出口定貨。我們具有多年開發(fā)生產(chǎn)節(jié)水型坐便器的成功經(jīng)驗(yàn)，新產(chǎn)品的成功開發(fā)對(duì)于企業(yè)技術(shù)進(jìn)步，滿足客戶需求，開拓國(guó)際市場(chǎng)，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，增創(chuàng)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，都具有重要的意義。

1 開發(fā)目標(biāo)要求

我們所開發(fā)的產(chǎn)品是根據(jù)客戶定貨提供的外型圖紙(見(jiàn)圖1)以及功能指標(biāo)來(lái)開發(fā)的。該產(chǎn)品的基本要求是：

1)產(chǎn)品為掛式坐便器，外型相同，但有兩種進(jìn)水方式。

2)坐便器的外型尺寸為：長(zhǎng)×寬×高=675 mm×441 mm×361 mm；便器蓋長(zhǎng)度(A1)為470 mm，為加長(zhǎng)型；坐便器高度為361 mm。

3)坐便器的排污形式為墻排式。

4)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式為噴射虹吸式。

5)水封面積要求在100 mm×85 mm以上。

6)用水量要求為≤4.8 L。將直徑為19 mm小球，放置100個(gè)，排出≥85個(gè)；味增(豆泥模擬便條)通過(guò)≥7條(≥350g)。

7)管徑應(yīng)至少通過(guò)直徑為46 mm的檢測(cè)球體。

8)防濺水實(shí)驗(yàn)：不能超過(guò)5個(gè)水點(diǎn)，最大點(diǎn)直徑不能超過(guò)3 mm。

9)承重實(shí)驗(yàn)：不低于225 kg。

10)其它性能指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6952-2005的規(guī)定。

圖1 坐便器的外型尺寸

2 技術(shù)思路

1)設(shè)計(jì)并制作出一個(gè)優(yōu)良的管道十分重要。排污管道是坐便器的主要組成部分，其對(duì)用水量、排污功能有重要的影響。對(duì)管道的結(jié)構(gòu)(管道的直徑、長(zhǎng)度、彎曲度、管道上下粗細(xì)比例)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，解決了管徑變粗與用水量之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)管徑既粗又節(jié)水。

2)管道結(jié)構(gòu)采用合理的流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)。虹吸產(chǎn)生時(shí)虹吸管道兩端封閉產(chǎn)生虹吸動(dòng)力，而虹吸管道中間部分則是水和氣的混合體，從而減少了用水量，增加了水的流速，達(dá)到節(jié)水并快速產(chǎn)生虹吸的效果。

3)對(duì)坐便器的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)盆腔的形狀、彎口的造型，布水孔的位置、大小、數(shù)量、角度，水箱水位高度等，進(jìn)行合理配置，使坐便器達(dá)到最佳的節(jié)水效果。

4)改進(jìn)管道施釉工藝方法及管道施釉所用釉料配方，使釉面盡早地?；?，使管道順滑，便于固體廢物的排出。

3 研究的主要內(nèi)容

3.1 管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

客戶提出管道至少通過(guò)46 mm的實(shí)體球。我們?yōu)榱诉_(dá)到這一要求，加大管道的富裕量，將管道通過(guò)50 mm的實(shí)體球作為內(nèi)部控制指標(biāo)。這給開發(fā)生產(chǎn)帶來(lái)了很大的困難。據(jù)多年開發(fā)節(jié)水坐便器的經(jīng)驗(yàn)：虹吸式坐便器的管道每加粗5 mm，要達(dá)到同樣的沖水效果至少需要多消耗1 L水，可見(jiàn)管徑加粗與節(jié)水是一對(duì)矛盾。我們參考目前大生產(chǎn)中排污功能優(yōu)良產(chǎn)品的管道，尤其是粗管徑坐便器排污良好的彎管結(jié)構(gòu)，并以此管道為制作基礎(chǔ)。同時(shí)，我們精心設(shè)計(jì)、計(jì)算、制作標(biāo)準(zhǔn)化管道。確保管道的前部最粗處直徑(106 mm)和后部最窄處直徑(81 mm)比例為1.31∶1.00。成品內(nèi)徑為55 mm，管道能順暢通過(guò)直徑50 mm的檢測(cè)球體。

