一種整車淋雨試驗室回水循環(huán)過濾方法

陳慶良，趙志剛，趙鎮(zhèn)

（中國人民解放軍63895 部隊，洛陽 471003）

引言

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

1 雜質(zhì)源分析

整車淋雨試驗室噴淋架上安裝的噴頭件一般都在300個以上，常用噴頭件長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，噴嘴接頭通過球形調(diào)向關節(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，噴灑雨點的大小為0.5 ～4.5 mm，實物如圖1 所示。通過日常使用管理發(fā)現(xiàn)，最容易堵塞的地方是噴嘴孔眼和調(diào)向關節(jié)折彎處，沒有過濾或者過濾不徹底的回水帶來的各種雜質(zhì)堵塞管道和噴嘴后，不但影響水流量還會改變出水形狀和方向。

圖1 噴頭件結構及各孔眼尺寸

通過長時間認真觀察分析，梳理歸納出水體中的雜質(zhì)主要來自以下幾方面：①由于蓄水池內(nèi)壁和淋雨間地面為水泥表面，長時間經(jīng)過水的浸泡沖洗和熱脹冷縮的影響，很多水泥殘渣脫落后進入蓄水池內(nèi)。②淋雨試驗室內(nèi)的地漏由于長時間被水沖洗浸泡，地漏柵欄表面銹蝕嚴重，銹蝕的鐵渣順著水流進入蓄水池，蓄水池內(nèi)用于上下攀爬的鐵質(zhì)扶梯經(jīng)長時間的浸泡，表面銹蝕脫落的鐵渣掉進蓄水池內(nèi)。③補給蓄水池的水源本身可能含沙量比較重，長時間會產(chǎn)生沉淀物；或者水質(zhì)硬度較硬，且沒有經(jīng)過任何過濾處理，在循環(huán)使用過程中，經(jīng)過長時間的鹽分沉淀后產(chǎn)生結晶。④由于被淋雨設施設備表面本身較臟，直接進入淋雨間，其表面附著的塵土、砂粒、草屑等雜物順著水流進入蓄水池。⑤蚊蟲、柳絮、灰塵等雜質(zhì)通過水道、裸露口進入蓄水池。

綜合來看，這些雜質(zhì)可以分為兩類：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、樹葉、草屑、毛發(fā)等，這些雜質(zhì)能夠順著水流移動，在水泵的水壓作用下，硬質(zhì)雜質(zhì)也容易進入管道。

2 解決方案

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

淋雨試驗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)，實現(xiàn)水資源重復利用，對其他要求不高，所以過濾系統(tǒng)的構建簡單，投入也少。本文設計了一種回水循環(huán)過濾系統(tǒng)，能有效過濾回水雜質(zhì)，系統(tǒng)分為噴淋區(qū)、過濾區(qū)、蓄水區(qū)、緩存區(qū)4 個部分，噴淋區(qū)為被試裝備接受噴淋試驗的區(qū)域；過濾區(qū)為回水過濾雜質(zhì)的區(qū)域，是系統(tǒng)的主體部分；蓄水區(qū)為過濾后的清潔水和補給水的存儲區(qū)域；緩存區(qū)為噴淋試驗的直接取水源。整體循環(huán)過濾系統(tǒng)設計如圖2 所示。

圖2 回水循環(huán)系統(tǒng)示意圖

2.1 噴淋區(qū)設計

噴淋區(qū)是系統(tǒng)的主要功能區(qū)，是被試裝備接受噴淋試驗的區(qū)域，其空間大小可以容納一輛裝備車，一般的尺寸是5 m×5 m×15 m（寬×高×長）[1]。這部分的設計與其他淋雨系統(tǒng)沒有特別之處，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)生鐵銹殘渣，地面由四周向回水地溝傾斜一定角度，確保回水流動通暢。回水地溝設置內(nèi)外兩條水道，并安裝水道閘門，噴淋試驗剛開始時，由于車輛附著一些砂粒、灰塵、草屑等雜物，回水水質(zhì)特別差，此時關閉內(nèi)流水閘打開外流水閘，水流外排，待雜質(zhì)少一些以后，再反向操作，啟動循環(huán)過濾，回水地溝的寬度和深度根據(jù)流量視情而定。

噴淋架一般都是設計成固定式的，但這樣不能夠根據(jù)被試車輛的不同尺寸進行噴淋距離和噴淋面積的調(diào)節(jié)，噴淋距離過寬或過窄影響噴淋效果，噴淋面積過大則造成水資源成浪費?？梢钥紤]將噴淋架的頂部和兩側分開設計，頂部部分相對固定不動，兩側設計成可移動式，在底部裝上萬向滑輪，噴淋架底部鋼質(zhì)水管與水池的鋼質(zhì)輸水管通過軟質(zhì)水管相連?？傮w設計成能夠自由移動、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，分設左右兩排噴淋架，使用過程中可以根據(jù)車輛的長寬大小靈活調(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 過濾區(qū)設計

