В нашей современной жизни мы используем несколько технологических чудес, чтобы не отставать от растущих темпов этого постоянно растущего мира. Некоторые из них стали настолько распространенными в нашем повседневном использовании, что мы почти никогда не задумываемся, как эти технологии работают в своей основе. Одним из таких примеров является стиральная машина, которую мы используем для стирки грязного белья. Просто добавьте немного воды в барабан для стирки, несколько мерных ложек моющего средства, поверните несколько кнопок, и через несколько минут у вас будет чистое белье. Довольно просто, верно? Вас может удивить тот факт, что, хотя стиральные машины были доступны с 19 века, только в 2018 году ученые смогли демистифицировать принцип работы стиральной машины. Существует сложное взаимодействие механических и химических воздействий, которое делает возможной очистку внутри стиральной машины. Прежде чем мы поймем, как работает стиральная машина, давайте сначала попробуем понять роль моющего средства в процессе стирки.
Указатель статьи (нажмите, чтобы перейти)
Роль моющих средств в стирке одежды
В химии детергенты известны как поверхностно-активные вещества, сокращение от поверхностно-активные вещества. Молекулы моющих средств могут присоединяться к двум разным типам веществ, которые обычно не взаимодействуют друг с другом, например к маслу и воде. Обычно один конец молекулы ПАВ является гидрофобным (водоотталкивающим), а другой — гидрофильным (водопритягивающим). Когда моющее средство растворяется в воде, его молекулы образуют сферические структуры, называемые мицеллами. Гидрофобные хвосты этих мицелл прикрепляются к молекулам грязи или жира, а гидрофильные головки прикрепляются к молекулам воды. Общее понимание заключается в том, что вращательное действие стиральной машины заставит этот раствор поверхностно-активного вещества течь через ткань и собирать все молекулы грязи, скрывающиеся в трещинах, которые можно удалить промывкой водой; однако недавние исследования обнаружили нечто иное. Ткани изготовлены из пряжи, которая, в свою очередь, состоит из переплетенных волокон. Хотя раствор поверхностно-активного вещества может легко проходить через промежутки между перекрестно сшитыми нитями (межнитевые промежутки), он не может проходить через саму пряжу, в частности, через промежутки между переплетенными волокнами (внутринитевые промежутки). В целом, отношение моющего раствора, который может проникнуть через межнитевые пространства, составляет всего 0.1% к тому, который очищает грязь, застрявшую в межнитевых пряди. Математически это заняло бы несколько часов, чтобы очистить грязь, застрявшую между порами внутри пряжи; однако на самом деле для удаления грязи из пор внутри пряжи в стиральной машине требуется всего несколько минут. Научное сообщество называет это несоответствие «застойной основной проблемой». Здесь в игру вступает цикл полоскания стиральной машины.
Принцип работы стиральной машины
На первый взгляд, стирка одежды — довольно простой процесс. Технически этот процесс называется агитацией. Это процесс улучшения химического или физического действия жидкости за счет использования принудительной циркуляции или любого другого периодического движения (точно так же, как перемешивание). В стиральной машине перемешивание заставляет одежду двигаться вперед и назад внутри стирального барабана, содержащего воду, смешанную с моющим средством, и тереться друг о друга, удаляя пятна. Как обсуждалось ранее в этом разделе, этот процесс эффективен только для очистки пространства между нитями, но не для очистки пор внутри пряжи. Дальнейшая очистка осуществляется с помощью так называемого диффузиофореза. Это самопроизвольное движение коллоидных частиц или молекул в жидкости, вызванное градиентом концентрации другого вещества. Ополаскивающее действие стиральной машины очищает грязесодержащие мицеллы, создавая градиент химической концентрации вокруг мицелл, удерживающих молекулы грязи, застрявшие внутри пор пряжи. Кроме того, электрическое поле, возникающее за счет включения анионных поверхностно-активных веществ, также способствует удалению грязи.
Компоненты стиральной машины
- Внутренний барабан: Сюда мы складываем белье. Можно заметить, что этот барабан немного вращается при прикосновении к нему, и в нем пробито много отверстий. Эти отверстия позволяют воде поступать и стирать одежду.
- Лопатки: Это ребра, которые лежат на краю барабана и помогают перемещать белье во время стирки.