3.2 坐便器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

雖然管道設(shè)計(jì)是主要的，但與其配套的盆腔鍋型，彎口的形狀，布水孔大小、數(shù)量及角度，水箱的結(jié)構(gòu)等決定著功能的最佳匹配效果。經(jīng)過(guò)多次反復(fù)試驗(yàn)，我們找到了最佳的組合方式：坐便器的進(jìn)水口通道由以往的“深”改為“淺”；盆腔結(jié)構(gòu)做到順滑，以使水流直對(duì)彎口；改變彎口形狀以往坐便器的“短、寬、深”為“長(zhǎng)、窄、淺”。以上措施為實(shí)現(xiàn)坐便器的高效節(jié)水創(chuàng)造了條件。

3.3 附水道的設(shè)計(jì)

以往普通坐便器的附水道與水圈相連，斷面面積大，路徑長(zhǎng)，沖力小，水流速度緩慢，不僅用水量大，而且虹吸產(chǎn)生的也較慢，故消耗水量大。而我們開發(fā)的產(chǎn)品的附水道的設(shè)計(jì)獨(dú)特：附水道單側(cè)單獨(dú)給水，與水圈水分離；附水道斷面面積小，路徑短，水流沖力大，速度快，從而減少了用水量，滿足噴射孔快速噴水和虹吸管道快速產(chǎn)生虹吸的要求。

3.4 水圈和附水道水量分布設(shè)計(jì)

水圈與附水道的下水量按照合理比例調(diào)配非常關(guān)鍵，對(duì)沖刷、節(jié)水、排污有著重要的影響。調(diào)配不好很難達(dá)到良好的節(jié)水和沖刷排污效果。水圈和附水道單獨(dú)設(shè)計(jì)，一部分水(少量水)用于沖刷；另一部分水(大量水)用于排污，兩者互不影響。我們根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)成熟的布水孔大小、數(shù)量、角度及分布方式進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，布水孔由原來(lái)的“大孔直徑為7 mm、數(shù)量28個(gè)”改為“小孔直徑為2 mm、數(shù)量16個(gè)”，角度全部為30°～35°。噴射孔的直徑由28 mm縮小到12 mm。經(jīng)測(cè)算和驗(yàn)證，水圈和附水道的用水量按2∶8分配，滿足了大、小水量排污沖刷的要求。

3.5 管道施釉問(wèn)題

我們對(duì)現(xiàn)用的管道施釉的釉料配方進(jìn)行了調(diào)整。使用生產(chǎn)普通產(chǎn)品的釉，?；Ч焕硐?，管道不光滑，致使實(shí)體球經(jīng)過(guò)管道時(shí)有堵塞現(xiàn)象。釉料配方調(diào)整后，經(jīng)管道施釉試驗(yàn)表明，管道非常光滑，利于實(shí)體球順暢地通過(guò)；我們還對(duì)管道施釉工藝進(jìn)行了改進(jìn)，要求施釉時(shí)釉漿在管道內(nèi)至少停留3～5 s，并且將釉漿容重提高到1.35～1.45 g/cm3，釉漿要到達(dá)盆腔的一半部位，以保證管道全部充滿釉漿。施釉完成后專人負(fù)責(zé)將盆腔內(nèi)的多余釉漿擦去，以免造成滾釉缺陷。

4 開發(fā)試驗(yàn)解決的主要關(guān)鍵技術(shù)

