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        一種大型整車淋雨系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

        2021-03-19 03:14:20尹東輝盛德兵魯吉林余云加趙可淪
        環(huán)境技術(shù) 2021年1期
        關(guān)鍵詞:淋雨軍用方艙

        尹東輝,盛德兵,魯吉林,余云加,趙可淪

        (1.廣州廣電計量檢測股份有限公司,廣州 510000; 2.陸軍裝備部裝備項目管理中心,北京 100012)

        前言

        針對淋雨試驗方法和裝置的研究至今有近五十年的歷史,上世紀(jì)70年代,美國、英國的軍用標(biāo)準(zhǔn)就已經(jīng)正式對淋雨試驗進(jìn)行了規(guī)定[2]。軍用車輛無論是在工作狀態(tài)還是貯存狀態(tài),都將不同程度地受到各種水的影響,其中受淋雨影響最為常見,由于雨水的滲透、流動、沖擊和積聚,會對設(shè)備及其材料產(chǎn)生各種影響。開展淋雨試驗,可以確定如下環(huán)境因素對裝備的影響:①防止水滲入裝備的保護(hù)罩、殼體和密封圈的有效性;②裝備暴露于水中時以及暴露之后滿足其性能要求的能力;③由于淋雨造成裝備的任何物理損壞;④除水裝置的有效性;⑤檢驗裝備包裝的有效性。

        目前,行業(yè)內(nèi)尺寸小于10 m的中小型整車淋雨裝置比較常見,能滿足常規(guī)民用車輛的淋雨試驗要求。對于針對大型軍用車輛,特別是攜帶特殊附屬設(shè)備,需要較大展開面積的特種車輛的淋雨裝置并不常見。

        本文的目的,是針對大型軍用車輛和特種車輛,設(shè)計一種滿足GJB 150.8A-2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法 第8部分:淋雨試驗》[3]、GJB 6109-2007《軍用方艙通用規(guī)范》[4]和GJB 2093A-2012《軍用方艙通用試驗方法》[5]參數(shù)要求的淋雨試驗系統(tǒng)。

        本文通過控制系統(tǒng)、淋雨室尺寸、淋雨強度、水壓、淋雨面等參數(shù)進(jìn)行淋雨系統(tǒng)設(shè)計[6]。

        1 設(shè)計原理

        1.1 標(biāo)準(zhǔn)解讀

        GJB 150.8A-2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法 第8部分:淋雨試驗》[3]、GJB 6109-2007《軍用方艙通用規(guī)范》和GJB 2093A-2012《軍用方艙通用試驗方法》中關(guān)于淋雨參數(shù)的要求見表1。

        1.2 設(shè)計原理

        淋雨系統(tǒng)的設(shè)計原理,是表1中列出的試驗參數(shù)為設(shè)計參數(shù),通過變頻電機驅(qū)動水泵,將蓄水池中的水抽入主管路,主管路通過閥門與各分支管路連接,分支管路與淋雨室連接。淋雨室由A區(qū)和B區(qū)組成,可以根據(jù)車輛尺寸的大小選擇合適的淋雨區(qū),也可以對擁有附屬展開設(shè)備的特種車輛進(jìn)行試驗。淋雨室的頂面和四周壁面均布噴頭,試驗之后的雨水經(jīng)收集過濾后流回蓄水池。

        淋雨系統(tǒng)由淋雨室、蓄水池、過濾池、水泵、管路、閥門、壓力表、流量計等設(shè)備儀器組成,系統(tǒng)圖見圖1。淋雨室包含A區(qū)和B區(qū),A區(qū)和B區(qū)既可以聯(lián)合使用,也可以分別單獨使用,淋雨室效果圖見圖2。

        2 設(shè)計方案

        2.1 控制系統(tǒng)

        控制系統(tǒng)由PLC、變頻器、電動調(diào)節(jié)閥、壓力變送器和流量計組成。通過PLC設(shè)定壓力和流量參數(shù),控制變頻器調(diào)節(jié)水泵流量,同時控制各分管路電動調(diào)節(jié)閥,從而達(dá)到淋雨參數(shù)條件。控制流程圖見圖3。

        2.2 淋雨室尺寸

        為了滿足公路和鐵路運輸要求,大部分特種車輛長度一般不超過15 m,寬度不超過4 m,高度不超過5 m,淋雨室的A區(qū)設(shè)計為15 m×5 m×6 m(長×寬×高)。小型車輛的長度一般不超過7m,為了滿足小型車輛的試驗或特種車輛附屬設(shè)備的展開需要,B區(qū)的尺寸為7 m×4 m×6 m(長×寬×高)。淋雨室俯視圖見圖4所示。

        表1 標(biāo)準(zhǔn)中的淋雨試驗參數(shù)

