通用型產品的淋雨試驗系統設計與實踐應用分析

楊俊國，陳 昊

（江西洪都航空工業股份有限公司，江西 南昌 330096）

淋雨試驗系統的淋雨強度、淋雨壓力等對被檢驗產品的應用質量及貯存狀態產生直接影響。為有效檢驗產品性能，提高淋雨試驗系統運行的穩定性，有必要對系統進行設計和實踐應用分析。據此，設計一種通用型產品淋雨試驗系統，并對該系統進行實踐檢驗，以期為同類產品的淋雨試驗系統設計及應用提供參考與借鑒。

1 淋雨試驗室類型選擇

淋雨試驗系統氛圍動態淋雨室與靜態淋雨室。動態淋雨室通常為板鏈通道式，包括室體、噴淋系統、吹干系統、輸送系統、控制系統；靜態淋雨室分為地面通道式、地面非通道式。地面通道式的靜態淋雨室具有結構簡單、操作方便等特點；地面非通道式的靜態淋雨室具有占地面積小、淋雨時間長等特點。由于通用型產品的生產節奏較快，所以選擇動態淋雨試驗方式進行實驗，且淋雨線采用板鏈式輸送系統。

通用型產品淋雨試驗系統設計原理是通過變頻電機驅動水泵，抽取蓄水池中的水進入主管路，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。根據實際試驗需要，可以將實驗室分為A區和B區，并根據通用型產品的尺寸大小設置和選擇適宜的淋雨區進行淋雨試驗如圖1所示。在通用型產品淋雨試驗系統設計中，應注意在淋雨室的頂部與四面墻壁上均勻布設淋雨噴頭，并考慮水的收集、過濾與回流。

圖1 淋雨系統圖

2 通用型產品淋雨試驗系統設計

2.1 通用型產品參數與工位間距

文章研究的通用型產品有A型通用產品和B型通用產品，兩種通用型產品的參數具體如表1所示。

表1 通用型產品參數

根據表1數據，基于距離安全分析，確定工位間距為6 000 mm。

2.2 通用型產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表示生產線每小時的產品滿產能；b表示返修復檢率；l表示淋雨線工位間距；n表示淋雨線數目；a表示設備開動率。

結合表1數據峰分析，l取值6 000 mm；n取值為1；a取值85%；b取值5%；x取值40個/h，計算得出淋雨線的輸送速度Vmax=3.5 m/min。基于淋雨試驗安全及提升產能目的分析，確定淋雨線的最大輸送速度為4 m/min。

2.3 通用型產品淋雨參數

根據國際規定，通用型產品的淋雨強度參數如表2所示。

表2 通用型產品淋雨試驗參數

需要注意的是，淋雨系統的噴嘴設置應保證產品外表面被人工雨覆蓋，無死角。

基于淋雨線場地限制、淋雨試驗實效分析，文章以提高淋雨強度減少淋雨時間的方式設計淋雨系統。通常情況下，淋雨強度為國家標準的3～4倍，相應部位的淋雨時間可以減少到5 min～3.75 min。文章選取淋雨時間為4 min，產品前部的淋雨強度為24～30 mm/min；產品側部的淋雨強度為16～24 mm/min；產品底部的淋雨強度為18～20 mm/min。

2.4 通用型產品淋雨段長度計算

淋雨試驗的淋雨段長度計算公式表示為：

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 通用型產品淋雨面積

通用型產品的外形尺寸決定了淋雨面積。

本文中通用型產品的頂部淋雨面積公式，表示為：

通用型產品的側部淋雨面積公式，表示為：

淋雨標準面積公式，表示為：

式中，L表示通用型產品的長度；M表示通用型產品的寬度；T表示通用型產品的側圍高度。

2.6 通用型產品淋雨噴嘴尺寸

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，每排噴嘴數量為12個，噴淋線共有27排，噴嘴總數量為324個。由于不同噴嘴孔徑，對流量產生影響，所以應對噴嘴孔徑進行選擇分析。

總流量公式表示為：

式中，p表示淋雨強度；s表示淋雨面積。

根據表1數據和公式（6）計算，考慮設計余量，選擇應用孔徑為3.2 mm的噴嘴。同時，根據噴嘴耐壓值分析，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 通用型產品淋雨室外形尺寸