4.1 解決附水道崩裂問(wèn)題

試驗(yàn)初期，由于附水道三角區(qū)部位從胎型上設(shè)計(jì)不合理，間隙過(guò)大，造成泥漿不能控出，致使此部位存漿，導(dǎo)致在干燥過(guò)程中開裂、崩裂嚴(yán)重。經(jīng)過(guò)對(duì)模型微處理，把模型三角區(qū)部位變窄卡死，使泥漿順利排出，不再存漿并產(chǎn)生崩裂、開裂現(xiàn)象，很好地解決了存漿、崩裂問(wèn)題。

4.2 解決支撐筋問(wèn)題

由于掛式坐便器在燒成過(guò)程中需要立裝，且由于本產(chǎn)品的造型特點(diǎn)，支撐筋在保證造型和產(chǎn)品外型尺寸方面起到很重要的作用。開發(fā)試驗(yàn)初期，由于支撐筋模型的設(shè)計(jì)問(wèn)題，致使坯體過(guò)厚、棱角太直：一是造成成形不密實(shí)，燒成時(shí)易產(chǎn)生氣泡；二是產(chǎn)生大量的滾釉缺陷。在胎型上采取措施，將此部位坯體減薄，同時(shí)棱角處改為圓弧形，即可成功地解決氣泡現(xiàn)象，坯體不密實(shí)以及生產(chǎn)中出現(xiàn)大批滾釉問(wèn)題。

4.3 解決底盤崩裂等問(wèn)題

掛式坐便器安裝在墻面上使用，需要承受一定的質(zhì)量，同時(shí)底盤上孔眼多、尺寸要求精確。試驗(yàn)初期，掛座底盤存在許多問(wèn)題：一是為了便于注漿和回漿，產(chǎn)品上沿部位通道為雙面吃漿，且設(shè)置1個(gè)注漿管，這就導(dǎo)致存漿崩裂和產(chǎn)生漏水現(xiàn)象。我們通過(guò)仔細(xì)研究設(shè)計(jì)，通道由雙面吃漿改為單面吃漿，注漿管由1個(gè)增加為3個(gè)，成功地解決了以上問(wèn)題；二是底盤為增大強(qiáng)度，設(shè)置了許多單面吃漿的加強(qiáng)筋。由于加強(qiáng)筋寬度、斜度不夠、成形時(shí)濕坯脫模易破裂，導(dǎo)致坯體成形合格率低。我們通過(guò)把加強(qiáng)筋加寬，并設(shè)計(jì)一定的角度，解決了此問(wèn)題，同時(shí)有利于提高掛式坐便器的承重量；三是試驗(yàn)初期，底盤法蘭盤由于設(shè)計(jì)問(wèn)題，底盤深度(23 mm)太深，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)在胎型上加以修改，改為16 mm，滿足15～17 mm的標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 解決濺水問(wèn)題

開發(fā)試驗(yàn)初期，圈眼設(shè)置確定直徑為2 mm扎子16個(gè)、角度為30°～35°，鍋內(nèi)噴射孔部位有二等臺(tái)階，出現(xiàn)了嚴(yán)重的噴水、濺水、甩水現(xiàn)象，不能滿足客戶要求。我們通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，將噴射孔部位的二等臺(tái)階去掉，并將圈眼數(shù)量增加到24個(gè)，直徑為2 mm扎子不變，角度改為70°，成功解決了濺水等問(wèn)題，同時(shí)排污沖刷功能達(dá)到優(yōu)良。

通過(guò)以上措施，產(chǎn)品質(zhì)量合格率由最初的37%提高到80%以上，投入大批量生產(chǎn)。

5 生產(chǎn)工藝參數(shù)

5.1 坯用原料

坯用原料化學(xué)成分、坯料配方的化學(xué)成分見(jiàn)表1和表2。

表1 坯用原料的化學(xué)成分(質(zhì)量%)

表2 坯料配方的化學(xué)成分(質(zhì)量%)

