Это было давно, но было. После замены спускной арматуры в каком-то венгерском унитазе, проверив качество спуска унитаза без крышки, я установил крышку и собрался уходить. Уже на выходе из квартиры выяснилось, что унитаз очень вяло спускает воду. Сняв крышку, я проверил спуск. Он оказался достаточно интенсивным, и я снова установил крышку. Спуск стал вялым... Положив под крышку обрезки электрического провода, я получил удовлетворительный спуск воды из смывного бачка в чашу унитаза.
Оказалось, что крышка так плотно прилегает к верхнему торцу смывного бачка, что в момент спуска воды под крышкой бачка возникает вакуум, поэтому вода вяло протекает через спускной клапан арматуры. Прокладывая между крышкой и торцом бачка обрезки электрического провода, я соединил внутренний объём смывного бачка с атмосферой. Вообще, в баках для жидкости, объём которой может изменяться, часто пользуются таким техническим приёмом. Узел, который соединяет внутренний объём бака с атмосферой, принято называть сапуном. Через него, по мере изменения объёма жидкости в баке, атмосферный воздух направляется в бак или из бака. Этот процесс в больших баках сопровождается звуками, напоминающими сопение. Отсюда и название — сапун.
Первые смывные бачки компакт-унитазов обходились без специально выполненных сапунов, так как в то время применялась наполнительная арматура боковой подводки. Её могли ставить как с левой, так и с правой стороны. Поэтому в стенках смывных бачков с боковой подводкой выполнялись обычно два отверстия (слева и справа). В одно отверстие устанавливалась наполнительная арматура боковой подводки, а второе (незанятое) служило в качестве сапуна.
Со временем стали внедряться смывные бачки с нижней подводкой воды как более эстетичные. Отверстия, которое служило в качестве сапуна в бачках с боковой подводкой, не стало. С этого момента иногда стали возникать проблемы с интенсивностью спуска воды из смывного бачка. Поэтому в некоторых смывных бачках в верхних торцах задних стенок стали делать прямоугольные занижения. Их высота была больше, чем высота отбортовки крышек. Поэтому такое отверстие служило в качестве сапуна.
Появлялись и другие конструкции сапунов. Например, крышка выполнялась прямоугольной, а края задней стенки бачка выполнялись по краям в виде уступов вовнутрь бачка. Поэтому, когда крышка ставилась на место, то в углах между смывным бачком и крышкой образовывались отверстия, которые служили также и в качестве сапунов. Однако выступы вовнутрь бачка иногда мешали установке наполнительной арматуры, и поэтому такие конструкции постепенно перестали появляться.
По технологическим причинам на верхней части задней стенки бачков стали выполнять круглые отверстия, которые от первоначальных диаметров в 26 мм постепенно уменьшались и в конце концов стали равными 10-12 мм. В одной из зарубежных конструкций смывного бачка с нижней подводкой было выполнено даже два отверстия диаметром около 7 мм.
В ООО «Инкоэр» был также разработан механизм кнопочного пуска, совмещённый с сапуном. Однако его испытания с разными конструкциями смывных бачков, как в ООО «Инкоэр», так и в других организациях местными специалистами, не всегда подтверждали эффективность работы сапуна, совмещённого с кнопочным механизмом пуска.
Потребовалось много времени для того, чтобы выяснить причины, объясняющие разную оценку эффективности работы сапунов.
Встречались также смывные бачки, в том числе и зарубежного производства, когда специально выполненный сапун отсутствовал, а смывной бачок с нижней подводкой обеспечивал сравнительно интенсивный спуск воды.
С целью выяснения причин существования условий для работы сапунов с разной эффективностью в ООО «Инкоэр» были проведены специальные экспериментальные исследования. Эти исследования проводились со смывными бачками разной геометрии, но с нижней подводкой воды.
Ещё раньше было замечено, что на эффективность спуска воды оказывает зазор между смывным бачком и его крышкой. Поэтому в последующих опытах этот зазор герметизировался с помощью пищевой полиэтиленовой плёнки. Для этого от рулона длиной 290 мм отрезалась часть длиной примерно 70-75 мм, и этой плёнкой закрывалась щель между бачком и крышкой.
