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摘 要：自来水管道作为人们日常生活中不可或缺的一部分，更是生活用水主要的输送水管道，一旦自来水管道设备出现问题，或是发生冻裂等情况，就会导致供水系统无法正常运行，给人们的生活与生产带来极大的不便。尤其是在冬季运输生活用水时，由于保温措施的不到位，在受到寒冷天气的影响下，很容易使管道内部水发生凝同，最终膨胀，冻裂，致使整个自来水管道报废，造成大量水资源的浪费以及重大的经济损失。因此，加强对自来水管道设备的防冻裂结构设计是非常有必要的。以下笔者通过结合自身多年的工作经验，就此问题进行了深入的研究讨论，并得出以下相关结论，以供参考。
关键词：自来水管道；防冻裂；结构设计
通常情况下，在冬季里，自来水管道和水龙头等构件很容易发生冻裂、冻坏的情况。笔者经过多年实践研究发现，大部分冻裂的设备一般都是直接暴露在空气中，经常会受到外界温度变化的影响，一旦气温骤降，或是降到最低时，其中存在的水就会结冰，体积产生膨胀之后，发生爆裂。而如果我们在对这些设备进行设计时，为其留置出一定的储备空间，这样就能够有效解决水在积冰过程中产生的扩张力，避免自来水管道以及其他设备出现冻裂的现象。因此，本文重点对自来水管道设备的防冻裂结构设计进行了探讨分析，同时总结了一些自己的看法与观点
1 水龙头防冻裂结构的防冻裂原理分析
1.1 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，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O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。
1.2 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10对顶针11和橡皮密封垫9的压力的时候，顶针11和橡皮密封垫9即被推开O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：（1）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 管道防冻裂阀门
2.1 防冻裂阀门的工作原理
实际上，所谓的防冻裂阀门的工作原理主要是根据水与气体体积随着温度变化的物理特征进行设计的，当温度降低，水体会结冰，同时体积也会迅速膨胀起来，这样就会对管道产生较大的扩张力。但气体不同，当温度降低，或是压力增大时，它的体积将会快速缩小，再加之气体原本就比水活泼，相比于水的膨胀程度来说，气体的收缩程度更大。因此，一旦阀内的水体结冰膨胀，安装在阀内的气胎体积将会急剧收缩，留出了一部分的空间，这就容纳了积冰的膨胀部分，同时，也大大降低了膨胀部分对阀体的压力，充分保护了阀体不受损坏。并且，设计人员在防冻裂阀门进行设计时，还要特别注意一点问题是，阀体内不应该设备气胎丹的普通阀门，这是因为阀体内的空间有限，若是温度降低，结冰，发生膨胀时，所有的压力就会直接作用在阀体上，最终导致阀体无法承受压力而发生胀破，很可能会引起管道泄漏、阀门报废等不良事件。
2.2 防冻裂阀门的工作过程
当阀门正确安装到自来水管道上，进行正常运行时，气胎应该保持在鼓起的状态，如果管道内的水随着温柔的降低而发生凝固与膨胀，气胎体积就会迅速缩小，再加之胎体自身具备了良好的伸缩性，当水体结冰之后，膨胀部分将会直接流入到胎腔中，这样就消除了冰在膨胀过程中会对阀体产生的压力，使得阀体受到保护，不会发生严重的爆裂。最后，当温度逐渐回升时，积冰将会融化，同时水体积大幅度减小，气胎体积变大，最终恢复原样。
3 电热防冻解冻阀设计的有益效果
（1）可以说，当电热防冻解冻阀设计的出现，不仅自身具备了加强的解冻功能，还可以对自来水管道设备在低温时的结冰问题进行有效的控制，大大消除了自来水管道设备的防冻裂问题，促使自来水管道设备在低温条件下仍旧可以正常运行，为人们的日常生活提供更多的便利。
（2）相关设计人员在对电热防冻解冻阀进行修改与完善之后，进一步实现了将水表、水龙头与阀门等管道设备的相互结合，使其成为一体化的系统设计，这样不仅缩小了管道设备在管道安装过程中占有的空间，同时也会主体结构的防冻与解冻有着至关重要的影响和作用。
（3）电热防冻解冻阀设计最大的优点就是，即使在停电的情况下，其自来水管道设备也能够满足于防冻裂的需求。
（4）本结构设计也可以通过去除电热器及其他电路控制部元件将其简化为一般的防冻裂结构。
（5）其实，本文中介绍的电热防冻解冻阀设计已经在实践中得到了较为广泛的应用，并取得了十分理想的成果。而这种防冻裂的结构设计不仅适用于自来水管道中，同时也可以在水冷却管道、小型密封水箱中起到很好的使用效果，应当进行大力的推广与应用。
（6）本结构设计与现有的自来水管道设备的防冻（裂）装置相比，具有结构简单、投资少、安装使用方便及性能可靠等优点。
结束语
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優点。如果其它管道设备（水表、闸阀等）也需要增设防冻裂结构，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。
参考文献
[1]任继德.刘少辉寒区低压塑料管道在浅埋输水灌溉工程中的应用[J].黑龙江水专学报，2003，30（3）.
