水轮机动力抽吸式马桶.pdf

一种基于水轮机的动力抽吸式马桶，包括容纳水轮机的蜗室，切向蜗室侧壁接入的自来水入射口，蜗室上部设有出水口，通过管道与马桶空心边框的进水口相连；水轮机封闭于蜗室内，带动水轮机转动轴同步转动；固定于蜗室外、水轮机轴下方的螺旋桨和优选的搅拌刀，在水轮机轴带动下同步转动；螺旋桨和搅拌刀位于马桶S弯中；冲马桶时，开启闸阀，自来水进入蜗室，将功能传递给叶轮后，从出水口经管道进入马桶空心边框进水口；叶轮带动螺旋桨和搅拌刀高速转动，将S弯处封堵液和粪便的混合物抽入下水道；进入马桶空心边框进水口的清水注入马桶；由此避免清水与粪便的参混，节约用水；安装水轮机的位置还可成为开启处，便于更换部件，清洗S弯处的水垢。

1.  一种水轮机动力抽吸式马桶，包括下部具有S弯(44)、上部具有空心边框进水口(46)的马桶，其特 征在于：还包括水轮机(41)、容纳水轮机的蜗室(11)，以及固定于水轮机转动轴(18)下端的螺旋 桨(42)；其中，蜗室(11)侧壁设有自来水入射口(21)，通过闸阀与自来水管相连；所述蜗室(11) 的上部设有出水口(12)，通过管道(45)与马桶空心边框的进水口(46)相连；所述水轮机(41)封 闭于所述蜗室(11)内，带动水轮机转动轴(18)同步转动；所述螺旋桨(42)固定于蜗室(11)外 所述水轮机轴(18)的下方，在水轮机轴(18)的带动下跟随水轮机同步转动；所述螺旋桨(42)位 于马桶的S弯(44)中。

2.  根据权利要求1所述的水轮机动力抽吸式马桶，其特征在于：固定于水轮机转动轴(18)下端的螺旋 桨(42)下方设有搅拌刀(43)，所述螺旋桨(42)和所述搅拌刀(43)固定于蜗室(11)外水轮机轴 (18)的下方，在水轮机轴(18)的带动下跟随水轮机(41)同步转动；所述螺旋桨(42)和搅拌刀 (43)位于马桶的S弯(44)中。

3.  根据权利要求2所述的水轮机动力抽吸式马桶，其特征在于：在螺旋桨(42)和搅拌刀(43)之间的 S弯管道内壁上还设有条状棱(35)。

4.  根据权利要求1-3中任一项所述的水轮机动力抽吸式马桶，其特征在于：所述螺旋桨(42)上方设有 占位球(33)，固定于水轮机转动轴(18)上。

5.  根据权利要求1-3中任一项所述的水轮机动力抽吸式马桶，其特征在于：所述螺旋桨(42)的叶片前 缘设为刀刃状。

6.  根据权利要求1-4中任一项所述的水轮机动力抽吸式马桶，其特征在于：安装水轮机(41)蜗室(11) 的位置设为可开启。

7.  根据权利要求1-4中任一项所述的水轮机动力抽吸式马桶，其特征在于：所述水轮机(41)包括叶轮 (15)、叶轮底盘(16)、叶轮上盖(17)、转动轴(18)；所述叶轮底盘(16)与叶轮(15)、叶轮上盖 (17)以及转动轴(18)固定为一体。

8.  根据权利要求7所述的水轮机动力抽吸式马桶，其特征在于：所述水轮机(41)的叶片(23)是母线 垂直于叶轮底盘(16)的弯曲面；叶轮上盖(17)将所有叶片的上端连为一体。

9.  根据权利要求8所述的水轮机动力抽吸式马桶，其特征在于：所述叶轮上盖(17)为圆锥面，使得相 邻叶片所构成的通道的高度由外到内逐渐变大。

10.  根据权利要求1-4中任一项所述的水轮机动力抽吸式马桶，其特征在于：所述水轮机(41)的外壳包 括蜗室(11)、蜗室出水口(12)、轴瓦保持箱(13)、轴瓦(14)及自来水入射口(21)。