根據表2數據要求，設計通用型產品淋雨室中，左側、右側、上側噴嘴距離通用型產品的距離為500 mm左右，下側噴嘴距離通用型產品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品的最大高度、噴嘴到通用型產品的距離、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品的最大寬度、噴嘴到通用型產品的距離、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間，根據實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，同時在工件送入淋雨室端設置豐風簾，防止水霧飄出。

最終計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 通用型產品淋雨系統水泵流量

結合公式（6），構建通用型產品淋雨系統的最大流量公式，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為淋雨強度，單位為mm/min。

經計算，得出通用型產品前噴用水量為47.9 m3/h；側噴用水量為72.6 m3/h；底噴用水量為31.9 m3/h；總噴水用量為152.4 m3/h。

由于循環水泵的揚程取決于淋雨壓力、淋雨強度、淋雨面積，所以在設計通用型產品淋雨試驗系統時，應對循環水泵的流量進行計算分析。根據揚程參數分析，淋雨壓力大于且等于150 kPa，調節范圍為150～300 kPa，壓力損失50 kPa，因此，淋雨壓力應確定為350 kPa，且循環水泵揚程不小于35 m。

循環水泵流量公式表示為：

式中，Q表示理論計算流量，，m3/h，F0為淋雨規定強度，單位為mm/min；A0為淋雨面積，單位為m2。

在水泵選擇過程中，可以根據總噴水流量、循環水泵揚程，選擇轉速為2 950 r/min、電機功率為22 kw的水泵。

蓄水池的容積對排污泵的參數產生直接影響，根據相關技術規范要求，排污泵的管徑應大于等于50 mm。排污泵流量計算公式表示為：

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

2.9 通用型產品淋雨系統的噴淋管路管徑計算

管路管徑取決于管路直徑最大流量限制。根據上述數據分析，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 通用型產品淋雨系統蓄水池容積

淋雨量、淋雨實踐、循環水沉淀時間等參數對蓄水池容量產生直接影響。蓄水池容積計算公式表示為：

式中，t0表示蓄水池水一次循環時間，取值范圍為 10～15min。

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

2.11 通用型產品淋雨室體基礎參考

淋浴室面積決定了淋浴室體基礎大小。淋浴室體防滲水措施為：淋浴室基礎下沉100 mm，結構如圖3所示。

圖3 淋雨室體基礎示意圖

2.12 通用型產品淋雨參數驗證

分別在淋浴室A區、B區的水平淋雨區域內間隔1m設置9個雨量取樣點，其中產品前部淋雨強度取樣點為1、2、3；產品側部淋雨強度取樣點為4、5、6；產品底部淋雨強度取樣點為7、8、9。淋雨系統在相應參數下運行狀態正常，在規定時間內，檢測到的淋雨強度如表3所示。

表3 通用型產品淋雨強度（單位：mm/min）

表3數據分析可知，取樣點的淋雨強度符合設計預期。

3 通用型產品淋雨試驗系統實踐應用案例

應用該設計的淋雨試驗系統對某通用型產品進行淋雨試驗，試驗參數為產品前部淋雨強度25 mm/min；產品側部淋雨強度18 mm/min；產品底部淋雨強度19 mm/min，試驗時間1 h。試驗結束后，試驗產品內未出現明顯進水，淋雨試驗系統運行性能良好。

4 結束語

淋雨試驗系統是檢驗產品防水性能的重要系統，在提升產品質量等方面發揮重要作用。文章以通用型產品為例，對其淋雨試驗系統進行設計，并對系統進行實踐檢驗分析。設計通用型產品淋雨試驗系統具備以下參數：①淋浴室具備A區、B區兩個區域。②選取淋雨時間為4 min，產品前部的淋雨強度為24～30 mm/min；產品側部的淋雨強度為16～24 mm/min；產品底部的淋雨強度為18～20 mm/min。③噴嘴壓力設計點為噴嘴間距為600 mm；產品前噴用水量為47.9 m3/h；側噴用水量為72.6 m3/h；底噴用水量為31.9 m3/h；總噴水用量為152.4 m3/h；淋雨壓力應確定為350 kPa，且循環水泵揚程不小于35m；噴嘴噴射角度為70°。④經試驗，淋雨試驗系統運行性能良好。

從整體視角而言，在設計淋雨系統時，未考慮風速因素。在后續研究中，綜合風速影響因素，進一步探索淋雨系統設計與實踐應用。