Выпускаемые в настоящее время и имеющиеся в продаже унитазы «европейского» типа, как и отечественные компакт-унитазы, недостаточно полно отвечают современным требованиям, несмотря на строгие российские ГОСТы. Это мнение потребителей, и с ним трудно спорить. С тех пор, как ранее высоко располагавшиеся смывные бачки унитазов переместили на полки компакт-унитазов, появилась масса почти неразрешимых проблем с качеством смыва. Увы, это беда практически всех компакт-унитазов Европы и, соответственно, скопированных с них унитазов отечественного производства.
Для того чтобы содержать внутренние поверхности чаш унитазов в чистоте, приходится прикладывать к ним так называемые «ёршики». Они настолько необходимы в быту, что в туалетных помещениях находятся на видном и удобном для постоянного использования месте. Эти ёршики массово выпускаются, а их конструкция постоянно совершенствуется. Причём так же активно улучшается их дизайн и увеличивается стоимость.
Ёршики, обладающие эффектным дизайном и высокой очищающей способностью, часто придаются бесплатно в качестве подарка к дорогим унитазам. Потом выясняется, что «приобретение» обладает неудовлетворительным качеством смыва, и ёршик необходим, чтобы, так сказать, было чем смыть «грехи» производителя, сделавшего дорогой сантехнический прибор, качество смыва которого явно не соответствует его цене.
Основная проблема создания спускной арматуры с увеличенным расходом на смыв заключается в том, что во всём мире она выпускается со сливным штуцером, имеющим диаметр резьбы, равный 60 мм. Поэтому и отверстия в дне бачка имеют в большинстве случаев диаметр незначительно больший, чем 60 мм. В результате внутренний диаметр сливных отверстий спускной арматуры может быть не более чем 53–54 мм. Это имеет место в том случае, если резьба на штуцере спускной арматуры метрическая и мелкая.
При выборе упорной резьбы, которая, по нашему предположению, более подходит, диаметр проходного отверстия штуцера существенно уменьшается.
В современных компакт-унитазах, если смывной бачок не подсоединён к унитазу, а слив осуществляется без дополнительных гидравлических сопротивлений прямо в какую-либо ёмкость, установленную под смывным бачком, средний расход 6 л воды на смыв составляет величину порядка 2 л/с и даже более 2,5 л/с. Это часто встречается в смывных бачках с уменьшенной начальной высотой заполнения смывного бачка (около 170 мм), а также при использовании запорного эластичного клапана в форме полой полусферы. Если же бачок установить на унитаз, то из-за гидравлического сопротивления каналов в ободе унитаза расход уменьшится до 1,5–1,9 л/с. Этому способствует малая высота воды в бачке, равная 160–180 мм. Кроме того, во всех нормативных документах подразумевается, что вода объёмом 6 л из смывного бачка спускается почти до его дна, и её нижний уровень определяется высотой седла спускного клапана. На величину среднего расхода на смыв влияют также некоторые особенности выполнения входной части штуцера спускной арматуры, в который вода поступает из полости смывного бачка.
Таким образом, получается замкнутый круг, ограничивающий возможность увеличения среднего расхода воды на смыв. Это результат невозможности увеличить десятилетиями установившиеся размеры отверстия в смывных бачках для монтажа спускной арматуры с большими проходными сечениями, поскольку устоявшееся положение обеспечивает взаимозаменяемость любой спускной арматуры во всех смывных бачках.
В п. 10.2 ГОСТ 13449 [1] указывается, что при полном спуске воды объёмом 6 л значение среднего расхода воды на смыв должно быть не менее 1,9 л/с. При сравнении требований упомянутого современного ГОСТа и требований ГОСТ 21485–94 [2] почти четвертьвековой давности видно, что они очень отличаются. В п. 3.2.3 ГОСТ 21485–94 [2] указывается, что средний расход воды из бачка через спускную арматуру на смыв должен составлять 1,8±0,2 л/с. В этом случае нижнее значение расхода на смыв существенно занижено (до 1,6 л/с), а верхнее ограничено значением 2,0 л/с. Последнее требование практически тормозило работы по улучшению качества смыва унитазов. Однако с 2017 года эта проблема снята, и теперь можно беспрепятственно, без существенных конструктивных изменений, улучшать смывные качества российских унитазов. Основанием для смелого продолжения этой работы можно считать статьи автора в журнале СОК [3, 4].
