Выход из ситуации, о котором было сказано во вступлении к статье, возможен за счёт создания российского унитаза, работающего на иных принципах, в частности, на воде с увеличенным давлением. Главное — создание унитазов, полностью соответствующих требованиям российского ГОСТ 13449–2017. Это влечёт за собой изменения не только в повышении показателей качества смыва, но и в конструкции узлов и элементов. В данной статье рассматривается возможность некоторого изменения формы чаши унитаза, а также геометрических параметров отводного канала. Кроме того, дано описание принципиально нового гидропневмоаккумулятора с ресивером, который используется вместо смывного бачка. Автором также приводится конструктивная схема нового в унитазной технике спускного клапана с высокой герметичностью и перспективной возможностью бесконтактного и даже дистанционного управления процессом смыва.

Почти все унитазы европейского типа, в том числе и российские, по многим основным показателям не удовлетворяют потребителей [1]. Их особые претензии — к качеству смыва. В ГОСТ 13449–2017 «Изделия санитарные керамические» (п. 10.3) под качеством смыва подразумевается способность унитаза с первого спуска переместить в канализационную сеть искусственную фекалию в виде шара диаметром 30 мм и плотностью 0,6 г/см³ [2]. Однако при полном спуске определяется также и качество ополаскивания чаши (п. 10.4), которое оценивается по остаткам синьки на поверхности чаши. Если синьки на внутренней поверхности чаши после спуска не остаётся, то ополаскивание считается удовлетворительным. Почему же существуют столь низкие требования к ополаскиванию чаши, если её вообще-то желательно очищать только рабочим смывом воды, а не ёршиком с последующим смывом водой?

Унитазы, изготавливаемые по современным устоявшимся требованиям, и их смывные бачки нагнетают воду в чашу под гравитационным напором от 0,16 до 0,4 м. Это средняя высота уровня воды в бачке над ободом унитаза. При таком напоре не обеспечивается необходимая мощность смывного потока, вытекающего из-под обода, для удовлетворительного очищения поверхности чаши, например, от мазов фекалий. Ведь, например, поливальные автомашины очищают дорожное покрытие водой под давлением, а чаша унитаза в существующих унитазах очищается всего лишь как бы «смачиванием», то есть относительно слабым гравитационным потоком.

В этом отношении унитазы с высоко располагаемыми смывными бачками обладали более высокой смывной способностью очищать чашу, так как бачки располагались над полом на высоте около 2 м, и вода в чашу поступала под напором до 2,5 м с учётом высоты трубы, соединяющей унитаз с бачком, и с её сифонирующим эффектом.

Со временем, из-за повышенной шумности и по эстетическим соображениям, а также из-за неудобств ремонта унитазы с высоко располагаемыми смывными бачками были вытеснены унитазами с низко располагаемыми смывными бачками и, в конце концов, компакт-унитазами. Компактность унитазов с их недостаточно удовлетворительным качеством смыва привела к необходимости создания устройств, позволяющих подводить воду к ободу унитаза под более высоким напором, соизмеримым с давлением в водопроводных сетях зданий. Обычно эти напоры могут составлять от 10 до 100 м (от 1 до 10 атм).

Первыми устройствами смыва содержимого унитаза под давлением в водопроводной сети стали полуавтоматические смывные краны (ГОСТы 11614–72, 11614–94, 11614–2019). Они могут устанавливаться в санитарных узлах промышленных, общественных и лечебных зданий для промывки унитазов, напольных чаш и других санитарно-технических приборов аналогичного назначения. Следует отметить, что расход воды у таких кранов должен быть не менее 2 л/с. Поэтому в жилых зданиях они практически не устанавливаются. На такие расходы водопроводные системы жилых домов не рассчитаны. В стояках жилых домов устанавливаются отводы с Dу15, которые рассчитаны на расходы воды до 0,5 л/с. В местах общественного пользования отводы должны иметь условный диаметр не менее Dу25. Для писсуаров смывные краны выпускаются отдельно от кранов для унитазов. У них совсем другие размеры основных элементов, а также от них требуются значительно меньшие расходы на смыв.

У смывных кранов для промывки унитазов есть недостатки, которые ограничивают их использование. Среди них следует отметить следующие: сравнительно высокий уровень шума; сравнительно малый срок службы; наличие в конструкции кранов эластичных уплотнений, работающих в крайне тяжёлых условиях на нижних этажах зданий; ограниченный диапазон давлений, при которых конкретные краны стабильно работают и обеспечивают требуемые показатели.

Работа почти всех европейских унитазов основана на принципе гравитационной подачи воды из смывного бачка в чашу унитаза.

