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)
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70年代,美國、英國的軍用標準就已經正式對淋雨試驗進行了規定[2]。軍用車輛無論是在工作狀態還是貯存狀態,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,會對設備及其材料產生各種影響。開展淋雨試驗,可以確定如下環境因素對裝備的影響:①防止水滲入裝備的保護罩、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,行業內尺寸小于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,設計一種滿足GJB 150.8A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第8部分:淋雨試驗》[3]、GJB 6109-2007《軍用方艙通用規范》[4]和GJB 2093A-2012《軍用方艙通用試驗方法》[5]參數要求的淋雨試驗系統。
本文通過控制系統、淋雨室尺寸、淋雨強度、水壓、淋雨面等參數進行淋雨系統設計[6]。
GJB 150.8A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第8部分:淋雨試驗》[3]、GJB 6109-2007《軍用方艙通用規范》和GJB 2093A-2012《軍用方艙通用試驗方法》中關于淋雨參數的要求見表1。
淋雨系統的設計原理,是表1中列出的試驗參數為設計參數,通過變頻電機驅動水泵,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區和B區組成,可以根據車輛尺寸的大小選擇合適的淋雨區,也可以對擁有附屬展開設備的特種車輛進行試驗。淋雨室的頂面和四周壁面均布噴頭,試驗之后的雨水經收集過濾后流回蓄水池。
淋雨系統由淋雨室、蓄水池、過濾池、水泵、管路、閥門、壓力表、流量計等設備儀器組成,系統圖見圖1。淋雨室包含A區和B區,A區和B區既可以聯合使用,也可以分別單獨使用,淋雨室效果圖見圖2。
控制系統由PLC、變頻器、電動調節閥、壓力變送器和流量計組成。通過PLC設定壓力和流量參數,控制變頻器調節水泵流量,同時控制各分管路電動調節閥,從而達到淋雨參數條件??刂屏鞒虉D見圖3。
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區設計為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備的展開需要,B區的尺寸為7 m×4 m×6 m(長×寬×高)。淋雨室俯視圖見圖4所示。
表1 標準中的淋雨試驗參數
圖1 淋雨系統圖
圖2 淋雨室效果圖
圖3 控制流程圖
淋雨強度是考核被試車輛淋雨密封性的重要指標。GJB 150.8A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第8部分:淋雨試驗》:程序Ⅰ規定淋雨強度1.7 mm/min;程序Ⅱ對淋雨強度的規定為:噴嘴水壓為276 kPa,和噴嘴間距71 cm;程序Ⅲ規定淋雨強度為280 L/m2/h。GJB 2093A-2012《軍用方艙通用試驗方法》和GJB 6109-2007《軍用方艙通用規范》規定的淋雨強度為6 mm/min,本試驗系統以6 mm/min的降雨強度為設計點,同時兼顧噴嘴水壓276 kPa。本裝置不設置吹風系統,因此不考慮GJB 150.8A-2009程序Ⅰ的滿足情況。
GJB 150.8A-2009程序Ⅱ規定雨滴直徑為0.5~4.5 mm,其他標準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GJB 150.8A-2009,噴嘴間隔71 cm,整個系統布置噴嘴數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]到設計余量,選用φ3.2 mm孔徑噴嘴。
GJB 150.8A-2009程序Ⅱ規定噴嘴壓力276 kPa,其他標準中對噴嘴壓力未做具體要求,因此以276 kPa為壓力設計點,壓力范圍覆蓋0~600 kPa,水壓通過調節閥進行調節,進水主管路和各淋雨面分管路分別設置調節閥并安裝壓力表。
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
頂面和四周垂直面都設置淋雨噴嘴,噴嘴垂直于安裝面,淋雨面包含頂面和四周,噴嘴噴射角60 °。
經過系統設計,淋雨裝置結構圖如圖6所示。
分別在淋雨室A區和B區水平淋雨區域內間隔1 m設置6個雨量取樣點,取樣點見圖7,開啟淋雨系統在額定參數下正常運行,在規定時間內檢測到的淋雨強度見表3。
通過表3可以得出,淋雨室A區和B區的降雨強度在6.1~6.8 mm/min之間,符合設計預期。
圖6 淋雨裝置結構圖
圖7 取樣點布置示意圖
某特種車輛在本淋雨裝置中進行淋雨試驗,如圖8。試驗參數為6 mm/min,淋雨面為頂面和四周側面,試驗時間1 h,考核車輛的防水性能。
試驗結束后,在車廂內側墻角處出現明顯進水,如圖9所示。經檢查導致進水的原因為該處廂體結構焊接出現漏縫,根據淋雨試驗結果,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 車輛內部漏水情況
本文以大型整車淋雨試驗為研究對象,設計一種適用于特種車輛的大面積淋雨系統,該系統具備如下參數:①淋雨室具備A區和B區兩個區域,可用于具有特殊附屬設備的特種車輛淋雨試驗;②降雨強度設計點為6 mm/min,同時覆蓋0~9.33 mm/min范圍,滿足大部分標準要求;③噴嘴壓力設計點為276 kPa,同時水壓在0~600 kPa范圍內可調;④噴嘴噴射角度60 °。
考慮到本淋雨裝置結構過于龐大不利于安裝吹風系統,本文在設計淋雨系統時,并未考慮風速的因素,因此不滿足GJB 150.8A程序Ⅰ的要求。在模擬自然環境的淋雨工況中,關于風速的影響,需要在后期的研究中作進一步探索。