高校開水房節(jié)能型水龍頭創(chuàng)新設(shè)計(jì)

孫偉一（西安工程大學(xué)服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院,西安,710600）

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高校開水房節(jié)能型水龍頭創(chuàng)新設(shè)計(jì)

孫偉一
（西安工程大學(xué)服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院,西安,710600）

摘要：高校開水房是高校用水系統(tǒng)的重要組成部分，如果高校開水房的水龍頭設(shè)計(jì)不合理，就會導(dǎo)致高校水資源嚴(yán)重浪費(fèi)。因此，在高校開水房中使用節(jié)能型水龍頭對于提高水資源的利用效率，減少水資源浪費(fèi)具有十分重要的意義。本文主要研究了雙調(diào)節(jié)節(jié)能型水龍頭的設(shè)計(jì)目的、工作原理以及具體設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：開水房；節(jié)能型水龍頭；雙調(diào)節(jié)水水龍頭

水資源在人們的生活中起著十分重要的作用，但是我國水資源十分短缺，實(shí)現(xiàn)水資源的節(jié)約對于我國可持續(xù)發(fā)展具有十分積極的意義。高校在水資源節(jié)約建設(shè)過程中，高校開水房水資源節(jié)約是高校節(jié)水工作的重點(diǎn)。為此，為了實(shí)現(xiàn)高校水資源的有效利用，需要針對高校開水房的具體需求加強(qiáng)節(jié)能型水龍頭設(shè)計(jì)，以科技推動(dòng)水資源節(jié)約。

1　研究目的

高校開水房是與學(xué)生的生活密切相關(guān)的，在高校開水房中部分水龍頭仍然采用傳統(tǒng)的老式水龍頭，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的水龍頭由于其在設(shè)計(jì)的過程中存在一定缺陷，容易在使用的過程中造成嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)現(xiàn)象，另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)水龍頭在頻繁使用的過程中難免會引起水龍頭磨損，導(dǎo)致水龍頭失效導(dǎo)致了水資源的嚴(yán)重的浪費(fèi)。除了部分高校仍舊使用傳統(tǒng)的水龍頭之外，部分高校水龍頭采用了內(nèi)部采用陶瓷閥芯的扳手式水龍頭，在水房使用的過程中由于受到水龍頭內(nèi)部的陶瓷靜閥片以及動(dòng)閥片的結(jié)構(gòu)限制，轉(zhuǎn)芯的最大轉(zhuǎn)動(dòng)的角度要小于90度，這樣導(dǎo)致水龍頭在進(jìn)行閥門啟動(dòng)時(shí)缺乏靈活性，這引起對水龍頭水量大小的控制難以進(jìn)行把握，無法對水龍頭流出的水量進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，往往會導(dǎo)致高校開水房水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，對高校節(jié)水工作造成了十分嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。因此，加強(qiáng)高校開水房使用的水龍頭的研究設(shè)計(jì)工作，可以實(shí)現(xiàn)對水資源的有效利用，減少水資源浪費(fèi)。

通過上文的分析我們可以發(fā)現(xiàn)高校水龍頭在使用的過程中，由于在水龍頭的設(shè)計(jì)中存在著明顯的缺陷，學(xué)生在使用的過程中無法將水量有效的控制在理想的范圍之內(nèi)，學(xué)生在使用的過程中就會將水龍頭的水流量控制在最大的程度，而在關(guān)閉水龍頭時(shí)也會因?yàn)椴僮鞑混`活而導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)現(xiàn)象。通過對高校水龍頭應(yīng)用中存在的實(shí)際問題，以及高校水龍頭的使用規(guī)律和使用特點(diǎn)，有針對性的設(shè)計(jì)了一種雙調(diào)節(jié)型水水龍頭，這種類型的水龍頭在高校開水房中的應(yīng)用可以更好的適應(yīng)高校開水房的使用環(huán)境，這一設(shè)計(jì)能夠解決傳統(tǒng)的水龍頭的不足，實(shí)現(xiàn)對水資源的節(jié)約以及高校利用，對于推進(jìn)高校節(jié)水工作的發(fā)展具有十分積極的意義。

