一种整车淋雨试验室回水循环过滤方法

陈庆良，赵志刚，赵镇

（中国人民解放军63895 部队，洛阳 471003）

引言

武器装备的密闭性是考核其设计能力、工艺水平、使用安全的重要因素，淋雨试验是在淋雨条件下，检验武器装备外壳防止雨水渗透的能力和遭受淋雨时或之后的工作效能，是研制生产的重要一环[1,2]。有些整车淋雨试验室通常设计成非水路循环模式，经过喷淋后的回水直接排走，不重复使用，主要原因是为了防止淋雨设备管道和喷嘴被回水中的杂质堵塞，从而影响试验效果。相反的，如果设计成回水循环模式，过滤设施设备建设、滤材更换及维护使用需增加不少成本，而水相对来说成本低，所以采用非循环模式的不少。有些整车淋雨试验室也设计成回水循环模式，但方法简单，比如只做简单的沉淀处理，过滤效果不佳。淋雨试验的耗水量很大，通过在使用管理中观测计算，1 h 暴雨级的淋雨试验的耗水量大约是80 t，采用非循环模式，如果长期积累，其成本也很可观；另外，水中密度较大的砂类颗粒杂质在高水压的作用下会产生一定的冲击力，对装备表面有损伤。如何高效过滤杂质，让回水循环使用，这是本文讨论的重点。

1 杂质源分析

整车淋雨试验室喷淋架上安装的喷头件一般都在300个以上，常用喷头件长7.5 cm，由喷嘴接头和入水接头两部分组成，可以拆分，入水接头连接喷淋架管道，喷嘴接头通过球形调向关节和入水接头连接，调节角度为30 °，喷头件主体孔径为8 mm，喷嘴孔径为2 mm，喷洒雨点的大小为0.5 ～4.5 mm，实物如图1 所示。通过日常使用管理发现，最容易堵塞的地方是喷嘴孔眼和调向关节折弯处，没有过滤或者过滤不彻底的回水带来的各种杂质堵塞管道和喷嘴后，不但影响水流量还会改变出水形状和方向。

图1 喷头件结构及各孔眼尺寸

通过长时间认真观察分析，梳理归纳出水体中的杂质主要来自以下几方面：①由于蓄水池内壁和淋雨间地面为水泥表面，长时间经过水的浸泡冲洗和热胀冷缩的影响，很多水泥残渣脱落后进入蓄水池内。②淋雨试验室内的地漏由于长时间被水冲洗浸泡，地漏栅栏表面锈蚀严重，锈蚀的铁渣顺着水流进入蓄水池，蓄水池内用于上下攀爬的铁质扶梯经长时间的浸泡，表面锈蚀脱落的铁渣掉进蓄水池内。③补给蓄水池的水源本身可能含沙量比较重，长时间会产生沉淀物；或者水质硬度较硬，且没有经过任何过滤处理，在循环使用过程中，经过长时间的盐分沉淀后产生结晶。④由于被淋雨设施设备表面本身较脏，直接进入淋雨间，其表面附着的尘土、砂粒、草屑等杂物顺着水流进入蓄水池。⑤蚊虫、柳絮、灰尘等杂质通过水道、裸露口进入蓄水池。

综合来看，这些杂质可以分为两类：硬质杂质和软质杂质，硬质杂质容易沉底，比如砂粒、尘土、泥渣、铁锈等；软质杂质容易漂浮，比如蚊虫、树叶、草屑、毛发等，这些杂质能够顺着水流移动，在水泵的水压作用下，硬质杂质也容易进入管道。

2 解决方案

目前水质过滤主要应用在生活保障、工业生产和渔业养殖等方面，用途不同，对水质的要求也不同，生活用水主要过滤自然界中的天然水，不循环使用，且对水质的要求高，不但要过滤杂质，去除有害物质，还需要软化水质；工业循环用水时，要过滤掉水中的磷硫等有害物质及各种重金属离子，以免回水利用时对产品造成影响；养殖循环用水时，在过滤杂质的同时，还需要考虑用硝化细菌分解水中有机物，以免水产活体中毒[3-5]。

淋雨试验中主要考虑去除回水中容易造成管道和喷嘴堵塞的杂质，实现水资源重复利用，对其他要求不高，所以过滤系统的构建简单，投入也少。本文设计了一种回水循环过滤系统，能有效过滤回水杂质，系统分为喷淋区、过滤区、蓄水区、缓存区4 个部分，喷淋区为被试装备接受喷淋试验的区域；过滤区为回水过滤杂质的区域，是系统的主体部分；蓄水区为过滤后的清洁水和补给水的存储区域；缓存区为喷淋试验的直接取水源。整体循环过滤系统设计如图2 所示。

图2 回水循环系统示意图

2.1 喷淋区设计

喷淋区是系统的主要功能区，是被试装备接受喷淋试验的区域，其空间大小可以容纳一辆装备车，一般的尺寸是5 m×5 m×15 m（宽×高×长）[1]。这部分的设计与其他淋雨系统没有特别之处，主要考虑回水地沟的盖板一定要选用不锈钢材质，以免产生铁锈残渣，地面由四周向回水地沟倾斜一定角度，确保回水流动通畅。回水地沟设置内外两条水道，并安装水道闸门，喷淋试验刚开始时，由于车辆附着一些砂粒、灰尘、草屑等杂物，回水水质特别差，此时关闭内流水闸打开外流水闸，水流外排，待杂质少一些以后，再反向操作，启动循环过滤，回水地沟的宽度和深度根据流量视情而定。

