浅析家用电器倒虹吸现象原理及防止措施
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浅析家用电器倒虹吸现象原理及防止措施
宁波出入境检验检疫局电气安全检测中心(余姚)张立
【摘要】本文根据家电安规标准的要求,对直接连接到饮用水供水系统的家电产品中倒虹吸
现象原理进行了
分析
定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析
,并
对空气间隙,管路断流器,动态倒流防止器和带有低压区的倒流防止器等常见防倒虹吸现象
所采用结构和装置的工作
原理及其特性验证,选择和安装使用须知等进行了介绍.
关键词:家用和类似用途电器,倒虹吸,原理,措施,水源,安全
1引言
随着家电新产品的不断开发,越来越多的家用和类似
用途电器被直接连接到自来水供水管网,较常见的产品有:
冷热饮水机,洗衣机,制冰机,自动座便器,高压清洗机等.
由此便产生了这样一个问题:已进入这些电器产品中的水
是否可能会倒流回自来水管网而造成回流污染,>这是一个
涉及千家万户供水安全的重要问题,与大众卫生和健康息
息相关.因此,在IEC60335—1标准《家用和类似用途电器
的安全第1部分通用要求》中,对于此类电器的结构,就
有了一个防倒虹吸现象的要求.关于倒虹吸现象及其防止
装置,在众多有关给排水的设计规范,
书
关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf
籍和资料中已有广
泛的介绍,但是当其与家用电器结合在一起时,还是有其一
些特殊的要求值引起注意.下面就此问题结合标隹要求进
行深入的分析,并提出来若干具体的解决措施供有关各方
参考.
2倒虹吸现象原理简述及防止措施
2.1倒虹吸(Backsjphonage)现象的原理
家用电器中的倒虹吸现象(有时也称为反虹吸现象)是
指已离开自来水管网封闭系统的非饮用水由于倒虹吸作用
而倒流造成饮用水源受污染的现象.产生这种现象的原因,
通常是自来水供水管网由于检修,断电,意外破裂等原因造
成供水中断,或由于消防紧急取水等原因造成水压力快速
变化,引起在供水系统内产生了低于大气压力的负压,此时
残留在器具中的非饮用水以及器具已排八下水道的废水便
有可能从任何一处软管或连接器被倒吸而进入饮用水系统
造成污染.
2.2常见防倒虹吸现象的结构或装置
在家用和类似用途电器中所采用常见防倒虹吸现象
的结构或装置主要有空气间隙,管路断流器,动态倒流防
止器,带有低压区的倒流防止器和空气隔断等.
2_2.1空气间隙(Airgap)
空气间隙是指位于进水口或供水管道的末端至临界
水位之间的无阻碍自由距离.其原理如图1a)所示.通常认
为临界水位是指:对于单相器具在进水口被关闭2秒钟
后,或对于三相器具在进水口被关闭5秒钟后,非饮用水
从最高水位下降所达到的水位.当上述距离在真空负压条
件下进入供水管道的气流不受器具结构的限制时,则认为
是无阻碍自由距离.
图1a)
家电标准要求:空气间隙的结构,应使得水能够自由
地流过此空气段,并使得其下游的水不可能被吸入供水管
网.需引起注意的是,要考虑到器具在故障条件下将会达
到的最高水位包括持续的溢水状态.空气间隙的长度应至
少为器具中供水系统最小直径的两倍,并且不小于20
mmo
若器具采用浮球阀和最高水位溢流结构,则其防倒虹
吸结构的参考布置如图1b).
阀和
直径
饮用水源
图1b)
定的
位
溢流
对于图1a)情况,由于空气间隙的存在,水流被中断,
并且供水压力也不再存在了,因此空气间隙常用于供水管
路的末端.
2.2_2管路断流器(Pipeinterrupter)
该装置中无活动部件或弹性部件,当水流过此装置
时,空气可以进入其中.如图2所示.其工作方式原理也有
多种,常见如水流通过文丘里管(venturitube)结构型式.当
水源出现倒虹吸现象时,空气经通气孔被吸入,使下游不
再受到上游负压的抽吸,从而达到阻断非饮用水倒流的目
的
图2
管路断流器的
结构,应使得进气口
始终保持畅通,并与
大气相通.正常使用
中可能从进气口泄漏
出来的水应流入器具
的容器中.
该装置的使用
可受能到较多的限
制,如通常该装置需
要垂直安装,水流方
向为向下流动.所安
装的管路下游不能有
控制阀或限制装置.
装置出口距离其下面
的溢流水位至少为
300ram等.需阅读相关的断流器产品说明来了解具体信
息.
家电标准要求:需要采取防护措施,使管路断流器不
会受到故意堵塞.进气口的总横截面积不应小于进水口的
横截面积,在与气流方向成直角的方向上测量,每个进气
口的最小尺寸应为3mm.
2.2.3动态倒流防止器(Dynamicbackflowpreventer)
47
这是通过使用活动部件未防止倒虹吸现象的倒流防
止器.该装置可有多种形式,其工作原理的举例如图3a)和
3b)所示.
图3a)阀门开起,水流在压力作用下流动.
