一种运用数理原理形成多重阻隔的防虫防臭地漏的制作方法

本发明涉及居家室内排水技术领域，具体地说，是一种运用数理原理形成多重阻隔的防虫防臭地漏。

背景技术：

地漏是连接地下排水管道和室内排水口的重要接口。当前，地下排水排污管道连接室内排水口，存在以下一些问题：首先，地下管道中的一些蚊虫、甚至老鼠会通过地下排水管道进入室内；其次，地下排水排污管道是上下几十家住户公用，特别是炎热夏季，管内压强大，地下管道臭气返流进入室内，这些问题都严重影响居家身体健康；再次，从室内排入下水道会有很多毛发（包括一些长发）和其他一些杂物，若不及时清理，会堵塞地下排水管道，造成地下排水系统瘫痪。针对上述几大问题，一个好的地漏设计是解决问题的关键。为此，人们设计和开发出各种形式的地漏，这些功效不一，优缺点并存，但都很难同时有效解决上述几大问题。

技术实现要素：

为了解决地下管道排水方面的几大问题，克服现有地漏存在的缺陷，本发明提出了一种运用数理原理形成多重阻隔的防虫防臭地漏。本发明防虫防臭地漏能完全阻止地下管道中的蚊虫、老鼠通过地下排水管道进入室内；能在任何时间和季节完全阻止地下管道中的臭气返流进入室内；能完全阻止毛发和其他杂物流入下水道；同时，地漏拆装简单，便于清洗。

为了解决上述存在的问题，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供一种运用数理原理形成多重阻隔的防虫防臭地漏，包括地漏主体、地漏内盖、浮球、地漏外盖和过滤网。所述地漏主体的入口处设有四个对称小垫凸，内部设有环形存水槽，中心部位设有满足最速降线要求的最速降线曲面，下方设有圆形出水口；所述地漏内盖，其外层下部分设有环形空腔，内层是一无底的中空圆柱，其底面为最速降曲面，能与地漏主体的最速降曲面贴合；所述浮球为一中空球体，内部含一个易滚动的实心配重小球。

作为优选的，在本发明中，所述地漏主体的入口处设置了连线互相垂直对称的四个小垫凸，一方面用于稳定平衡地垫托地漏外盖和上面的过滤网，另一方面阻挡地漏内盖在浮力作用下过度浮出地漏主体。所述地漏主体内的环形存水槽有一定的深度，一方面存水不易挥发起水封作用，同时沉淀小颗粒状污物，另一方面用于起浮地漏内盖，使排水顺利流出地漏主体。所述地漏主体的中心部位设置成满足最速降线要求的最速降线曲面，这样可以快速地将地漏中的污水排出，同时由于水流的高流速，易于及时将圆形出水口的浮球冲开冲起，有利于及时通畅排污排水。

进一步的，在本发明中，所述地漏主体的中心部位设置成最速降线曲面，是根据以下数理原理设计的：

当一个圆沿着一条定直线无滑动地滚动时，圆上一定点的轨迹叫摆线，又称旋轮线。设半径为r的圆在x轴上无滑动地滚动，圆周上一定点p的运动轨迹是旋轮线，其参数方程为x=r(θ-sinθ)，y=r(1-cosθ)（θ为参数），当θ从0增至2π，旋轮线完成完整的一拱，拱底坐标为（πr，2r），如图12。

一个物体（质点）在重力作用下，从一个给定点到不在它垂直下方的另一点，如果不计摩擦力，沿什么曲线滑下所需时间最短呢，这就是著名的最速降线问题。历史上，伽利略认为此曲线是圆弧，这是不完全正确的，而约翰•伯努利在参考了等时降落轨迹研究后，采用变分法完整地求解了这一问题，最终求解出了最速降线为一段上凹的旋轮线，如图13。若一球沿着最速降线下滑时，开始的一段的坡度非常大，使得下滑的球在非常短的时间内取得的下滑速度非常大。虽然，在下滑的后半阶段，坡度逐渐变小、速度增加变缓，但此时的下滑速度已经变得很大。所以，沿着最速降线下滑在整个下滑阶段的平均速度很大，即使最速降线的长度比直线的长度大，沿着最速降线下滑的时间也比直线短。

如图3，如果所述地漏主体内的环形存水槽溢水圈半径与所述地漏主体内的圆形出水口半径的差为a，由旋轮线的参数方程x=r(θ-sinθ)，y=r(1-cosθ)（θ为参数）得，满足本发明中最速降线曲面的最速降线方程为（θ为参数，且0≤θ≤π），本发明中地漏主体的中心部位满足最速降线要求的最速降线曲面，就按照此最速降线方程的要求来设计。