喷淋架一般都是设计成固定式的，但这样不能够根据被试车辆的不同尺寸进行喷淋距离和喷淋面积的调节，喷淋距离过宽或过窄影响喷淋效果，喷淋面积过大则造成水资源成浪费。可以考虑将喷淋架的顶部和两侧分开设计，顶部部分相对固定不动，两侧设计成可移动式，在底部装上万向滑轮，喷淋架底部钢质水管与水池的钢质输水管通过软质水管相连。总体设计成能够自由移动、距离可调的式样，并在喷淋架末端的若干喷淋分支水道上装上水阀，从而控制喷淋面积，分设左右两排喷淋架，使用过程中可以根据车辆的长宽大小灵活调节喷淋间距和喷淋面积，兼顾了喷淋效果和水资源节约。

2.2 过滤区设计

过滤区主要功能是将杂质从水中分离出来，过滤的主要步骤就在这个区域完成，基本思路是利用水流因重力差产生的流动特性来自动完成过滤。其水量容纳空间可以根据试验室的规模大小来灵活调整，当然，应尽可能保证过滤区域大一些，因为容纳空间越大水流速度越小，过滤程度就越好，本文以完成一次1 h 暴雨级的淋雨试验的一半雨量来考虑，即40 t。

整个区域低于喷淋区回水地沟出水口20 cm 左右，保证两个区域有足够的水流落差，其宽度与喷淋区对齐，为5 m；考虑入水口以及出水口的落差，深度设置为1.2 m；长度设置为8 m，总体容水量约40 m3。将整个区域划分为若干个过滤格，过滤格越多过滤越彻底，本文考虑划分为6 个400 cm×166 cm×120 cm（长×宽×深）的过滤格，过滤格之间用隔离墙隔断，考虑到隔离墙体占用的空间，过滤格的实际尺寸会小一些。

前三个过滤格设置为沉淀池，后三个设置为毛刷池，沉淀池主要过滤密度比较大的杂质，随着回水流经3 个沉淀池，大质量的杂质逐渐沉淀到底部。毛刷池铺满过滤毛刷，其高度略高出池水线，可以加装横杆架固定毛刷，如图3 所示，比较柔软细长的杂质随着回水的流动逐渐附着在3 个毛刷池的毛刷上。

图3 毛刷安装示意图

沿水流方向，在适当位置设置可拆卸挡板，沉淀池的挡板设置为单层，有利于密度较大杂质沉底。毛刷池设置为双层可拆卸挡板，前一层挡板下缘与池底保持一定距离，能够过水，上缘高出池水线；后一层挡板下缘和池底紧贴，不过水，上缘和池水线平齐，确保回水从两层挡板中间由底部向顶部流动，从而有效增大回水的过滤长度和面积，整体设计如图4 所示。这样设计可以确保回水经过多层沉淀和多层过滤，达到更好的效果，设计为可拆卸式主要是方便定期清理沉淀物。出水口的隔离墙要略低，保持与池水线平齐，确保回水流动通畅。

图4 过滤池回水流动示意图

在适当位置的底部开设一定尺寸的沟槽，作为沉淀物的清理槽，本文设计的过滤区由隔离墙隔断为相对独立的3 排横向区域，在每排开设清理槽，维护时，取下挡板，将多余的杂质扫入沟槽，可以更彻底清除沉淀物。

2.3 蓄水区设计

蓄水区主要为过滤后的回水和补给水提供存储空间，是储水量最大的区域，本文将其空间设计为800 cm×500 cm×300 cm（长×宽×深），总体储水量为1 h 暴雨量的1.5 倍，约120 t。分为蓄水池和沉淀池两部分，两部分容量比约为3 ∶1，蓄水池的水量约为90 t，保证略大于1 h 暴雨级的用水量，主体用隔离墙隔开，远离进水口一侧视情设置尺寸适当的双层可拆卸挡板，靠沉淀池一侧挡板着地，靠蓄水池一侧悬空，有利于补给水的杂质有效沉淀。为了方便维护人员进入池内作业，可以选用不锈钢材质钢筋在适当位置安装攀爬梯。

2.4 缓存区设计

回水经过过滤区过滤以后，水中杂质能够基本去除；补给水多了一道沉淀区，进入蓄水区的水质也能提高。在蓄水区和喷淋区之间设置一个过渡性的缓存区，主要作用是为了多增加一道过滤，当然也可以不设置，喷淋区水泵可以直接从蓄水池抽水。本文从更加彻底清除杂质的角度考虑，所以增加这个区域，可以作为一种设计参考。

缓冲区设置一个缓冲池，其容量约为30 t，尺寸为400 cm×400 cm×200 cm（长×宽×深），位置设置在室内，比喷淋架略高，便于向喷淋区供水。自动供水系统水泵从蓄水池抽水补入缓冲池，在管道末端加置1个“Y”型过滤器，可以一定程度上过滤一些杂质；喷淋区水泵从缓冲池取水，管道末端通过软质水管与喷淋架相连。因为缓冲池较高，可以在沉淀物清理槽底部开设排污阀门，方便维护时排污。

过滤区和蓄水区如果设置在室外，还要考虑加设防护盖板，防砂防尘，在北方还要考虑防冻。如果在室内，蓄水区较深，要考虑防跌落的安全措施，缓冲池也要考虑。

3 结束语

本文主要分析了造成淋雨试验设备管道和喷嘴堵塞的原因，以及回水中杂质的成分类别，设计了一种有效去除回水杂质的方法，同时考虑了喷淋架的优化设计，以期提高淋雨试验效果和水资源循环使用效率。本文主要讨论回水过滤问题，所以没有考虑水泵系统，提供了一种设计思路，具体详细的设计细节没有涉及，比如，系统的区域大小、整体布局、水池容量、墙体尺寸等环节需要根据实际需求和自身情况设计。