一種用於建築排水管道的止回裝置的製作方法
2023-06-01 22:26:41
本發明涉及給排水技術領域，具體涉一種用於建築排水管道的止回裝置。
背景技術：
止回裝置是排水管道系統中的重要裝置，除了要滿足排水的作用外，它還需要具有良好的隔絕作用，使得管道下的臭氣和溢水不會往上倒溢，因此止回裝置結構是否合理，性能是否良好會直接影響到室內空氣的質量，進而影響人的身心健康。
現有的一些止回裝置利用了彈簧、支杆的結構，但是由於止回裝置使用頻率極高，因此在長期的使用過程中，彈簧的彈性有可能會隨著使用次數的增多而逐漸降低，當彈簧的彈力降低到一定程度後，出現不可避免的物理疲勞，會使得防倒溢結構不能有效的回位，從而失去了防止汙水、臭氣倒溢的作用，汙染室內環境，不利居住人的身體健康。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種用於建築排水管道的止回裝置，使用壽命長，且具有良好的防回水、防臭氣倒溢的效果。
為實現本發明之目的，採用以下技術方案予以實現：
一種用於建築排水管道的止回裝置，包括圓筒、翻板、上翻板擋條、轉軸和下翻板擋條，其中：
轉軸橫穿翻板並將翻板分成面積不等的兩部分，翻板能夠圍繞轉軸轉動，翻板向上翻轉的部分稱為上翻板，翻板向下翻轉的部分稱為下翻板,下翻板的面積大於上翻板的面積；
在上翻板的下側邊緣和下翻板的上側邊緣分別設置有上翻板擋條和下翻板擋條，分別用於阻擋上翻板向下轉動和阻擋下翻板向上轉動，所述上翻板擋條和下翻板擋條設置在圓筒內壁上。
所述的止回裝置，其中：所述上翻板較厚，面積較小，為空心結構，空心內加入配重物，下翻板較薄，為實心平板，面積較大。
所述的止回裝置，其中：
上翻板擋條位於上翻板下部，一端與圓筒筒壁一體成型或者一端與圓筒筒壁固接，另一端呈水平板狀向外凸出，設置在上翻板邊緣的下部。
所述的止回裝置，其中：
在上翻板下邊緣與上翻板擋條上表面相對位置各設置有一個磁體，分別為第一磁鐵和第二磁鐵，第一磁鐵和第二磁鐵可互相吸附。
所述的止回裝置，其中：
在上翻板擋條上表面設置有密封墊。
所述的止回裝置，其中：
下翻板擋條位於下翻板上部，一端與圓筒筒壁一體成型或者一端與圓筒筒壁固接，另一端呈水平板狀向外凸出，設置在下翻板邊緣的上部。
所述的止回裝置，其中：
在下翻板擋條下表面設置有密封墊。
所述的止回裝置，其中：所述止回裝置還包括擋水蓋，所述擋水蓋設置在上翻板的正上方，擋水蓋的投影面積大於或者等於上翻板的面積。
所述的止回裝置，其中：
擋水蓋與圓筒內筒壁一體成型或固定連接，擋水蓋整體呈圓弧面狀結構。
所述的止回裝置，其中：上翻板面積通過公式(1)計算：
所述公式(1)中，R為翻板半徑；α為以翻板外邊緣為圓弧，轉軸為弦的圓心角的一半。
所述的止回裝置，其中：
上翻板形心到翻板圓心的距離由公式(2)計算：
上翻板形心到轉軸距離由公式(3)計算：
y1＝yd1-R·cosα (3)
下翻板面積由公式(4)計算：
下翻板形心到翻板圓心距離由公式(5)計算：
下翻板形心到轉軸距離由公式(6)計算：
y2＝yd2+R·cosα (6)。
所述的止回裝置，其中：
當排水管道有水流下時，翻板上有一定較小深度積水而不會打開，當水深繼續加大時，翻板將失去平衡，發生轉動，使積水流下，在極限平衡狀態，有如下平衡方程(7)：
m(R-R·cosα)+(w1+ρwgh1A1)·y1＝(w2+ρwgh2A2)·y2 (7)
式中，m為磁鐵吸力；w1為包括鉛塊在內的上翻板重量；ρw為水密度；g為重力加速度；h1為平衡時，上翻板上水深；w2為下翻板重量；h2為平衡時，下翻板上水深；
將公式(1)、(3)、(4)、(6)代入公式(7)，化簡後得到如下方程式
m、w1、h1、w2、h2、R可根據設計需要給出具體數值，則公式(8)是一個以α為未知量的非線性方程，求解該方程，得到α，則可以按下式(9)、(10)求得L1和L2
