陳慶良，趙志剛，趙鎮(zhèn)

（中國(guó)人民解放軍63895 部隊(duì)，洛陽(yáng) 471003）

引言

武器裝備的密閉性是考核其設(shè)計(jì)能力、工藝水平、使用安全的重要因素，淋雨試驗(yàn)是在淋雨條件下，檢驗(yàn)武器裝備外殼防止雨水滲透的能力和遭受淋雨時(shí)或之后的工作效能，是研制生產(chǎn)的重要一環(huán)[1,2]。有些整車(chē)淋雨試驗(yàn)室通常設(shè)計(jì)成非水路循環(huán)模式，經(jīng)過(guò)噴淋后的回水直接排走，不重復(fù)使用，主要原因是為了防止淋雨設(shè)備管道和噴嘴被回水中的雜質(zhì)堵塞，從而影響試驗(yàn)效果。相反的，如果設(shè)計(jì)成回水循環(huán)模式，過(guò)濾設(shè)施設(shè)備建設(shè)、濾材更換及維護(hù)使用需增加不少成本，而水相對(duì)來(lái)說(shuō)成本低，所以采用非循環(huán)模式的不少。有些整車(chē)淋雨試驗(yàn)室也設(shè)計(jì)成回水循環(huán)模式，但方法簡(jiǎn)單，比如只做簡(jiǎn)單的沉淀處理，過(guò)濾效果不佳。淋雨試驗(yàn)的耗水量很大，通過(guò)在使用管理中觀(guān)測(cè)計(jì)算，1 h 暴雨級(jí)的淋雨試驗(yàn)的耗水量大約是80 t，采用非循環(huán)模式，如果長(zhǎng)期積累，其成本也很可觀(guān)；另外，水中密度較大的砂類(lèi)顆粒雜質(zhì)在高水壓的作用下會(huì)產(chǎn)生一定的沖擊力，對(duì)裝備表面有損傷。如何高效過(guò)濾雜質(zhì)，讓回水循環(huán)使用，這是本文討論的重點(diǎn)。

1 雜質(zhì)源分析

整車(chē)淋雨試驗(yàn)室噴淋架上安裝的噴頭件一般都在300個(gè)以上，常用噴頭件長(zhǎng)7.5 cm，由噴嘴接頭和入水接頭兩部分組成，可以拆分，入水接頭連接噴淋架管道，噴嘴接頭通過(guò)球形調(diào)向關(guān)節(jié)和入水接頭連接，調(diào)節(jié)角度為30 °，噴頭件主體孔徑為8 mm，噴嘴孔徑為2 mm，噴灑雨點(diǎn)的大小為0.5 ～4.5 mm，實(shí)物如圖1 所示。通過(guò)日常使用管理發(fā)現(xiàn)，最容易堵塞的地方是噴嘴孔眼和調(diào)向關(guān)節(jié)折彎處，沒(méi)有過(guò)濾或者過(guò)濾不徹底的回水帶來(lái)的各種雜質(zhì)堵塞管道和噴嘴后，不但影響水流量還會(huì)改變出水形狀和方向。

圖1 噴頭件結(jié)構(gòu)及各孔眼尺寸

通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間認(rèn)真觀(guān)察分析，梳理歸納出水體中的雜質(zhì)主要來(lái)自以下幾方面：①由于蓄水池內(nèi)壁和淋雨間地面為水泥表面，長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)過(guò)水的浸泡沖洗和熱脹冷縮的影響，很多水泥殘?jiān)撀浜筮M(jìn)入蓄水池內(nèi)。②淋雨試驗(yàn)室內(nèi)的地漏由于長(zhǎng)時(shí)間被水沖洗浸泡，地漏柵欄表面銹蝕嚴(yán)重，銹蝕的鐵渣順著水流進(jìn)入蓄水池，蓄水池內(nèi)用于上下攀爬的鐵質(zhì)扶梯經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的浸泡，表面銹蝕脫落的鐵渣掉進(jìn)蓄水池內(nèi)。③補(bǔ)給蓄水池的水源本身可能含沙量比較重，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)產(chǎn)生沉淀物；或者水質(zhì)硬度較硬，且沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何過(guò)濾處理，在循環(huán)使用過(guò)程中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的鹽分沉淀后產(chǎn)生結(jié)晶。④由于被淋雨設(shè)施設(shè)備表面本身較臟，直接進(jìn)入淋雨間，其表面附著的塵土、砂粒、草屑等雜物順著水流進(jìn)入蓄水池。⑤蚊蟲(chóng)、柳絮、灰塵等雜質(zhì)通過(guò)水道、裸露口進(jìn)入蓄水池。