        圖1 淋雨系統(tǒng)圖

        圖2 淋雨室效果圖

        圖3 控制流程圖

        2.3 淋雨強度

        淋雨強度是考核被試車輛淋雨密封性的重要指標(biāo)。GJB 150.8A-2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法 第8部分:淋雨試驗》:程序Ⅰ規(guī)定淋雨強度1.7 mm/min;程序Ⅱ?qū)α苡陱姸鹊囊?guī)定為:噴嘴水壓為276 kPa,和噴嘴間距71 cm;程序Ⅲ規(guī)定淋雨強度為280 L/m2/h。GJB 2093A-2012《軍用方艙通用試驗方法》和GJB 6109-2007《軍用方艙通用規(guī)范》規(guī)定的淋雨強度為6 mm/min,本試驗系統(tǒng)以6 mm/min的降雨強度為設(shè)計點,同時兼顧噴嘴水壓276 kPa。本裝置不設(shè)置吹風(fēng)系統(tǒng),因此不考慮GJB 150.8A-2009程序Ⅰ的滿足情況。

        2.4 噴嘴尺寸

        GJB 150.8A-2009程序Ⅱ規(guī)定雨滴直徑為0.5~4.5 mm,其他標(biāo)準(zhǔn)對雨滴尺寸未作明確要求。

        按照6 mm/min的降雨強度,每個噴嘴對應(yīng)流量為q,所需的總流量Q:

        式中:

        Q—總流量,L/min;

        p—降雨強度,mm/min;

        S—淋雨面積,m2;

        S1—頂面淋雨面積,m2;

        S2—側(cè)面淋雨面積,m2。

        p為 6 mm/min,S1為 103 m2,S2為 330 m2,由公式(3)計算得到總淋雨面積為433 m2,由公式(2)計算得到Q為2 598 L/min。根據(jù)GJB 150.8A-2009,噴嘴間隔71 cm,整個系統(tǒng)布置噴嘴數(shù)n為400個,由公式(1)計算得到每個噴嘴流量為6.5 L/min。噴嘴型號見表2,噴霧效果見圖5??紤]到設(shè)計余量,選用φ3.2 mm孔徑噴嘴。

        2.5 水壓

        GJB 150.8A-2009程序Ⅱ規(guī)定噴嘴壓力276 kPa,其他標(biāo)準(zhǔn)中對噴嘴壓力未做具體要求,因此以276 kPa為壓力設(shè)計點,壓力范圍覆蓋0~600 kPa,水壓通過調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié),進(jìn)水主管路和各淋雨面分管路分別設(shè)置調(diào)節(jié)閥并安裝壓力表。

        圖4 淋雨室外形俯視圖

        表2 噴嘴型號對照表

        圖5 噴嘴噴霧效果圖

        2.6 淋雨面

        頂面和四周垂直面都設(shè)置淋雨噴嘴,噴嘴垂直于安裝面,淋雨面包含頂面和四周,噴嘴噴射角60 °。

        經(jīng)過系統(tǒng)設(shè)計,淋雨裝置結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

        3 淋雨參數(shù)驗證

        分別在淋雨室A區(qū)和B區(qū)水平淋雨區(qū)域內(nèi)間隔1 m設(shè)置6個雨量取樣點,取樣點見圖7,開啟淋雨系統(tǒng)在額定參數(shù)下正常運行,在規(guī)定時間內(nèi)檢測到的淋雨強度見表3。

        通過表3可以得出,淋雨室A區(qū)和B區(qū)的降雨強度在6.1~6.8 mm/min之間,符合設(shè)計預(yù)期。

        圖6 淋雨裝置結(jié)構(gòu)圖

        圖7 取樣點布置示意圖

        4 實車淋雨應(yīng)用案例

        某特種車輛在本淋雨裝置中進(jìn)行淋雨試驗,如圖8。試驗參數(shù)為6 mm/min,淋雨面為頂面和四周側(cè)面,試驗時間1 h,考核車輛的防水性能。

        試驗結(jié)束后,在車廂內(nèi)側(cè)墻角處出現(xiàn)明顯進(jìn)水,如圖9所示。經(jīng)檢查導(dǎo)致進(jìn)水的原因為該處廂體結(jié)構(gòu)焊接出現(xiàn)漏縫,根據(jù)淋雨試驗結(jié)果,給予了整改方案。

        表3 取樣點降雨強度(單位:mm/min)

        圖8 某特種車輛淋雨試驗

        圖9 車輛內(nèi)部漏水情況

        5 結(jié)束語

        本文以大型整車淋雨試驗為研究對象,設(shè)計一種適用于特種車輛的大面積淋雨系統(tǒng),該系統(tǒng)具備如下參數(shù):①淋雨室具備A區(qū)和B區(qū)兩個區(qū)域,可用于具有特殊附屬設(shè)備的特種車輛淋雨試驗;②降雨強度設(shè)計點為6 mm/min,同時覆蓋0~9.33 mm/min范圍,滿足大部分標(biāo)準(zhǔn)要求;③噴嘴壓力設(shè)計點為276 kPa,同時水壓在0~600 kPa范圍內(nèi)可調(diào);④噴嘴噴射角度60 °。

        考慮到本淋雨裝置結(jié)構(gòu)過于龐大不利于安裝吹風(fēng)系統(tǒng),本文在設(shè)計淋雨系統(tǒng)時,并未考慮風(fēng)速的因素,因此不滿足GJB 150.8A程序Ⅰ的要求。在模擬自然環(huán)境的淋雨工況中,關(guān)于風(fēng)速的影響,需要在后期的研究中作進(jìn)一步探索。

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