Испытания на воздействие воды
Условия испытаний и применяемое испытательное оборудование. В
условиях транспортирования, хранения и реальной эксплуатации изделия, предназначенные для работы на открытом воздухе в наземных условиях или на кораблях, под навесами, в крытых транспортных средствах, в открытых производственных помещениях И Т. Д., могут подвергаться воздействию дождя различной интенсивности, струй и брызг воды, а в отдельных случаях и находиться в воде. Некоторые изделия специального назначения могут подвергаться действию гидростатического давления воды при их погружении на заданную глубину. Все это приводит к необходимости проведения различных видов испытаний изделий на воздействие воды. Основной целью этих испытаний является определение способности кожуха и уплотнений сохранять компоненты, аппаратуру и средства измерений в рабочем состоянии при воздействии воды и после него. Воздействие может быть в виде падающих капель (дождь), воды под напором (дождь высокой интенсивности, струи воды, ударяющие по испытуемому изделию с определенной силой или падающие под любым углом по отношению к изделию), давления воды при погружении в воду на заданную глубину или с эквивалентным давлением. Основными параметрами дождя являются: диаметр капли, объем капли, интенсивность, конечная скорость дождевой капли, скорость падения дождевых капель.
Различают дождевые капли, диаметр которых более 0,5 мм, и капли мелкого дождя с диаметром 0,2—0,5 мм. Для характеристики количества осадков пользуются понятием интенсивности R (мм — ч-1) дождя, определяемой количеством воды в мерном цилиндрическом
стакане, которое выпало в единицу времени. Также введены понятия среднего диаметра капли Dv и среднего объемного диаметра D5Q. Под средним диаметром капли Dv, мм, понимают диаметр капли, равный отношению общего объема воды, падающей на землю, к числу
капель: Dy = [6К/(тш)]1/3 = 1,71/?0’25.
Средний объемный диаметр капли Z>50, мм, определяется как диаметр капель, составляющих 50% объема воды, в то время как другие 50% объема воды составляют капли меньших и больших диаметров: х>50 = 1,21/г019.
Приняты два параметра, характеризующие скорость дождевых капель, м/с:
• конечная скорость дождевых капель, определяемая при их падении в неподвижном воздухе при условии, что гравитационная сила капель уравновешена сопротивлением воздуха:
v, = 5,3L0’12,
где L = 0,42R — содержание жидкой воды в воздухе, г/м3;
• скорость дождевых капель в потоке с учетом действия ветра, м/с:
vr = (v2 + v,2 )°l5,
где — скорость ветра. Установлено, что ветер со скоростью 9 м/с почти не влияет на скорость капель.
Рассмотрим различные виды оборудования для воспроизведения указанных воздействий. Оборудование для воспроизведения дождя может быть реализовано в виде камеры дождя, камеры с душевыми головками, качающейся трубы и ручного душа.
Камера дождя имеет резервуар с водой, расположенный в верхней ее части, площадь основания которого должна быть примерно в 2 раза больше площади изделия. В дне резервуара расположены сопла, обеспечивающие образование капель со средним размером диаметра от 3 до 5 мм. Размер ячеек расположения сопл 20-25 мм. Интенсивность дождя 200—300 мм • ч-1. Расстояние между поверхностью расположения сопел и верхней частью изделия должно быть не менее 0,2 м. Для установки изделий в камере имеется поворотный стол, совершающий поворот на 360±15° без остановок и с остановками через 90±10°.
В камере с восемью душевыми головками (душ-разбрызгиватель) последние расположены так, чтобы расстояние до углов или сторон испытуемого изделия было равно 500—750 мм, если другое не оговорено в нормативной документации. Вода из четырех головок должна быть направлена вниз под углом 45° к каждому из четырех верхних углов изделия. Вода из остальных четырех головок должна быть направлена в соответствии с требованиями нормативной документации. Часто ее направляют горизонтально к наиболее опасным точкам поверхности каждой из четырех сторон изделия. Производительность душевых головок 450 л • ч-1 при давлении воды 2 кПа.
Качающаяся труба должна обеспечивать прямой поток из распылительных сопел диаметром 0,4 или 0,8 мм, расположенных под углом 60 или 90° от центральной части в любую сторону. Возможны два варианта использования качающейся трубы. В первом она закреплена в вертикальном положении, а испытуемое изделие смонтировано на перфорированной подставке (столе), вращающейся с частотой, обеспечивающей равномерное воздействие воды на изделие. Во втором, когда нет возможности для вращения изделия, оно устанавливается в центре подставки, а труба совершает колебательное движение в пределах указанного угла (до ±90°) со скоростью 60° в секунду в течение половины указанной в нормативной документации длительности. После этого изделие поворачивают на угол 90° и испытания продолжаются в течение второй половины длительности. Радиус дуги трубы выбирается в зависимости от габаритных размеров изделия, но он не должен превышать 1600 мм. Возможно совместное применение душа-разбрызгивателя с качающейся трубой (рис. 6.39).