綜合來(lái)看，這些雜質(zhì)可以分為兩類(lèi)：硬質(zhì)雜質(zhì)和軟質(zhì)雜質(zhì)，硬質(zhì)雜質(zhì)容易沉底，比如砂粒、塵土、泥渣、鐵銹等；軟質(zhì)雜質(zhì)容易漂浮，比如蚊蟲(chóng)、樹(shù)葉、草屑、毛發(fā)等，這些雜質(zhì)能夠順著水流移動(dòng)，在水泵的水壓作用下，硬質(zhì)雜質(zhì)也容易進(jìn)入管道。

2 解決方案

目前水質(zhì)過(guò)濾主要應(yīng)用在生活保障、工業(yè)生產(chǎn)和漁業(yè)養(yǎng)殖等方面，用途不同，對(duì)水質(zhì)的要求也不同，生活用水主要過(guò)濾自然界中的天然水，不循環(huán)使用，且對(duì)水質(zhì)的要求高，不但要過(guò)濾雜質(zhì)，去除有害物質(zhì)，還需要軟化水質(zhì)；工業(yè)循環(huán)用水時(shí)，要過(guò)濾掉水中的磷硫等有害物質(zhì)及各種重金屬離子，以免回水利用時(shí)對(duì)產(chǎn)品造成影響；養(yǎng)殖循環(huán)用水時(shí)，在過(guò)濾雜質(zhì)的同時(shí)，還需要考慮用硝化細(xì)菌分解水中有機(jī)物，以免水產(chǎn)活體中毒[3-5]。

淋雨試驗(yàn)中主要考慮去除回水中容易造成管道和噴嘴堵塞的雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)水資源重復(fù)利用，對(duì)其他要求不高，所以過(guò)濾系統(tǒng)的構(gòu)建簡(jiǎn)單，投入也少。本文設(shè)計(jì)了一種回水循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)，能有效過(guò)濾回水雜質(zhì)，系統(tǒng)分為噴淋區(qū)、過(guò)濾區(qū)、蓄水區(qū)、緩存區(qū)4 個(gè)部分，噴淋區(qū)為被試裝備接受?chē)娏茉囼?yàn)的區(qū)域；過(guò)濾區(qū)為回水過(guò)濾雜質(zhì)的區(qū)域，是系統(tǒng)的主體部分；蓄水區(qū)為過(guò)濾后的清潔水和補(bǔ)給水的存儲(chǔ)區(qū)域；緩存區(qū)為噴淋試驗(yàn)的直接取水源。整體循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 回水循環(huán)系統(tǒng)示意圖

2.1 噴淋區(qū)設(shè)計(jì)

噴淋區(qū)是系統(tǒng)的主要功能區(qū)，是被試裝備接受?chē)娏茉囼?yàn)的區(qū)域，其空間大小可以容納一輛裝備車(chē)，一般的尺寸是5 m×5 m×15 m（寬×高×長(zhǎng)）[1]。這部分的設(shè)計(jì)與其他淋雨系統(tǒng)沒(méi)有特別之處，主要考慮回水地溝的蓋板一定要選用不銹鋼材質(zhì)，以免產(chǎn)生鐵銹殘?jiān)孛嬗伤闹芟蚧厮販蟽A斜一定角度，確?；厮鲃?dòng)通暢?；厮販显O(shè)置內(nèi)外兩條水道，并安裝水道閘門(mén)，噴淋試驗(yàn)剛開(kāi)始時(shí)，由于車(chē)輛附著一些砂粒、灰塵、草屑等雜物，回水水質(zhì)特別差，此時(shí)關(guān)閉內(nèi)流水閘打開(kāi)外流水閘，水流外排，待雜質(zhì)少一些以后，再反向操作，啟動(dòng)循環(huán)過(guò)濾，回水地溝的寬度和深度根據(jù)流量視情而定。