過濾區(qū)主要功能是將雜質(zhì)從水中分離出來，過濾的主要步驟就在這個區(qū)域完成，基本思路是利用水流因重力差產(chǎn)生的流動特性來自動完成過濾。其水量容納空間可以根據(jù)試驗室的規(guī)模大小來靈活調(diào)整，當然，應盡可能保證過濾區(qū)域大一些，因為容納空間越大水流速度越小，過濾程度就越好，本文以完成一次1 h 暴雨級的淋雨試驗的一半雨量來考慮，即40 t。

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

前三個過濾格設置為沉淀池，后三個設置為毛刷池，沉淀池主要過濾密度比較大的雜質(zhì)，隨著回水流經(jīng)3 個沉淀池，大質(zhì)量的雜質(zhì)逐漸沉淀到底部。毛刷池鋪滿過濾毛刷，其高度略高出池水線，可以加裝橫桿架固定毛刷，如圖3 所示，比較柔軟細長的雜質(zhì)隨著回水的流動逐漸附著在3 個毛刷池的毛刷上。

圖3 毛刷安裝示意圖

沿水流方向，在適當位置設置可拆卸擋板，沉淀池的擋板設置為單層，有利于密度較大雜質(zhì)沉底。毛刷池設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，能夠過水，上緣高出池水線；后一層擋板下緣和池底緊貼，不過水，上緣和池水線平齊，確保回水從兩層擋板中間由底部向頂部流動，從而有效增大回水的過濾長度和面積，整體設計如圖4 所示。這樣設計可以確?；厮?jīng)過多層沉淀和多層過濾，達到更好的效果，設計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，保持與池水線平齊，確保回水流動通暢。

圖4 過濾池回水流動示意圖

在適當位置的底部開設一定尺寸的溝槽，作為沉淀物的清理槽，本文設計的過濾區(qū)由隔離墻隔斷為相對獨立的3 排橫向區(qū)域，在每排開設清理槽，維護時，取下?lián)醢澹瑢⒍嘤嗟碾s質(zhì)掃入溝槽，可以更徹底清除沉淀物。

2.3 蓄水區(qū)設計

蓄水區(qū)主要為過濾后的回水和補給水提供存儲空間，是儲水量最大的區(qū)域，本文將其空間設計為800 cm×500 cm×300 cm（長×寬×深），總體儲水量為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 暴雨級的用水量，主體用隔離墻隔開，遠離進水口一側視情設置尺寸適當?shù)碾p層可拆卸擋板，靠沉淀池一側擋板著地，靠蓄水池一側懸空，有利于補給水的雜質(zhì)有效沉淀。為了方便維護人員進入池內(nèi)作業(yè)，可以選用不銹鋼材質(zhì)鋼筋在適當位置安裝攀爬梯。

2.4 緩存區(qū)設計

回水經(jīng)過過濾區(qū)過濾以后，水中雜質(zhì)能夠基本去除；補給水多了一道沉淀區(qū)，進入蓄水區(qū)的水質(zhì)也能提高。在蓄水區(qū)和噴淋區(qū)之間設置一個過渡性的緩存區(qū)，主要作用是為了多增加一道過濾，當然也可以不設置，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，所以增加這個區(qū)域，可以作為一種設計參考。

緩沖區(qū)設置一個緩沖池，其容量約為30 t，尺寸為400 cm×400 cm×200 cm（長×寬×深），位置設置在室內(nèi)，比噴淋架略高，便于向噴淋區(qū)供水。自動供水系統(tǒng)水泵從蓄水池抽水補入緩沖池，在管道末端加置1個“Y”型過濾器，可以一定程度上過濾一些雜質(zhì)；噴淋區(qū)水泵從緩沖池取水，管道末端通過軟質(zhì)水管與噴淋架相連。因為緩沖池較高，可以在沉淀物清理槽底部開設排污閥門，方便維護時排污。

過濾區(qū)和蓄水區(qū)如果設置在室外，還要考慮加設防護蓋板，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 結束語

本文主要分析了造成淋雨試驗設備管道和噴嘴堵塞的原因，以及回水中雜質(zhì)的成分類別，設計了一種有效去除回水雜質(zhì)的方法，同時考慮了噴淋架的優(yōu)化設計，以期提高淋雨試驗效果和水資源循環(huán)使用效率。本文主要討論回水過濾問題，所以沒有考慮水泵系統(tǒng)，提供了一種設計思路，具體詳細的設計細節(jié)沒有涉及，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)實際需求和自身情況設計。