Следующий этап создания смывных устройств для промывки унитазов водой с повышенным давлением — использование гидропневмоаккумулятора (ГПА), как накопителя воды с повышенным давлением. Например, специалисты американской фирмы Flushmate считают, что для качественного однократного смыва и экономии воды необходимо использовать арматуру, работающую под давлением, и автор с ними согласен. Они уже не один десяток лет создают унитазы с отличными показателями очистки чаши за счёт использования гидропневмоаккумуляторов в системах смыва.

Только американцы с их высокими технологиями могли создать ГПА без разделителя воздуха и воды, корпус которого полностью выполнен из полимерного материала. Данный корпус состоит из основания и верхней части и имеет форму, близкую к форме прямоугольной коробки. Нижняя и верхняя часть стягивается винтами с эластичной прокладкой между ними. В результате получается полимерная герметичная полость внутри прямоугольной коробки с необходимыми отверстиями в её стенках для подсоединения соответствующих клапанов впуска и выпуска воды. ГПА размещается в керамическом смывном бачке, которые используются и в «европейских» унитазах.

Работает такой гидропневмоаккумулятор следующим образом. В исходном состоянии в ГПА находится воздух под обычным атмосферным давлением. Как только в полимерную полость через соответствующий клапан начинает подаваться вода под давлением, эта поступающая вода, уровень которой постепенно поднимается, начинает сжимать воздух. По мере подъёма воды давление воздуха увеличивается вследствие его сжатия. Как только давление воздуха сравняется с давлением воды, поступление последней в аккумулятор прекратится. Гидропневмоаккумулятор готов к работе. После открытия спускного клапана вода под давлением начинает интенсивно поступать в чашу унитаза с огромным расходом, в два-три раза превышающим расход на смыв в европейских унитазах.


Сливной бачок унитаза с гидропневмоаккумулятором компании Flushmate (США)

Чаши американских унитазов хорошо очищаются, и ёршики нужны только при капитальной уборке, чего не скажешь про европейские устройства.

Американские потребители довольны своими унитазами. Но у них есть и недостатки, о которых потребители упоминают лишь вскользь. Один из них — значительный шум в моменты спуска воды. Ведь на разных этажах разное давление напора воды, которое увеличивается на 1 атм через каждые 10 м высоты стояков. В 17-этажном доме на первом этаже давление воды может составлять 8 атм, а на 17-м этаже оно упадёт до 3,5 атм. А с учётом гидравлического сопротивления труб в момент большого водоразбора — и до 1,5 атм. Поэтому на нижних этажах шум будет сильнее, чем на верхних. Со слов американских потребителей, шум от спускаемой воды иногда напоминает грохот реактивного двигателя.

Напрашивается вопрос: а нельзя ли установить редукционный клапан пред входом воды в смывной бачок (гидропневмоаккумулятор)? Ответ даёт практика. В таких системах, в конце концов, редуктор не ставится. Причиной является опасность возникновения явления, связанного с повышением давления после редуктора до значения давления в сети при длительном отсутствии расхода воды потребляющим его устройством, например, водоразборным краном. Этот недостаток имеется почти у всех известных гидроредукторов давления [3]. Только у одних он проявляется через несколько часов работы, а у других может проявиться через полгода и позднее. Однако уже есть примеры российских производителей, которые выпускали гидроредукторы давления без отмеченного недостатка, связанного с повышением давления после редуктора при отсутствии потребления воды из линии подвода воды.

Автором уже реализованной идеи, позволяющей получить такой важный результат, является ваш покорный слуга — автор настоящей статьи. Основная особенность этой идеи заключается в том, что седло капана гидроредуктора выполнено с относительно острой рабочей кромкой из нержавеющего и сравнительно твёрдого металла, например, из нержавеющей стали, а также в том, что эффективная площадь диафрагмы не менее чем в 30 раз больше, чем площадь центрального отверстия седла. Ещё один недостаток у только что рассмотренных унитазов без разделителя воздуха и воды заключается в том, что расход воды по мере её вытекания в чашу унитаза резко уменьшается пропорционально снижению уровня воды в гидропневмоаккумуляторе. Эффективность смыва была бы намного лучше, если бы давление в аккумуляторе не зависело бы от уровня воды в нём.

Другой недостаток рассматриваемых унитазов — в активном выделении мелкодисперсных частиц воды с вредоносными вирусами во время спуска воды, которые поднимаются над унитазом до высоты порядка 2 м и оседают на пол в течение почти восьми минут. Этот факт пугает американцев, поэтому они в период пандемии боятся посещать общественные туалеты, что ограничивает их активность в делах посещения мест общественного питания и других мероприятий сравнительно длительного посещения.