Далее вместо кнопочного узла в отверстие в крышке вставлялся дном вверх стакан диаметром 40 мм и высотой 65 мм с опорным диском на расстоянии от дна, равном 50 мм. В дне этого стакана было выполнено отверстие, через которое потом, после монтажа стакана на крышке бачка, будет вставлен стержень, нажатием на который осуществляется спуск воды из бачка. На боковых стенках стакана на равномерном расстоянии друг от друга выполняются шесть отверстий диаметром 11,5 мм. Это расстояние должно обеспечить возможность их заклеивания отрезками липкой ленты с возможностью открытия каждого отверстия отдельно от других. В процессе испытаний выяснилось, что для фиксации результатов при малых значениях средних расходов необходимо на торце стакана выполнить ещё два отверстия диаметром 8 мм и одно отверстие 6 мм. Нижняя часть этого приспособления крепится на крышке и герметизируется вместе с опорным диском приспособления с помощью пластичной оконной замазки.
Объём воды, поступающей в смывной бачок, замеряется с помощью водосчётчика, устанавливаемого на входе воды в наполнительную арматуру.
Испытания смывного бачка производится без его установки на смывной бачок, а имитация гидравлического сопротивления спускного канала унитаза осуществляется посредством насадки с суммарной площадью сечения, равной 14,5 см2, в соответствии с пунктом 7.3 ГОСТ 21485-94.
Время истечения воды из смывного бачка замеряется с помощью ручного секундомера.
Несколько иначе было выполнено аналогичного назначения приспособление в керамическом бачке с маленькой пластмассовой крышкой и прямоугольной кнопкой пуска. Такие бачки ранее выпускала фирма Gustavsberg.
Для этой цели была удалена прямоугольная кнопка пуска, а над образовавшимся прямоугольным отверстием с помощью пластичной оконной замазки была установлена сравнительно тонкая пластина из прозрачного оргстекла размером 120 х 90 мм, приподнятая над поверхностью пластмассовой крышки примерно на 10 мм. В этой пластине были предварительно выполнены шесть равномерно удалённых друг от друга отверстий диаметром 11,5 мм. Зазор между пластмассовой крышкой и верхним торцом смывного бачка герметизировался также с помощью пластичной оконной замазки.
В результате были получены графики зависимости среднего расхода на смыв от величины площади сечения сапунных отверстий. Средний расход воды через спускную арматуру (на смыв), в соответствии с пунктом 7.3 ГОСТ 21485-94 определялся как частное от деления значения величины полезного объёма бачка на время истечения этого объёма воды из бачка через спускную арматуру. Время истечения определялось секундомером, фиксируя начало и окончание истечения воды из патрубка.
Площадь проходного сечения отверстий сапуна изменялась следующим образом. Сначала все сапунные отверстия индивидуально заклеивались изоляционной лентой. Далее в процессе измерений эти отверстия последовательно после каждого замера освобождались от заглушек в виде липкой ленты. Таким образом увеличивалась площадь проходного сечения сапуна.
На рис. 1 приведены графики зависимости среднего расхода воды на смыв Qср от площади сапунного отверстия S, полученные на различных смывных бачках и с разными спускными арматурами.
Каждый график 1-3 пронумерован и далее отдельно рассматривается подробно. Поэтому ниже под соответствующим номером будут изложены некоторые особенности получения каждого конкретного графика.
1. Унитаз Gustavsberg. Он был сразу после установки слегка модернизирован, так как после его покупки, а также после пользования тарельчатым унитазом ощущалась некоторая нехватка расхода воды на смыв. Поэтому в новом унитазе был увеличен уровень воды в бачке за счёт увеличения длины переливной трубы на 35 мм. Остальные показатели пользователей вполне устраивали. Например, у этого унитаза хорошо работал «антивсплеск», отсутствующий у многих других воронкообразных унитазов. Кроме того, по сравнению с тарельчатым унитазом после опорожнения в туалете практически отсутствовал запах.
