工业立式自清洗滤水器与卧式自清洗滤水器使用对比

     工业立式自清洗滤水器与卧式自清洗滤水器使用对比。工业自清洗滤水器水头损失决定着工业自清洗滤水器在过滤过程中的工作效果。
     【目的】探究立式和卧式2种工业自清洗滤水器水头损失的变化规律。
     【方法】通过室内原型试验，重点开展了工业自清洗滤水器水头损失与进水流量，含沙量与过滤时间关系的试验探究。
     【结果】2种工业自清洗滤水器水头损失变化规律一致，进口流量对工业自清洗滤水器水头损失的影响远大于含沙量的影响，随进口流量的增加，水头损失增加；同时，根据连续性方程及局部水头损失公式建立了进水流量与水头损失之间的数学表达模型；将试验结果进行拟合验证，发现2种工业自清洗滤水器计算结果与试验结果误差均小于5%，且公式拟合度均可达96%以上。
     【结论】公式可指导工业自清洗滤水器水头损失的理论计算，确保工业自清洗滤水器优工况运行。
     水资源是我国农业发展中不可替代的基本要素，但目前水资源的缺乏，制约着我国农业生产的可持续发展，如何做到节约水资源、高效利用水资源成为促进我国农业发展的必要因素。微灌是节水灌溉的重要技术手段，为我国新疆北部地区为代表的西北地区的发展提供强有力的技术前提。
     工业自清洗滤水器作为微灌系统的核心组成部分，主要起到去除浑水水源的泥沙颗粒和其他悬浮杂质的作用。针对立式工业自清洗滤水器展开了大量的试验研究，结合水头损失试验数据，得出了水头损失随时间的变化曲线和变化规律。主要针对卧式工业自清洗滤水器的排污过程进行研究，主要确定了其排污时间的范围。
     主要确定了Y型立式筛网工业自清洗滤水器水头损失与流量以及堵塞程度之间的变化规律。对比分析了立式网式工业自清洗滤水器与叠片式工业自清洗滤水器的水头损失性能，重点解释了2种工业自清洗滤水器的优缺点和使用的工况环境。重点以式工业自清洗滤水器为研究，分析定流量和定含沙量条件下的水头损失的变化规律，同时对工业自清洗滤水器内部流场进行模拟，对试验进行基本验证。
     国外主要利用量纲分析和试验探究的方式对不同流量和不同含沙量下各种形式的网式工业自清洗滤水器进行研究，主要确定各种形式工业自清洗滤水器水头损失的经验公式。
     目前工业自清洗滤水器主要有立式和卧式2种，其中，针对立式网式工业自清洗滤水器水头损失的研究已经比较完整，而针对卧式网式工业自清洗滤水器的水头损失研究相对较少，同时工业自清洗滤水器的研究并没有形成统一的应用公式，在应用中比较局限。主要对立式和卧式2种工业自清洗滤水器进行试验探究和理论分析，分析各工作流量和含沙量条件下的水头损失值的变化规律，并给出工业自清洗滤水器水头损失的表达式，以指导2种工业自清洗滤水器在实际工程的应用。
1工业自清洗滤水器结构及工作原理
1.1工业自清洗滤水器结构
     工业自清洗滤水器主要由工业自清洗滤水器外壳、过滤滤芯、排污装置、自动控制装置组成，其中立式与卧式工业自清洗滤水器在结构上的主要差异为含沙水在工业自清洗滤水器中的流动方式，立式工业自清洗滤水器灌溉水由下至上流动，卧式工业自清洗滤水器灌溉水由前至后流动，其结构图如图1。2种工业自清洗滤水器设计参数如表1所示。
     ①排污口；②水力旋喷管；③进水口；④粗滤网；⑤工业自清洗滤水器外壳；⑥细滤网；⑦出水口。
（a）立式工业自清洗滤水器结构图。
     ①粗滤网；②工业自清洗滤水器外壳；③细滤网；④排污口；⑤进水口；⑥排沙管；⑦吸沙组件；⑧电子阀门；⑨反冲洗装置。
（b）卧式工业自清洗滤水器结构图
图1工业自清洗滤水器结构图
1.2工作原理
     工业自清洗滤水器处于正常过滤工作过程时，保持进水阀和出水阀为打开状态，排污阀为关闭状态。灌溉用含沙浑水先经过沉沙池沉淀后由工业自清洗滤水器进水口进入，其中较大的泥沙颗粒及悬浮杂质经粗滤网拦截，经粗滤网1次过滤后的含沙水再经细滤网由内向外进行2次过滤，大于滤网口径的泥沙颗粒及悬浮杂质由于细滤网拦截在滤网内表面形成堆积，小于滤网口径的泥沙颗粒随灌溉水由出水管进入指定灌溉系统。由于泥沙及悬浮杂质的堆积，造成滤网内外压差值增大，当压差值增大到预先设定的排污压差时即进入自清洗排污过程。