当有流体通过阀门时,在水源的水压力作用下,止回
阀瓣开启.同时气体进口由于隔膜密封的偏转而保持关闭
状态,使得水流能够通过阀门.
隔膜
气体
静止
图3a)
止回关闭
图3bl
启
图3b)由于系统反压力,阀门关闭.
如果出现倒虹吸状态,即供水系统出现了负压力,阀
瓣紧紧地密封在隔膜上.同时气体进口开启让空气进入到
空气隔断腔.则下游非饮用水与大气相通,不会受到虹吸
力,因此也不会产生倒流,而是处于无流动状态,从而保护
饮用水系统不会受到污染.
家电标准要求:本装置的结构应使得活动部件,其支
撑或导向器的磨损和损坏或取下可拆卸部件都不会产生
倒虹吸现象.在正常使用条件下每次水流通过本装置时活
动部件均应工作,并且在其任何故障条件下,均应使器具
不能工作或对用户来说是明显可见的.
2.2.4带有低压区的倒流防止器(Backfiowpreventer
withreducedpressurezone)
这是指通过利用压力差来触发,个或多个涉及流体
C
器
lSCiqlnaco
.3
rn
一?
I技术.创新
力学的闭合和开通装置的动作或再动作来提供人工断开
的安全装置.该装置结构相对复杂,其工作原理的举例如
图4.
图4
该装置具有两个弹簧止回阀及其中间的一个通向大
气的压力泄放阀.在正常供水时,入口的水压力作用于膜
片上使泄放阀处于关闭状态.当入口水压力大于上游止回
阀负载力时,水流从左向右流动并进入中间腔,第一个止
回阀的弹簧作用已抵消了部分的水压力,故中间腔的压力
保持低于进水口压力,形成一个低压力区.中间腔的压力
达到大于下游止回阀负载力时,水流进入下游腔,这样水
流就顺利通过了两个止回阀.第二个止回阀在正常工作压
力时处于打开状态,直至当水流方向的压力降低到一定值
时被关闭,并且其动作独立于使泄放阀打开的压力.
如果来自该装置下游的压力由于某种原因而增加,第
二个止回阀便由于弹簧的作用而关闭.这样就防止了水的
倒流.如果左边供水系统中的水压力突然降低,甚至出现
一
定的真空度(即出现倒虹吸状态),第一个止回阀将迅速
关闭,同样防止了水的倒流.
如果出现阀的泄漏或右边第二个止回阀未完全关闭,
非饮用水泄漏进入中间腔而使腔内压力增高,此时泄放阀
工作而打开,将非饮用水排出.因此,当观察到有水从泄放
阀排出时,说明该装置出现了问题,需要进行必要的检查
或维修以确保其正常工作.
带有低压区的倒流防止器(也称为RPZ阀)相比于空
气间隙,其具有运行更可靠,更安静,结构更紧凑的特点.
家电标准对此类装置的要求是:装置的压力差和动作的设
定应是固定不能被调节的.只有供水管网的压力才能使装
置内部元件的控制装置工作.可能存在的附加控制装置
(例如电动的,气动的)不应对倒流防止功能产生不利影
响.当按照装置使用说明安装时,其泄放阀;it}水管口应向
下安装.
标;隹还规定:泄放阀工作的设计应使得当通过上游止
回阀的压力差小于14kPa时,泄放阀应打开以确保绝对
的安全.任何滞留的水不应存在于低压区内.泄放装置的
通道孔和工作导管的横截面应?12.5mm2,对于横截面计
算,无小于4mm的尺寸.
48
2_2.5率气隔断Airbreak)
对于连接到饮用水源并且带有一个排水装置的器具,
应在其向排水系统排放前装设一个空气隔断.该空气隔断
应符合上述所有要求.另外,装置中的液体被认为是第5
类液体.(关于液体的类别见本文24节)
通向排水管的空气隔断应通过一个完全的断开或多
个空气入口来实现.下面是一个通向排水系统的空气隔断
的例子图5.
相关要求如下:
b?G
b?20mm
G?E并且排水管应能输送排放章的整个流量
S1+S2+?bx2~G
j
e?4mm
【图例】1排放出口2.溢流水位排放口E孔E排水管G:
孔G空气入口:S1,S2,空气通道的横截面e:用于横截面计算的最小尺
寸b:空气间隙高度
图5
家电标;隹要求:对于通向排水管的空气隔断,应布置
于任何的废水排水管与任何需排放水的汇集装置或容器
之间.若采用带有低压区的倒流防止器同时又带有通向排
水管的空气隔断,则应能排出整个泄放流量而没有向外溢
出.并且通向排水管的空气隔断应直接装入带有低压区的
倒流防止器之内.该类装置的泄放孔应不允许安装标准的
管螺纹,也不允许通过使用胶水,焊接和锁扣来连接标准
的管道或型材,以避免被不恰当地更换.
2.3倒虹吸防止装置有效性验证
2.3.1为了验证上述防倒虹吸装置的有效性和可靠
性,通常需要采用适当的方法进行必要的试验.一般所采
用的方法是负压试验法.具体操作方法如下.