2　工作原理分析

雙調(diào)節(jié)型水水龍頭是在以往水龍頭技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，本文所設(shè)計(jì)的雙調(diào)節(jié)型水水龍頭是以傳統(tǒng)的水龍頭陶瓷芯閥的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。通過在傳統(tǒng)的陶瓷芯閥的旁邊設(shè)計(jì)出第二個(gè)通水的孔道，并且使用自閉截門型開關(guān)機(jī)構(gòu)對其實(shí)現(xiàn)控制。這一水龍頭在實(shí)際操作時(shí)，扭轉(zhuǎn)水龍頭的手柄，會通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)芯，帶動(dòng)第一個(gè)通水孔道水量調(diào)節(jié)啟閉中的陶瓷動(dòng)閥片轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了對水龍頭的水量的啟閉以及控制工作。在這一過程中水龍頭的水量是通過動(dòng)閥片和靜閥片之間的通水口的大小來決定的，在水龍頭開閉的過程中，如果壓下水龍頭的手柄，這使水龍頭會以內(nèi)部的銷釘作為主要支撐點(diǎn)，通過壓輥、弧形承壓片以及彈簧等組成部分，能夠是階梯拉桿以及啟閉塊進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)，這樣就可以對對二個(gè)通水孔進(jìn)行控制，當(dāng)外力消失后，因?yàn)槿狈χ螐椈删蜁鲃?dòng)彈回原位，這時(shí)第二個(gè)通水口就會自動(dòng)閉合，停止工作。

這一雙調(diào)節(jié)水水龍頭在進(jìn)行具體應(yīng)用的過程中呈現(xiàn)出了明顯的特點(diǎn)，能夠在使用的過程中，實(shí)現(xiàn)對水資源最大程度上的節(jié)省。在雙調(diào)節(jié)水龍頭的設(shè)計(jì)中，第一個(gè)中央通水空的水流量相對較小，僅僅占到了當(dāng)前各種水龍頭水流量的三成到七層之間，第二個(gè)水龍頭通水口的水流量與當(dāng)前市場上流通的水龍頭的水流量相同。這樣的設(shè)計(jì)具有十分明顯的靈活性，學(xué)生在接水的過程中可以根據(jù)自己的具體需要科學(xué)的選擇通水口，這樣可以實(shí)現(xiàn)對水龍頭水流量的合理控制，進(jìn)而減少水龍頭設(shè)計(jì)不合理而造成水資源浪費(fèi)。

3　水龍頭設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵以及制作

與現(xiàn)在市場中存在的水龍頭相比，雙調(diào)節(jié)水水龍頭由于在內(nèi)部設(shè)計(jì)了兩個(gè)相互獨(dú)立的水龍頭通水孔道，并且針對兩個(gè)不同的水龍頭通水孔道，都設(shè)計(jì)有不同的開啟和關(guān)閉裝置。這使得雙調(diào)節(jié)水水龍頭的內(nèi)在裝置的設(shè)計(jì)要比現(xiàn)在市場中的水龍頭擁有更加復(fù)雜的設(shè)計(jì)，其內(nèi)在的布局也顯得更加的緊湊。為了雙調(diào)節(jié)水龍頭在實(shí)際應(yīng)用的過程中能夠展現(xiàn)出良好的性能，并且為了能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)工作。因此，在進(jìn)行雙調(diào)節(jié)水水龍頭的設(shè)計(jì)時(shí)，針對水龍頭的第一個(gè)通水管道，主要采用現(xiàn)在市場上使用的普通陶瓷芯閥組件，并且在制作的過程中使用膠黏劑封堵其中靜閥片扇形通水孔的部分面積。由于選用的普通陶瓷芯閥組件在整個(gè)設(shè)計(jì)中所占據(jù)的面積十分大，這樣就容易導(dǎo)致了整個(gè)設(shè)計(jì)的動(dòng)閥片和靜閥片之間的通水孔面積顯得十分小。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，為了達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)效果，可以將設(shè)計(jì)所使用到的普通的陶瓷芯閥組件的直徑按照一定的比例進(jìn)行適當(dāng)縮小。并且該設(shè)計(jì)考慮到以后在高校水房中的實(shí)際應(yīng)用以及今后的生產(chǎn)工作，因此，在經(jīng)濟(jì)以及在技術(shù)等方面都呈現(xiàn)科學(xué)性和合理性。