Анализ кривой 1, полученной при испытании унитаза Gustavsberg, показывает следующее. При заглушенных сапунных отверстиях средний расход на смыв Qср составляет всего 1,3 л/с, которого для качественного смыва недостаточно. С увеличением площади сапунного отверстия за счёт включения в работу других заклеенных отверстий средний расход на смыв плавно увеличивается, а после достижения площади сапуна, равной 5 см2, кривая становится горизонтальной. Следует отметить, что кривая 1 на последнем участке перед переходом к горизонтальной линии меняется менее интенсивно, чем на начальном участке. В связи с этим возникает вопрос: какую же площадь сапуна следует выбрать? Настоящий исследователь скажет: «Конечно, пять квадратных сантиметров!»
Однако существуют «горячие головы», которые считают, что по ряду причин, в том числе технологических и эстетических, эту площадь можно сделать и меньшей вплоть до 1,5 см2. В результате средний расход уменьшится только на 7-8 %. Мол, подумаешь, какая важность...
А ведь это существенная ошибка.
Разработанная в ООО «Инкоэр» новая методика определения эффективности транспортировки содержимого унитаза в канализационную сеть с помощью шаров определённой плотности позволяет подтвердить утверждение, что площадь сечения сапуна должна быть не менее 5 см2, и занижать её не следует.
Это следует из результатов тестирования унитаза фирмы Gustavsberg. В серийном унитазе в качестве основного сапунного отверстия служит зазор между прямоугольной кнопкой пуска и прямоугольным отверстием, в котором она размещена. Приведённая площадь этой щели вместе со щелями между пластмассовой крышкой и торцом керамического бачка составляет не более 2 см2. Поэтому приращение расхода на смыв при увеличении площади сапуна до 5 см2 будет составлять только около 6 %.
Экспериментальное определение эффективности смыва говорит о том, что слегка модернизированный смывной бачок транспортировал в канализацию с одного пуска опытные шары плотностью 0,5 г/см3 и более. Шары плотностью 0,4 г/см3 оставались в чаше унитаза.
После увеличения площади сечения сапунного отверстия до 5 см2 за счёт подъёма задней части крышки и удаления некоторых рёбер на её нижней поверхности результат не заставил себя ждать. С одного спуска из чаши унитаза отправлялся в канализацию шар плотностью 0,4 г/см3. Шаров меньшей плотности под рукой пока не оказалось, но и этот результат — просто отличный!
Кстати, этот факт говорит о больших возможностях новой методики определения эффективности транспортировки содержимого чаши унитаза в канализационную сеть. Она обладает необыкновенной информативностью и высокой чувствительностью к изменению параметров унитазной системы. Ни одна из существующих методик такими свойствами не обладает.
2. Смывной бачок Santeri. Это плавно расширяющийся кверху бачок глубиной 320 мм с установленной в нём экспериментальной спускной арматурой, клапан которой имеет минимально возможное гидравлическое сопротивление. Его гидравлические характеристики соизмеримы с характеристиками лучших зарубежных спускных арматур. Экспериментально полученная зависимость среднего расхода воды от площади сечения отверстия сапуна на рис. 1 обозначена цифрой 2. Анализ данной кривой показывает, что и в этом случае кривая переходит в горизонтальную прямую при значении площади сечения сапуна, равной 5 см2.
В процессе испытаний был также проведён эксперимент по выявлению влияния начального объёма воздуха под крышкой бачка на характер поведения кривой Qср = f(Sс). С этой целью к внутренней поверхности крышки был прикреплён кусок пенопласта с вырезами под наполнительную и спускную арматуру, который практически занял весь объём между внутренней поверхностью крышки и зеркалом воды при заполненном ею штатным полезным объёмом воды.
Результаты эксперимента показали, что и в этом случае новая кривая полученной характеристики в точности ложится на кривую, полученную без пенопластового вкладыша. Граница перехода плавной кривой в горизонтальную прямую по-прежнему находится на 5 см2.
