Рис. 1. Схема спускной арматуры сифонного типа с клапанным пуском
Рис. 2. Схема клапанно-поршневой спускной арматуры сифонного типа
Рис. 3. Схема спускной арматуры сифонного типа с гибким сильфоном
Рис. 4. Схема смывного бачка со спускной арматурой сифонного типа с поплавковым пуском
Рис. 5. Схема спускной арматуры сифонного типа для бачков, устанавливаемых на полочки чаш унитазов
Работа спускной арматуры может быть основана на различных принципах, которые определяют качество ее характеристик, срок службы, надежность, ремонтопригодность, удобство монтажа в смывные бачки различной конфигурации, удобство регулировки, стабильность эксплуатационных характеристик во времени, а также технологичность изготовления и стоимость. Автор планирует, что настоящая статья будет первой, в которой будет изложено устройство, работа, достоинства и недостатки существовавшей и применяющейся в настоящее наполнительной арматуры.
Из-за объективных требований, ограничивающих объем подобных статей, настоящая статья будет посвящена описанию и сравнению по основным показателям только спускных арматур, работа которых основана на использовании сифонного эффекта. Спускные арматуры с клапанными запорными элементами будут рассмотрены в последующих номерах этого журнала. Исторически сложилось так, что первые смывные бачки серийно выпускаемых унитазов располагались на высоте от 900 до 1900 мм от уровня пола до днища бачка.
Вода из смывного бачка в унитаз поступала с помощью трубы, наружный диаметр которой обычно составлял не более 50 мм. Такие высокорасполагаемые бачки часто встречаются и в настоящее время. Некоторые зарубежные фирмы для удовлетворения вкусов некоторой части потребителей выпускают их и сейчас. При этом учитывается не только ретроэстетика, но и отличные характеристики по среднему расходу на смыв.
Последний прямо пропорционально определяет качество смыва унитаза. Хорошее качество смыва в унитазах с высокорасполагаемыми смывными бачками получается благодаря сифонному эффекту в трубе, по которой вода из бачка поступает в унитаз. Под собственным весом эта вода с большой скоростью устремляется вниз — в чашу унитаза. Задачей спускной арматуры является организация начала спуска и обеспечение герметичного удержания воды в бачке после его опорожнения и последующего наполнения до заданного уровня.
Поэтому все спускные арматуры сифонного типа отличаются только по способу организации начала спуска и обеспечению герметичности наполненного смывного бачка. На рис. 1 приведена принципиальноконструктивная схема когда-то массово выпускавшегося сифонного спускного устройства с клапанным пуском. На дне 1 чугунного смывного бачка закреплен также выполненный из чугуна сифон 2, содержащий патрубок с седлом 3.
Клапан 4, выполненный также из чугуна, с уплотняющей резиновой прокладкой 5 в исходном положении перекрывает доступ воды в сливную трубу 6. В верхней части сифона 2 внутренняя перегородка 7 служит для этой же цели, если наполнительная арматура может обеспечить заданный уровень заполнения бачка.
В случае же, если клапан наполнительной арматуры в результате поломки или по другим причинам не может обеспечить заданного уровня наполнения бачка, то уровень воды в бачке поднимется, и вода через перегородку 7 будет поступать в сливную трубу 6, предотвращая тем самым затопление помещения. Начальный момент спуска воды обеспечивается за счет кратковременного подъема клапана 4 вместе с уплотняющей прокладкой 5 вверх.
Чтобы не усложнять схему, на ней не приведен механизм подъема клапана 4. Обычно его верхний конец шарнирно связывается с концом длинного плеча рычага первого рода, а к концу короткого плеча крепится шнур или цепочка с рукояткой на свободном конце. Ось рычага кинематически связана с бачком. При принудительном опускании вниз рукоятки пускового устройства клапан 4 вместе с прокладкой 5 поднимется вверх.
Вода из бачка начнет поступать в сливную трубу 6, заполняя ее. После отпускания рукоятки клапан 4 под собственным весом опустится вниз и прокладка 5 прижмется к седлу 3. В результате вода из бачка перестанет поступать в сливную трубу 6 через клапан, состоящий из эластичной прокладки 5 и седла 3, а будет «высасываться» из бачка через сифон 2 благодаря сифонному эффекту в сливной трубе 6, предварительно заполненной водой в начальный момент спуска.
Спуск воды из бачка будет продолжаться до тех пор, пока уровень воды не опустится до уровня среза нижней заборной части сифона 2. В этот момент смывное устройство начинает издавать громкие «мелодичные» низкочастотные звуки. После опорожнения сливной трубы смывной бачок снова наполняется водой до заданного уровня. Недостатков у смывных бачков с данной спускной арматурой (рис. 1) было более чем достаточно.