2试验装置及方法
2.1试验装置
     试验装置由5m×4m×2m的蓄水池，直径为1m，高为1.8m的沉沙搅拌池及过滤系统组成，本次试验采用目前新疆微灌常用的2种规格的工业自清洗滤水器，其试验装置图如图2所示。试验配套设备汇总如表2所示。
     ①出水管；②排污管；③搅拌池；④变频柜；⑤工业自清洗滤水器；⑥水泵；⑦进水管；⑧流量计；⑨蓄水池
（a）立式工业自清洗滤水器试验装置图
     ①变频柜；②出水管；③排污管；④压力计；⑤工业自清洗滤水器；⑥蓄水池；⑦搅拌池；⑧水泵；⑨进水管；⑩流量计
（b）卧式工业自清洗滤水器试验装置图
图2工业自清洗滤水器试验装置图
表2试验配套设备参数汇总
设备名称 型号 规格 数量 备注
三相异步电动机 Y90L-04 额定功率1.5kW 1 置于搅拌池
变频调节柜 DZB300B0015L4A  1 
电子压力计 JDC600 精度为0.001MPa 4 分别位于进水口，出水口，排污口及滤网内部
压力传感器 AS-131  4 分别位于进水口，出水口，排污口及滤网内部
蝶阀 3 分别位于进水口，出水口及排污口
工业自清洗滤水器结果与分析
     工业自清洗滤水器处于正常过滤状态时，工业自清洗滤水器的水头损失呈先平缓后急剧增加的变化趋势。图4和图5分别为立式和卧式工业自清洗滤水器不同流量下水头损失值随时间的变化曲线。由图4可知，立式工业自清洗滤水器共测得4组流量下水头损失值随时间的变化曲线，在同一流量下，水头损失峰值随含沙量变化不明显，同一流量不同含沙量的水头损失峰值相差不大于0.5m，认为进水流量是水头损失的主要影响因素，在含沙量相同条件下，水头损失峰值与进口流量呈正相关关系；由图5可知，卧式工业自清洗滤水器共测得6组流量下水头损失值随时间的变化曲线，与立式工业自清洗滤水器水头损失的变化规律一致，水头损失峰值相差不大于0.6m，水头损失峰值与进口流量的变化规律亦呈正相关关系。对比图4和图5发现，2种形式的工业自清洗滤水器水头损失随时间变化的趋势略有不同，但针对含沙量和流量2个主要的研究要素的变化规律一致。同时试验发现，随着过滤时间的增加，工业自清洗滤水器水头损失先处于平稳变化状态，后出现拐点并逐渐增大，且水头损失变化拐点基本发生在整个过滤周期的中间时刻。立式与卧式工业自清洗滤水器主要采用压差控制和时间控制来确定自清洗启动的工况，通过确定各流量下大水头损失值，可为压差控制启动自清洗提供依据，避免由于使用时间控制启动自清洗造成的过早清洗和过晚清洗造成的非优工况运行的缺点，从而保证工业自清洗滤水器始终以优工况运行。
     立式和卧式工业自清洗滤水器的主要区别在于其水流在工业自清洗滤水器内部的流动方向，通过试验和理论分析确定网式工业自清洗滤水器的水头损失计算公式，并确定水头损失系数值，在研究同设计规格的立式工业自清洗滤水器时提及的水头损失值接近，且误差范围不超过10%，对在研究同设计规格的卧式工业自清洗滤水器时提及的水头损失值亦接近，且水头损失值误差范围不超过8%，即说明式（1）有很高的准确性，该公式可作为目前设计规格的工业自清洗滤水器的水头损失的参考计算公式之一。
结论
     1）2种工业自清洗滤水器的进水流量对水头损失的影响远大于含沙量和过滤时间对水头损失的影响，水头损失与进水流量的二次方呈正相关关系。同时试验设置进水流量满足2种工业自清洗滤水器在实际工程中的工况值，可为实际工程提供数据支撑。
     2）整理修正水头损失计算公式，并确定统一的工业自清洗滤水器水头损失系数，试验结果对公式拟合度均可达96%以上，且计算结果与试验结果相对误差均小于5%，公式可作为同类设计规格的工业自清洗滤水器水头损失的计算公式。