- Мешалка: Это лопасть, более распространенная в машинах с вертикальной загрузкой, посередине, которая помогает переворачивать одежду в мыльной воде.
- Внешний барабан: Этот барабан не виден, если заглянуть внутрь стиральной машины, но есть еще один барабан, который удерживает воду, пока вращается внутренний барабан или мешалка. Эта часть полностью водонепроницаема, чтобы предотвратить утечку из вашей машины.
- Термостат и нагревательный элемент: Они контролируют температуру воды и нагревают воду до заданной температуры.
- насос: Это удаляет воду из барабана после стирки.
- Программист: Он управляет стиральной машиной на всех этапах от стирки до полоскания и отжима.
- Трубы и клапаны: Они позволяют воде входить и выходить из стиральной машины.
Типы стиральных машин
Стиральные машины с вертикальной загрузкой
Стиральные машины с вертикальной загрузкой обычно считаются стандартными стиральными машинами. Наиболее заметной особенностью этих стиральных машин является стиральная машина с вертикальной осью, которая помещает одежду в вертикально установленную перфорированную корзину, которая находится внутри водоудерживающего бака. Ребристая мешалка с водяным насосом расположена в центре дна корзины. Белье загружается через верхнюю часть машины, которая обычно, но не всегда, закрыта дверцей на петлях. Во время цикла стирки момент мешалки вызывает циркуляционное движение воды, создавая центробежную силу, которая выталкивает воду наружу между лопастями к краю бака. Затем вода движется наружу, вверх по бокам корзины, к центру, а затем вниз к мешалке, чтобы повторить процесс по схеме циркуляции, похожей на форму тора. Направление мешалки периодически меняется на противоположное, потому что непрерывное движение в одном направлении просто привело бы к вращению воды вокруг корзины с мешалкой, а не к перекачиванию воды в виде тора. Некоторые стиральные машины дополняют перекачивающую воду мешалку большим вращающимся винтом на валу над мешалкой, который помогает перемещать воду вниз в центр корзины.
Преимущества стиральных машин с вертикальной загрузкой
- Расположение загрузочного отверстия сверху обеспечивает удобство работы пользователю, которому не нужно наклоняться, чтобы загрузить белье.
- Некоторые стиральные машины с вертикальной загрузкой даже позволяют добавлять дополнительное белье после начала цикла стирки.
- Стиральные машины с вертикальной загрузкой обычно меньше подвержены протечкам воды.
- Стиральные машины с вертикальной загрузкой требуют минимального обслуживания и могут не нуждаться в регулярном цикле «освежения» для очистки дверных уплотнителей и сильфонов.
- Стиральные машины с вертикальной загрузкой обычно дешевле, чем их аналоги.
Недостатки стиральных машин с вертикальной загрузкой
- По сравнению с другими типами, стиральные машины с вертикальной загрузкой не считаются эффективными в плане очистки.
- Из-за большего участия механической трансмиссии машины с верхней загрузкой обычно более шумные, чем другие типы.
- Во влажном белье после отжима может остаться больше воды, что может увеличить время сушки.
Стиральные машины с фронтальной загрузкой
Стиральные машины с фронтальной загрузкой считаются более модными и эффективными, чем стиральные машины с вертикальной загрузкой. Общая компоновка стиральной машины с фронтальной загрузкой обычно имеет стиральный барабан с горизонтальной осью, а загрузка осуществляется через дверцу, расположенную на передней стороне машины. Часто, но не всегда, на входе присутствует прозрачное окно. Возвратно-поступательное вращение цилиндра, а также сила тяжести обеспечивают перемешивание. Белье поднимается вверх, а затем опускается лопастями на внутренней стенке барабана. Это движение сгибает плетение ткани, пропуская воду и раствор моющего средства через загруженную одежду. Поскольку для стирки не требуется, чтобы одежда была свободно подвешена в воде, достаточно воды только для увлажнения ткани. В машинах с фронтальной загрузкой обычно используется меньше мыла, потому что требуется меньше воды, а повторяющиеся действия опрокидывания и складывания могут легко привести к образованию большого количества пены или пены. Стиральная машина с фронтальной загрузкой использует поверхностное натяжение воды и капиллярное действие для регулирования расхода воды внутри барабана. Стиральная машина с фронтальной загрузкой каждый раз наполняется до одного и того же низкого уровня воды, но большая куча сухого белья, стоящая в воде, поглощает влагу и вызывает снижение уровня воды. Затем стиральная машина снова наполняется, чтобы поддерживать уровень воды на том же уровне, что и раньше. Поскольку для этого поглощения воды неподвижным ворсом ткани требуется время, почти все машины с фронтальной загрузкой начинают процесс стирки, медленно погружая белье под струю воды, чтобы быстро насытить одежду водой.