雙調(diào)節(jié)水水龍頭與傳統(tǒng)的水龍頭設(shè)計(jì)的明顯區(qū)別在于第二個(gè)通水孔，而第二通水孔同樣也是整個(gè)雙調(diào)節(jié)水水龍頭進(jìn)行設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在雙調(diào)節(jié)水水龍頭的設(shè)計(jì)過程中第二個(gè)通水孔道以及其開閉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)水龍頭設(shè)計(jì)的成敗。對于第二個(gè)通水孔的啟閉形態(tài)，具有很多設(shè)計(jì)模式，既可以設(shè)計(jì)成階梯型、圓錐形也可以是其它形狀。其所使用的材料可以采用傳統(tǒng)的橡膠材料同樣也可以采用現(xiàn)代高分子材料。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中考慮到第二個(gè)水龍頭啟閉結(jié)構(gòu)所面臨的水壓比較高，因此，在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)的過程中采用了階梯的形狀會使第二個(gè)通水孔道整體結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，并且水流遇到的阻力會相對較大，容易導(dǎo)致水流出現(xiàn)共振和共鳴的現(xiàn)象，因此，在形狀選擇上采用了圓錐形的設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)的過程中，采用圓錐形的設(shè)計(jì)方案，其中的另外一個(gè)十分重要的方面就是，在對水龍頭采取相同的軸向壓力下，在啟閉塊和閥體之間能夠獲得比梯形更大的將接觸壓力，這樣能夠使啟閉塊和閥體之間密閉性更好。

在制作材料的選擇上，現(xiàn)代材料技術(shù)以及材料科學(xué)的快速發(fā)展為材料選擇提供了更加廣闊的空間。在進(jìn)行制作的過程中，通過對各種材料綜合性能的比較，在進(jìn)行雙調(diào)節(jié)水水龍頭制作的過程中選擇金屬加外包低硬度聚氨酯彈性體作為制作材料。熱塑性聚氨酯是一種新型的有機(jī)高分子合成的材料。該材料在具體使用的過程中展現(xiàn)出了耐磨性好、彈性好、耐老化強(qiáng)等良好的特質(zhì)，十分符合高校開水房的具體要求。

