通用型產(chǎn)品的淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用分析

楊俊國，陳 昊

（江西洪都航空工業(yè)股份有限公司，江西 南昌 330096）

淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)的淋雨強(qiáng)度、淋雨壓力等對被檢驗(yàn)產(chǎn)品的應(yīng)用質(zhì)量及貯存狀態(tài)產(chǎn)生直接影響。為有效檢驗(yàn)產(chǎn)品性能，提高淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，有必要對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)踐應(yīng)用分析。據(jù)此，設(shè)計(jì)一種通用型產(chǎn)品淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)踐檢驗(yàn)，以期為同類產(chǎn)品的淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供參考與借鑒。

1 淋雨試驗(yàn)室類型選擇

淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)氛圍動(dòng)態(tài)淋雨室與靜態(tài)淋雨室。動(dòng)態(tài)淋雨室通常為板鏈通道式，包括室體、噴淋系統(tǒng)、吹干系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)；靜態(tài)淋雨室分為地面通道式、地面非通道式。地面通道式的靜態(tài)淋雨室具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等特點(diǎn)；地面非通道式的靜態(tài)淋雨室具有占地面積小、淋雨時(shí)間長等特點(diǎn)。由于通用型產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)奏較快，所以選擇動(dòng)態(tài)淋雨試驗(yàn)方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，且淋雨線采用板鏈?zhǔn)捷斔拖到y(tǒng)。

通用型產(chǎn)品淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理是通過變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵，抽取蓄水池中的水進(jìn)入主管路，主管路與各分支管路通過閥門連接，各分支管路與淋雨室連接。根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)需要，可以將實(shí)驗(yàn)室分為A區(qū)和B區(qū)，并根據(jù)通用型產(chǎn)品的尺寸大小設(shè)置和選擇適宜的淋雨區(qū)進(jìn)行淋雨試驗(yàn)如圖1所示。在通用型產(chǎn)品淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意在淋雨室的頂部與四面墻壁上均勻布設(shè)淋雨噴頭，并考慮水的收集、過濾與回流。

圖1 淋雨系統(tǒng)圖

2 通用型產(chǎn)品淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 通用型產(chǎn)品參數(shù)與工位間距

文章研究的通用型產(chǎn)品有A型通用產(chǎn)品和B型通用產(chǎn)品，兩種通用型產(chǎn)品的參數(shù)具體如表1所示。

表1 通用型產(chǎn)品參數(shù)

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，基于距離安全分析，確定工位間距為6 000 mm。

2.2 通用型產(chǎn)品淋雨線的輸送速度

淋雨線的輸送速度公式表示為：

式中，x表示生產(chǎn)線每小時(shí)的產(chǎn)品滿產(chǎn)能；b表示返修復(fù)檢率；l表示淋雨線工位間距；n表示淋雨線數(shù)目；a表示設(shè)備開動(dòng)率。

結(jié)合表1數(shù)據(jù)峰分析，l取值6 000 mm；n取值為1；a取值85%；b取值5%；x取值40個(gè)/h，計(jì)算得出淋雨線的輸送速度Vmax=3.5 m/min。基于淋雨試驗(yàn)安全及提升產(chǎn)能目的分析，確定淋雨線的最大輸送速度為4 m/min。

2.3 通用型產(chǎn)品淋雨參數(shù)

根據(jù)國際規(guī)定，通用型產(chǎn)品的淋雨強(qiáng)度參數(shù)如表2所示。

表2 通用型產(chǎn)品淋雨試驗(yàn)參數(shù)

需要注意的是，淋雨系統(tǒng)的噴嘴設(shè)置應(yīng)保證產(chǎn)品外表面被人工雨覆蓋，無死角。

基于淋雨線場地限制、淋雨試驗(yàn)實(shí)效分析，文章以提高淋雨強(qiáng)度減少淋雨時(shí)間的方式設(shè)計(jì)淋雨系統(tǒng)。通常情況下，淋雨強(qiáng)度為國家標(biāo)準(zhǔn)的3～4倍，相應(yīng)部位的淋雨時(shí)間可以減少到5 min～3.75 min。文章選取淋雨時(shí)間為4 min，產(chǎn)品前部的淋雨強(qiáng)度為24～30 mm/min；產(chǎn)品側(cè)部的淋雨強(qiáng)度為16～24 mm/min；產(chǎn)品底部的淋雨強(qiáng)度為18～20 mm/min。