При разработке новой принципиально-конструктивной схемы спускной арматуры с увеличенным расходом на смыв для первых компакт-унитазов следует придерживаться конструктивных наработок лучших образцов спускной арматуры, уже отработанных и массово выпускаемых промышленностью.
Автор настоящей статьи (далее — автор) принял за основу спускную арматуру, выпускаемую ООО «Вымпел-М», как наиболее удачную с точки зрения стоимости и качества эксплуатационных характеристик. У неё отличная герметичность спускного клапана, а также самый большой расход на смыв даже по сравнению с лучшими европейскими спускными арматурами. В настоящее время она досконально проработана. Её конструктивные элементы и узлы гармонично вписываются в конструкцию пробной партии новой спускной арматуры с увеличенным расходом на смыв. Поэтому первую партию новой спускной арматуры можно создать с использованием преимущественно готовых, уже выпускаемых компанией «Вымпел-М» узлов и деталей — с незначительным добавлением новых элементов.
Прежде всего отметим, что разрабатываемая конструкция будет отвечать задуманным требованиям только в случае использования сравнительно высоких смывных бачков. «Хорошее» качество смыва, существенно превосходящее этот показатель у современных компакт-унитазов, будет получаться с бачками высотой без крышки 320–350 мм, а более или менее «отличное» качество смыва — с бачками высотой (без крышки) до 400 мм и более.
Имеется ещё одна проблема, которую необходимо решить при проектировании спускной арматуры для бачков с более высоким уровнем заполнения водой. Она заключается в том, что уровень начального заполнения смывного бачка может увеличиться до 270 мм и более. В результате увеличится и усилие отрыва клапана спускной арматуры от её седла — почти в два раза и даже выше.
В соответствии с требованием п. 6.4 ГОСТ 21485–2016 [5], в современной спускной арматуре величина максимального усилия нажатия на кнопку пуска не должна превышать 20 Н. В новой спускной арматуре с увеличенным расходом на смыв она может достигать значений более 40 Н, а с учётом возрастания сил трения в пусковом механизме может возрасти и до 50 Н. Это совершенно недопустимо и требует поиска конструктивных решений, позволяющих существенно уменьшить усилие на кнопке пуска в новой спускной арматуре.
Одним из возможных вариантов снижения усилия на кнопку пуска может быть изменение длины плеч качающегося рычага, преобразующего сравнительно малое осевое перемещение кнопки пуска в увеличенное осевое перемещение спускного клапана. Однако опыт показывает, что в этом случае при уже устоявшихся размерах клапана и высоте его подъёма некомфортно увеличивается глубина опускания кнопки пуска.
Проведя анализ других вариантов, позволяющих существенно уменьшить усилие на кнопку для открытия спускного клапана, автор пришёл к выводу, что самым простым и надёжным вариантом решения данной проблемы будет компенсация части усилия прижима клапана к седлу за счёт жёсткого присоединения поплавка к подвижным частям, связанным с эластичным клапаном. В этом случае поплавок возьмёт на себя бóльшую часть усилия прижима клапана к седлу и существенно облегчит процесс отрыва этого клапана от седла. Простота и надёжность такого решения очевидна. Проще, наверное, не бывает.
Принципиально-конструктивная схема спускной арматуры с существенно увеличенным средним расходом на смыв приведена на рис. 1. Следует отметить, что это — схема макета спускной арматуры для экспериментальной проверки предложенного автором метода существенного улучшения качества смыва современных компакт-унитазов, а также для проведения эксплуатационных испытаний как новой спускной арматуры, так и новых унитазов с их незначительно изменённой геометрией. С точки зрения качества смыва подавляющая часть «европейских» унитазов не соответствует современным требованиям к ним.