В процессе эксплуатации у унитазов фирмы Flushmate появился очень опасный для пользователей дефект — они начали взрываться. Этот взрыв был связан с разрушением гидропневмоаккумулятора. Поскольку в нём имеется газ под высоким давлением, то это приводит к разрыву пластмассового корпуса ГПА и, как следствие, к осколочному разрушению керамического бачка, в котором он размещён. В результате пострадало более 300 человек, и производитель был вынужден отозвать более тысячи унитазов. Сейчас унитазы этой серии перестали выпускаться. Уже выпускаются унитазы следующих серий, в которых стенки кожухов ГПА выполнены усиленными, но из тех же полимеров. Как известно, пластмассы и полимеры хорошо работают на сжатие. Использовать их в изделиях, долговременно работающих на изгиб и растяжение, просто нерационально из-за возможности разрушения. Ведь со временем полимеры, в отличие от металлов, быстро стареют, а их прочность ощутимо снижается.

Следует отметить, что рассмотренные выше гидропневмоаккумуляторы используются пока только в сифонирующих унитазах. Однако в городе Санкт-Петербурге нашёлся смельчак, который, даже не зная, что американские инженеры уже используют ГПА для накопления энергии воды с целью обеспечения качественного смыва, занялся проблемой применения гидропневмоаккумуляторов в унитазах европейского типа. Этот смельчак — Валерий Сергеевич Гурьянов. Он загорелся этой идеей, будучи главным инженером общежитий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ), изготовил лабораторные макеты, используя в качестве ГПА баллоны от огнетушителей, и установил их на каждом этаже общежития. Это произошло в начале 1990-х годов. Убедившись в эффективности своего дела (студенты были очень довольны, а у администрации пропала необходимость постоянно ремонтировать унитазы), он спроектировал и изготовил несколько образцов новых устройств и установил два из них в туалетах завода-изготовителя. Эти унитазы также подтвердили эффективность такого подхода. В. С. Гурьянов изложил свои идеи в журнале СОК [4]. Он выступал со своими предложениями на телеканале ТВЦ в программе «Фабрика мысли», а также на международной практической конференции «Энергетическая и экологическая безопасность — новый приоритет государственной политики», и стал победителем конкурса на лучшее энергосберегающее устройство. Кстати, В. С. Гурьянов вместо смывного бачка использовал баллон чечевицеобразной формы, выполненный из деформированных соответствующим образом и сваренных по контуру листов из нержавеющей стали. Это обезопасило «бачок» от разрушения под действием высокого давления.

Однако в настоящее время всё «заглохло», и никаких сдвигов не намечается. По-видимому, это произошло вследствие недостаточной государственной поддержки, отсутствия контактов с предприятиями-изготовителями унитазов, а также из-за неполной проработки конструкции устройства, что одиночному изобретателю вообще-то не под силу.

Что касается конструкции, то она имеет несколько недостатков. Наиболее существенными являются высокий уровень шума и наличие брызг, попадающих на пол, при давлениях в сети более 3 атм. Видимо, по этой причине изобретатель не установил у себя дома изготовленные в заводских условиях чудо-унитазы. По качеству смыва они — действительно чудо.

Однако продвигаемая В. С. Гурьяновым идея весьма стóящая, и она должна быть воплощена. Это очень важно с точки зрения решения проблем с питьевой водой во всём мире, а также в нашей стране.

Автор данной статьи на основании изучения проблем, возникающих при создании унитазов, работающих под давлением, нашёл причины неудач при создании предыдущих моделей и считает своим долгом поделиться этим со специалистами. Начнём с гидропневмоаккумуляторов. Почти во всех известных унитазах для повышения давления напора для качественного смыва применяются накопители без разделения сред. Однако интуиция и опыт автора подсказывают, что разделитель сред в ГПА должен быть в виде эластичной диафрагмы.

В водном хозяйстве широко используются гидропневмоаккумуляторы с разделителями сред в виде эластичных мембран. Схема одного из них приведена на рис. 1. В корпусе 1 ГПА, выполненном из стали, размещается эластичная диафрагма 2 чулочного типа, которая в верхней части имеет кольцевой выступ 3 в форме кольцевого диска. Крышкой 4 со штуцером 5, которые выполнены из нержавеющей стали, кольцевой выступ 3 диафрагмы 2 прижимается посредством, например, винтов 6 к торцу корпуса 1, обеспечивая герметичность уплотнительного узла. В нижней части корпуса 1 устанавливается узел 7 с обратным клапаном и с устройством, обеспечивающим временное подсоединение пневмонасоса для создания начального давления в пневматической части ГПА.


