冬季水管配件防冻结构设计

代数式开绿灯

冬季水管配件防冻结构设计          张克贵

1 防冻裂构想及其结构设计

         冬天，自来水管道、水表、闸阀及水龙头等配件经常出现冻裂损坏现象。这些被冻裂的管道设备基本上都是因为裸露在空气中，所以对外界气温变化也最敏感。当气温骤降至零度以下甚至更低，这些裸露部位极易因水在结冰过程中的体积膨胀而产生爆裂。如果我们能在裸露的管道及其它配件部位提供足够的空间储备，就可以消除水在转化为冰的体积膨胀过程中对管道内壁产生的扩张压力，从而避免管道及其它设备的冻裂损坏现象。

         通过对自来水管道设备的防冻裂构想以及管道设备的连接与安装特点的分析，笔者对普通螺纹式水龙头和外接结构作了防冻裂改进。改进后的结构如图1和图2所示（两图中虚线框内的结构相同，亦即笔者设计的防冻裂结构）。改进前的产品结构图，分别如图3和图4所示。

2  防冻裂结构的防冻裂原理分析

     因外接结构与水龙头的防冻裂结构和原理相同，下面仅以水书头的防冻裂结构为例来阐述它们的防冻裂原理。

2.1常温下防冻裂结构的密封与调节

     如图1所示，常温下（亦指气温处于水的冰点以上温度），管道内的水处于液体状态，我们此时可根据管道内

的水压来调节弹力调节压块12的松紧。当拧紧弹力调节压块12时，弹力调节压块12将压缩弹簧10，通过弹簧10的弹力作用实现作用力向顶针11的传递。当弹簧10对顶针11和橡皮密封垫9的作用力大于或远远大于水龙头体内的水对顶针11和橡皮密封垫9的作用力的时候，橡皮密封垫9便会被压紧在防冻裂结构的出水口平台上，从而实现水龙头防冻裂结构的常温常闭密封状态。

防冻水龙头

防冻管接头

        需要注意的是：当在拧紧弹力调节压块12的时候，要注意弹簧的弹力大小要适度。在刚好密封的前提下，可根据弹簧的刚度大小适当再拧紧一点就可以了，不宜太紧，否则，时间一长，弹簧容易因疲劳而失去弹力作用，从而直接影响防冻裂结构的密封效果。

2.2低温下防冻裂结构的防冻裂原理

          当气温骤降至零度以下甚至更低，此时裸露的水龙头体内的水就会结冰，水一旦结冰后即会引起水龙头体内水的体积膨胀，当膨胀后的冰水对图1所示的橡皮密封垫9和顶针11的推力大于弹簧110对顶针H和橡皮密封垫9的压力的时候，顶针H和橡皮密封垫9即被推开。这样，水龙头体内因体积膨胀而产生多余的冰水即会由防冻裂结构的出水口流到其下方的储备空间，若溢出的水量较大，水还可以通过弹力调节压块12和封盖13的小孔溢出水龙头体外，从而确保水龙头及防冻裂结构不会被冻裂。

          如果考虑到溢出的水不影响水龙头的体外环境，或者当冰解冻时不会造成水资源的浪费，我们可以在产品的结构设计时采用下列方法来解决：

      (l）将封盖13的小孔改为盲孔，同时增大防冻裂结构的储备空间；

     (2）若管道较粗，考虑速冻时可能有更多的水溢出，我们可以在外接的圆周方向增设更多的防冻裂结构。

2.3 温升解冻后防冻裂结构的自动复位

       当气温回升冰体解冻时，顶针H和橡皮密封垫9便会在弹簧的弹力作用下自动复位，从而恢复防冻裂结构初始时的常温常闭密封状态。

3 结语

          本文所介绍的自来水管道设备的防冻裂结构具有体积小、结构简单、制造成本低以及防冻裂性能可靠等优点。如果其它管道设备(水表、闸阀等）也需要增设防冻裂结构在产只需在产品设计时将本文介绍的防冻裂结构设置在产品的相应位置就可以了。

普通水龙头

管接头