噴淋架一般都是設(shè)計(jì)成固定式的，但這樣不能夠根據(jù)被試車(chē)輛的不同尺寸進(jìn)行噴淋距離和噴淋面積的調(diào)節(jié)，噴淋距離過(guò)寬或過(guò)窄影響噴淋效果，噴淋面積過(guò)大則造成水資源成浪費(fèi)?？梢钥紤]將噴淋架的頂部和兩側(cè)分開(kāi)設(shè)計(jì)，頂部部分相對(duì)固定不動(dòng)，兩側(cè)設(shè)計(jì)成可移動(dòng)式，在底部裝上萬(wàn)向滑輪，噴淋架底部鋼質(zhì)水管與水池的鋼質(zhì)輸水管通過(guò)軟質(zhì)水管相連?？傮w設(shè)計(jì)成能夠自由移動(dòng)、距離可調(diào)的式樣，并在噴淋架末端的若干噴淋分支水道上裝上水閥，從而控制噴淋面積，分設(shè)左右兩排噴淋架，使用過(guò)程中可以根據(jù)車(chē)輛的長(zhǎng)寬大小靈活調(diào)節(jié)噴淋間距和噴淋面積，兼顧了噴淋效果和水資源節(jié)約。

2.2 過(guò)濾區(qū)設(shè)計(jì)

過(guò)濾區(qū)主要功能是將雜質(zhì)從水中分離出來(lái)，過(guò)濾的主要步驟就在這個(gè)區(qū)域完成，基本思路是利用水流因重力差產(chǎn)生的流動(dòng)特性來(lái)自動(dòng)完成過(guò)濾。其水量容納空間可以根據(jù)試驗(yàn)室的規(guī)模大小來(lái)靈活調(diào)整，當(dāng)然，應(yīng)盡可能保證過(guò)濾區(qū)域大一些，因?yàn)槿菁{空間越大水流速度越小，過(guò)濾程度就越好，本文以完成一次1 h 暴雨級(jí)的淋雨試驗(yàn)的一半雨量來(lái)考慮，即40 t。

整個(gè)區(qū)域低于噴淋區(qū)回水地溝出水口20 cm 左右，保證兩個(gè)區(qū)域有足夠的水流落差，其寬度與噴淋區(qū)對(duì)齊，為5 m；考慮入水口以及出水口的落差，深度設(shè)置為1.2 m；長(zhǎng)度設(shè)置為8 m，總體容水量約40 m3。將整個(gè)區(qū)域劃分為若干個(gè)過(guò)濾格，過(guò)濾格越多過(guò)濾越徹底，本文考慮劃分為6 個(gè)400 cm×166 cm×120 cm（長(zhǎng)×寬×深）的過(guò)濾格，過(guò)濾格之間用隔離墻隔斷，考慮到隔離墻體占用的空間，過(guò)濾格的實(shí)際尺寸會(huì)小一些。

前三個(gè)過(guò)濾格設(shè)置為沉淀池，后三個(gè)設(shè)置為毛刷池，沉淀池主要過(guò)濾密度比較大的雜質(zhì)，隨著回水流經(jīng)3 個(gè)沉淀池，大質(zhì)量的雜質(zhì)逐漸沉淀到底部。毛刷池鋪滿(mǎn)過(guò)濾毛刷，其高度略高出池水線(xiàn)，可以加裝橫桿架固定毛刷，如圖3 所示，比較柔軟細(xì)長(zhǎng)的雜質(zhì)隨著回水的流動(dòng)逐漸附著在3 個(gè)毛刷池的毛刷上。

圖3 毛刷安裝示意圖

沿水流方向，在適當(dāng)位置設(shè)置可拆卸擋板，沉淀池的擋板設(shè)置為單層，有利于密度較大雜質(zhì)沉底。毛刷池設(shè)置為雙層可拆卸擋板，前一層擋板下緣與池底保持一定距離，能夠過(guò)水，上緣高出池水線(xiàn)；后一層擋板下緣和池底緊貼，不過(guò)水，上緣和池水線(xiàn)平齊，確?；厮畯膬蓪訐醢逯虚g由底部向頂部流動(dòng)，從而有效增大回水的過(guò)濾長(zhǎng)度和面積，整體設(shè)計(jì)如圖4 所示。這樣設(shè)計(jì)可以確?；厮?jīng)過(guò)多層沉淀和多層過(guò)濾，達(dá)到更好的效果，設(shè)計(jì)為可拆卸式主要是方便定期清理沉淀物。出水口的隔離墻要略低，保持與池水線(xiàn)平齊，確?；厮鲃?dòng)通暢。