Например, в последний момент спуска арматура издавала сравнительно громкие звуки, извещавшие окружающих о завершении посетившим туалетную комнату естественных надобностей. Кроме того, после непродолжительного времени эксплуатации нарушалась герметичность запорного клапана и вода сначала тонкой струйкой, а затем в виде уже сравнительно большой струи постоянно поступала из бачка в чашу унитаза.
Для этого существовали две причины. Во-первых, быстрое разрушение рабочей поверхности седла 3 под действием воды, так как оно изготавливалось из чугуна. Во-вторых, прокладка 5 изготавливалась из резины, которая под действием воды разбухала, а ее пропитанная водой с различными солями структура разрыхлялась, из нее вымывались частицы разложившейся резины. Поэтому все отечественные бачки с использованием спускной арматуры, приведенной на рис. 1, постоянно «текли».
Этот недостаток усугублялся еще и тем, что в качестве наполнительной арматуры применялась арматура с латунным корпусом и резиновой уплотняющей прокладкой. Латунное седло также сравнительно быстро разрушалось за счет кавитационных процессов, а также из-за вымывания цинка из латуни под действием хлора и солей, растворенных в воде. Разрушалась также и резиновая уплотняющая прокладка. Все это вместе приводило к огромным непроизводительным расходам воды за счет утечек через разрушающиеся запорно-регулирующие органы спускной и наполнительной арматуры.
Кроме того, это раздражало пользователей унитазами настолько, что при существовавшем сантехническом обслуживании многие освоили технологию самостоятельного ремонта арматуры смывных бачков. Что же касается непроизводительных потерь объемов воды, то это проблемой не считалось, так как потребители платили за воду незначительные деньги. Индивидуальных водосчетчиков в то время практически не существовало, и практически все оплачивалось за государственный счет.
В это же время за рубежом стали появляться более совершенные конструкции спускной арматуры сифонного типа, в которых для увеличения безремонтного срока службы и с целью избавления от «вечно текущей» клапанной системы использовались более современные подходы к конструированию подобной арматуры. На рис. 2 приведена принципиальноконструктивная схема клапанно-поршневой спускной арматуры сифонного типа, когда-то получившая широкое распространение за рубежом.
Эта спускная арматура включает в себя сифонное колено 1, выполненное из пластмассы (материала более технологичного и стойкого к разрушительному воздействию воды), и объединенное с цилиндром 2. Через верхнее отверстие цилиндра 2 проходит шток 3, жестко связанный с поршнем 4, выполненным также из пластмассы. Над отверстиями в средней части поршня 4 установлен клапан 5, выполненный в виде тонкостенного диска из листа резины.
Эластичный клапан 5 вместе с периферийными частями в отверстиях диска поршня 4 выполняет роль обратного клапана. Длинная часть сифонного колена 1 крепится в отверстии дна 6 смывного бачка. В исходном положении, когда смывной бачок заполнен до заданного уровня, вода из бачка не может вытекать в чашу унитаза, даже если клапан 5 не может обеспечить идеальной герметичности, так как в этой конструкции обратный клапан не является клапаном запорным.
При кратковременном подъеме штока 3 вверх поднимется вверх и поршень 4, который благодаря наличию обратного клапана вытеснит воду из полости цилиндра 2 в сифонное колено 1, и она попадет в вертикальную часть трубы, соединяющей смывной бачок и чашу унитаза. После заполнения живого сечения сливной трубы водой возникнет сифонный эффект и вода из смывного бачка через обратный клапан в поршне 4 будет сливаться в унитаз для смыва.
После опорожнения смывного бачка через обратный клапан пойдет уже не вода, а воздух, и слив воды из бачка прекратится. Бачок снова наполнится водой до заданного уровня и будет готов к следующему спуску воды, а поршень 4 под собственным весом опустится в нижнее положение. К недостаткам спускной арматуры, приведенной на рис. 2, можно отнести наличие трущихся поверхностей элементов пускового устройства, сравнительно большое количество сложных деталей, а также то, что эластичный элемент обратного клапана выполнен из недостаточно стойкой к воздействию воды резины.
Кроме того, по сравнению с современной спускной арматурой клапанного типа у штока 3 очень большая величина рабочего хода, которая составляет величину более 50 мм. В современной спускной арматуре ход кнопки пуска составляет величину порядка 10 мм. Желание упростить конструкцию спускной арматуры и уменьшить количество ее деталей привело отечественных специалистов к созданию очень любопытной, но не очень удачной спускной арматуры сифонного типа.