L1＝R-Rcosα (9)
L2＝2R-L1 (10)
根據L1和L2可確定轉軸位置；
或者，可根據設計需要確定L1、L2和α,將w1作為未知量，代入公式(8)，通過求解方程得到上翻板重量。
附圖說明
圖1為建築排水管道的止回裝置的縱剖視圖；
圖2為建築排水管道的止回裝置的橫剖視圖；
圖3為建築排水管道的止回裝置的立體結構示意圖；
圖4為建築排水管道的止回裝置的節點詳圖一；
圖5為建築排水管道的止回裝置的節點詳圖二；
圖6為翻板形心示意圖。
圖中附圖標記說明：1.圓筒；2.擋水蓋；3.下翻板；4.上翻板；5.上翻板擋條；6.上翻板橡膠墊；7.第一磁鐵；8.轉軸；9.鉛塊；10下翻板擋條；11.下翻板橡膠墊；12.第二磁鐵
具體實施方式
如圖1-5所示，建築排水管道的止回裝置包括：圓筒1、擋水蓋2、下翻板3、上翻板4、上翻板擋條5、上翻板橡膠墊6、第一磁鐵7、轉軸8、鉛塊9、下翻板擋條10、下翻板橡膠墊11、第二磁鐵12。
本裝置主要部件採用ABS工程塑料製作，下翻板3與上翻板4為一個整體部件，合稱為翻板，翻板為圓形平板結構，翻板中間有一根用不鏽鋼製作的轉軸8，翻板可以繞轉軸轉動。上翻板4較厚，面積較小，為空心結構，空心內加入鉛塊9作為配重，下翻板3較薄，為實心平板，面積較大。所述轉軸8橫穿過翻板，轉軸兩端固定在圓筒1的筒壁上，翻板在無水流衝擊的情況下處於水平位置。轉軸將翻板分為上翻板4和下翻板3兩部分，下翻板3的面積大於上翻板4的面積。
圓筒1內壁在上翻板4的下側邊緣和下翻板3的上側邊緣分別設置有上翻板擋條5和下翻板擋條10，分別用於阻擋上翻板向下轉動和阻擋下翻板向上轉動。
上翻板擋條5整體位於上翻板4下部，與圓筒1一體成型或者一端與圓筒1筒壁固接，另一端呈水平板狀向外凸出，設置在上翻板4邊緣的下部，在上翻板4下邊緣與上翻板擋條5上表面相對位置各設置有一個磁體，分別為第一磁鐵7和第二磁鐵12，在無水流入情況下，上翻板4受到的重力產生的對轉軸8的重力力矩大於下翻板3對轉軸8的重力力矩，而上翻板4下部有擋條5阻擋上翻板下落，此時翻板處於水平狀態，從而起到密封作用。在上翻板4邊緣處和對應的上翻板擋條5處設置的小磁鐵能夠通過磁力增強密封效果。在上翻板擋條5上表面還設置有密封墊，如上翻板橡膠墊6。下翻板擋條10整體位於下翻板3上部，與圓筒1一體成型或者一端與圓筒1筒壁固接，另一端呈水平板狀向外凸出，設置在下翻板3邊緣的上部，在下翻板擋條10下表面還設置有密封墊，如下翻板橡膠墊11，在上翻板擋條5與上翻板4接觸處安裝的橡膠墊6以及在下翻板擋條10與下翻板3接觸處安裝的橡膠墊11能夠提高裝置的密封性。
圓筒1內部上翻板4正上方有與筒壁連接為一體的擋水蓋2，如圖1、3所示，擋水蓋2的投影面積大於或者等於上翻板4的面積，擋水蓋2整體呈圓弧面狀結構，與圓筒一體成型或者其上部邊緣與圓筒1筒壁固接，下部邊緣向下與下翻板3接觸或距離極小的距離。當有水從上邊流下來衝擊翻板時，擋水蓋2阻擋水流衝擊上翻板4，而水流衝擊面積較大的下翻板3時，使翻板轉動，水得以流入下水管。當水流完後，由於重力作用，上翻板4對於轉軸8的力矩大於下翻板3對於轉軸8的力矩，於是翻板轉動，重新回到水平狀態，實現對下水管的密封。
當有反水時，水從翻板下往上湧，由於下翻板3面積大於上翻板4的面積，因此下翻板3受到的水壓力大於上翻板4，水壓力作用下，下翻板3對轉軸8的力矩大於上翻板4對轉軸8的力矩，使得具有下翻板3向上、上翻板4向下的轉動趨勢，而下翻板3上邊和上翻板4下邊均有擋條，在反水水壓作用下，翻板擠壓擋條，增強了密封性，阻止水向上湧，發揮了止回的作用。
本發明的建築排水管道的止回裝置利用重力實現對建築排水管的密封止回，具有結構簡單，可靠性高，堅固耐用、用途廣泛的特點。
下面對本發明裝置的結構參數、力學分析進行說明：
(1)排水時的力學分析