Рис. 1. Конструктивная схема гидропневмоаккумулятора мембранного типа (1 — корпус ГПА; 2 — эластичная диафрагма; 3 — кольцевой выступ; 4 — крышка унитаза; 5 — штуцер для подключения; 6 — винты; 7 — узел с обратным клапаном и специальным устройством)

В полость А через узел 7 закачивается воздух под номинальным давлением. В результате этого диафрагма обжимается этим воздухом и «сплющивается». Если в штуцер 5 подать жидкость под давлением несколько большим номинального давления воздуха, то диафрагма 2 будет расправляться за счёт увеличения объёма полости Б. После того, как давление в полости Б превысит величину номинального давления, диафрагма 2 начнёт раздуваться и давление в полости А будет также увеличиваться. В статическом состоянии оно будет всегда стремиться к равенству с давлением в полости Б. Наконец, при очень большом давлении в полости А диафрагма 2 раздуется и прижмётся к внутренним стенкам корпуса 1.

В конструкции рассмотренного гидропневмоаккумулятора есть один существенный недостаток. Поскольку мешок диафрагмы сильно растягивается, то, по статистике, он в конце концов разрывается. Если такой гидропневмоаккумулятор использовать в режиме работы унитаза (максимальные раздутия и сжатия), то быстрый разрыв эластичного разделителя сред неизбежен. В работе унитаза такое недопустимо. Кроме того, для работы в системе унитаза серийные образцы ГПА не годятся. У них очень маленькие значения проходных сечений штуцеров, что не позволит обеспечить требуемые значения расходов на смыв. Поэтому встала задача создать гидропневмоаккумулятор специально для работы в составе унитаза, и она оказалась решаемой.

Конструктивная схема предварительного варианта основного узла гидропневмоаккумулятора для работы в составе унитаза с повышенным давлением приведена на рис. 2. Следует сразу отметить, что этот основной узел ГПА будет обеспечивать незначительную зависимость изменения давления воды от степени изменения объёма полости Б, заполненной жидкостью, а также мембраны, так как его пневматическая полость специальной трубой должна быть связана с ресивером значительно большего объёма, чем полость А у основного узла ГПА. Этот ресивер является неотъемлемой частью ГПА, рассчитанного на работу вместо смывного бачка в системе унитаза.

Принципиальная конструктивная схема основного узла нового гидропневмоаккумулятора приведена на рис. 2. Его максимальный рабочий объём составляет примерно 3,5 л.

Следует отметить, что такие детали, как труба 3, ребра 4 и конус 5, должны быть выполнены из нержавеющей стали и как одно целое. Поэтому при создании макета их нужно скрепить сваркой. При серийном производстве данный узел с точки зрения упрощения и удешевления следует изготовить из твёрдых, но не хрупких сортов пластмассы.


Рис. 2. Конструктивная схема основного узла нового гидропневмоаккумулятора (1 — стальной корпус; 2 — крышка со штуцером; 3 — стальная труба; 4 — три стальных ребра под углом 120°; 5 — конус из нержавеющей стали; 6 — эластичный чулок-диафрагма; 7 — винты; 8 — штуцер; 9 — основание корпуса)

Основной узел гидропневмоаккумулятора работает следующим образом. В состоянии поставки эластичный чулок-диафрагма 5 находится в состоянии, как показано на рис. 2, то есть в расправленном. Длительное и кратковременное повышение давления воды в пределах допустимого значения (до давления тестовой опрессовки, которое составляет около 16 атм) внутри чулка-диафрагмы 5 не разрушит его, так как он, также в расправленном состоянии, прижмётся давлением воды к внутренней поверхности корпуса 1.

При снижении давления воды внутри чулка-диафрагмы 5 он под действием давления воздуха отодвинется от внутренних стенок корпуса 1. Снижение давления воды до минимальных значений приведёт к тому, что диафрагма 5 прижмётся под действием давления воздуха к трубе 3 и к поверхностям рёбер 4. В обоих случаях недопустимого растяжения эластичного элемента не будет, как это имеет место в ГПА, приведённом на рис. 1. Это — принципиально новый подход к проектированию гидропневмоаккумуляторов, который позволяет существенно увеличить безремонтный срок их службы.

Важным дополнением к основному узлу гидропневмоаккумулятора служит подсоединение его к ресиверу. Конструкции ресиверов могут быть разнообразными. Ведь они являются, по сути, замкнутыми ёмкостями с жёсткими стенками. Учитывая, что российский унитаз, схема которого здесь рассматривается, с точки зрения установки аналогичен инсталляционному унитазу, то следует и длину ресивера выбирать в соответствии с общепринятой высотой инсталляционной рамы, которая в среднем равна 1000 мм. Объём же ресивера (на основании опыта автора) можно выбрать раз в пять больше рабочего объёма основного узла ГПА. Поэтому, если ресивер выполнить из металлической тонкостенной трубы, то её диаметр следует выбрать равным 150 мм. Труба такого диаметра без проблем разместится в нише, где планируется установить и основной узел ГПА.