在進(jìn)行雙調(diào)節(jié)水水龍頭設(shè)計(jì)的過程中，該設(shè)計(jì)方案的主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)體現(xiàn)在階梯拉伸軸的密封上，由于當(dāng)前在進(jìn)行水龍頭的設(shè)計(jì)過程中一般都會在水龍頭的出水口位置安裝上起泡器，增大水流的流動(dòng)阻力。因此，要在兩個(gè)芯閥出口到水龍頭出口的整個(gè)流程在閥體開啟時(shí)都處于微正壓的狀態(tài)。在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)的過程中如果在水龍頭內(nèi)部階梯拉伸軸以及閥體之間沒有采取合理的密封措施，那么水就會從這兩個(gè)部件之間溢出來，設(shè)計(jì)目的也就難以實(shí)現(xiàn)。在本文關(guān)于雙調(diào)節(jié)水龍頭的設(shè)計(jì)理念之中，階梯拉伸軸的直徑只有6毫米，因此，在眾多的軸向的密封方法當(dāng)中，使用O型密封圈在本設(shè)計(jì)中可能是唯一具有現(xiàn)實(shí)可行性的方案。由于雙調(diào)節(jié)水水龍頭的閥體的上部的空間限制同時(shí)，回位彈簧的尺寸以及彈性力有限，這就要求階梯拉伸軸在沿著軸向運(yùn)動(dòng)的過程中，阻力必須得到有效的控制，這樣可以確保其靈活性得到有效控制。這就要求在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)的過程中，密封圈一方面要滿足整個(gè)設(shè)計(jì)中的密封要求，另一方面在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中也需要采取措施盡可能的降低O型密封群與水龍頭孔壁的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力。因此，我們使用的方法有：首先，在設(shè)計(jì)的過程中注意提高拉伸軸和通水孔的動(dòng)作配合的精確度，在設(shè)計(jì)制作的過程中需要適當(dāng)?shù)貙﹄A梯拉伸軸的長度進(jìn)行調(diào)整，并且要使拉伸軸能夠嵌入閥體底部的座套之內(nèi)，這樣可以有效的提高階梯拉伸軸軸向運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定項(xiàng)，從而可以有效的防治水龍頭在進(jìn)行使用的過程中出現(xiàn)機(jī)械卡滯的情況；其次，在進(jìn)行雙調(diào)節(jié)水水龍頭制作的過程中，使用硬度比較低的材料制作O型密封圈，這樣可以有效提高密封圈的密封型，也可以有效降低因?yàn)闄C(jī)械加工精度對O型密封群的與控制摩擦力的敏感性，在樣品設(shè)計(jì)出來之后要通過具體實(shí)驗(yàn)優(yōu)化拉伸軸上O型密封圈安置溝槽的尺寸以及其精度，使設(shè)計(jì)更加精準(zhǔn)。同時(shí)為了有效延長雙調(diào)節(jié)水水龍頭的裝配精度以及使用期限，在進(jìn)行閥體制造的過程中比較適宜利用黃銅鑄造以及機(jī)械加工工藝，對于水龍頭內(nèi)部的部件比較適宜采用防銹材料進(jìn)行制作，例如防銹鋼，對于水龍頭的外觀則是直接采用現(xiàn)在市場上銷售的產(chǎn)品，這也能夠有效降低水龍頭產(chǎn)品的制作成本。雙調(diào)節(jié)水水龍頭的整體設(shè)計(jì)如圖1所示：

圖1　雙調(diào)節(jié)水水龍頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)

在上圖所示的雙調(diào)節(jié)水水龍頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)當(dāng)中，圖中的數(shù)字部分分別是：1，2代表橡膠墊圈；3代表的是閥芯外殼；4代表動(dòng)閥片；5代表靜閥片；6代表撥叉；7代表閥體；8代表轉(zhuǎn)芯；9代表銷釘；10代表手柄；11代表壓輥；12代表弧形承壓片；13代表階梯拉伸軸；14代表回位彈簧；15，16代表密封圈；17代表啟閉塊。

4　結(jié)語

文中所設(shè)計(jì)的新的雙調(diào)節(jié)水水龍頭在一定程度上解決了現(xiàn)在高校使用的水龍頭存在弊端，并且在高校開水房具有很強(qiáng)的適用性。因此，在高校開水房應(yīng)用新的雙調(diào)節(jié)能型水龍頭，可以幫助高校更好的實(shí)現(xiàn)節(jié)水目標(biāo)，提高高校水資源的利用效率。在研究的過程中，文章在高校水龍頭用水特點(diǎn)以及用水規(guī)律的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了雙調(diào)節(jié)節(jié)能型水龍頭，可以有效減少高校水龍頭因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合理引起的水資源浪費(fèi)現(xiàn)象，這對于高校貫徹實(shí)施節(jié)水工作具有十分重要的意義。

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孫偉一 ，男，1992年12月28日，本科，研究方向：產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)紡織品藝術(shù)設(shè)計(jì)方向。

The boiled water room energy-saving tap innovative design

Sun Weiyi
(School of fashion and art design, Xi'an Polytechnic University, Xi'an, 710600)

Abstract：The boiled water room in colleges and universities is an important part of the water system of colleges and universities,colleges and universities if the faucet of boiled water room design is unreasonable,can lead to the serious waste of water resources.Boiled water room in colleges and universities,therefore,use energy-saving tap for improving the utilization efficiency of water resources, reduce the waste of water resources is of great significance.This paper mainly studies the double adjustment and energy-saving tap the design purpose,working principle and concrete design plan.

Keywords：boiled water room;Energy-saving tap;Double adjust water faucet

作者簡介

中圖分類號：TS914.33文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A