微灌用自吸自动网式过滤器水头损失的试验研究-上海联兵环保免费电话：400-600-5030

摘要:微灌新型自吸自动网式过滤器作为一种新型产品,在水力性能方面其设计和生产缺乏可靠的依据。为达到使用安全和节约能源,在对新型过滤器过滤机理和运行机理系统分析的基础上,对其进行较系统的水力性能试验研究,分析了过滤器水头损失与过流量的关系,指出了过滤器水头损失随过流量的变化规律,得出了自吸自动网式过滤器的水头损失计算公式;水头损失与流量的关系曲线显示,该种过滤器具有流量增量较大而水头损失变化较小的优点。通过确定不同流量下的水头损失值,利用公式计算出水泵扬程,为用户提供了重要的技术参数。
关键词:微灌;过滤器;过滤机理;水头损失
中图分类号: S277.9　　　　文献标识码: A　　　　
近年来,对灌溉水源进行过滤、净化处理的关键设备———过滤器的应用越来越广泛。微灌用过滤器的发展非常迅速,在传统砂石过滤器、筛网式过滤器、叠片式过滤器等基础上出现了许多新型的过滤器,尤其在自动清洗方面,形成了大量的研究技术成果。目前,我国的自动清洗过滤器设计制造技术已提升到了一个新的水平,但和国外相比仍存在一定的技术差距[1~4]。因此,生产一种真正意义上的全自动自清洗过滤器是我国市场的迫切需求。
新疆石河子金土地节水设备有限公司生产了一种新型微灌用自吸自动网式过滤器,这种过滤器实现了自动清洗滤网功能且过滤水流量大。由于这种自动清洗网式过滤器为一种新型产品,在水力性能方面该过滤器的设计和生产缺乏可靠的依据,一些设计参数需要重新确定,以达到使用安全和节约能源。水头损失是评价过滤器水力性能及运行经济的一个重要经济技术指标,为此本文在总结国内外微灌用过滤器研究文献资料的基础上[5~8],通过试验研究探讨了该过滤器过滤元件局部水头损失的变化规律,以期为用户提供重要的技术参数。
1　自吸自动网式过滤器的机理与水头损失计算
自动清洗过滤器是将液体中颗粒在一定条件下自动过滤清除的分离过滤装置,与传统过滤器相比具有自动化程度高,压力损失小,不必进行人工清除滤渣等特点,并且多数自清洗过滤器在清洗时可以不间断供水。
1.1　自吸自动网式过滤器的结构
根据水力学及过滤水力学设计的自吸自动网式过滤器是由过滤器筒体、过滤芯、自动控制装置、排污装置等组成(图1)。

在过滤器筒体内设有一个用粗过滤芯构成的一级过滤室和一个用细过滤芯构成的二级过滤室,二级过滤室中装有排污装置,通过自动控制系统保证自吸自动网式过滤器的正常运转。
1.2　自吸自动网式过滤器的过滤机理
自吸自动网式过滤器的粗过滤阶段是实现大颗粒、长絮状等杂质的过滤,其精度要求不是很高,且排污清洗等手段简单,对整个过滤器在生产工艺上影响不是很大,所以本文不对其进行研究。自吸自动网式过滤器的主要过滤功能体现在细过滤阶段,滤网内嵌在滤网支撑上,滤饼形成于过滤器的内部,改变了传统的以时间为控制参数的清洗方法,以计算压差作为控制预设值,当压差接近预设值时,输出自清洗信号,实现预期效果。自吸自动网式过滤器的过滤机理主要包括以下4个阶段:
1)过滤起始阶段。杂质颗粒随灌溉用水经过丝网介质时沉积于洁净丝网表面,此时主要依靠拦截和扩散机理。此阶段还没有形成连续的颗粒层,故压降损失较小。
2)过滤中间阶段。该阶段逐渐形成连续的过滤层,即滤饼。此阶段过滤孔径缩小,粉尘的拦截沉积作用大幅提高,过滤效率和压差迅速升高。
3)过滤稳定阶段。此阶段主要依靠滤饼的过滤筛分作用,丝网起着形成滤饼和支撑加强作用,其过滤机理主要为筛分。期间压差变化缓慢,相对中间阶段近似不变。
4)过滤反冲洗阶段。随着滤饼的不断增厚,除尘效率略有下降,需要进行清洗,实现过滤器的循环再生。此间自动控制反冲洗装置开始运行,当压差恢复预设值,反冲洗装置自行关闭,至此完成一个过滤周期[9~12]。
1.3　自吸自动网式过滤器水头损失的计算
1.3.1　传统过滤器水头损失的计算方法
过滤器的水头损失是指通过清洁水流时,过滤器进、出口之间的总水头降,它包括过滤器进口、出口、过滤器元件等引起的局部水头损失和沿程水头损失。对过滤器水头损失可以采用式(1)计算:

