基于QC/T476-2007客車(chē)廠淋雨房設(shè)計(jì)及計(jì)算的研究

余建明

摘 要：淋雨房是通過(guò)合適角度的噴頭噴淋至車(chē)身的一種檢驗(yàn)設(shè)施，主要用于模擬客車(chē)在經(jīng)受暴雨過(guò)程中各個(gè)部位的防滲密封性能，由于客車(chē)車(chē)身長(zhǎng)寬跨度較大需考慮最大車(chē)型使用過(guò)程的適用性，研究淋雨房實(shí)際客車(chē)生產(chǎn)時(shí)使用的設(shè)計(jì)及計(jì)算。

關(guān)鍵詞：客車(chē)淋雨房 淋雨試驗(yàn) 壓力

1 客車(chē)廠淋雨房原理

淋雨裝置進(jìn)行淋雨試驗(yàn)時(shí)，動(dòng)啟水泵，清水池中的水由水泵泵入試件受試面積的管道噴淋系統(tǒng)，并經(jīng)過(guò)流量計(jì)調(diào)節(jié)流量至標(biāo)準(zhǔn)要求的降雨量，通過(guò)噴嘴射向試件表面， 對(duì)試件進(jìn)行淋雨試驗(yàn)。淋雨區(qū)內(nèi)降雨均勻，各噴淋面涵蓋淋雨試驗(yàn)所有車(chē)型以及各受檢部位。

噴射出的水順著試樣表面滴落到地面的回水道里，再匯集流入回收水池中，再由水泵泵入噴淋系統(tǒng)，循環(huán)使用。淋雨房有反沖洗活性炭過(guò)濾器和三級(jí)過(guò)濾器（前部噴淋），以防噴咀堵塞。淋雨房設(shè)備由增壓噴淋系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、過(guò)濾/水處理循環(huán)系統(tǒng)（循環(huán)水池）及安全保護(hù)系統(tǒng)組成。本淋雨房含水泵、虹吸罐、調(diào)節(jié)閘閥、反沖洗活性碳過(guò)濾裝置、LD智能電磁流量計(jì)、壓力表、流量計(jì)等。在兩個(gè)淋雨房室體中間布置水池、控制柜、水泵、虹吸罐、反沖洗活性碳過(guò)濾裝置等，設(shè)備布局方便檢修及維護(hù)。水池配有液位控制器，具有自動(dòng)補(bǔ)水功能。淋雨檢查區(qū)格柵約40m2，格柵要求足夠的承載能力（承載12T）和防腐（鍍鋅格柵）。排污泵安裝在地面上，維修維護(hù)方便。

2 客車(chē)廠淋雨房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 淋雨室體

客車(chē)整車(chē)淋雨房是包括蓄水池系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、水循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)等構(gòu)成，通過(guò)PLC電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)之間配合完成整車(chē)淋雨試驗(yàn)。淋雨室體采用直通式，前端設(shè)雙開(kāi)門(mén)（車(chē)頭方向），采用開(kāi)門(mén)機(jī)構(gòu)，自動(dòng)控制打開(kāi)關(guān)閉（光電開(kāi)關(guān)控制，試驗(yàn)完成后，車(chē)輛往前行駛時(shí)，門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，車(chē)輛駛出淋雨區(qū)后，門(mén)自動(dòng)關(guān)閉），以便車(chē)輛通過(guò)。噴淋面：前、上、下、左、右，后部不噴淋，但車(chē)尾方向的頂部噴淋和側(cè)部噴淋要多出兩排噴淋管，以便后噴淋可由頂部噴淋和側(cè)部噴淋覆蓋檢測(cè)。客車(chē)由人工開(kāi)入淋雨試驗(yàn)室，試驗(yàn)完成后直接開(kāi)出，進(jìn)入下一個(gè)工位。每套淋雨系統(tǒng)外側(cè)圍陽(yáng)光板，板厚≥5mm。

2.2 控制系統(tǒng)

淋雨房根據(jù)QC/T476-2007客車(chē)防雨密封性限值及試驗(yàn)方法的要求為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)具有手動(dòng)和全自動(dòng)功能，電控柜現(xiàn)場(chǎng)操作，電控柜上設(shè)有彩屏控制器，單獨(dú)控制，人機(jī)界面，直觀操作。另配工控機(jī)（上位機(jī)），遠(yuǎn)程監(jiān)控集中操作，淋雨房操作界面集中顯示、控制，人機(jī)界面。界面操作可設(shè)定試驗(yàn)時(shí)間，設(shè)有“電源”和“急?！遍_(kāi)關(guān)按鈕等。還有配遙控中斷控制功能，以免漏雨嚴(yán)重時(shí)隨時(shí)終止淋雨，避免漏雨造成車(chē)輛損壞。主要部件、材料選用知名品牌，保證整機(jī)的質(zhì)量和性能。設(shè)備性能完善、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便易操作。