Рис. 3. Конструктивная схема одного из вариантов ресивера (1 — корпус; 2 и 3 — заглушки; 4 — штуцер; 5 — специальное устройство для подключения пневмонасоса)

Принципиально-конструктивная схема ресивера приведена на рис. 3. Он состоит из корпуса 1 в виде отрезка тонкостенной трубы, двух приваренных к торцам трубы заглушек 2 и 3. Кроме того, на боковой поверхности корпуса 1 установлен штуцер 4 для соединения рабочих пневмополостей основного узла ГПА и ресивера, также устройства 5 для подключения пневмонасоса.

Использование гидропневмоаккумулятора в системе спуска вместо смывного бачка не позволяет применять общепринятые модели унитазов с устоявшейся геометрией из-за их недостатков, проявляющихся в этом случае. Поэтому для новой системы спуска необходимо проектировать унитаз заново с учётом особенностей его работы.

В конструкцию нового унитаза, по сравнению с традиционными устройствами, следует внести следующие изменения:

1. Собственно унитаз выполнить приставным, чтобы скрыть гидропневмоаккумулятор за перегородкой туалетного помещения.

2. Подачу воды из-под обода унитаза в его чашу выполнить душевого типа для того, чтобы сформировать компактные и более действенные основные потоки воды в передней и тыльной частях чаши.

3. Увеличить проходное сечение отводного канала до значения, соответствующего сечению трубы диаметром не менее 100 мм, с целью уменьшения его гидравлического сопротивления.

4. Наклоны стенок чаши унитаза и их кривизну выполнить так, чтобы струи основных потоков попадали в центр зеркала отвода в дне чаши для обеспечения принудительной транспортировки содержимого чаши к выпуску отвода.

5. Обязательно должна быть предусмотрена функция «антивсплеск».

Конструктивная схема нового приставного керамического унитаза для работы на воде с повышенным давлением приведена на рис. 4.


Рис. 4. Конструктивная схема нового приставного керамического унитаза для работы на воде с повышенным давлением (1 — пьедестал унитаза; 2 — чаша; 3 — обод; 4 — отвод; 5 — пластмассовая вставка отвода; 6 — подвод воды на смыв; 7 — излом передней стенки чаши; 8 — излом задней стенки чаши; 9 — струи заднего силового потока; 10 — струи переднего силового потока; 11 — струи потока, омывающего чашу; 12 — понижение уровня воды в отводе в момент её спуска; 13 — уровень воды в отводе в режиме ожидания спуска)

Логика автора о принятии пяти вышеизложенных решений излагается ниже.

1. Почему выбран приставной, а не настенный (навесной) унитаз? Настенное устройство требует специальной, очень жёсткой поверхности для крепления, как это делается в общепринятых инсталляционных системах. В них к этой поверхности крепится не только унитаз, но и смывной бачок. В данном случае вместо бачка используется гидропневмоаккумулятор с ресивером, который свободно устанавливается на пол в нише, в которой могла бы помещаться рама инсталляционной системы. В этом случае не нужно «городить» раму, и можно более рационально использовать приставной унитаз, у которого примерно те же достоинства, что и у настенного, только нет необходимости во время уборки доставать тряпкой или шваброй поверхность пола под унитазом. Кроме того, у приставного унитаза отсутствуют проблемы прочности при большой нагрузке (до 400 кг).

2. Подачу воды из-под обода унитаза в чашу следует выполнить, используя методику открытого кольца. Подача воды от источника с повышенным давлением является не совсем удачным решением проблемы принудительного проталкивания содержимого чаши через канал отвода в канализацию. В этом случае сложно сформировать потоки необходимого качества, позволяющие выполнить эту задачу. Опыт показывает, что фронтальный поток, вытекающий из передней части обода, получается очень узким по сравнению с шириной зеркала воды входного отверстия отвода в донной части чаши. Кроме того, из-за разности гидравлического сопротивления каналов под ободом передний силовой поток будет отклоняться в сторону обода с менее мощным потоком. А поток воды, вытекающий из тыльной части обода, не обладает достаточной мощностью для обеспечения качественного смыва. Поставленную задачу формирования потоков проще и эффективнее решать, используя методику душевого формирования потока из-под обода унитаза. Кроме того, при душевой подаче воды из-под обода унитаза уровень шума значительно меньше, чем при каскадной подаче воды, особенно при повышенных её давлениях. При этом следует вспомнить об отзывах, в которых свидетели указывают, что при повышенных давлениях воды в подобных случаях шум вызывает ассоциацию с работой реактивного двигателя.