[2]单军.王志丹北京市村镇供水设施冻害防治措施[J].北京水务，2011（6）.
[3]陈来青.王成庆高寒地区人畜饮水工程供水点结构新探[J].中国农村水利水电，2000（11）.
关键词：自来水管道；防冻裂；结构设计
通常情况下，在冬季里，自来水管道和水龙头等构件很容易发生冻裂、冻坏的情况。笔者经过多年实践研究发现，大部分冻裂的设备一般都是直接暴露在空气中，经常会受到外界温度变化的影响，一旦气温骤降，或是降到最低时，其中存在的水就会结冰，体积产生膨胀之后，发生爆裂。而如果我们在对这些设备进行设计时，为其留置出一定的储备空间，这样就能够有效解决水在积冰过程中产生的扩张力，避免自来水管道以及其他设备出现冻裂的现象。因此，本文重点对自来水管道设备的防冻裂结构设计进行了探讨分析，同时总结了一些自己的看法与观点
1 水龙头防冻裂结构的防冻裂原理分析
1.1 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，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O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。
1.2 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10对顶针11和橡皮密封垫9的压力的时候，顶针11和橡皮密封垫9即被推开O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：（1）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 管道防冻裂阀门
2.1 防冻裂阀门的工作原理
实际上，所谓的防冻裂阀门的工作原理主要是根据水与气体体积随着温度变化的物理特征进行设计的，当温度降低，水体会结冰，同时体积也会迅速膨胀起来，这样就会对管道产生较大的扩张力。但气体不同，当温度降低，或是压力增大时，它的体积将会快速缩小，再加之气体原本就比水活泼，相比于水的膨胀程度来说，气体的收缩程度更大。因此，一旦阀内的水体结冰膨胀，安装在阀内的气胎体积将会急剧收缩，留出了一部分的空间，这就容纳了积冰的膨胀部分，同时，也大大降低了膨胀部分对阀体的压力，充分保护了阀体不受损坏。并且，设计人员在防冻裂阀门进行设计时，还要特别注意一点问题是，阀体内不应该设备气胎丹的普通阀门，这是因为阀体内的空间有限，若是温度降低，结冰，发生膨胀时，所有的压力就会直接作用在阀体上，最终导致阀体无法承受压力而发生胀破，很可能会引起管道泄漏、阀门报废等不良事件。
2.2 防冻裂阀门的工作过程
当阀门正确安装到自来水管道上，进行正常运行时，气胎应该保持在鼓起的状态，如果管道内的水随着温柔的降低而发生凝固与膨胀，气胎体积就会迅速缩小，再加之胎体自身具备了良好的伸缩性，当水体结冰之后，膨胀部分将会直接流入到胎腔中，这样就消除了冰在膨胀过程中会对阀体产生的压力，使得阀体受到保护，不会发生严重的爆裂。最后，当温度逐渐回升时，积冰将会融化，同时水体积大幅度减小，气胎体积变大，最终恢复原样。
3 电热防冻解冻阀设计的有益效果
（1）可以说，当电热防冻解冻阀设计的出现，不仅自身具备了加强的解冻功能，还可以对自来水管道设备在低温时的结冰问题进行有效的控制，大大消除了自来水管道设备的防冻裂问题，促使自来水管道设备在低温条件下仍旧可以正常运行，为人们的日常生活提供更多的便利。
（2）相关设计人员在对电热防冻解冻阀进行修改与完善之后，进一步实现了将水表、水龙头与阀门等管道设备的相互结合，使其成为一体化的系统设计，这样不仅缩小了管道设备在管道安装过程中占有的空间，同时也会主体结构的防冻与解冻有着至关重要的影响和作用。
（3）电热防冻解冻阀设计最大的优点就是，即使在停电的情况下，其自来水管道设备也能够满足于防冻裂的需求。
（4）本结构设计也可以通过去除电热器及其他电路控制部元件将其简化为一般的防冻裂结构。
（5）其实，本文中介绍的电热防冻解冻阀设计已经在实践中得到了较为广泛的应用，并取得了十分理想的成果。而这种防冻裂的结构设计不仅适用于自来水管道中，同时也可以在水冷却管道、小型密封水箱中起到很好的使用效果，应当进行大力的推广与应用。
（6）本结构设计与现有的自来水管道设备的防冻（裂）装置相比，具有结构简单、投资少、安装使用方便及性能可靠等优点。
结束语
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優点。如果其它管道设备（水表、闸阀等）也需要增设防冻裂结构，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。
参考文献
[1]任继德.刘少辉寒区低压塑料管道在浅埋输水灌溉工程中的应用[J].黑龙江水专学报，2003，30（3）.
[2]单军.王志丹北京市村镇供水设施冻害防治措施[J].北京水务，2011（6）.
[3]陈来青.王成庆高寒地区人畜饮水工程供水点结构新探[J].中国农村水利水电，2000（11）.