由于过滤器中的水流状态较复杂,故过滤器水头损失系数很难确定,因此,本文采用过滤器流量Q表示过滤器的水头损失。根据试验资料可以用式(2)的形式表示过滤器的水头损失与过滤流量之间的关系,即

1.3.2　自吸自动网式过滤器水头损失的计算
对于自吸自动网式过滤器,其水头损失主要为:由进出口断面发生变化引起的局部水头损失,由过滤器内粗过滤网和细过滤网引起的局部水头损失,由过滤器内部结构变化引起的局部水头损失,水流沿程水头损失。由于从进水口到出水口水流较复杂,且路程较短,因此可以忽略沿程水头损失,主要考虑局部水头损失,如用式(1)表示,则为:

由于过滤器内部结构较复杂,其水头损失系数难以确定,因此采用式(2)进行计算。通过在试验中调节不同流量档次,可以计算出不同流量下的局部水头损失值,进而得出水头损失Δh与流量Q的关系曲线,确定水头损失与流量的关系式。
2　自吸自动网式过滤器水头损失试验
2.1　试验概况
在新疆石河子和奎屯等地区的农垦团场进行实地调研和原型观测工作。室内试验在石河子金土地节水设备有限公司水工试验站里进行,其中试验所用的新型自吸自动网式过滤器由该公司生产。
2.2　试验方法
按照图2装置进行试验,进出水管为直径200mm的铸铁管,试验中需保证蓄水池中无污物存在。试验开始后,通过变频装置调节过滤器过流量为100m³/h。当过滤器工作正常后,即压力表示数达到稳定值后,记录其示数,取该流量下多组数据的平均值代入式(6),计算出水头损失值,然后调节流量设计值分别为150m³/h、200m³/h、250m³/h、300m³/h、350m³/h、400m³/h、450m³/h进行试验,计算相应的水头损失值。根据以上试验结果,汇总不同流量下的水头损失值,拟合出局部水头损失和流量之间的关系式。



2.3　试验结果与分析
在清水条件下分别调节不同的流量进行试验研究,记录进出水压力表读数,代入式(6),得出不同流量下过滤器的水头损失。然后根据测试数据进行回归分析计算,得出自吸自动网式过滤器的水头损失经验公式以及流量与水头损失的关系曲线(图3)。

及其变化曲线[13](图4)相比,可以得出自吸自动网式过滤器的m值相对较小,即水头损失随过流量的变化较缓慢,这也体现了这种过滤器和传统网式过滤器相比,在过流量增量较大的情况下,能量损失变化却较小的优点。但自吸自动网式过滤器的k值相对却较大一些,这就表示这种过滤器的初始水头损失较大,这是由于该过滤器体积相对较大,且内部结构较复杂的缘故。
在清水条件下测得的流量与水头损失的关系曲线可以称为清洁压降曲线。该关系曲线为生产企业提供给用户必不可少的技术参数,用户可以根据所需流量从清洁压降曲线上查到此流量对应的水头损失值,即压降值,然后加上系统管网各级管道的总水头损失和一部分预留压降,即可得到系统管网的进口水头,从而确定出水泵的扬程。即:

3　小结
1)自吸自动网式过滤器为新型微灌过滤设备缺乏较系统的水力性能研究。笔者在对该过滤器进行了试验研究的基础上,得出了自吸自动网式过滤器的水头损失随过流量的变化规律。
 

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