2.3 噴淋裝置

按QC/T476-2007客車(chē)防雨密封性限值及試驗(yàn)方法的要求，噴嘴的選用及安裝對(duì)淋雨效果的好壞至關(guān)重要。因?yàn)榭蛙?chē)長(zhǎng)度原因?qū)е驴蛙?chē)淋雨房噴頭數(shù)量眾多，為了方便方便檢修幾更換應(yīng)選用快拆式的噴頭，噴射角為60°孔徑2.5mm的實(shí)心錐體純銅噴嘴。管道材料：鍍鋅管，主管DN65，支管DN25（安裝噴頭），控制閥門(mén)采用球閥控制（在增壓水泵后設(shè)壓力總調(diào)節(jié)閥一只）。管路中設(shè)壓力表，通過(guò)LD智能電磁流量計(jì)調(diào)節(jié)流量，噴頭按400×400 mm均勻排列，保證淋雨區(qū)內(nèi)降雨均勻，各噴淋面涵蓋淋雨試驗(yàn)所涉及的外形尺寸最大的車(chē)型以及各受檢部位。

淋雨裝置單獨(dú)控制運(yùn)行，電控柜（現(xiàn)場(chǎng)操作）。進(jìn)行淋雨試驗(yàn)時(shí)，動(dòng)啟水泵，清水池中的水由水泵泵入試件受試面積的管道噴淋系統(tǒng)，并經(jīng)過(guò)流量計(jì)調(diào)節(jié)流量至標(biāo)準(zhǔn)要求的降雨量，通過(guò)噴嘴射向試件表面， 對(duì)試件進(jìn)行淋雨試驗(yàn)。淋雨區(qū)內(nèi)降雨均勻，各噴淋面涵蓋淋雨試驗(yàn)所有車(chē)型以及各受檢部位。

噴射出的水順著試樣表面滴落到地面的回水道里，再匯集流入回收水池中，再由水泵泵入噴淋系統(tǒng)，循環(huán)使用。

本淋雨房有反沖洗活性炭過(guò)濾器和三級(jí)過(guò)濾器（前部噴淋），以防噴咀堵塞。

本淋雨房設(shè)備由增壓噴淋系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、過(guò)濾/水處理循環(huán)系統(tǒng)（循環(huán)水池）及安全保護(hù)系統(tǒng)組成。本淋雨房含水泵、虹吸罐、調(diào)節(jié)閘閥、反沖洗活性碳過(guò)濾裝置、LD智能電磁流量計(jì)、壓力表、流量計(jì)等。在兩個(gè)淋雨房室體中間布置水池、控制柜、水泵、虹吸罐、反沖洗活性碳過(guò)濾裝置等，設(shè)備布局方便檢修及維護(hù)。

水池配有液位控制器，具有自動(dòng)補(bǔ)水功能。

廠房要為每個(gè)水池配置一個(gè)2寸自來(lái)水管接口（加水補(bǔ)水之用）。

橫向排水道的凹邊（格柵卡邊）要預(yù)埋不銹鋼角鋼（防銹），以便車(chē)輛壓過(guò)時(shí)格柵時(shí)，排水道的凹邊（格柵卡邊）不崩塌。

檢查區(qū)至淋雨室沉淀池有回水道。淋雨房及淋雨檢查區(qū)格柵等由供方提供。每個(gè)淋雨檢查區(qū)格柵約40m2，格柵要求足夠的承載能力（承載12T）和防腐（鍍鋅格柵）。

排污泵安裝在地面上，維修維護(hù)方便。

噴嘴：噴嘴性能符合QC/T476-2007客車(chē)防雨密封性限值及試驗(yàn)方法的要求。Φ2.5mm噴淋專(zhuān)用噴嘴，SUS304+PP材質(zhì)，雙夾扣快速卡接式，噴嘴出水均勻且呈60?實(shí)心圓錐體形狀。噴嘴均勻布置，保證從各個(gè)方向?qū)ぜ娝?，避免出現(xiàn)噴水死角和降雨空白區(qū)域，并保證噴水流量、壓力達(dá)到要求。

增壓水泵：增壓水泵采用低噪音臥式水泵，噪音≤85分貝。

2.4 安全保護(hù)

電流、電壓過(guò)載保護(hù)、漏電保護(hù)、缺水報(bào)警。

3 客車(chē)廠淋雨房噴淋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

由于客車(chē)車(chē)身長(zhǎng)寬跨度較大需考慮最大車(chē)型使用過(guò)程的適用性，淋雨房噴淋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮噴淋過(guò)程過(guò)程中水壓在管道中衰減，從而造成尾部噴淋壓力無(wú)法滿(mǎn)足噴淋要求。根據(jù)QC/T476-2007客車(chē)防雨密封性限值及試驗(yàn)方法的要求，采用常規(guī)14米車(chē)型計(jì)算：