Ее принципиально-конструктивная схема приведена на рис. 3. Это так называемая «спускная арматура с гибким сильфоном». В спускной арматуре с гибким сильфоном сливная труба 1 закреплена в отверстии дна 2 смывного бачка. К верхнему торцу сливной трубы 1 крепится сильфон 3, выполненный из пластмассы, например, из полиэтилена. Верхняя часть сильфона жестко связана с патрубком 4, выполненным в виде отрезка трубы, изогнутого под прямым углом.
К основанию патрубка прикреплен рычаг 5 с противовесом 6 на свободном конце рычага. Шнур 7 связан с противовесом 6 и выведен через боковую стенку смывного бачка через специальную пластмассовую втулку наружу, а на свободном конце шнура закреплена рукоятка для обеспечения пуска воды из смывного бачка. Спуск воды в этом устройстве осуществляется следующим образом. При вытягивании шнура 7 из бачка с помощью опускания вниз рукоятки сильфон 3 изогнется, патрубок 4 наклонится, и вода из бачка через горловину патрубка 4 по сильфону 3 потечет в сливную трубу 1.
После заполнения живого сечения сливной трубы 1 проявится сифонный эффект и вода из смывного бачка начнет активно вытекать в чашу унитаза. Опускание вниз рукоятки пуска производится кратковременно. После отпускания рукоятки пуска сильфон какое-то время останется в наклоненном состоянии по двум причинам. Во-первых, процесс спуска полного полезного объема смывного бачка длится около четырех секунд.
Удержание рукоятки пуска занимает одну-две секунды. За оставшиеся дветри секунды сильфон не успевает распрямиться из-за реологических свойств пластмассы, из которой он изготовлен. На скорость распрямления пластмассового сильфона оказывает также влияние и температура воды, которая может колебаться от +1 до +50 °C. Нижнее значение температуры воды наблюдается на нижних этажах зданий, а ее верхнее значение — в южных районах, где она может достигать даже +70 °C.
В итоге, при средних и пониженных температурах сильфон 3 вообще может не распрямиться до конца, а при повышенных температурах он может распрямиться преждевременно, и объем воды на спуск может значительно уменьшиться по сравнению с нормативным (менее 6 л). Последнее может существенно ухудшить качество смыва унитаза. Для предотвращения подобных явлений и служит противовес 6.
Он дольше удерживает сильфон в наклоненном положении и обеспечивает его более эффективное распрямление. На основании результатов эксплуатационных испытаний спускной арматуры с гибким сильфоном выявились ее следующие недостатки:
- нестабильность основных характеристик спускной арматуры в разное время года и при использовании в различных климатических условиях;
- пластмассовые сильфоны из-за образования трещин в местах изгибов быстро выходят из строя, особенно интенсивно они разрушаются в зимнее время;
- поскольку шнур 7 постоянно трется о стенки отверстия в направляющей пластмассовой втулке со сравнительно острыми краями, то он очень быстро перетирается и требует замены — это очень ощущалось, когда производители заменили шнур на капроновую леску.
Таким образом, погоня за простотой конструкции и желание сильно снизить себестоимость спускной арматуры привели к значительному экономическому ущербу для государства. Желание избавиться от недолговечных сифонов и резиновых клапанов, разрушаемых водой, заставляет специалистов работать над совершенствованием спускной арматуры сифонного типа.
Специалисты мечтают создать потенциально абсолютно надежную спускную арматуру, не требующую никакого ремонта в продолжении всего срока эксплуатации. В результате они почти добились желаемого результата. На рис. 4 приведена принципиальноконструктивная схема спускной арматуры сифонного типа с поплавковым пуском. Особенность этой арматуры заключается в том, что поплавок, необходимый для осуществления начала спуска, используется и как поплавок наполнительной арматуры, которая на рис. 4 изображена вместе со смывным бачком.
Здесь в дно бачка 1 вмонтирован сифон 2. Пусковое устройство 3 жестко связано с поплавком 4. В продольный паз пускового устройства входит рычаг 5, который жестко связан с валом 6 наполнительной арматуры 7. Свободный конец вала 6, выходящего из наполнительной арматуры 7, размещен в отверстии втулки 8, закрепленной на внутренней поверхности стенки бачка 1. Работает смывной бачок вместе с сифонной спускной арматурой и арматурой наполнительной следующим образом.
В исходном положении бачок заполнен водой до нормативного уровня. Поплавок 4 находится в верхнем положении, как и конец рычага 5. Поэтому наполнительный клапан закрыт и вода из водопроводной сети в бачок не поступает. При нажатии на пусковое устройство 3 поплавок 4 опустится вниз. Это приведет к подъему уровня воды в смывном бачке 1, а также в сифонном устройстве 2. В результате сифон «зарядится» и начнется процесс «высасывания» воды из бачка 1 в спускную трубу, что обеспечит интенсивную подачу воды в чашу унитаза на смыв до полного опорожнения смывного бачка.