2.4 通用型產(chǎn)品淋雨段長度計(jì)算

淋雨試驗(yàn)的淋雨段長度計(jì)算公式表示為：

式中，S表示淋雨段長度；V表示淋雨線的輸送速度。

結(jié)合上述分析，選取V值為4 m/min，S=4V=4×4=16 m。

2.5 通用型產(chǎn)品淋雨面積

通用型產(chǎn)品的外形尺寸決定了淋雨面積。

本文中通用型產(chǎn)品的頂部淋雨面積公式，表示為：

通用型產(chǎn)品的側(cè)部淋雨面積公式，表示為：

淋雨標(biāo)準(zhǔn)面積公式，表示為：

式中，L表示通用型產(chǎn)品的長度；M表示通用型產(chǎn)品的寬度；T表示通用型產(chǎn)品的側(cè)圍高度。

2.6 通用型產(chǎn)品淋雨噴嘴尺寸

通常情況下，噴嘴排布距離為500～600 mm，本文選取的噴嘴間距為600 mm，每排噴嘴數(shù)量為12個(gè)，噴淋線共有27排，噴嘴總數(shù)量為324個(gè)。由于不同噴嘴孔徑，對流量產(chǎn)生影響，所以應(yīng)對噴嘴孔徑進(jìn)行選擇分析。

總流量公式表示為：

式中，p表示淋雨強(qiáng)度；s表示淋雨面積。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)和公式（6）計(jì)算，考慮設(shè)計(jì)余量，選擇應(yīng)用孔徑為3.2 mm的噴嘴。同時(shí)，根據(jù)噴嘴耐壓值分析，確定噴嘴的噴射角度為70°如圖2所示。

圖2 噴嘴噴射角度示意圖

2.7 通用型產(chǎn)品淋雨室外形尺寸

根據(jù)表2數(shù)據(jù)要求，設(shè)計(jì)通用型產(chǎn)品淋雨室中，左側(cè)、右側(cè)、上側(cè)噴嘴距離通用型產(chǎn)品的距離為500 mm左右，下側(cè)噴嘴距離通用型產(chǎn)品400 mm左右，即可滿足要求。

通常情況下，淋雨室的高度取決于通用型產(chǎn)品的最大高度、噴嘴到通用型產(chǎn)品的距離、噴嘴安裝到淋雨室體壁距離之和。淋雨室寬度取決于通用型產(chǎn)品的最大寬度、噴嘴到通用型產(chǎn)品的距離、噴嘴安裝到淋雨室體壁距離之和的兩倍。淋雨室的長度取決于輸送線速度與噴淋時(shí)間，根據(jù)實(shí)際需求情況選擇適宜的防止水濺出段長度。文章選擇防止水濺出段的距離為1 500 mm，同時(shí)在工件送入淋雨室端設(shè)置豐風(fēng)簾，防止水霧飄出。

最終計(jì)算確定淋雨室外形尺寸為：長度為19 000 mm，高度3 300 mm，寬度3 500 mm。

2.8 通用型產(chǎn)品淋雨系統(tǒng)水泵流量

結(jié)合公式（6），構(gòu)建通用型產(chǎn)品淋雨系統(tǒng)的最大流量公式，表示為：

式中，Q表示流量，單位為m3/h；S為淋雨面積，單位為m2；F為淋雨強(qiáng)度，單位為mm/min。

經(jīng)計(jì)算，得出通用型產(chǎn)品前噴用水量為47.9 m3/h；側(cè)噴用水量為72.6 m3/h；底噴用水量為31.9 m3/h；總噴水用量為152.4 m3/h。

由于循環(huán)水泵的揚(yáng)程取決于淋雨壓力、淋雨強(qiáng)度、淋雨面積，所以在設(shè)計(jì)通用型產(chǎn)品淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)對循環(huán)水泵的流量進(jìn)行計(jì)算分析。根據(jù)揚(yáng)程參數(shù)分析，淋雨壓力大于且等于150 kPa，調(diào)節(jié)范圍為150～300 kPa，壓力損失50 kPa，因此，淋雨壓力應(yīng)確定為350 kPa，且循環(huán)水泵揚(yáng)程不小于35 m。

循環(huán)水泵流量公式表示為：

式中，Q表示理論計(jì)算流量，，m3/h，F(xiàn)0為淋雨規(guī)定強(qiáng)度，單位為mm/min；A0為淋雨面積，單位為m2。

在水泵選擇過程中，可以根據(jù)總噴水流量、循環(huán)水泵揚(yáng)程，選擇轉(zhuǎn)速為2 950 r/min、電機(jī)功率為22 kw的水泵。

蓄水池的容積對排污泵的參數(shù)產(chǎn)生直接影響，根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，排污泵的管徑應(yīng)大于等于50 mm。排污泵流量計(jì)算公式表示為：