3. Тот же смывной бачок Santeri, но со стандартной спускной арматурой. Её гидравлические характеристики несколько хуже, чем у экспериментальной спускной арматуры, но она массово выпускается и приобретается потребителями. Анализ характеристики 3, приведённой на рис. 1, указывает также на то, что минимальное проходное сечение сапуна должно быть не менее 5 см2.
Теперь следует выяснить причину, по которой специально выполненный сапун в смывном бачке не всегда подтверждает его необходимость. Оказалось, что причина кроется в наличии зазора между крышкой и верхним торцом смывного бачка. В керамических бачках с керамическими крышками периметр этого зазора составляет от 600 до 1000 мм. Чтобы получить проходную площадь сечения зазора, равную 5 см2, даже при периметре около 600 мм достаточно зазора усреднённой величиной порядка 0,8 мм.
Если же внимательно осмотреть и измерить смежные поверхности крышки и бачка, то можно обнаружить, что «пропеллерность» крышки и плоскости торца смывного бачка, а также отклонение от прямолинейности контактирующих поверхностей и их микронеровности уже автоматически обеспечивают требуемую площадь зазора между крышкой и бачком. Вспоминаю, что контактирующие поверхности того бачка и его крышки, с которыми мне когда-то «посчастливилось» встретиться, были очень гладкими и, по-видимому, шлифованными после отжига. Так сейчас уже не делают. Экономят на уменьшении технологических операций. И правильно делают! Зачем делать какие-то специальные сапунные отверстия, когда такого же эффекта можно добиться, обеспечив гарантированный зазор между крышкой и бачком. Вариантов такого технического решения может быть много, и из-за ограниченного объёма статьи они здесь не рассматриваются. В связи с изложенным возникает важная практическая задача, связанная с проблемой определения достаточности площади сечения сапуна, реализованного в виде щели между крышкой и бачком. Ведь проконтролировать величину этого зазора простыми замерами сравнительно сложно и трудоёмко. Однако она решается сравнительно просто. Для этого необходимо сначала определить средний расход на смыв без крышки, а затем — с крышкой. Если они одинаковы, тогда всё в порядке. Если же средний расход с крышкой меньше, то нужно принимать соответствующие меры. Самое интересное — это то, что в практике «унитазостроения» уже есть прецеденты, когда щель между бачком и крышкой преднамеренно используется в качестве сапуна.
Ещё пример. Минский завод «Стройфарфор» на верхней части задней стенки бачка выполняет отверстие диаметром около 12 мм, что с учётом деформаций при отжиге составляет площадь около 1 см2. Для сапуна эта площадь недостаточна, но спуск получается хороший. С их слов это подтверждается периодическими испытаниями во Франции. Почему? Да потому, что к этому 1 см2 добавляется не менее 4 см2 зазора между верхним торцом бачка и крышкой, но минчане этого, видимо, не знают, так как, несмотря на сложности, связанные с выполнением этого отверстия, они продолжают его делать.
И вообще, почти все отечественные предприятия, выпускающие керамические унитазы, никаких специальных сапунов не делают, и всё это им «сходит с рук». Правда, иногда им помогает спускная арматура производства компании ООО «Инкоэр», в которой предусмотрен сапун, совмещённый с кнопочным механизмом спуска воды из бачка.
В последнее время появляются унитазы, у которых керамические смывные бачки выполнены вверху слегка закруглёнными. При этом крышка получается уменьшенного размера и выполняется пластмассовой. Вот в таких бачках может возникнуть проблема, связанная с недостаточно большой площадью сечения отверстия сапуна. Об этом было упомянуто выше на примере унитаза Gustavsberg.
Вопрос, который поставлен в заголовке статьи, имеет однозначный ответ. Сапун в смывном бачке компакт-унитаза нужен обязательно. Однако площадь его отверстия должна быть не менее 5 см2. В большинстве случаев, особенно у бачков с керамической крышкой, рациональнее совмещать сапун с щелью между крышкой и бачком, а не делать его в виде специального отверстия.