Рис. 1. Конструктивная схема спускной арматуры для смывного бачка компакт-унитаза с существенно увеличенным расходом на смыв [1 — чаша смывного бачка; 2 — отверстия в дне бачка для крепёжных болтов; 3 — крепёжная гайка; 4 — нижний корпус; 5 — основание трубы перелива; 6 — верхний корпус; 7 — пенопластовый цилиндр поплавка-компенсатора; 8 — поплавок (компенсатор усилия от веса столба воды над запорным клапаном); 9 — клинообразный фиксатор положения поплавка-компенсатора; 10 — стойка поплавка-компенсатора; 11 — рычаг, качающийся относительно оси 12; 13 — поперечные стяжки-перекладины боковых поверхностей рычага 11; 14 — толкатель; 15 — головка механизма пуска; 16 — кнопочный механизм с толкателем 14; 17 — крышка бачка; 18 — верх контура тела чаши бачка; 19 — плоскость среза перелива; 20 — предельный уровень заполнения бачка; 21 — перелив; 22 — тяга; 23 — фиксатор вертикального положения головки относительно стоек 25; 24 — накидная гайка с кронштейном; 25 — стойки механизма пуска; 26 — опорный диск; 27 — эластичный клапан; 28 — уплотнение; Vсм — объём воды на смыв]
Приведённая на рис. 1 спускная арматура работает следующим образом. Вода поступает во внутренний объём смывного бачка через наполнительную арматуру, которая на схеме не показана. После наполнения бачка водой эта арматура автоматически перекрывает поступление воды в смывной бачок, устанавливая заданный уровень воды, на который она предварительно была настроена. На рис. 1 этот уровень обозначен цифрой 20. Для рассматриваемой спускной арматуры он должен быть как можно более высоким. Однако высота уровня воды при полном наполнении обязательно должна быть на 50 мм ниже верхнего края смывного бачка. Высота среза 19 перелива 21 над уровнем 20 максимального заполнения бачка должна составлять не менее 20 мм.
После заполнения бачка 1 клапан 27 сядет на ножеобразное седло, выполненное кольцеобразным в нижнем корпусе 4. При заполненном водой бачке клапан 27 под действием веса столба воды над клапаном прижмётся к седлу. Конструкция клапана и сила воздействия веса столба воды над ним обеспечивают высокую герметичность запорного клапана.
Спуск воды из смывного бачка осуществляется кратковременным нажатием до упора на кнопку пуска пускового кнопочного механизма. В результате нажатия на кнопку пуска сапожок толкателя 14 опустится вниз и, воздействуя поочерёдно на поперечные стяжки 13, заставит повернуться рычаг 11 против часовой стрелки вокруг оси 12. В результате тяга 22 поднимется вверх и увлечёт вверх накидную гайку с кронштейном 24, который жёстко связан с основанием трубы перелива 5, с переливом 21, с опорной шайбой 26 и с эластичным клапаном 27. Поэтому клапан 27 оторвётся от седла, поднимется в верхнее (открытое) положение и откроет рабочее окно, через которое вода из полости смывного бачка 1 устремится в нижний отводной штуцер корпуса 4.
После отпускания кнопки пуска клапан 27 останется в верхнем положении благодаря наличию подъёмной силы у затопленного в воде поплавка 8, закреплённого с помощью фиксатора 9 на стойке 10, жёстко связанной с основанием трубы перелива 21. Как только уровень воды в бачке опустится почти до нижней части поплавка, подъёмная сила поплавка существенно уменьшится, узел перелива вместе с поплавком под действием силы их тяжести опустится вниз, и клапан 27 перекроет поток воды из смывного бачка.
После этого бачок снова начнёт заполняться в автоматическом режиме водой до максимального уровня 20.
Величина объёма воды на смыв при автоматизированном спуске не должна превышать величину 6 л. Это — устоявшееся общее требование к унитазам. Однако можно создать чашу унитазов и особенные условия подвода воды из смывного бачка в эту чашу, при которых для полного качественного смыва будет достаточно 3 л воды и менее. Макеты таких унитазов автором уже созданы, и их работоспособность проверена опытным путём. Дело только за производством.