Преимущества стиральных машин с фронтальной загрузкой
- Размеры стиральных машин с фронтальной загрузкой обычно меньше по сравнению со стиральными машинами с вертикальной загрузкой, что делает их предпочтительным выбором, когда речь идет о пространстве.
- Стиральные машины с фронтальной загрузкой считаются более эффективными в уборке, чем стиральные машины с вертикальной загрузкой.
- Стиральные машины с фронтальной загрузкой потребляют меньше энергии, поскольку требуют меньше воды, чем другие альтернативы.
- Высокая скорость отжима стиральных машин с фронтальной загрузкой извлекает больше влаги из влажного белья, что означает, что вы можете сократить время сушки.
Недостатки стиральных машин с фронтальной загрузкой
- С развитием технологий и простотой доступа машины с фронтальной загрузкой имеют более высокую цену.
- Время стирки обычно на 20-30% больше, чем у стандартных стиральных машин с вертикальной загрузкой.
- Из-за его конструкции вода может попасть внутрь, вызывая затхлый запах в баке для стирки и дозаторе моющих средств.
Гибридные конструкции
Существует несколько вариаций конструкции стиральной машины, в основе которых лежит гибридизация вышеперечисленных типов. Наиболее заметным отличием от двух других типов является использование импеллеров вместо мешалок. Крыльчатки имеют почти ту же функцию, что и мешалки, за исключением того, что у них нет центральной стойки, выступающей вверх по середине корзины для стирки. Загрузочная площадка в стиральных машинах такого типа в основном присутствует вверху. Эти машины уже, но обычно выше, чем фронтальные погрузчики, и обычно имеют меньшую грузоподъемность. Они предназначены для использования там, где доступно только узкое пространство, и поэтому они популярны в азиатских странах, где население и жилая площадь являются проблемой. В принципе, эти устройства подходят для ночной стирки (комбинированный цикл значительно дольше), но их возможности для стирки больших партий белья сильно ограничены. Поскольку комбинированная стирально-сушильная машина должна сушить не только ткань, но и стиральную камеру, а процесс сушки потребляет значительно больше энергии, чем при использовании двух отдельных машин.
Как работает стиральная машина с вертикальной загрузкой
Мэри Марлоу Леверетт — один из самых уважаемых в отрасли экспертов по домашнему хозяйству и уходу за тканями. Она делится своими знаниями об эффективном ведении домашнего хозяйства, стирке и сохранении текстиля. Она также является мастером-садовником с более чем 40-летним опытом; пишет более 20 лет.
Ель / Кристал Слэгл
Изобретение первой автоматической стиральной машины в 1851 году освободило женщин от изнурительного, непосильного труда. По мере развития дизайна и моделей задача стирки одежды становилась намного проще. Сегодня шайбы можно найти самых разных размеров, цветов и стилей. В то время как стиральные машины с фронтальной загрузкой и горизонтальной осью набирают популярность в США, стиральные машины с вертикальной загрузкой по-прежнему лидируют на рынке.
При чистке одежды сочетание механической энергии взбалтывания ткани, тепловой энергии температуры воды и химического действия моющего средства выполняет задачу. Но как стиральная машина с вертикальной загрузкой обеспечивает такое волнение?
Как работает стиральная машина с вертикальной загрузкой?
Хотя конструктивные особенности и количество циклов, предлагаемых на стиральных машинах, варьируются от производителя к производителю, а также существуют различные ценовые диапазоны, основные принципы работы двух типов стиральных машин с вертикальной загрузкой в Соединенных Штатах одинаковы.
Два типа шайб с верхней загрузкой: центральная мешалка и крыльчатка.
