通用型产品的淋雨试验系统设计与实践应用分析

杨俊国，陈 昊

（江西洪都航空工业股份有限公司，江西 南昌 330096）

淋雨试验系统的淋雨强度、淋雨压力等对被检验产品的应用质量及贮存状态产生直接影响。为有效检验产品性能，提高淋雨试验系统运行的稳定性，有必要对系统进行设计和实践应用分析。据此，设计一种通用型产品淋雨试验系统，并对该系统进行实践检验，以期为同类产品的淋雨试验系统设计及应用提供参考与借鉴。

1 淋雨试验室类型选择

淋雨试验系统氛围动态淋雨室与静态淋雨室。动态淋雨室通常为板链通道式，包括室体、喷淋系统、吹干系统、输送系统、控制系统；静态淋雨室分为地面通道式、地面非通道式。地面通道式的静态淋雨室具有结构简单、操作方便等特点；地面非通道式的静态淋雨室具有占地面积小、淋雨时间长等特点。由于通用型产品的生产节奏较快，所以选择动态淋雨试验方式进行实验，且淋雨线采用板链式输送系统。

通用型产品淋雨试验系统设计原理是通过变频电机驱动水泵，抽取蓄水池中的水进入主管路，主管路与各分支管路通过阀门连接，各分支管路与淋雨室连接。根据实际试验需要，可以将实验室分为A区和B区，并根据通用型产品的尺寸大小设置和选择适宜的淋雨区进行淋雨试验如图1所示。在通用型产品淋雨试验系统设计中，应注意在淋雨室的顶部与四面墙壁上均匀布设淋雨喷头，并考虑水的收集、过滤与回流。

图1 淋雨系统图

2 通用型产品淋雨试验系统设计

2.1 通用型产品参数与工位间距

文章研究的通用型产品有A型通用产品和B型通用产品，两种通用型产品的参数具体如表1所示。

表1 通用型产品参数

根据表1数据，基于距离安全分析，确定工位间距为6 000 mm。

2.2 通用型产品淋雨线的输送速度

淋雨线的输送速度公式表示为：

式中，x表示生产线每小时的产品满产能；b表示返修复检率；l表示淋雨线工位间距；n表示淋雨线数目；a表示设备开动率。

结合表1数据峰分析，l取值6 000 mm；n取值为1；a取值85%；b取值5%；x取值40个/h，计算得出淋雨线的输送速度Vmax=3.5 m/min。基于淋雨试验安全及提升产能目的分析，确定淋雨线的最大输送速度为4 m/min。

2.3 通用型产品淋雨参数

根据国际规定，通用型产品的淋雨强度参数如表2所示。

表2 通用型产品淋雨试验参数

需要注意的是，淋雨系统的喷嘴设置应保证产品外表面被人工雨覆盖，无死角。

基于淋雨线场地限制、淋雨试验实效分析，文章以提高淋雨强度减少淋雨时间的方式设计淋雨系统。通常情况下，淋雨强度为国家标准的3～4倍，相应部位的淋雨时间可以减少到5 min～3.75 min。文章选取淋雨时间为4 min，产品前部的淋雨强度为24～30 mm/min；产品侧部的淋雨强度为16～24 mm/min；产品底部的淋雨强度为18～20 mm/min。

2.4 通用型产品淋雨段长度计算

淋雨试验的淋雨段长度计算公式表示为：

式中，S表示淋雨段长度；V表示淋雨线的输送速度。

结合上述分析，选取V值为4 m/min，S=4V=4×4=16 m。

2.5 通用型产品淋雨面积

通用型产品的外形尺寸决定了淋雨面积。

本文中通用型产品的顶部淋雨面积公式，表示为：

通用型产品的侧部淋雨面积公式，表示为：

淋雨标准面积公式，表示为：

式中，L表示通用型产品的长度；M表示通用型产品的宽度；T表示通用型产品的侧围高度。

2.6 通用型产品淋雨喷嘴尺寸

通常情况下，喷嘴排布距离为500～600 mm，本文选取的喷嘴间距为600 mm，每排喷嘴数量为12个，喷淋线共有27排，喷嘴总数量为324个。由于不同喷嘴孔径，对流量产生影响，所以应对喷嘴孔径进行选择分析。

总流量公式表示为：

式中，p表示淋雨强度；s表示淋雨面积。

根据表1数据和公式（6）计算，考虑设计余量，选择应用孔径为3.2 mm的喷嘴。同时，根据喷嘴耐压值分析，确定喷嘴的喷射角度为70°如图2所示。

图2 喷嘴喷射角度示意图

2.7 通用型产品淋雨室外形尺寸

根据表2数据要求，设计通用型产品淋雨室中，左侧、右侧、上侧喷嘴距离通用型产品的距离为500 mm左右，下侧喷嘴距离通用型产品400 mm左右，即可满足要求。

通常情况下，淋雨室的高度取决于通用型产品的最大高度、喷嘴到通用型产品的距离、喷嘴安装到淋雨室体壁距离之和。淋雨室宽度取决于通用型产品的最大宽度、喷嘴到通用型产品的距离、喷嘴安装到淋雨室体壁距离之和的两倍。淋雨室的长度取决于输送线速度与喷淋时间，根据实际需求情况选择适宜的防止水溅出段长度。文章选择防止水溅出段的距离为1 500 mm，同时在工件送入淋雨室端设置丰风帘，防止水雾飘出。