水轮机动力抽吸式马桶
技术领域
本发明涉及一种水轮机动力抽吸式马桶，特别是一种利用自来水做动力，驱动水轮机实现抽吸功能的水轮机动力抽吸式马桶。
背景技术
目前，马桶生产厂家众多，款式多种多样，但总体划分为两大类：直冲式和虹吸式。两者的共同缺陷有三，其一是能源浪费导致水资源浪费。对于冲马桶，自来水不仅是清洗剂同时又是能源，因为要将粪便(尤其是大便)冲过S弯进入下水道，是需要足够能量的。伯努利方程：这是流体机械能守恒的表达式，若将式中每项的单位由牛/米²改写为牛·米/米³(即焦/米³)就会发现：公式每项都表示流体单位体积所具有的某种机械能，即流体某种机械能的能量密度。显然表示动能密度，ρgh表示重力势能密度，P是因自来水压力而具有的一种能量。关闭自来水闸阀时，自来水的能量密度等于P+ρgh，此时压力P非常大，说明自来水的能量密度很大，打开闸阀时，P和ρgh可随机转化为成为冲马桶的理想能源。但是目前几乎所有马桶在将自来水注入水箱的过程中，所有能量儿乎耗尽，其能量密度只剩下ρgh，且式中h仅为水箱中水面与S弯之间的高度差。由于其能量密度很小，所以想要得到足够能量将大便冲过S弯，就必然要释放大量的水。其二，是清水与粪便参混导致水资源浪费。由于S弯处的粪便是在清水的猛烈冲击下离开S弯进入下水道的，所以冲马桶的过程也就是清水与粪便发生参混的过程，最终存留于S弯处的封堵液只能是稀释液，要想使封堵液接近清水，冲马桶的用水量就必须要大，而且越大越好。其三是S弯不可开启，造成马桶使用年限很短，由于经济原因，一般家庭总舍不得大量用水，所以S弯处封堵液的稀释程度不高，易结垢，经年累月S弯处的过水截面不断减小，冲马桶越来越困难，经常堵塞，令人苦不堪言，不得不舍弃旧的更换新的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有马桶对自来水资源的极大浪费，以及因S弯容易结垢且无法清除使马桶使用年限缩短的技术不足，提供一种利用自来水驱动水轮机，水轮机带动螺旋桨，螺旋桨将S弯封堵处的粪便抽入下水道，驱动水轮机后的自来水经马桶空心边框进入马桶并到达S弯封堵处的新型马桶。由于这种新型马桶能够充分利用自来水的能量，充分避免清水与粪便的参混，所以用水最省，冲得最干净。留存于S弯处的封堵液很清洁，不易结垢，并且S弯在水轮机的安装处可以开启，即便结垢也可以清除，所以这种新型马桶的使用年限将大大加长。
为克服上述缺陷，本发明提供了一种基于水轮机的动力抽吸式马桶，如图4所示，包括容纳水轮机41的蜗室11，切向于蜗室侧壁、水轮机叶盘接入的自来水入射口21，蜗室11上部设有出水口12，通过软管45与马桶空心边框的进水口46相连；水轮机41封闭于蜗室11内，带动水轮机转动轴18同步转动；固定于蜗室11外水轮机轴下方的螺旋桨42和进一步优选的搅拌刀43，在水轮机转动轴18的带动下跟随水轮机同步转动；其中，螺旋桨42和搅拌刀43位于马桶的S弯44中。冲马桶的全过程是：开启自来水闸阀(未示出)，自来水由切向接入蜗室11侧壁、水轮机叶盘的自来水入射口21进入蜗室11，将功能传递给 叶轮15后，从上部的蜗室出水口12经软管45进入马桶空心边框进水口46；叶轮15带动螺旋桨42和搅拌刀43高速转动，将S弯44处封堵液和粪便的混合物抽入下水道；进入马桶空心边框进水口46的清水沿马桶边框上密布的小孔注入马桶。由于清水注入马桶滞后于粪便混合物的抽出，所以充分避免了清水与粪便在马桶的参混，有效地节约了用水。S弯水轮机的安装位置还可成为开启处，便于更换老化、损坏的部件，以及清洗S弯处的水垢。
