《自来水气压防冻装置》设计说明书

设计者:张萌

（山东凯文科技职业学院）

1、研制背景及意义：

根据调查和资料证实，在我国使用自来水的地方近百分之60以上在农村。家庭中的自来水管暴露在室外，每年都会因为冬季寒冷，室外温度低于零下而导致自来水龙头或自来水管中的水结冰冻裂水龙头或水管，冻裂的水龙头或水管更换麻烦，而且一时间不能使用。每年就要多余花一部分资金来修理自来水管或水龙头，在我国农村居多，基本每家每户都有自来水，每年要换大约2~5个水龙头。这样算来，每年要花费很大一笔金钱用在维修自来水龙头和水管上。

2、作品内容简介：

本装置利用空气不易压缩的特点，把自来水管和自来水龙头中的水压到地下，更环保，更节能。脚踩式气筒更省力，更便捷。本装置结构简单连接灵活多变，使用方便。

3、设计方案：

一种简单的装置，包括脚踏式打气筒、气阀螺母、单向阀门装置、三通和自来水原有结构（自来水龙头、直角枴脖和水管）组成。其中，打气筒和气阀螺母相连，将气阀螺母连接到三通，三通链接到水管上。踩压打气筒就可使用。

4对比市场：

现在市场上用电来解冻，用保温材料来防冻，用电来解冻只是把已经冻住的自来水管化冻，并不是防冻，用保温材料来防冻则是给自来水管包裹上厚厚的棉衣，占空间而且保温效果往往不理想。

而对比我们的作品，从用完自来水开始到下次使用这段时间，一直在防冻，使用完只需要轻轻踩6次打气筒就可以了，不会出现结冻的现象，也没有那么大的体积，

5、创新点及应用:

1）结构方便，使用方便，更好的利用了空气的特点。

2）绿色节能，造价低，替换了市场上用电用火来解冻，用厚厚的保温材料来防冻的情况。解决了冬季水管防冻的问题。节约了资金，减少了浪费。

6、应用领域和技术原理、用途

本作品可应用于大部分露天场合的自来水水管上。楼房也可使用，不过打气筒要换成打气泵。利用气压原理，使暴露在空气中的水管中的水压到地下，根据长期观察和使用经验得知，在底下的水管中的水一般情况下不会结冻，因为地表和土层都有保温的能力，将水利用空气压力压到地下以达到防止自来水管暴露的部分冻裂的目的。

技术原理：利用了日常学习中学到的压力压强中的气压原理，气压防冻以压缩气体为工作介质，靠气体的压力传递动力或信息的流体传动。传递动力的系统是将压缩气体经由管道传递至执行元件，把压缩气体的压力能转换为机械能而作功；传递信息的系统是利用气动逻辑元件或射流元件以实现逻辑运算等功能。    

气压传动的特点是:工作压力低,一般为0.3～0.8兆帕，气体粘度小，管道阻力损失小，便于集中供气和中距离输送，使用安全，无爆炸和电击危险，有过载保护能力；但气压传动速度低，需要气源。

气压传动的优点:气压传动的工作介质是空气，它取之不尽用之不竭，用后的空气可以排到大气中去，不会污染环境。     

气压传动的工作介质粘度很低，所以流动阻力很小，压力损失小，便于集中供气和远距离输送。

单向阀：单向阀又称止回阀或逆止阀。用于液压系统中防止油流反向流动,或者用于气动系统中防止压缩空气逆向流动。

单向阀工作原理

单向阀是指依靠介质本身流动而自动开、闭阀瓣，用来防止介质倒流的阀门，又称逆止阀、单向阀、逆流阀、和背压阀。单向阀属于一种自动阀门，其主要作用是防止介质倒流、防止泵及驱动电动机反转，以及容器介质的泄放。

单向阀还可用于给其中的压力可能升至超过系统压的辅助系统提供补给的管路上。单向阀主要可分为旋启式单向阀(依重心旋转)与升降式单向阀(沿轴线移动)。

单向阀的作用是只允许介质向一个方向流动，而且阻止反方向流动。通常这种阀门是自动工作的，在一个方向流动的流体压力作用下，阀瓣打开;流体反方向流动时，由流体压力和阀瓣的自重合阀瓣作用于阀座，从而切断流动。

单向阀有直通式和直角式两种。直通式单向阀用螺纹连接安装在管路上。直角式单向阀有螺纹连接、板式连接和法兰连接三种形式。液控单向阀也称闭锁阀或保压阀，它与单向阀相同，用以防止油液或气体反向流动。

液（气）控单向阀采用锥形阀芯，因此密封性能好。在要求封闭油路时，可用此阀作为油路的单向锁紧而起保压作用。液控单向阀控制油的泄漏方式有内泄式和外泄式二种。在油流反向出口无背压的油路中可用内泄式;否则需用外泄式，以降低控制油压力。而在本作品中，单向阀只起到单项入气的作用，无需回流，所以采用简单的热水器单向阀即可。

    7、推广应用前景、效益分析与市场预测

可推广使用在家庭、企业、学校、以及各种室外自来水管上。（以及路边洒水车的加水管）

效益分析：如果家庭中要安装自来水气压防冻装置，那么只需要三通、单向阀和气阀螺母即可，因为在家中打气筒都会备用有，如果没有则需要购进。整个装置除去打气筒外几十块钱就可以安装，安装则可以使用5~10年。我相信会为我国节省出一个庞大的数字。

市场预测：2017年1月20号我们团队来到滨州市无棣县河北村进行实地测试，我们实验了10家，得到了村里人的一致好评。

环境预测：冬季自来水防冻是切实要解决的问题，经过了实地实验也证实了我们的作品切实可行。

成长分析：本作品也有着很大的发展成长空间，相信在以后的研究中我们会对本作品有更大的改进和创新。