Для обеспечения заданного объёма смыва необходимо перемещением поплавка 8 вверх-вниз установить его на соответствующей высоте и зафиксировать поплавок на стойке 10 с помощью клинообразного фиксатора 9. Малые объёмы воды на смыв обеспечивают существенную экономию питьевой (сравнительно дорогой) воды. Следует отметить, что поплавок 8 в виде воздушного колокола в новой конструкции спускной арматуры может со временем изменять величину объёма смывающего потока воды.
В обыкновенных спускных арматурах воздушная полость поплавка обновляется, так как уровень воды на завершающем этапе спуска опускается ниже нижней кромки поплавка. В новой спускной арматуре с увеличенным расходом на смыв поплавок всегда находится в затопленном состоянии. В результате длительной работы воздух, находящийся в поплавке, будет растворяться в воде, и его объём станет постепенно уменьшаться.
Это приведёт к уменьшению высоты воздушного пространства внутри поплавка, и завершение спуска будет происходить несколько раньше намеченного уровня, что, в свою очередь, уменьшит величину объёма смыва. Так произойдёт потому, что интенсивность смыва прямо пропорциональна не только величине среднего расхода на смыв, но и величине объёма воды, поступающей на смыв.
На основании изложенного поплавок следует изготавливать выдувным, то есть обеспечить герметичность его воздушной полости. Это требует применения специального оборудования, которое целесообразно с точки зрения финансовых затрат только при серийном производстве. Поэтому на первых этапах изготовления цилиндрический внутренний объём поплавка 8 лучше заполнить каким-либо пенистым материалом, например, экструдированным пенополистиролом, как это показано на рис. 1.
Имеется ещё одна особенность рассмотренной спускной арматуры. В простой спускной арматуре, которая использовалась при создании арматуры с увеличенным расходом на смыв, срез перелива находится значительно ниже, чем требуется для получения большого расхода на смыв. Поэтому трубу перелива пришлось выполнить Z-образной.
В таком виде, как она приведена на рис. 1, трубу перелива можно выполнить из отрезков стандартных переливов, которые свариваются между собой. При массовом производстве верхний изогнутый конец трубы перелива можно выполнить с возможностью плотной посадки на нижнюю изогнутую часть с соответствующей фиксацией. В плане на рис. 1 перелив несколько повернут в сторону на угол, при котором он не касается смежных деталей во время перемещения вверх-вниз.
Автор считает необходимым пояснить также необходимость двух стяжек-перекладин, обозначенных поз. 13. Арматура новая, и при нажатии на кнопку спуска есть опасность получить относительно большое усилие, что нежелательно при пользовании унитазом потребителей с больными руками или же детьми.
Стяжка-перекладина, расположенная ближе к оси 12, при нажатии на кнопку пуска уже есть во взятой за основу серийной арматуре. Есть также и сапожок 14 толкателя. Если добавить ещё одну стяжку, закрепив её на расстоянии 15 мм от основной, а рамку, на которой находится толкатель, сместить до предела влево и её зафиксировать, то в первый момент отрыва клапана 27 от седла (это самое большое усилие) сапожок 14 будет отрывать клапан от седла с усилием в два раза меньшим, чем с серийным рычагом.
По мере опускания левой части рычага 11 в контакт с сапожком уже вступит другая стяжка-перекладина, но усилие на клапане уже уменьшится, поэтому, хотя плечо рычага 11 также уменьшится, усилие на кнопке останется почти таким же, как и при отрыве клапана от седла. Сдвиг влево и фиксация рамки с механизмом пуска 16 компенсируются низкой поперечной жёсткостью стоек механизма пуска 25 и стержней его головки 15. Благодаря этому не будет проблем с монтажом арматуры в любой смывной бачок.
Серийные образцы современной спускной арматуры в составе с серийными унитазами способны получить при полном спуске 6 л воды средние расходы на смыв в лучшем случае до 1,7 л/с. Чаще эти расходы составляют 1,3–1,6 л/с, что для качественного смыва недостаточно. В таких унитазах более или менее удовлетворительные смывы получаются, если настроить унитаз на смыв 7–9 л. Это иногда делают те, кто устанавливает унитаз потребителю, чтобы избавить себя от стыда, организованного производителем унитаза. К сожалению, этим «страдают» и некоторые европейские производители, настраивающие при предпродажной подготовке спускную и наполнительную арматуру на объёмы смыва воды большие, чем 6 л. Автор неоднократно сталкивался с подобным обманом, и этому пора положить конец. Тем более что в настоящее время уже ясно, как это устранить.