本发明的技术方案是：一种水轮机动力抽吸式马桶，包括下部具有S弯(44)、上部具有空心边框进水口(46)的马桶，其特征在于：还包括水轮机(41)、容纳水轮机的蜗室(11)，以及固定于水轮机转动轴(18)下端的螺旋桨(42)；其中，蜗室(11)侧壁设有自来水入射口(21)，通过闸阀与自来水管相连；所述蜗室(11)的上部设有出水口(12)，通过管道(45)与马桶空心边框的进水口(46)相连；所述水轮机(41)封闭于所述蜗室(11)内，带动水轮机转动轴(18)同步转动；所述螺旋桨(42)固定于蜗室(11)外所述水轮机轴(18)的下方，在水轮机轴(18)的带动下跟随水轮机同步转动；所述螺旋桨(42)位于马桶的S弯(44)中。
进一步地，固定于水轮机转动轴(18)下端的螺旋桨(42)下方设有搅拌刀(43)，所述螺旋桨(42)和所述搅拌刀(43)固定于蜗室(11)外水轮机轴(18)的下方，在水轮机轴(18)的带动下跟随水轮机(41)同步转动；所述螺旋桨(42)和搅拌刀(43)位于马桶的S弯(44)中。
进一步地，在螺旋桨(42)和搅拌刀(43)之间的S弯管道内壁上还设有条状棱(35)。
进一步地，所述螺旋桨(42)上方设有占位球(33)，固定于水轮机转动轴(18)上。
进一步地，所述螺旋桨(42)的叶片前缘设为刀刃状。
进一步地，安装水轮机(41)蜗室(11)的位置设为可开启。
进一步地，所述水轮机(41)包括叶轮(15)、叶轮底盘(16)、叶轮上盖(17)、转动轴(18)；所述叶轮底盘(16)与叶轮(15)、叶轮上盖(17)以及转动轴(18)固定为一体。 
进一步地，所述水轮机(41)的叶片(23)是母线垂直于叶轮底盘(16)的弯曲面；叶轮上盖(17)将所有叶片的上端连为一体。
进一步地，所述叶轮上盖(17)为圆锥面，使得相邻叶片所构成的通道的高度由外到内逐渐变大。
进一步地，所述水轮机(41)的外壳包括蜗室(11)、蜗室出水口(12)、轴瓦保持箱(13)、轴瓦(14)、自来水入射口(21)。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
图1是本发明主要部件水轮机蜗室的正视剖面图。
图2是本发明水轮机蜗室沿剖面线A-A的垂至于转动轴的剖视图。
图3是本发明螺旋桨，搅拌刀以及相关附属物的实物图。
图4是本发明螺旋桨，搅拌刀以及相关附属物的实物沿剖面线B-B的局部剖面图。
图5是本发明水轮机、螺旋桨、搅拌刀与马桶结合安装的示意图。
附图标记：
11、蜗室，12、蜗室出水口，13、轴瓦保持箱，14、轴瓦，15、叶轮，16、叶轮底盘，17、叶轮上盖，18、转动轴，21、入射口，22、连接螺纹，23、叶片，31、螺旋桨，32、搅拌刀，33、占位球，34、转动轴，35、条状棱，36、S弯管道内壁，41、水轮机，42、螺旋桨，43、搅拌刀，44、S弯，45、软管，46、马桶空心边框进水口，47、自来水入射口
具体实施方式