- В стандартных стиральных машинах с вертикальной загрузкой в США, Канаде и Австралии используется центральная мешалка с пропеллерными лопастями для перемещения белья в воде от верхней части стиральной машины к нижней. Движение сверху вниз продолжается в течение всего цикла стирки, пропуская воду и моющее средство через ткани, чтобы разрыхлить любую грязь. В Азии в стиральных машинах с верхней загрузкой используется крыльчатая мешалка без центральной стойки.
- В высокоэффективных стиральных машинах с вертикальной загрузкой используется крыльчатка на дне барабана, и они больше похожи на своих собратьев с фронтальной загрузкой. У них есть барабан, вращающийся вокруг горизонтальной оси, как у фронтального погрузчика, но нет передней дверцы. У них есть подъемная крышка с верхней загрузкой, как у стандартной стиральной машины. Эти машины работают и вращаются так же, как машины с фронтальной загрузкой, и потребляют вдвое меньше воды, чем требуется для стандартной стиральной машины. Преимущество высокоэффективной стиральной машины с верхней загрузкой заключается в том, что она не требует складного резинового сильфонного уплотнения, как модели с фронтальной загрузкой, которые могут задерживать влагу и грязь и вызывать запахи. Конструкция с верхней нагрузкой имеет пару симметричных подшипников, а не один подшипник с одной стороны, что снижает износ при механической работе.
Интересный факт
В мае 2021 года Whirlpool представила первую стиральную машину с вертикальной загрузкой «2 в 1» с крыльчаткой и съемной центральной мешалкой. Конструкция позволяет пользователю снимать центральную мешалку, когда в стиральной машине требуется немного больше места для крупногабаритных предметов.
Оба типа погрузчиков с вертикальной загрузкой состоят из двух компонентов: системы управления и механической системы. Система управления состоит из плат управления, селектора объема загрузки (реле давления), селектора температуры воды, таймера и переключателя крышки/блокировки. Механическая система состоит из двигателя, трансмиссии, сцепления, внутреннего и внешнего промывочных баков, мешалки, насосов, водяного клапана, системы подвески и ремня или муфты двигателя.
Для обоих типов машин с вертикальной загрузкой после того, как пользователь выбирает размер загрузки, температуру воды и тип цикла, внешний бак заполняется водой. В стандартной стиральной машине вода полностью покрывает белье и плавает в корзине (если только корзина не была переполнена). Затем мешалка перемещает воду и одежду, создавая трение, необходимое для разрыхления почвы. Высокоэффективная стиральная машина использует гораздо меньше воды (примерно на 40 процентов меньше) и сначала не полностью покрывает одежду водой. Мешалка на дне бака втягивает белье через воду в центр машины во время цикла стирки.
Как правило, двигатель, приводящий в действие редуктор, заставляет мешалку двигаться или вращаться в одном направлении. Двигатель водяного насоса также вращается в одну сторону, рециркулируя воду с моющим средством. Тот же двигатель насоса меняет направление, чтобы качать или удалять воду во время цикла отжима. Стиральные машины с вертикальной загрузкой на самом деле стали более механически простыми, поскольку производители разработали новые конструкции. Однако электронное управление стало намного сложнее. Больше нельзя заменять отдельные элементы управления. Вся электронная панель управления обычно подлежит замене при выходе из строя одного компонента.
Благодаря вертикальной конструкции стиральные машины с вертикальной загрузкой позволяют дозаторам моющих средств, отбеливателей и кондиционеров для белья работать под действием силы тяжести и центробежной силы. На фронтальном погрузчике дозаторы должны открываться электромагнитным клапаном. Вертикальная конструкция также значительно упрощает подачу воды в стиральную машину и из нее, чем в фронтальном погрузчике. Из-за силы тяжести и расположения слива стиральные машины с верхней загрузкой обычно не удерживают воду после завершения цикла, что может вызвать запах плесени и грибка. Уход за стиральной машиной с вертикальной загрузкой довольно прост.
Понимая основы стиральной машины с вертикальной загрузкой, вы сможете лучше диагностировать проблемы и даже выполнять ремонт. Если вам нужно руководство пользователя или руководство по ремонту, вы можете найти его здесь.