Давление воды в трубе должно обеспечивать заданную интенсивность дождя. Продолжительность и режим испытаний могут задаваться с помощью таймера, включаемого в схему автоматического управления.
Ручной душ представляет собой распылительное сопло с углом распыления 78° и движущийся экран, обладающий способностью ограничивать верхнюю часть конуса струи воды на 30° от горизонта. Для определения скорости расхода воды ручной душ должен иметь специальный счетчик. Скорость расхода при напоре воды 80—100 кПа должна составлять 10±0,5 дм3/мин.
Для проверки интенсивности дождя используют мерные цилиндрические стаканы с внутренним диаметром 200 мм и высотой 100 мм. Проверка интенсивности дождя может проводиться для оценки работы камеры дождя и для оценки интенсивности в месте расположения изделия. Для оценки работы камеры рекомендуется устанавливать четыре стакана по углам, а один в середине полезной площади пола камеры. Включают камеру, задают минимальную интенсивность дождя и выполняют три замера через каждые 5 мин. Измерения повторяют при максимальной интенсивности. Действительную интен-
|
|
|
12 П ^"^10
Рис. 6.39. Камера для испытаний на воздействие дождя:
1 — качающаяся (поворотная) труба; 2 — вращающийся диск-подставка; З — испытуемое изделие; 4 — душ-разбрызгиватель; 5 — таймер; 6 — привод качающейся трубы; 7 — манометр; 8 — измеритель количества воды; 9 — привод вращающегося диска-подставки; 10 — магнитный вентиль; 11 — городской водопровод; 12 — система рециркуляции сивность дождя определяют по формуле: Y = H/t, где Н — высота столба воды в стакане, мм; t — длительность дождя, мин.
Точность поддержания интенсивности дождя: Ду = у-Х’, где у — заданная интенсивность дождя.
Оборудование для воспроизведения действия воды под напором может реализовываться в виде качающейся трубы, ручного душа и шланга со стандартными соплами. Бели размеры изделия достаточно велики и применение качающейся трубы невозможно, используют ручной душ — распылительное сопло с углом распыления 78°. Распылительное сопло должно иметь скорость расхода 10±0,5 дм3 • мин.-1 при напоре воды 80—100 кПа. Используемые для обливания шланги должны иметь сопла, обеспечивающие сплошную струю воды диаметром на выходе (струи) 6,3 мм (сопло I) и 12,5 мм (сопло II). Расход воды для сопла I: 12,5 дм3 — мин.-1 ±5% при давлении 30 кПа или 75±5 дм3-мин.-1 при давлении 1000 кПа, а для сопла II: 100 дм3 — мин.-1±5% при давлении 100 кПа.
Для установки изделий необходимо зажимное устройство, позволяющее имитировать условия реальной эксплуатации изделия. Оно
должно иметь основание меньше по размеру, чем основание изделия, и обеспечивать возможность поддерживать изделие в нормальном рабочем положении, а при необходимости наклонять его от вертикального положения на 45—90°. Используемая для испытаний пресная вода должна быть профильтрована, чтобы не засорять сопла, а также может быть деминерализована. Верхняя температура воды должна быть равна температуре изделия, а нижняя на 5К ниже.
В качестве оборудования для испытаний на воздействие погружением используют специальный водяной бак и контейнер, в который помещают изделие. Размеры бака определяются глубиной погружения, которая доходит до 5 м. Испытания могут проводиться с применением пресной или морской воды.
Для испытаний на воздействие повышенного гидростатического давления используется камера (бак) гидростатического давления, в которой глубина погружения имитируется созданием избыточного давления воздуха. Для облегчения обнаружения течи в воду добавляют флуоресцирующую краску. Температура воды не должна превышать +35 °С.
Методы проведения испытаний на воздействие воды. Общим для всех видов испытаний на воздействие воды является предварительная выдержка в нормальных климатических условиях и проведение первоначальных измерений, включающих визуальный осмотр, проверку значений электрических и механических параметров на соответствие нормативной документации. Главное внимание при осмотре следует обращать на состояние обработки поверхности, покрытие и герметичность. Далее изделие монтируется в соответствующее зажимное устройство и подвергается воздействию воды. В зависимости от требований нормативной документации изделие во время выдержки должно функционировать (при этом его параметры периодически контролируются) или только выдерживать воздействие воды. В обоих случаях в заключение испытаний изделие осматривают и проверяют значения его параметров.
Целью испытаний на воздействие падающих капель является имитация естественного дождя, а также капель, возникающих вследствие конденсации и просачивания. Испытания могут проводиться двумя методами, использующими различное оборудование: методом искусственного дождя, воспроизводимым в камере с душевыми головками (соплами), и методом падающих капель, воспроизводимым в камере дождя.