作为优选的，在本发明中，所述地漏内盖设有内外两层，其外层直径比所述地漏主体的内直径要适当的小，便于及时导入下排水；所述地漏内盖盖顶直径也要比所述地漏主体的内直径要尽可能小，便于快速导入下排水，并且所述盖顶设置了连线互相垂直对称的四个小凹口，与所述地漏主体的四个小垫凸对应，便于地漏内盖顺利放入地漏主体内，同时在对称位置还设置了一对圆柱形小孔，便于转动地漏内盖，方便将地漏内盖从地漏主体内取出，对整个地漏进行定期清洗；所述地漏内盖外层下部分设有轴截面为圆角矩形的环形空腔，空腔体积较大，当地漏主体的环形存水槽有一定水位时，可以起浮地漏内盖，便于下排水及时排出；所述地漏内盖内层是一开底的中空圆柱，其底部曲面设置成为最速降曲面，与所述地漏主体的最速降曲面贴合，当排水结束地漏内盖失去排水浮力时，底部最速降曲面与所述地漏主体的最速降曲面完全贴合，起到阻隔防止下水道臭味溢出。当所述地漏主体的环形存水槽的存水不足以浮起所述地漏内盖时，所述地漏内盖借助于自身的重力，回落在所述地漏主体的溢水圈（图2的a处）上，这时与所述地漏内盖的内层构成一个环形密封区（图2的b处），同时所述地漏内盖底部曲面与所述地漏主体的最速降曲面也完全贴合（图2的c处），与所述地漏主体的部分最速降曲面和浮球也形成一个密封区（图2的d处），这样所述地漏内盖与所述地漏主体在两处a处和c处完全贴合，形成二重阻隔，有效防止了下水道臭味外溢。

作为优选的，在本发明中，所述浮球为一中空密封球体，内部配置一个实心易滚动的配重小球，在有存水的状况下能迅速浮起，当通过所述地漏主体的最速降曲面的下排水快速冲击所述浮球时，由于球体高度对称性和易滚动性，加上下排水对浮球的浮力，双向作用，浮球就能迅速滚动和浮起，下排水就能及时流出地漏进入地下排水管道。当所述地漏主体的下排水减弱直至停止时，由于球体的自重和易滚动性，加上浮球内部的配重实心小球体的重力作用，只有内部配重实心小球体滚动到浮球的最底部时，两球组合体的重心最低，结构最稳定，所以最后浮球会安稳地贴合在圆形出水口，形成第一重阻隔，有效防止下水道臭味上溢。

进一步的，在本发明中，所述浮球安稳地贴合在圆形出水口时，浮球母线与圆形出水口的母线贴合，保证所述浮球与圆形出水口无缝粘合，防止地漏臭味溢出。

作为优选的，在本发明中，地漏外盖和过滤网，一方面作为外观进行设计，另一方面用于排水、阻止毛发和其他杂物流入下水道，同时易于拆装和清洗。

作为优选的，在本发明中，本防臭地漏具有四重阻隔防臭功能：地漏主体环形存水槽的水封防臭、地漏内盖与地漏主体的溢水圈贴合防臭（图2的a处）、地漏内盖底部曲面与地漏主体的最速降曲面贴合防臭（图2的c处）、浮球与圆形出水口的贴合防臭。当地漏主体环形存水槽有足够存水且不足以起浮地漏内盖时，四层防臭同时发挥作用；当地漏主体环形存水槽有足够存水且起浮地漏内盖时，水封防臭和浮球防臭在发挥作用；当地漏主体环形存水槽存水下降或干涸时，地漏内盖与地漏主体的溢水圈的贴合防臭、地漏内盖底部曲面与地漏主体的最速降曲面的贴合防臭、以及浮球与圆形出水口的贴合防臭，三重防臭同时发挥作用，所以在任何时候，本发明地漏都能起到非常有效的防虫防臭功能。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

（1）水流速度快，不易堵塞。由于本发明地漏内部排水通道采用了最速降线曲面，地漏的下排水流动速度快，另一方面也对地漏内壁进行有力冲刷，有效防止了地漏的堵塞。同时地漏外盖和过滤网,能有效阻止毛发和其他杂物流入下水道。

（2）多重阻隔，防虫防臭效果显著。由于浮球内配置了一个实心配重小球体，浮球与圆形出水口贴合结构最稳定，第一层防臭效果非常强；同时地漏主体环形存水槽的存水量大，水封防臭效果佳，再加上另外两个贴合防臭，多重阻隔，所以整个地漏的防臭、防虫和防污在任何时候都能做到万无一失。