最终计算确定淋雨室外形尺寸为：长度为19 000 mm，高度3 300 mm，宽度3 500 mm。

2.8 通用型产品淋雨系统水泵流量

结合公式（6），构建通用型产品淋雨系统的最大流量公式，表示为：

式中，Q表示流量，单位为m3/h；S为淋雨面积，单位为m2；F为淋雨强度，单位为mm/min。

经计算，得出通用型产品前喷用水量为47.9 m3/h；侧喷用水量为72.6 m3/h；底喷用水量为31.9 m3/h；总喷水用量为152.4 m3/h。

由于循环水泵的扬程取决于淋雨压力、淋雨强度、淋雨面积，所以在设计通用型产品淋雨试验系统时，应对循环水泵的流量进行计算分析。根据扬程参数分析，淋雨压力大于且等于150 kPa，调节范围为150～300 kPa，压力损失50 kPa，因此，淋雨压力应确定为350 kPa，且循环水泵扬程不小于35 m。

循环水泵流量公式表示为：

式中，Q表示理论计算流量，，m3/h，F0为淋雨规定强度，单位为mm/min；A0为淋雨面积，单位为m2。

在水泵选择过程中，可以根据总喷水流量、循环水泵扬程，选择转速为2 950 r/min、电机功率为22 kw的水泵。

蓄水池的容积对排污泵的参数产生直接影响，根据相关技术规范要求，排污泵的管径应大于等于50 mm。排污泵流量计算公式表示为：

式中，V表示蓄水池容积，单位为m3；t1表示排水时间，取值范围为（0.2～3.0）h。

2.9 通用型产品淋雨系统的喷淋管路管径计算

管路管径取决于管路直径最大流量限制。根据上述数据分析，确定主管路最大流量为42.3 L/s，确定管径为150 mm；支管路中最大流量为20.2 L/s，确定其管径为120 mm；喷淋管路最大流量为9.5 L/min，确定管径为60 mm。

2.10 通用型产品淋雨系统蓄水池容积

淋雨量、淋雨实践、循环水沉淀时间等参数对蓄水池容量产生直接影响。蓄水池容积计算公式表示为：

式中，t0表示蓄水池水一次循环时间，取值范围为 10～15min。

蓄水池通常要经过至少两级的过滤，第一级过滤可以过滤水中的漂浮物，第二级过滤可以过滤水中泥沙。

2.11 通用型产品淋雨室体基础参考

淋浴室面积决定了淋浴室体基础大小。淋浴室体防渗水措施为：淋浴室基础下沉100 mm，结构如图3所示。

图3 淋雨室体基础示意图

2.12 通用型产品淋雨参数验证

分别在淋浴室A区、B区的水平淋雨区域内间隔1m设置9个雨量取样点，其中产品前部淋雨强度取样点为1、2、3；产品侧部淋雨强度取样点为4、5、6；产品底部淋雨强度取样点为7、8、9。淋雨系统在相应参数下运行状态正常，在规定时间内，检测到的淋雨强度如表3所示。

表3 通用型产品淋雨强度（单位：mm/min）

表3数据分析可知，取样点的淋雨强度符合设计预期。

3 通用型产品淋雨试验系统实践应用案例

应用该设计的淋雨试验系统对某通用型产品进行淋雨试验，试验参数为产品前部淋雨强度25 mm/min；产品侧部淋雨强度18 mm/min；产品底部淋雨强度19 mm/min，试验时间1 h。试验结束后，试验产品内未出现明显进水，淋雨试验系统运行性能良好。

4 结束语

淋雨试验系统是检验产品防水性能的重要系统，在提升产品质量等方面发挥重要作用。文章以通用型产品为例，对其淋雨试验系统进行设计，并对系统进行实践检验分析。设计通用型产品淋雨试验系统具备以下参数：①淋浴室具备A区、B区两个区域。②选取淋雨时间为4 min，产品前部的淋雨强度为24～30 mm/min；产品侧部的淋雨强度为16～24 mm/min；产品底部的淋雨强度为18～20 mm/min。③喷嘴压力设计点为喷嘴间距为600 mm；产品前喷用水量为47.9 m3/h；侧喷用水量为72.6 m3/h；底喷用水量为31.9 m3/h；总喷水用量为152.4 m3/h；淋雨压力应确定为350 kPa，且循环水泵扬程不小于35m；喷嘴喷射角度为70°。④经试验，淋雨试验系统运行性能良好。

从整体视角而言，在设计淋雨系统时，未考虑风速因素。在后续研究中，综合风速影响因素，进一步探索淋雨系统设计与实践应用。