圖4 過(guò)濾池回水流動(dòng)示意圖

在適當(dāng)位置的底部開(kāi)設(shè)一定尺寸的溝槽，作為沉淀物的清理槽，本文設(shè)計(jì)的過(guò)濾區(qū)由隔離墻隔斷為相對(duì)獨(dú)立的3 排橫向區(qū)域，在每排開(kāi)設(shè)清理槽，維護(hù)時(shí)，取下?lián)醢?，將多余的雜質(zhì)掃入溝槽，可以更徹底清除沉淀物。

2.3 蓄水區(qū)設(shè)計(jì)

蓄水區(qū)主要為過(guò)濾后的回水和補(bǔ)給水提供存儲(chǔ)空間，是儲(chǔ)水量最大的區(qū)域，本文將其空間設(shè)計(jì)為800 cm×500 cm×300 cm（長(zhǎng)×寬×深），總體儲(chǔ)水量為1 h 暴雨量的1.5 倍，約120 t。分為蓄水池和沉淀池兩部分，兩部分容量比約為3 ∶1，蓄水池的水量約為90 t，保證略大于1 h 暴雨級(jí)的用水量，主體用隔離墻隔開(kāi)，遠(yuǎn)離進(jìn)水口一側(cè)視情設(shè)置尺寸適當(dāng)?shù)碾p層可拆卸擋板，靠沉淀池一側(cè)擋板著地，靠蓄水池一側(cè)懸空，有利于補(bǔ)給水的雜質(zhì)有效沉淀。為了方便維護(hù)人員進(jìn)入池內(nèi)作業(yè)，可以選用不銹鋼材質(zhì)鋼筋在適當(dāng)位置安裝攀爬梯。

2.4 緩存區(qū)設(shè)計(jì)

回水經(jīng)過(guò)過(guò)濾區(qū)過(guò)濾以后，水中雜質(zhì)能夠基本去除；補(bǔ)給水多了一道沉淀區(qū)，進(jìn)入蓄水區(qū)的水質(zhì)也能提高。在蓄水區(qū)和噴淋區(qū)之間設(shè)置一個(gè)過(guò)渡性的緩存區(qū)，主要作用是為了多增加一道過(guò)濾，當(dāng)然也可以不設(shè)置，噴淋區(qū)水泵可以直接從蓄水池抽水。本文從更加徹底清除雜質(zhì)的角度考慮，所以增加這個(gè)區(qū)域，可以作為一種設(shè)計(jì)參考。

緩沖區(qū)設(shè)置一個(gè)緩沖池，其容量約為30 t，尺寸為400 cm×400 cm×200 cm（長(zhǎng)×寬×深），位置設(shè)置在室內(nèi)，比噴淋架略高，便于向噴淋區(qū)供水。自動(dòng)供水系統(tǒng)水泵從蓄水池抽水補(bǔ)入緩沖池，在管道末端加置1個(gè)“Y”型過(guò)濾器，可以一定程度上過(guò)濾一些雜質(zhì)；噴淋區(qū)水泵從緩沖池取水，管道末端通過(guò)軟質(zhì)水管與噴淋架相連。因?yàn)榫彌_池較高，可以在沉淀物清理槽底部開(kāi)設(shè)排污閥門(mén)，方便維護(hù)時(shí)排污。

過(guò)濾區(qū)和蓄水區(qū)如果設(shè)置在室外，還要考慮加設(shè)防護(hù)蓋板，防砂防塵，在北方還要考慮防凍。如果在室內(nèi)，蓄水區(qū)較深，要考慮防跌落的安全措施，緩沖池也要考慮。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要分析了造成淋雨試驗(yàn)設(shè)備管道和噴嘴堵塞的原因，以及回水中雜質(zhì)的成分類(lèi)別，設(shè)計(jì)了一種有效去除回水雜質(zhì)的方法，同時(shí)考慮了噴淋架的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期提高淋雨試驗(yàn)效果和水資源循環(huán)使用效率。本文主要討論回水過(guò)濾問(wèn)題，所以沒(méi)有考慮水泵系統(tǒng)，提供了一種設(shè)計(jì)思路，具體詳細(xì)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)沒(méi)有涉及，比如，系統(tǒng)的區(qū)域大小、整體布局、水池容量、墻體尺寸等環(huán)節(jié)需要根據(jù)實(shí)際需求和自身情況設(shè)計(jì)。