3. В современных европейских унитазах проходное сечение отводного канала специально несколько занижается для того, чтобы в момент спуска воды из смывного бачка поднять уровень воды в чаше. Отвод обеспечивает транспортировку содержимого чаши в канализационную сеть. При новом подходе к решению этой задачи сужение отводного канала наоборот усложняет транспортировку содержимого унитаза в канализационную сеть и требует большего объёма воды на качественный спуск. Поэтому для уменьшения объёма воды на спуск площадь сечения отводного канала необходимо увеличивать. Чтобы сохранить устоявшуюся величину осевой длины приставного унитаза, отвод следует выполнить прямоугольного сечения до его выходной части, которую необходимо выполнить круглым для подсоединения к канализационной трубе круглого сечения.

4. Почти у всех унитазов европейского типа чаши выполнены в виде опрокинутой вытянутой полусферы с отводом в нижней части. Исключением служат, кажется, унитазы завода керамики «Старый Оскол» и некоторые воронкообразные унитазы. Приёмная часть отводного канала унитаза обычно располагается во фронтальной, в тыльной или в центральной части дна чаши. Последнее не так важно, а вот полусферическая форма чаши — ухудшает качество смыва. Причины этого ухудшения в следующем. Поток, вытекающий из-под обода унитаза, сначала имеет вертикальное направление и обладает достаточной мощностью для принудительного перемещения воды в отводном канале в канализацию. Однако перед дном чаши он меняет свой путь от вертикального направления к горизонтальному. В результате вертикальная его составляющая и вертикальная мощность потока становятся нулевой. Поэтому содержимое чаши унитаза попадает в отводной канал самотёком, и вода в отводе движется только за счёт подъёма воды в чаше над начальным уровнем (при отсутствии расхода из смывного бачка). В итоге не происходит активной транспортировки лёгких фракций содержимого чаши унитаза в канализационную сеть. Это объясняет рекомендацию выполнять все части стенок чаши с наклоном близким к вертикальному направлению, но направленным в центр зеркала воды на входе в отводной канал.

5. Беда подавляющего числа отечественных (да и зарубежных унитазов воронкообразного типа) — отсутствие функции «антивсплеск». Это очень опасное явление, которое вместе с водой из отвода приносит на интимные части пользователя крайне вредную микрофлору. Для реализации «антивсплеска» наиболее широко применяются следующие четыре метода:

5.1. Выполнение унитаза тарельчатым. Метод очень эффективный, но с точки зрения ухода за ним очень трудоёмкий. Кроме того, такой подход не очень желателен с точки зрения запахов.

5.2. Выполнение унитаза козырьковым. То есть делается задняя стенка чаши с наклоном так, чтобы фекалии попадали не сразу в воду отвода, а сначала на наклонную заднюю стенку чаши, и медленно сползали в отвод. В этом случае всплеск отсутствует, но на козырьке остаются мазы от контакта с падающими фекалиями, которые плохо смываются потоком, вытекающим из-под обода унитаза, особенно, если мазы подсохнут.

5.3. Выполнение отвода таким образом, чтобы глубина воды над центром входной части отвода над его зеркалом воды не превышала 80 мм при плавном опускании нижней поверхности отвода. Это один из лучших методов борьбы с всплеском. Однако и у него есть незначительный недостаток. После завершения спуска иногда на нижней поверхности отвода остаются мазы от падающих туда фекалий. Они находятся в воде и опасности не представляют, кроме некоторого неудобства перед следующим посетителем туалета. При последующих спусках эти следы от фекалий полностью смываются.

5.4. Всплески воды при падении фекалий на её поверхность особенно часто возникают в воронкообразных унитазах. Пользователи, которых это не устраивает, обычно кладут перед дефекацией на зеркало воды бумажку, и всплеска не происходит. Однако, если позыв повторился, то следует на зеркало воды отвода снова положить ещё одну бумажку. Это требует повышенного внимания и очень неудобно при постоянном пользовании.

Из перечисленных методов, по мнению автора, самым рациональным является метод 5.3. Он применяется, например, в некоторых образцах унитазов фирмы Gustavsberg, и из всех «не очень хороших» является самым лучшим. Его следует только усовершенствовать.

Устройство и особенности работы унитаза, приведённого на рис. 4, сводятся к следующему. Вода под увеличенным давлением (планируется примерно 1 атм), что соответствует подъёму бачка на 10 м, в применяющихся в настоящее время спускных устройствах унитазов с помощью специального клапана подаётся по трубе или по шлангу в отверстие 6. Описание клапана спуска будет приведено ниже. Из отверстия 6 она поступает в канал в ободе 3 и через большое количество отверстий, выполненных на нижней поверхности обода, устремляется вдоль стенок чаши 2 к приёмному отверстию отвода 4, выполненному в дне чаши 2. В результате струи воды, попадая на зеркало приёмного отверстия отвода, принуждают воду отвода двигаться вглубь воды в канале отвода, и вся масса воды отводного канала начинает двигаться к его выходному отверстию. При этом исходный уровень воды в приёмном отверстии отвода опустится вниз до уровня 12. В этом случае имеет место эжекция воды отвода ниспадающими струями. В результате содержимое чаши также будет двигаться в том же направлении, что и вода в отводе.

