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水龙头的故事:起泡器的前世今生
2018-04-04 15:50:00 作者:PARADOX 来源:中洁网 6.5w 6 76

  今天,咱们聊聊水龙头的流量调节器(见下图),它通常安装于水龙头的出水口处,俗称起泡器、水口(以下统称起泡器),关于这个产品,我计划做三期内容。

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  起泡器

  一、发展

  起泡器是家庭供水管路终端产品的重要配件之一,但其功能往往被用户忽视,最初的水龙头是没有配备起泡器的,如下图所示。

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  早期的水龙头

  早期人们用水的状态是这样的:当水龙头打开时,水会一下冲出出口,流速大、初速度方向没有约束,水流不是直线的而是近似于圆锥状且表面无规则的,水时常喷到不必要的地方甚至溅到用户身上。虽然不带起泡器的龙头用起来流量大、出水痛快,但也存在一些问题。

第一是浪废水,一般居民家中的供水压力在0.3MPa左右,龙头一打开出水就已经处于最大流速,调节范围有限,水流没有约束,这导致部分水流没有得到有效的利用,比如洗菜,一个流量大且没有约束的水流既浪费了水还没有把菜洗干净;第二是龙头的出水形状不稳定,水很容易溅到用户身上;第三是出水有杂质,供水管路中的杂质会随水流流出,带有杂质的水会被放掉,这也造成了水资源的浪费;第四是出水压力没有限制,出水压力大,水打到人皮肤上会有疼痛的感觉。

  为了解决水龙头出水时水花飞溅的问题,伟大的发明家们在水龙头出水口处车出螺纹,将配套的内壁光滑的金属环拧在出水口上,形成了龙头的束流器,如下图所示,这也是早期水龙头出水口被叫做Flow regulator(束流器)的原因。

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  束流器(类似于洗衣机龙头的出水口)

  为了过滤水中的杂质,人们又在束流器上面加了不锈钢丝网,如下图所示,这样起泡器的雏形便形成了,通过适当增加不锈钢丝网层数和孔眼密度(目数)还可以达到限流的目的。

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  不锈钢丝网起泡器

  在实际使用中,人们发现金属结构的丝网表面容易与水和空气发生反应,出现结垢或生锈现象,这会导致水龙头出水不畅,另外,钢丝网起泡器对供水压力没有调节作用,供水压力越大龙头出水流量越大,这影响了人们的使用舒适度。

  起泡器产品的研发起步于欧洲,企业通过数十年的实践和研究发现塑料材质在精密加工、产品性能提升等方面有更大的空间,如今有更多的生产企业选用POM塑料作为起泡器产品的主材,如下图所示。

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  五颜六色的起泡器

  目前,市场上的大部分水龙头都配备起泡器,下面这张图覆盖了起泡器的基本功能。

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  起泡器基本功能图

  二、原理、结构

  起泡器是如何工作的?

  起泡器的出现给水龙头的发展带来了质的飞跃,在我们的生活中,很多产品发明和创造的原理都会蕴含着很(看)深(不)奥(懂)的科学道理,起泡器产品也是如此。

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  我查阅了WIKIPEDIA中对于Aerators 的介绍后得知,起泡器的基本工作原理是物理学中的“伯努利原理“,百度百科解释:伯努利原理往往被表述为:

  p+1/2ρv2+ρgh=C....................................伯努利方程

  式中: p为流体中某点的压强;

      v为流体该点的流速;

 ρ为流体密度;

  g为重力加速度;

   h为该点所在高度;

C是一个常量

  “伯努利原理”是流体物理中很重要的原理,很多现象都能用它解释,比如飞机起飞的原理等。

  此处敲黑板,划重点,“伯努利原理”的推论是:等高流动时,流速大,压力就小。为了方便大家理解“伯努利原理”,我用俗语解释下,那就是:起泡器让“打脸”变得不疼了。

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  什么这么说呢? 因为起泡器通过提高出水速度(水流速的单位m/s 而不是L/s,单位很重要)而降低了水打在身体的体感压力。这个试验其实很好验证,当您在Shower的时候把淋浴器的顶喷花洒取下来,直接在管子下沐浴,皮肤会被水砸的生疼,淋浴器装上顶喷花洒后出水就柔和很多,花洒起到提高出水速度,降低体感压力的作用,这里花洒的功能就类似于起泡器。

  起泡器是如果混气的?

  起泡器的混气过程如下图所示:

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  混气过程

  第一步:空气进入起泡网(如下图白片所示),水流被打散与空气混合;

  第二步:通过下一层或者两层滤网格栅,水、气混合后均匀喷出形成水流。

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  起泡网

  混气结果如图所示:

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  好多泡泡

  起泡器的基本结构

  起泡器的基本结构如图所示:

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  起泡器结构图

  起泡器实物拆解如图所示:

  第一排左起: 白色格栅,灰色格栅,白色起泡网;

  第二排左起: 粉色限流片,透明滤网,外壳。

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  实物拆解图

  三、分类

  常见的起泡器分为恒流型和限流型两种。在北美、澳洲地区,水龙头使用恒流型的起泡器才能符合当地节水标准的要求。从使用效果上说,在不同的供水压力下,恒流型的起泡器相较于限流型起泡器流量波动更小。

  限流型起泡器

  限流型的起泡器核心工作原理是这样的:滤片(如下两图所示)进水端孔大,出水端孔小(下面两图是等距拍摄的限流片进、出水两面),通过这个设计来限制水龙头出水流量。

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  限流片出水端 

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

限流片进水端


  恒流型的起泡器

  恒流型起泡器工作原理我见过的有两种,一种是通过水压橡胶圈变形(水压越大,橡胶被压缩的越厉害)来达到恒流的效果,如图所示。

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  另外一种是采用水压金属垫片变形的原理来控制水流量,如图所示,这个点就要说下国货了,这个设计还是挺令我惊讶的,也许用金属片来做限流的效果要好于橡胶。

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  这里我用也许是因为目前可查的标准中对于限流装置的寿命要求是1万周期,虽然采用橡胶圈限流结构和金属垫片限流结构的产品都能符合标准要求,但在更长使用周期下,金属材料做为起泡器的核心部件也许会更优秀,因为供水水压强度远低于金属的疲劳强度,还有在冷、热水交替使用的环境中下,橡胶的老化速度也会高于金属, 虽然这个产品的认知程度可能还不高,但是值得为这种突破打电话

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  Em。。。。。字数够了 \M/。

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  下期见!!!

  最后,感谢下图中这九个小伙伴,反反复复的被我拆装。在后续的相关内容中,我会展示拆解图和一些必要的小视频,谢谢你们,长得这么结实。

水龙头的故事 第一部分:起泡器(1)

  本文转载来自于PARADOX的空间

  


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