У российской спускной арматуры есть один параметр, который косвенно характеризует её качество. Этот параметр проверяется при приёмо-сдаточных испытаниях выпускаемой спускной арматуры на предприятиях, изготавливающих эту арматуру. Качество расходных характеристик спускной арматуры регламентируется п. 5.6 ГОСТ 21485–2016 [5].
Для обеспечения качественного смыва необходимо, чтобы средний расход 6 л воды на смыв составлял не менее 2,5 л/с. При этом спускная арматура должна быть установлена в смывной бачок, имеющий размеры в плане приблизительно 300×130 мм (это формулировка автора, так как в ГОСТах это не отражено, а на деле — очень важно). Её испытания должны производиться со снятой крышкой, и должен быть осуществлён свободный слив воды из спускного отверстия арматуры в дополнительную открытую ёмкость. С новой спускной арматурой при такой методике удаётся получить средние расходы на смыв до 4 л/с.
Установка же смывного бачка со стандартной (на настоящее время) спускной арматурой на полочку унитаза приводит к существенному сокращению среднего расхода на смыв, который может уменьшиться до 1,2 или даже 1,2 л/с. Это объясняется увеличенным гидравлическим сопротивлением каналов обода унитаза. Увеличение гидросопротивления связано с необходимостью создавать в каналах обода унитаза специальные сужения для продления струи до самого конца каждого канала (их два) в ободе унитаза и даже несколько дальше.
С новой спускной арматурой с увеличенным расходом на смыв на макетных образцах автору удалось получить при установке арматуры в серийные, слегка доработанные унитазы средние расходы на смыв до 2,6 л/с. При более серьёзной доработке унитаза удалось повысить объём воды на полный смыв до 4 л. Это меньше принятого во всём мире стандарта (6 л) в полтора раза. Унитаз с такими показателями величины объёма на полный смыв стоит в квартире автора и успешно проходит эксплуатационные испытания. Автор в результате проведённых исследований теперь знает, как уменьшить этот объём в два раза (до 3 л). Однако без помощи производителей керамических изделий этого сделать нельзя.
Также есть надежда с помощью производства реально решить проблему обновления воды в гидрозатворе при уменьшенных объёмах спуска.
Унитазы «европейского» типа, в том числе выпускаемые российскими заводами, этому требованию пока не соответствуют. Данная сложная проблема пока не решена. Поэтому она не отражена в российских ГОСТах, и никто в России ей не интересуется, в том числе и ведущий российский институт НИИсантехники. В Европе такие исследования ведутся давно, но пока безуспешно. Таким образом, современное производство бытовых унитазов сейчас стоит на пороге модернизации этих широко используемых изделий, которая позволит существенно улучшить качество смыва и избавить потребителей от необходимости после каждого посещения интенсивно чистить ёршиками внутренние поверхности чаш. Надеюсь, что автору удастся активно поучаствовать в этом деле. Задел в этой области он уже создал — в виде более 35 публикаций, посвящённых исследованию работы унитазов и всех его элементов.
В заключение следует также отметить следующее. Современные компакт-унитазы обладают качеством смыва на пределе «удовлетворительной» оценки. Замена общепринятой спускной арматуры на новую, с улучшенным качеством смыва, позволит улучшить смывные качества компакт-унитазов до оценки «хорошо» или «очень хорошо». «Отличное» же качество смыва можно получить, только если увеличить напор подачи воды, поступающей в чашу унитаза из-под его обода.
Увеличение давления напора воды, поступающей в чашу унитаза, — мировая тенденция. Американцы успешно занимаются этим с прошлого века. Подобную систему уже создают японские специалисты, существуют также разработки отечественных специалистов [6, 7], которые по разным причинам пока не нашли широкого применения.