Значения параметров испытательных режимов, указываемых в нормативной документации, должны выбираться по табл. 6.8. В нормативной документации также должны указываться продолжительность выдержки для каждой стороны и режим.
|
Таблица 6.8 Рекомендуемые значения параметров искусственного дождя для испытаний на воздействие падающих капель
|
При испытании методом падающих капель в камере дождя значения параметров испытательных режимов выбирают из данных, приводимых ниже:
Высота падения капли, м……………………………….. 0,2±0,1; 2,0±0,5
Угол наклона падения капель, град… 15; 30; 45
Продолжительность выдержки, мин.* … 3; 10; 30; 60
Интенсивность дождя, ммч-1……………………….. 200-300
При испытании в камере дождя зона действия дождя должна перекрывать габаритные размеры изделия не менее чем на 30 см.
Целью испытаний на воздействие воды под напором является имитация воздействия ливня, обложного проливного дождя, разбрызгивания от колес, брызг волн и т. д. Данному виду испытаний целесообразно подвергать изделия, эксплуатируемые под открытым небом в странах с тропическим климатом. Указанные испытания могут осуществляться следующими методами: созданием зоны капель с высокой интенсивностью с помощью камер с душевыми головками, качающейся трубы, ручным душем, а также распылением воды из шланга. При выборе метода исходят из условия, что изделия должны подвергаться самому жесткому воздействию. При этом также необходимо учитывать размеры и форму испытуемого изделия. В случае испытаний изделий больших габаритных размеров, когда радиус качающейся трубы превышает 1,6 м, рекомендуется использовать ручной душ. Важным является принятие решения относительно монтажа и способа установки испытуемого изделия.
При испытаниях в камере с душевыми головками (соплами) значения параметров испытательных режимов следует выбирать по данным табл. 6.9, а при испытаниях методом качающейся трубы — по данным табл. 6.10.
При использовании ручного душа выдержка при испытании выражается в мин. м2 площади поверхности изделия при минимальной длительности испытания. Выражение выдержки в мин. м2 показы-
|
Таблица 6.9 Рекомендуемые значения параметров при испытании в камере с душевыми головками (соплами)
|
|
Таблица 6.10 Рекомендуемые значения параметров при испытании методом качающейся трубы
|
вает, что площадь поверхности изделия в 1 м2 следует подвергать воздействию воды из ручного душа в течение предусмотренного времени выдержки при установленной общей минимальной длительности распыления воды.
Рекомендуемые значения параметров воздействия воды под напором при испытании методом ручного душа:
Выдержка, мин. м2…………………………………………………. 1; 3; 6
Минимальная длительность, мин……………………………. 5; 15; 30
На изделие должна падать струя воды практически по всем направлениям с расстояния 0,4±0,1 м.
Испытание на воздействие воды под напором методом обливания из шланга целесообразно осуществлять для оценки водозащищеннос — ти изделий, определяемой способностью оболочек (кожухов) не пропускать воду при накате волн, разбрызгивании воды колесами и в других подобных условиях.
Испытание проводят путем распыления на изделие с заданных направлений потока воды из шланга со стандартными испытательными соплами. При этом испытуемое изделие, будучи смонтированным на перфорированном зажимном приспособлении, должно вращаться. Режимы обливания через указанные сопла приведены в табл. 6.11. При этом выдержка и длительность обливания определяются по табл. 6.12.
|
Таблица 6.11 Рекомендуемые значения параметров при испытании методом обливания из шланга с заданной скоростью потока
|
|
Таблица 6.12 Рекомендуемые значения параметров при испытании методом обливания из шланга с заданной длительностью испытаний
* Только для сопла 0,3 мм и давления 1000 кПа. |
При расстоянии от сопла до изделия 2,5±0,5 м струя воды должна быть в пределах круга диаметром 40 мм для сопла размером 6,3 мм и 100 мм для сопла размером 12,5 мм. В случае необходимости это расстояние может быть уменьшено.
Целью испытаний на воздействие погружением является имитация полного или частичного погружения изделия в воду, позволяющая оценить его водонепроницаемость. При этом необходимо определить, способно ли изделие функционировать под водой или только выдерживать условия погружения в воду. Обычно используют пресную воду, но возможно проведение испытаний и в морской воде, что должно быть указано в нормативной документации.
Различают методы водяного бака и камеры повышенного гидростатического давления. При испытании методом водяного бака изделие подвергают воздействию определенного давления путем погружения в бак с водой на заданную глубину, причем вместо слова глубина пользуются термином «напор воды», выраженным в метрах. Значения параметров, характеризующих рассматриваемый метод испытаний, приведены в табл. 6.13.
Заданный напор воды должен быть измерен в самой высокой точке изделия, полностью погруженного в бак с водой.
|
Таблица 6.13 Рекомендуемые значения параметров при испытании методом погружения
|
При испытании методом повышенного гидростатического давления определяют возможные места проникновения воды и изменения электрических и механических характеристик изделия. Особое внимание обращают на конструктивные элементы изделия, влияющие на его герметичность. В обоих методах для облегчения обнаружения утечки в воду добавляют водорастворимую флуоресцирующую краску.
Значения параметров, характеризующих данный метод испытаний, приведены в табл. 6.14.
|
Таблица 6.14 Рекомендуемые значения параметров при испытании погружением методом повышенного гидростатического давления
|