式中，V表示蓄水池容積，單位為m3；t1表示排水時(shí)間，取值范圍為（0.2～3.0）h。

2.9 通用型產(chǎn)品淋雨系統(tǒng)的噴淋管路管徑計(jì)算

管路管徑取決于管路直徑最大流量限制。根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析，確定主管路最大流量為42.3 L/s，確定管徑為150 mm；支管路中最大流量為20.2 L/s，確定其管徑為120 mm；噴淋管路最大流量為9.5 L/min，確定管徑為60 mm。

2.10 通用型產(chǎn)品淋雨系統(tǒng)蓄水池容積

淋雨量、淋雨實(shí)踐、循環(huán)水沉淀時(shí)間等參數(shù)對蓄水池容量產(chǎn)生直接影響。蓄水池容積計(jì)算公式表示為：

式中，t0表示蓄水池水一次循環(huán)時(shí)間，取值范圍為 10～15min。

蓄水池通常要經(jīng)過至少兩級(jí)的過濾，第一級(jí)過濾可以過濾水中的漂浮物，第二級(jí)過濾可以過濾水中泥沙。

2.11 通用型產(chǎn)品淋雨室體基礎(chǔ)參考

淋浴室面積決定了淋浴室體基礎(chǔ)大小。淋浴室體防滲水措施為：淋浴室基礎(chǔ)下沉100 mm，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 淋雨室體基礎(chǔ)示意圖

2.12 通用型產(chǎn)品淋雨參數(shù)驗(yàn)證

分別在淋浴室A區(qū)、B區(qū)的水平淋雨區(qū)域內(nèi)間隔1m設(shè)置9個(gè)雨量取樣點(diǎn)，其中產(chǎn)品前部淋雨強(qiáng)度取樣點(diǎn)為1、2、3；產(chǎn)品側(cè)部淋雨強(qiáng)度取樣點(diǎn)為4、5、6；產(chǎn)品底部淋雨強(qiáng)度取樣點(diǎn)為7、8、9。淋雨系統(tǒng)在相應(yīng)參數(shù)下運(yùn)行狀態(tài)正常，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，檢測到的淋雨強(qiáng)度如表3所示。

表3 通用型產(chǎn)品淋雨強(qiáng)度（單位：mm/min）

表3數(shù)據(jù)分析可知，取樣點(diǎn)的淋雨強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)預(yù)期。

3 通用型產(chǎn)品淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用案例

應(yīng)用該設(shè)計(jì)的淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)對某通用型產(chǎn)品進(jìn)行淋雨試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)為產(chǎn)品前部淋雨強(qiáng)度25 mm/min；產(chǎn)品側(cè)部淋雨強(qiáng)度18 mm/min；產(chǎn)品底部淋雨強(qiáng)度19 mm/min，試驗(yàn)時(shí)間1 h。試驗(yàn)結(jié)束后，試驗(yàn)產(chǎn)品內(nèi)未出現(xiàn)明顯進(jìn)水，淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行性能良好。

4 結(jié)束語

淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)是檢驗(yàn)產(chǎn)品防水性能的重要系統(tǒng)，在提升產(chǎn)品質(zhì)量等方面發(fā)揮重要作用。文章以通用型產(chǎn)品為例，對其淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)踐檢驗(yàn)分析。設(shè)計(jì)通用型產(chǎn)品淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)具備以下參數(shù)：①淋浴室具備A區(qū)、B區(qū)兩個(gè)區(qū)域。②選取淋雨時(shí)間為4 min，產(chǎn)品前部的淋雨強(qiáng)度為24～30 mm/min；產(chǎn)品側(cè)部的淋雨強(qiáng)度為16～24 mm/min；產(chǎn)品底部的淋雨強(qiáng)度為18～20 mm/min。③噴嘴壓力設(shè)計(jì)點(diǎn)為噴嘴間距為600 mm；產(chǎn)品前噴用水量為47.9 m3/h；側(cè)噴用水量為72.6 m3/h；底噴用水量為31.9 m3/h；總噴水用量為152.4 m3/h；淋雨壓力應(yīng)確定為350 kPa，且循環(huán)水泵揚(yáng)程不小于35m；噴嘴噴射角度為70°。④經(jīng)試驗(yàn)，淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行性能良好。

從整體視角而言，在設(shè)計(jì)淋雨系統(tǒng)時(shí)，未考慮風(fēng)速因素。在后續(xù)研究中，綜合風(fēng)速影響因素，進(jìn)一步探索淋雨系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用。