Одновременно с опусканием поплавка 3 происходит поворот вала 6 через рычаг 5 и наполнительная арматура 7 обеспечивает поступление воды из водопроводной системы в бачок 1. После завершения слива воды из бачка начинается заполнение смывного бачка новой порцией воды. Поплавок 4 вместе с уровнем воды в бачке поднимается вверх, и в верхнем положении поплавка наполнительный клапан 7 перекроет поток воды из водопроводной сети и обеспечит готовность бачка к очередному ее спуску в чашу унитаза.
Несмотря на то, что данная рассматриваемая спускная арматура, схема которой приведена на рис. 4, состоит из элементов, не подверженных износу (сифон 2 с поплавком 4 и устройством пуска 3), она сопряжена с работой наполнительной арматуры 7, которая в приведенном сочетании со спускной арматурой в настоящее время еще не отличается высокой степенью надежности. Кроме того, в реальной конструкции подобного смывного бачка уровень воды в нем не превышал 150 мм, что требовало установки смывного бачка на высоте не менее 400 мм над полочкой унитаза.
При этом диаметр спускной трубы должен быть не менее 40 мм. Выше 400 мм бачок поднимать нельзя, так как потребителю необходимо легко дотянуться до пускового устройства 3. Из-за большого размера поплавка для пуска необходимо приложить достаточно большое усилие для опускания поплавка на глубину до 60 мм. Несмотря на то, что подобные смывные бачки даже выпускались серийно, в практике жилищного хозяйства они так и не прижились.
Однако желание сделать абсолютно надежные спускные устройства не покидает создателей спускной арматуры. Поскольку у спускной арматуры сифонного типа есть предпосылки для получения такого результата, то инженерная мысль продолжает развиваться в этом направлении. Следует также отметить, что вся история техники говорит о том, что ее совершенствование в основном идет по эволюционному пути.
Этот факт вытекает даже из анализа материалов настоящей статьи. Например, В. П. Румянцев приступил к совершенствованию спускной арматуры сифонного типа в то время, когда промышленность стала выпускать смывные бачки высотой более 300 мм. В них уровень воды в смывном бачке уже составлял 200–250 мм.
В результате оказалось, что спускная арматура сифонного типа, спроектированная под такие (высокие) бачки при установке их на полочки чаш унитазов уже могла обеспечить расходы на смыв до 1,7 л/с, что укладывается в требования ГОСТ 21485–94 и подтверждено результатами экспериментальных исследований макетов. Схема спускной арматуры сифонного типа, которую можно устанавливать на полочки чаш унитазов, приведена на рис. 5.
Переливная труба 1, переходящая в нижней части в сливную трубу, вместе со стаканом 3 закреплена в донном отверстии смывного бачка 2. Стенки стакана 3 охватываются с некоторым зазором двумя коаксиально расположенными и жестко связанными в верхней части перемычкой 6 цилиндрами 4 и 5. С помощью ребер 7 цилиндр 5 жестко связан с наружным стаканом 8. Последний снабжен поплавком 9 и стержнем пуска 10.
Этот стержень имеет центральное отверстие. Обычно оно заглушено, но если его открыть, то можно остановить спуск воды из бачка на любой стадии спуска. При нажатии на стержень пуска 10 наружный стакан 8 вместе с коаксиально расположенными цилиндрами 4 и 5 опустится вниз, и вода по зазору между цилиндрическими стенками наружного стакана 8 и цилиндра 5 начнет поступать в переливную трубу 1, а затем в сливную трубу, обеспечивая возникновение сифонного эффекта вплоть до полного опорожнения смывного бачка.
Попадание воздуха из бачка в сливную трубу прерывает сифонный эффект, после чего вода из водопроводной сети будет поступать в смывной бачок через наполнительную арматуру. Подъем уровня воды в смывном бачке благодаря поплавку 9 поднимет вверх и подвижную систему, состоящую из стакана 8 и цилиндров 4 и 5. Благодаря воздушной пробке в верхней части между цилиндрами 4 и 5 вода из смывного бачка не будет поступать в переливную трубу 1.
Следует отметить, что рабочий ход стержня пуска 10 составляет примерно 60 мм. Усилие же нажатия на стержень пуска составляет величину не более 3 Н. Это на порядок меньше, чем усилие, которое необходимо приложить для пуска спускной арматуры, приведенной на рис. 4, при том же рабочем ходе пускового устройства. В заключение статьи автор хочет поблагодарить начальника испытательного центра «Сантехоборудование» НИИ сантехники Ю. В. Вихрова и инженера В. П. Румянцева за консультативную помощь, оказанную автору при работе над настоящей статьей.