本发明水轮机如图1和图2所示，水轮机外壳由蜗室11、蜗室出水口12、轴瓦保持箱13、轴瓦14、自来水入射口21、连接螺纹22六部分组成。水轮机由叶轮15、叶轮底盘16、叶轮上盖17、转动轴18四部分组成。叶轮底盘16与叶轮15、叶轮上盖17以及转动轴18固定为一体。连接螺纹22经过闸阀(未示出)与自来水管相接，开启闸阀，高压自来水由入射口21进入蜗室，与叶片发生相互作用而改变运动方向。射流经过任意两相邻叶片所构成的通道到达蜗室内部时，其流动方向相对于转动的叶轮为其相反方向，而相对于固定空间却接近于静上，这样就把自来水的动能充分传递给了叶轮。参见附图2，叶片23是母线 垂直于叶轮底盘的弯曲面，目的就是为了实现上述要求。叶轮上盖17把所有叶片的上端连为一体，可使叶轮更加牢固，性能更可靠。叶轮上盖17为圆锥面，可使相邻叶片所构成的通道的高度由外到内逐渐变大，从而平衡通道内外方向上的水量，弥补该通道由外到内的逐渐变窄。
本发明螺旋桨以及其附属部分如图3所示，螺旋桨31没入S弯封堵液液面以下，搅拌刀32深入S弯封堵液的底部。在螺旋桨和搅拌刀之间的S弯管道内壁上设有条棱35，个数可选的，例如4个，以固定突出的状态，协助螺旋桨、搅拌刀将大便搅碎。在螺旋桨上方的位置设有占位球33，占位球33类似于一具有流线形的空心塑料瓶。转动轴34与水轮机转动轴18为同一根轴，螺旋桨31、搅拌刀32以及占位球33都固定在转动轴34上。搅拌刀32的作用是将大便搅碎，螺旋桨31对流体产生向上推进作用。由于螺旋桨31和搅拌刀32是同步旋转的，粘性强的大便进入螺旋桨和搅拌刀之间时，易受上下带动而跟随旋转，使螺旋桨的抽吸作用减弱，此时在该处S弯管道内壁上设置条状棱35，以固定突出的状态，相当于相对螺旋桨和搅拌刀反向转动，可有效克服上述随动，协助将粪便打碎。螺旋桨叶片前缘磨成刀刃状，可将大便中可能含有的纤维类物质切开而不至于被其卡住。螺旋桨的直径小于S弯处的管道内径，因此螺旋桨对流体不仅产生向上的推进作用，还会对流体产生向外的离心作用。这种离心作用会使螺旋桨上方的中心部位形成低压区，于是在螺旋桨上部的一定范围内会产生下方由里向外，上方由外向里的循环流动。这种循环流动会削弱螺旋桨对流体向上的有效推进，而在螺旋桨上方设置占位球33可有效避免这种有害的循环流动。
综上，本申请提出一种基于水轮机的动力抽吸式马桶，如图4所示，包括容纳水轮机41的蜗室11，切向于蜗室侧壁、水轮机叶盘接入的自来水入射口21，蜗室11上部设有出水口12，通过管道例如软管45与马桶空心边框的进水口46相连；水轮机41封闭于蜗室11内，带动水轮机转动轴18同步转动；固定于蜗室11外、水轮机轴下方的螺旋桨42和进一步优选的搅拌刀43，在水轮机转动轴18的带动下跟随水轮机同步转动；其中，螺旋桨42和搅拌刀43位于马桶的S弯44中。冲马桶的全过程是：开启自来水闸阀(未示出)，自来水由切向接入蜗室11侧壁、水轮机叶盘的自来水入射口21进入蜗室11，将功能传递给叶轮15后，从上部的蜗室出水口12经软管45进入马桶空心边框进水口46；叶轮15带动螺旋桨42和搅拌刀43高速转动，将S弯44处封堵液和粪便的混合物抽入下水道；进入马桶空心边框进水口46的清水沿马桶边框上密布的小孔注入马桶。由于清水注入马桶滞后于粪便混合物的抽出，所以充分避免了清水与粪便在马桶的参混，有效地节约了用水。S弯44中安装水轮机的位置还可成为开启处，便于随时打开，更换老化、损坏的部件，以及清洗S弯处的水垢。
本发明不局限于此实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。