После закрытия спускного клапана силовые струи 9 и 10 и струи омывающего потока 11 прекратятся, а уровень воды в донной части чаши унитаза окажется в исходном положении.

Имеющийся опыт позволяет дать рекомендации по количеству отверстий под ободом унитаза и по их диаметру. Для силовых струй 9 и 10 диаметр может быть выбран в диапазоне от 10 до 12 мм в зависимости от величины выбранного давления в пределах 1–3 атм. Большее давление напора может привести к нежелательной величине шумовых показателей. Количество силовых струй следует выбрать числом пять как в передней части обода, так и в задней его части. Количество омывающих струй зависит от размера периметра обода. Ведь они бывают круглые, овальные, прямоугольные и комбинированные. Главное, чтобы расстояние между отверстиями для формирования омывающих струй было равно приблизительно 20 мм или несколько меньшим. Диаметр отверстий омывающих струй должен быть в пределах 6–8 мм.

Что же касается внешних очертаний этого унитаза, то здесь автор согласен с любыми решениями дизайнеров.

В новой конструкции унитаза, способного работать на воде с повышенным давлением, необходим и новый спускной клапан, который сможет открывать поток, идущий на смыв, и прекращать этот поток с высокой степенью герметичности. При этом клапан должен пропускать расход воды на смыв до 3 л/с.


Рис. 5. Конструктивная схема кнопочного механизма спуска воды (1 — корпус; 2 — крышка; 3 — эластичная диафрагма; 4 — седло; 5 — шурупы; 6 и 7 — штуцеры для отвода и подвода воды; 8 — водопроводный штуцер; 9 и 10 — штуцеры для системы спуска; 11 — сквозное отверстие)

Конструктивная схема такого спускного клапана приведена на рис. 5. Это узел, состоящий из корпуса 1, крышки 2, эластичной диафрагмы 3, служащей одновременно в качестве запорного органа, и седла 4, выполненного из нержавеющей стали, а также из восьми стальных шурупов 5 с головкой увеличенного диаметра.

На наружных поверхностях корпуса 1 расположены пять штуцеров. Штуцер 6 служит для отвода воды на смыв от клапана к унитазу, а к штуцеру 7 подводится вода под давлением от ГПА. К штуцеру 8 через редуктор давления подводится вода от сети водопровода, а штуцер 9 служит для крепления трубки из эластичного материала, которая совместно с кнопочным механизмом участвует в процессе управления процессом спуска. Для этой же цели служит и штуцер 10.

В диафрагме 3 выполнено сквозное отверстие 11 малого диаметра, которое является необходимым элементом для управления положением диафрагмы 3 над седлом 4 при управлении этим процессом с помощью специального кнопочного механизма, устройство и работа которого будет рассмотрена ниже.

Работает рассматриваемый спускной клапан, пока без учёта кнопочного механизма, следующим образом. Если штуцер 7 будет находиться под давлением воды, а штуцер 10 будет заглушен, то на диафрагму 3 благодаря выполненному в ней отверстию 11 будет действовать одинаковое давление жидкости. Однако усилие воздействия на диафрагму сверху будет больше, чем снизу. Это будет происходить потому, что эффективная площадь диафрагмы сверху из-за наличия кольцеобразного гофра, то есть вогнутого изгиба диафрагмы, больше, чем её площадь в пределах диаметра седла 4. Поэтому в данном случае диафрагма 3 с достаточной силой будет прижиматься к седлу 4, обеспечивая высокую степень герметичности запорного узла спускной арматуры.

Рассмотренный случай герметично закрытого клапана имеет место при заглушенном штуцере 10. Если же данный штуцер 10 соединить со штуцером 9, давление в котором соизмеримо с давлением в штуцере 6, а давление в нём практически равно атмосферному, так как он подводит воду в чашу унитаза, то давление над мембраной 3 станет незначительным по сравнению с давлением в штуцере 7. В результате создастся результирующая сила, которая поднимет центр мембраны 3 вверх, тем самым появится полноценный расход на смыв унитаза. Если при том же давлении напора воды опять заглушить штуцер 10, то диафрагма 3 снова опустится, и её рабочая поверхность прижмётся к седлу 4, то есть поток воды к чаше унитаза снова прекратится.

В новом унитазе, по сравнению с устоявшимися «европейскими» унитазами, принципиально изменится и кнопочный механизм спуска воды.