（1）淋雨計(jì)算公式（來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)）：

對(duì)應(yīng)流量計(jì)算公式為：

Q=6FN/625

式中：

Q——對(duì)應(yīng)流量，單位為立方米每小時(shí)（m3/h）；

F——平均降雨強(qiáng)度，單位為毫米每分鐘（mm/min）；

N——流量計(jì)所對(duì)應(yīng)的噴嘴總數(shù)。

（2）噴淋強(qiáng)度：前噴淋：12mm/min；其余部位：8mm/min

（3）噴淋面：前、上、下、左、右。

（4）噴淋壓力：0.15MPa（150kpa=0.15mp，近似于15m的水泵揚(yáng)程），但為了有儲(chǔ)備余量和便于調(diào)節(jié)，水泵揚(yáng)程一般不低于28m。

（5）噴咀要求：60°實(shí)心錐體?？讖?.0mm（國(guó)標(biāo)為2.5-3mm）

（6）理論流量計(jì)算：

結(jié)合你們的最大車(chē)型（噴咀數(shù)量：972，其中前窗：36，其余936）：

前窗噴淋：Q1=6*12*36/625=4.15m3/h。

非前窗噴淋：Q2=6*8*936/625=72m3/h。

水泵總流量：80 m3/h（15m揚(yáng)程）

根據(jù)QC/T476-2007客車(chē)防雨密封性限值及試驗(yàn)方法，對(duì)應(yīng)流量計(jì)算公式為：Q=6FN/625（式中：Q ——對(duì)應(yīng)流量，單位為立方米每小時(shí)（m3/h）；F ——平均降雨強(qiáng)度，單位為毫米每分鐘（mm/min）；N ——流量計(jì)所對(duì)應(yīng)的噴嘴總數(shù)。）。按標(biāo)準(zhǔn)要求，噴淋強(qiáng)度：前噴淋：12mm/min；其余部位：8mm/min，噴淋面：前、上、下、左、右。噴淋壓力：0.15MPa（近似于15m的水泵揚(yáng)程），噴嘴要求：噴射角60°，孔徑2.5mm。結(jié)合最大車(chē)型長(zhǎng)度為14m理論流量計(jì)算：（噴咀數(shù)量：972，其中前窗：36，其余936），前窗噴淋：Q1=6*12*36/625=4.15m3/h，非前窗噴淋：Q2=6*8*936/625=72m3/h。水泵總流量：80 m3/h（15m揚(yáng)程）。

實(shí)際淋浴房設(shè)計(jì)及使用時(shí)，還需充分考慮管路壓力下降對(duì)整個(gè)系統(tǒng)噴淋壓力的影響，管路壓力下降為一般是由管道摩擦壓力下降、靜壓力下降和速度壓力下降總和決定的。管道摩擦壓力下降包含主管、支管、管附件及閥門(mén)等的壓力下降，也要考慮管道的收縮及擴(kuò)張和對(duì)接口等部位所造成的局部壓力下降；靜壓力下降的產(chǎn)生是因?yàn)楣艿澜K始兩端標(biāo)高差而形成的；速度壓力下降是由于管道終始兩端流體的流速不同而形成的壓降。對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜管路系統(tǒng)應(yīng)該采用分段考慮的原則，一般是在旁管路和主管路（或管道的收縮及擴(kuò)張?zhí)帲?duì)接處分段，管附件分屬于主管路，按主管路直徑選取當(dāng)量長(zhǎng)度。同時(shí)根據(jù)流體對(duì)管壁的腐蝕、磨蝕、結(jié)垢和工況因素對(duì)管壁粗糙度進(jìn)行選擇。

實(shí)際流量計(jì)算時(shí)應(yīng)該以實(shí)際管路噴頭出水量倒推計(jì)算，并結(jié)合實(shí)際考慮管道摩擦壓力下降、靜壓力下降和速度壓力下降，適當(dāng)留足水泵流量、楊程及功率余量抵消壓力下降影響，因此實(shí)際計(jì)算如下：

Q= LN*60/1000（m3/h）

其中：L——噴咀流量，單位為L(zhǎng)/min）；3.7 L/min為每個(gè)噴咀0.3MPa對(duì)應(yīng)的流量（0.3mpa=30m的楊程的電機(jī)）。

N——所對(duì)應(yīng)的噴嘴總數(shù)。

Q=3.7 L/min*972*60/1000=216 m3/h。

按照此計(jì)算：選擇水泵參數(shù)為：KQW150/345-30/4

4 結(jié)語(yǔ)

水泵的實(shí)際流量為：209m3/h，揚(yáng)程：33m，電機(jī)功率：30kw，水泵進(jìn)出口管徑：150。

所以實(shí)際流量遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)所需流量，見(jiàn)圖4。

如果具備條件可將所選水泵參數(shù)代入ANSYS 仿真模擬軟件，驗(yàn)證水泵參數(shù)合理性，展現(xiàn)淋雨室的工作狀況，縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，提高了設(shè)計(jì)效率；為后續(xù)過(guò)程提供了完備的信息源，具備一定的產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)處理功能；為淋雨室設(shè)計(jì)的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化奠定基礎(chǔ)。

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