本發明的建築排水管道,有水流下時，翻板不會立即打開，當翻板上積水達到一定深度時，翻板在水壓力作用下打開，水排出。可以根據轉軸兩側力矩平衡條件求轉軸位置或求得上翻板的重量等。
圖6中，O為翻板圓心，O1為上翻板形心，O2為下翻板形心。
上翻板面積通過公式(1)計算：
公式(1)中，R為翻板半徑；α為以翻板外邊緣為圓弧，轉軸為弦的圓心角的一半。
上翻板形心到翻板圓心的距離由公式(2)計算：
上翻板形心到轉軸距離由公式(3)計算：
y1＝yd1-R·cosα (3)
下翻板面積由公式(4)計算：
下翻板形心到翻板圓心距離由公式(5)計算：
下翻板形心到轉軸距離由公式(6)計算：
y2＝yd2+R·cosα (6)
當有水流下時，翻板上有一定較小深度積水而不會打開，當水深繼續加大時，翻板將失去平衡，發生轉動，使積水流下。在極限平衡狀態(極限平衡狀態是翻板即將打開時的狀態，即當再有水流入，翻板將打開的狀態)，有如下平衡方程
m(R-R·cosα)+(w1+ρwgh1A1)·y1＝(w2+ρwgh2A2)·y2 (7)
式中，m為小磁鐵吸力；w1為包括鉛塊在內的上翻板重量；ρw為水密度；g為重力加速度；h1為平衡時，上翻板上水深；w2為下翻板重量；h2為平衡時，下翻板上水深。
將公式(1)、(3)、(4)、(6)代入公式(7)，化簡後得到如下方程式
m、w1、h1、w2、h2、R可根據設計需要給出具體數值，則公式(8)是一個以α為未知量的非線性方程，求解該方程，得到α，則可以按下式求得L1和L2
L1＝R-Rcosα (9)
L2＝2R-L1 (10)
根據L1和L2可確定轉軸位置。
也可以根據設計需要確定L1、L2和α,將w1作為未知量，代入公式(8)，通過求解方程得到上翻板重量。
(2)反水時的力學分析
有反水時，水從翻板下側向上湧，由於下翻板面積大於上翻板面積，在水壓作用下，下翻板對轉軸的力矩大於上翻板對轉軸的力矩，翻板有下翻板向上，上翻板向下的轉動趨勢，而翻板擋條阻擋了翻板的轉動，這時，翻板擠壓擋條上的橡膠密封墊，可有效阻擋反水的上湧，從而起到密封作用。
二、應用案例
(1)根據設計需要，確定R＝5cm，m＝0.008N，w1＝20g，h1＝0.7cm，ρw＝1g/cm3，w2＝7g，h2＝0.7cm。
將上述數據代入公式(8)，解方程，求得α＝1.12rad。
由公式(9)求得
L1＝2.84cm
由公式(10)求得
L2＝7.16cm
在該應用案例中，本發明止回裝置圓筒筒壁厚優選的可以是3.2mm，可插入直徑為110mm的排水管，用於馬桶底部的止回防溢。
(2)根據設計需要，確定R＝8cm，m＝0.02N，w1＝52g，h1＝0.7cm，ρw＝1g/cm3，w2＝22g，h2＝0.7cm。
將上述數據代入公式(8)，解方程，求得α＝1.20rad。
由公式(9)求得
L1＝5.09cm
由公式(10)求得
L2＝10.91cm。
在該應用案例中，本發明止回裝置圓筒筒壁厚優選的可以是4mm，可上下均將直徑160mm的PVC排水管插入圓筒中，用膠水固定，用於排水管道中段的止回防溢。
(3)根據設計需要，確定R＝5cm，m＝0.008N，h1＝0.7cm，ρw＝1g/cm3，w2＝6g，h2＝0.7cm，L1＝3.3，L2＝6.7，α＝1.22。
將上述數據代入公式(8)，解方程求得w1＝13.6g。可根據計算結果確定上翻板的重量及配重。
本發明利用重力和磁性力實現建築排水管道的止回防溢，並設置了擋水蓋防止水流對上翻板的衝擊，有利於翻板及時打開洩水，擋水蓋為弧形傾斜設計，有利於排出汙水，避免管道堵塞。同時，轉軸位置的設置及上翻板配重設計對該裝置的使用效果具有重要影響，轉軸位置設置及上翻板配重設計不恰當會導致翻板密封不嚴或翻板不能及時打開洩水等缺陷，本發明對該裝置進行了力學分析，給出了確定轉軸位置及上、下翻板面積的定量方法和上翻板配重重量的設計方法，為該裝置的應用提供了科學依據。本裝置具有結構簡單、可靠性高、堅固耐用、用途廣泛的特點。