（3）地漏拆装简单，方便清洗。本发明中的地漏内盖、浮球、地漏外盖和过滤网，都能随时拆解，并且安装简单，这样方便对整个地漏进行定期清洗。

附图说明

图1是本发明地漏轴截面的结构示意图；

图2是地漏主体与地漏内盖及浮球贴合示意图；

图3是地漏主体轴截面结构示意图；

图4是地漏内盖轴截面结构示意图；

图5是地漏主体俯视图；

图6是地漏内盖外观图；

图7是地漏外盖俯视图；

图8是地漏部分进水内盖适当上浮的示意图；

图9是地漏处于完全排水状态的示意图；

图10是地漏停止排水的示意图；

图11是地漏停止排水内有部分存水且内盖闭合的示意图；

图12是旋轮线

图13是最速降线

图中，1—地漏主体，1-1—地漏主体的小垫凸，1-2—环形存水槽，1-3—最速降曲面，1-4—圆形出水口，1-5—地漏主体的溢水圈；2—地漏内盖，2-1—地漏内盖外层的环形空腔，2-2—地漏内盖环形内层，2-2-1—地漏内盖内层底部曲面，2-3—地漏内盖盖顶，2-3-1—地漏内盖的小凹口，2-3-2—地漏内盖的圆柱形小孔；3—浮球；4—地漏外盖，4-1—地漏外盖的排水格；5—过滤网；6—下排水管道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

先将地漏主体1安装在下排水管道6上固定，然后在地漏主体1的圆形出水口1-4处放上浮球3，将地漏内盖2的四个小凹口2-3-1对准地漏主体1的四个小垫凸1-1，把地漏内盖2放入地漏主体1中，通过地漏内盖2的两个圆柱形小孔2-3-2适当转动地漏内盖2，防止排水时地漏内盖2大幅度浮出地漏主体1，再将地漏外盖4放在地漏主体1内的四个小垫凸1-1上，最后放过滤网5在地漏外盖4上，整个地漏安装完毕，清洗地漏时，拆分地漏顺序刚好相反。

当进行向下排水时，污水通过过滤网5和地漏外盖4的排水格4-1进入地漏，过滤网可以将毛发、杂物进行阻隔，随着流入环形存水槽1-2的污水的增加，对地漏内盖外层的环形空腔2-1产生浮力，使地漏内盖2上浮起来，地漏内盖2与地漏主体的溢水圈1-5的贴合、以及地漏内盖环形内层底部曲面2-2-1与地漏主体的最速降曲面1-3的贴合同时分开（如图8）。随着流入环形存水槽1-2污水的不断增多，污水漫过地漏主体的溢水圈1-5，快速流过地漏主体最速降线曲面1-3，冲击浮球3，在水冲击力和浮力的双重作用下，浮球3浮起，离开地漏主体的圆形出水口1-4，这样污水通过圆形出水口1-4排入下排水管道6（如图9），一个完整的地漏排水流程如序进行。

所述地漏内盖盖顶半径要适当的小，使地漏主体内径与地漏内盖间有足够的空隙，这样易于污水快速流入地漏；所述地漏主体入口处的四个小垫凸长度可以适当的长，保证地漏内盖不会浮出地漏主体。所述地漏主体圆形出水口边缘要满足与球体无缝贴合，所以地漏主体圆形出水口截面的边缘曲线要与所述浮球母线一致，保证所述浮球与圆形出水口无缝粘合，防止地漏臭味溢出。所述地漏内盖内层的中空圆柱，其高度要恰当，要使得底部曲面与所述地漏主体的最速降曲面贴合时，地漏内盖盖顶也与所述地漏主体的溢水圈完全贴合。

本发明地漏具有四重阻隔防臭功能。（1）当地漏主体环形存水槽有足够存水且不足以起浮地漏内盖时，四层防臭同时发挥作用；（2）当地漏主体环形存水槽有足够存水且起浮地漏内盖时，水封防臭和浮球防臭同时在发挥作用（如图8）；（3）当地漏正常排水时，水封和快速流动水体同时在发挥阻隔防臭作用（如图9）；（4）当地漏停止排水时，存水槽的存水能起浮地漏内盖，水封防臭和浮球防臭同时在发挥作用（如图10）；（5）夏秋季节，地漏主体环形存水槽存水易下降和挥发，或者居室主人长期不在家，存水槽存水干涸，即使在这种情况下，地漏内盖与地漏主体的溢水圈的贴合防臭、地漏内盖底部曲面与地漏主体的最速降曲面的贴合防臭、以及浮球与圆形出水口的贴合防臭，三重防臭同时发挥作用（如图11）。

综上所述，在任何时候，本发明防臭地漏都至少有两重阻隔起到非常有效的防臭功能。其中浮球内配置了一个滚动的实心配重小球，任何时候都能保证内外两球组合体的重心最低，结构最稳定，浮球会安稳地贴合在圆形出水口上，形成第一重阻隔，防臭效果强；同时地漏主体环形存水槽的存水量大，水封防臭效果佳，所以整个地漏的防臭、防虫和防污在任何时候都能做到万无一失。