Рис. 6. Кнопочный механизм спуска воды для нового унитаза (1 — сопло; 2 — диафрагма; 3 — толкатель; 4 — рычаг; 5 — ось; 6 — полость; 7 — пружина; 8 — регулировочный винт; 9 — П-образная стойка; 10 — основание; 11 и 12 — каналы; 13 — рамка; 14 — стержень; 15 и 16 — отверстия)

Его конструктивная схема приведена на рис. 6. Данная схема ещё сложна и недостаточно совершенна. Однако, если вспомнить историю развития и совершенствования летательных аппаратов, то, наверное, не удастся избежать этого и при создании унитазов, работающих на повышенном давлении воды. Для Европы это вообще дело новое, и в этом случае предстоит большая и кропотливая работа по доводке такой системы спуска воды.

Новый кнопочный механизм спуска работает следующим образом. Нижним концом пружина 7 упирается в свободный конец рычага 4 и обеспечивает прижим толкателем 4 центра мембраны 2 к рабочей поверхности седла сопла 1. В правом выступе основания 10 выполнен канал 11, по которому вода из штуцера 10 спускного клапана (рис. 5) по трубке (на рисунке не показана) поступает в канал 11. Левый канал 12 и полость 6 также с помощью трубки (не показана) соединяются со штуцером 9 спускного клапана (рис. 5). В результате спускной клапан будет закрыт, так как вода из его надмембранной полости выходить не будет.

Чтобы открыть клапан спускной арматуры, необходимо освободить сопло 1 (рис. 6) от закрывающей его мембраны 2. Для этого служит рамка 13 с жёстко связанным с ним стержнем 14. При смещении стержня 14 вверх до упора нижней планки рамки 13 в нижнюю поверхность основания 10 происходит подъём рычага 4, который поднимается, сжимая пружину 7. Сопло 1 откроется, давление в надмембранной полости спускного клапана (рис. 5) упадёт, и мембрана 3 отодвинется от седла 4, что обеспечит необходимое значение величины расхода на смыв. На стержне 14 можно смонтировать кнопку пуска (на схеме не показана), а кнопочный механизм можно закрепить на фальш-стене с помощью шурупов через отверстия 15 и 16 (рис. 6).

Основными достоинствами такого спускного клапана являются три момента.

1. Сравнительно низкое усилие на кнопку пуска.

2. Возможность бесконтактного (в том числе дистанционного) управления процессом спуска благодаря малым усилиям, необходимым для запирания сопла 1 (рис. 6). Последнее позволяет использовать для управления запорным органом сопла маломощные электромагниты.

3. Абсолютная герметичность запорного клапана спускной арматуры.

Заключение

Таким образом, эта статья является попыткой вырваться из кабалы, навязанной нам европейскими специалистами в области унитазов. Новый российский унитаз, то есть изделие, устройство которого рассмотрено здесь, по своим техническим возможностям превосходит все лучшие европейские унитазы. Идея его создания родилась в России. Высокое качество характеристик отечественного унитаза уже проверено опытом российских инженеров, а также подтверждено результатами испытаний макетов унитазов с повышенным давлением в системах спуска воды и в американских унитазах. Последним повезло с правилами разводки канализации под перекрытиями зданий. В Европе правила разводки канализационных труб над перекрытиями зданий сильно усложняют процесс создания унитаза с отличными эксплуатационными показателями, поэтому эти устройства не обладают достаточно хорошими качествами смыва содержимого чаши в канализацию, а также недостаточно эффективно очищают поверхность чаши. Ко всем европейским унитазам, даже к самым лучшим, необходимо приобретать ёршик и держать его рядом с унитазом для очистки стенок чаши после совершения дефекации. На фотографиях американских устройств редко можно увидеть ёршики. Они обычно хранятся в специальных шкафах и достаются только во время генеральных уборок. Кроме того, российский унитаз, в отличие от американского, отличается сравнительно низким уровнем шума и малыми объёмами на смыв при полном спуске. Изложенное делает российское устройство конкурентоспособным на мировом рынке продаж, а сам унитаз будет очень востребован россиянами, которые уже устали от неудовлетворительной работы существующих унитазов. Следует учесть, что новая конструкция будет потреблять на каждый полный спуск в два раза меньший объём воды (примерно 3 л), чем существующие сейчас унитазы.

И напоследок…

Сравнение европейских и российских ГОСТов по унитазам позволяет сделать вывод, что российские ГОСТы более совершенны. Однако, если по ним проверять качество характеристик унитазов, то выясняется, что лучшие европейские унитазы отвечают их требованиям примерно на 50–40%, а бюджетные — примерно на 25–30%. Для отечественных унитазов этот показатель — всего 15–20%. Это не просто непорядок, а беда, от которой нужно срочно избавляться. Каким образом? А это вытекает из содержания данной статьи. Очень хочется, чтобы отечественные специалисты, проектирующие современные унитазы, обратили на неё внимание и сделали нашу страну ведущей в деле создания устройств, характеристики которых соответствовали бы современным требованиям.