坯式：

5.2 釉用原料

釉用原料化學(xué)成分、釉料配方的化學(xué)成分見(jiàn)表3和表4。

表3 釉用原料化學(xué)成分(質(zhì)量%)

表4 釉料配方的化學(xué)成分(質(zhì)量%)

釉式：

5.3 主要工藝控制參數(shù)

5.3.1 泥漿物理性能

容重:1.785～1.805 g/cm3;細(xì)度:2.2%～2.6%(萬(wàn)孔篩余);流動(dòng)度:5′30″～6′40″;厚化度:1.20～1.32。

5.3.2 釉漿物理性能

容重:1.795～1.815 g/cm3;細(xì)度:0.25%～0.45%(400目篩余);流動(dòng)度:55″～1′40″;吸干速度:18～20 min。

5.3.3 石膏模型參數(shù)

采用混合石膏粉制模，水膏比例為1.0∶1.4，攪拌時(shí)間為2～3 min,模型經(jīng)50 ℃干燥后使用。

5.3.4 成形控制參數(shù)

成形室內(nèi)溫度：白天27～32 ℃，夜間32～37 ℃；

相對(duì)濕度：50%～60%；

吃漿厚度：雙面部位 11～12 mm，單面部位 7～9 mm;

微壓鞏固壓力：0.015～0.02 MPa,微壓鞏固時(shí)間:20～40 min;

干燥周期：7 d;

半成品刷坯時(shí)水分小于2%。

由于本產(chǎn)品的圈眼小(直徑2 mm)，為防止堵塞，故刷坯后逐件逐個(gè)需疏通圈眼。

5.3.5 燒成控制參數(shù)

最高燒成溫度1 200～1 208 ℃；進(jìn)車速率：16～19 min/車；

產(chǎn)品裝窯：后面墊起15°角，向前傾斜。

5.3.6 生產(chǎn)工藝流程(見(jiàn)圖2)

5.4 坐便器功能檢測(cè)結(jié)果

產(chǎn)品檢驗(yàn)執(zhí)行GB 6925-2005 《衛(wèi)生陶瓷》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)國(guó)家輕工業(yè)陶瓷質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)唐山站檢測(cè)，完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及客戶定貨標(biāo)準(zhǔn)要求(主要指標(biāo)見(jiàn)表5)。

表5 掛式坐便器檢測(cè)結(jié)果

表5中檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，本項(xiàng)目產(chǎn)品的排污功能等指標(biāo)比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和客戶定貨要求有顯著的提高。該產(chǎn)品虹吸作用產(chǎn)生的早，虹吸作用時(shí)間短，補(bǔ)水量小，用水量少，抽力大，污物排出徹底，特別是粗管徑能從根本上杜絕坐便器的堵塞問(wèn)題。模擬便條試驗(yàn)達(dá)到并遠(yuǎn)高于美標(biāo)HET(高效節(jié)水)標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)坐便器整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)水圈和附水道的下水量按照合理比例調(diào)配，從而減少了用水量，增大了水的流速，達(dá)到節(jié)水并快速產(chǎn)生虹吸的效果；同時(shí)對(duì)布水孔大小、數(shù)量、角度及分布方式進(jìn)行了深入的研究，對(duì)管道施釉的工藝操作及管道施釉用釉料配方進(jìn)行了調(diào)整，成功研制出了粗管徑(實(shí)體球通過(guò)50 mm)，用水量?jī)H4.8 L的特大件高效節(jié)水型噴射虹吸掛式坐便器。該產(chǎn)品集粗管徑(過(guò)直徑50 mm球)、超節(jié)水(4.8 L)、噴射虹吸式、組合立澆生產(chǎn)、體積大于一體，解決了諸多成形技術(shù)問(wèn)題，產(chǎn)品的合格率大幅提高。不僅滿足了美國(guó)、加拿大市場(chǎng)客戶訂貨要求，也為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 生產(chǎn)工藝流程