对进气阀与倒流防止装置之间的管道和软管的内壁
进行干燥处理.使用其内径不小于入口软管的透明软管来
代替软管组件连接到器具.透明软管的另一端,以可能的
最短长度连接到一台真空泵.
通过单独的水源将器具注水到临界水位,该水位在整
个试验中均需保持.然后以65kPa-t-15kPa的负压施加
5秒钟,该负压尽可能地靠近器具.若有电磁阀,则通过单
独的电源使其保持在打开位置.
对于有多根软管组件的器具,对入口应轮流进行负压
试验.若试验时水未进入透明软管,则认为受试装置是符
合要求的.
应注意:真空泵连接件的横截面积应是足够的,不至
于对气流产生限制作用.
2.3.2对于动态倒流防止器试验:此类装置的负压试
验,每次将一个活动部件置于最不利位置进行:还要在将
可拆卸部件取下后进行:以及在模拟活动部件,包括其支
撑件或引导装置损坏后进行.但每次仅在模拟以上三个条
件之一情况下进行.对于其可靠性,还须对其在一定的温
度和压力条件下进行水流通断5000次循环的耐久性试
验.
2.3.3对于带有低压区的倒流防止器,需进行其上游与
低压区压力差的验证试验,下游止回阀(在闭合方向)的密
封性试验,上游止回阀在低压下的密封性试验,泄放阀的
开启和闭合验证试验以及在规定条件下5000次循环的耐
久性试验.
2.4各种倒流防止装置的选用
要确定选用哪一种倒流防止装置,通常需考虑器具中
所使用液体的类别.一般认为,器具在正常使用中,与饮用
水或可能与饮用水接触的液体分为5类:
1)第1类,直接来自饮用水供水系统用于人们消费的
水:
2)第2类,对人们健康无危害的液体,该类别包括来
自饮用水供水系统,可能在味道,气味,颜色或温度(加热
或冷却)已经过了一些变化后仍被认为是适合于人们消费
的水.
3)第3类,由于一种或多种有害物质的存在对一些人
的健康有危害的液体.
4)第4类,由于一种或多种有毒或非常毒的物质,或
一
种或多种放射性,诱导有机体突变的或致癌的物质存
在,对人们的健康有危害的液体.
5)第5类,由于微生物或病毒元的存在对人们的健康
有危害的液体.
以高压清洗机和蒸汽清洗机为例,按照
IEC60335—2—79:2002+A1:2004+A2:2007,其液体类别为
第4类.然后根据表1确定其可以采用空气间隙和带低压
区的倒流防止装置来防止倒虹吸情况的出现.
表1适合于各种液体类别的安全装置列表
液体类别
防止倒虹吸的安全装置
12345
空气间隙????
带低压区的倒流防止装置???
I【符号说明】?涉及危险;一不需要防护
49
2.5使用倒虹吸防止装置需注意的一般性问题
在每个进水阀的下游,均应装有一个倒流防止装置.
若器具需要添加清洁剂,漂洗剂,软化剂或类似药剂,则不
应添加在倒流防止装置的上游.处于倒流防止装置上游的
饮用水管道组件不应穿过器具中的非饮用水.
倒流防止器应装入器具中,并且其结构应使得:其功
能特性不能被改变,即使是意外的改变;其只能通过借助
于工具才能被取下如果被省略掉,器具便不能工作或明
显不完整.
器具的水连接系统的金属部件,其劣化可导致因倒虹
吸作用致使非饮用水进入供水管网,则应充分耐侵蚀,防
止镀锌层脱落,氧化或锈蚀.
对于动态倒流防止器:如果器具在空气间隙或管路断
流器的上游装有一个水软化器,则在水软化器的上游必须
装有一个动态倒流防止器.
结束语
由于家用及类似用途产品的复杂性和多样性,具体采
用何种防止倒虹吸装置,还需根据实际情况所涉及的多种
因素,例如各种防止倒虹吸装置的使用说明中关于其适用
于何种液体类别的描述,标;隹对某类电器产品所规定的特
殊要求以及整机产品本身的结构特点等综合考虑,来确定
其可行性和适用性.
本文通过对家电安规标准的解读并应用给排水基础
理论进行分析,介绍了防止倒虹吸现象发生的实用性措
施,并提出了常用的验证方法,希望能对此类家电产品的
设计和产品的安全检测工作提供一定的参考价值,也为家
电行业增添一份绿色,安全和环保.
参考文献
…GB47061—2005家用和类似用途电器的安全第1部
分:通用要求,中国标准出版社:
【2】GB50015-2003建筑给水排水设计规范,中国标;隹出
版社:
【3】lEC60335—1:2001+A1:2004+A2:2006Householdand
similarelectricalappliances—Safety—Part1:General
requirements;
[4】JEC61770:2006Electricappliancesconnectedtothe
watermains—AvoidanceofbacksiphOnageandfailureof
hose—sets;
圈lEC60335—2—792002+A1:2004+A2:2007Household
andsimilarelectricalappliances——Safety——Part2-79:
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steamcleaners;
【6】PublicHealthRiskManagementPlanGuide’Distribution
System—BackflowPrevention’,version1,RefD2.4
publishedbyMinistryofHealth.
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