工業(yè)立式自清洗濾水器與臥式自清洗濾水器使用對比。工業(yè)自清洗濾水器水頭損失決定著工業(yè)自清洗濾水器在過濾過程中的工作效果。
【目的】探究立式和臥式2種工業(yè)自清洗濾水器水頭損失的變化規(guī)律。
【方法】通過室內(nèi)原型試驗(yàn)，重點(diǎn)開展了工業(yè)自清洗濾水器水頭損失與進(jìn)水流量，含沙量與過濾時(shí)間關(guān)系的試驗(yàn)探究。
【結(jié)果】2種工業(yè)自清洗濾水器水頭損失變化規(guī)律一致，進(jìn)口流量對工業(yè)自清洗濾水器水頭損失的影響遠(yuǎn)大于含沙量的影響，隨進(jìn)口流量的增加，水頭損失增加；同時(shí)，根據(jù)連續(xù)性方程及局部水頭損失公式建立了進(jìn)水流量與水頭損失之間的數(shù)學(xué)表達(dá)模型；將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)2種工業(yè)自清洗濾水器計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果誤差均小于5%，且公式擬合度均可達(dá)96%以上。
【結(jié)論】公式可指導(dǎo)工業(yè)自清洗濾水器水頭損失的理論計(jì)算，確保工業(yè)自清洗濾水器優(yōu)工況運(yùn)行。
水資源是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展中不可替代的基本要素，但目前水資源的缺乏，制約著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，如何做到節(jié)約水資源、高效利用水資源成為促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要因素。微灌是節(jié)水灌溉的重要技術(shù)手段，為我國新疆北部地區(qū)為代表的西北地區(qū)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)前提。
工業(yè)自清洗濾水器作為微灌系統(tǒng)的核心組成部分，主要起到去除渾水水源的泥沙顆粒和其他懸浮雜質(zhì)的作用。針對立式工業(yè)自清洗濾水器展開了大量的試驗(yàn)研究，結(jié)合水頭損失試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出了水頭損失隨時(shí)間的變化曲線和變化規(guī)律。主要針對臥式工業(yè)自清洗濾水器的排污過程進(jìn)行研究，主要確定了其排污時(shí)間的范圍。
主要確定了Y型立式篩網(wǎng)工業(yè)自清洗濾水器水頭損失與流量以及堵塞程度之間的變化規(guī)律。對比分析了立式網(wǎng)式工業(yè)自清洗濾水器與疊片式工業(yè)自清洗濾水器的水頭損失性能，重點(diǎn)解釋了2種工業(yè)自清洗濾水器的優(yōu)缺點(diǎn)和使用的工況環(huán)境。重點(diǎn)以式工業(yè)自清洗濾水器為研究，分析定流量和定含沙量條件下的水頭損失的變化規(guī)律，同時(shí)對工業(yè)自清洗濾水器內(nèi)部流場進(jìn)行模擬，對試驗(yàn)進(jìn)行基本驗(yàn)證。
國外主要利用量綱分析和試驗(yàn)探究的方式對不同流量和不同含沙量下各種形式的網(wǎng)式工業(yè)自清洗濾水器進(jìn)行研究，主要確定各種形式工業(yè)自清洗濾水器水頭損失的經(jīng)驗(yàn)公式。
目前工業(yè)自清洗濾水器主要有立式和臥式2種，其中，針對立式網(wǎng)式工業(yè)自清洗濾水器水頭損失的研究已經(jīng)比較完整，而針對臥式網(wǎng)式工業(yè)自清洗濾水器的水頭損失研究相對較少，同時(shí)工業(yè)自清洗濾水器的研究并沒有形成統(tǒng)一的應(yīng)用公式，在應(yīng)用中比較局限。主要對立式和臥式2種工業(yè)自清洗濾水器進(jìn)行試驗(yàn)探究和理論分析，分析各工作流量和含沙量條件下的水頭損失值的變化規(guī)律，并給出工業(yè)自清洗濾水器水頭損失的表達(dá)式，以指導(dǎo)2種工業(yè)自清洗濾水器在實(shí)際工程的應(yīng)用。
1工業(yè)自清洗濾水器結(jié)構(gòu)及工作原理
1.1工業(yè)自清洗濾水器結(jié)構(gòu)
工業(yè)自清洗濾水器主要由工業(yè)自清洗濾水器外殼、過濾濾芯、排污裝置、自動(dòng)控制裝置組成，其中立式與臥式工業(yè)自清洗濾水器在結(jié)構(gòu)上的主要差異為含沙水在工業(yè)自清洗濾水器中的流動(dòng)方式，立式工業(yè)自清洗濾水器灌溉水由下至上流動(dòng)，臥式工業(yè)自清洗濾水器灌溉水由前至后流動(dòng)，其結(jié)構(gòu)圖如圖1。2種工業(yè)自清洗濾水器設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。
①排污口；②水力旋噴管；③進(jìn)水口；④粗濾網(wǎng)；⑤工業(yè)自清洗濾水器外殼；⑥細(xì)濾網(wǎng)；⑦出水口。
（a）立式工業(yè)自清洗濾水器結(jié)構(gòu)圖。
①粗濾網(wǎng)；②工業(yè)自清洗濾水器外殼；③細(xì)濾網(wǎng)；④排污口；⑤進(jìn)水口；⑥排沙管；⑦吸沙組件；⑧電子閥門；⑨反沖洗裝置。
（b）臥式工業(yè)自清洗濾水器結(jié)構(gòu)圖
圖1工業(yè)自清洗濾水器結(jié)構(gòu)圖
1.2工作原理
工業(yè)自清洗濾水器處于正常過濾工作過程時(shí)，保持進(jìn)水閥和出水閥為打開狀態(tài)，排污閥為關(guān)閉狀態(tài)。灌溉用含沙渾水先經(jīng)過沉沙池沉淀后由工業(yè)自清洗濾水器進(jìn)水口進(jìn)入，其中較大的泥沙顆粒及懸浮雜質(zhì)經(jīng)粗濾網(wǎng)攔截，經(jīng)粗濾網(wǎng)1次過濾后的含沙水再經(jīng)細(xì)濾網(wǎng)由內(nèi)向外進(jìn)行2次過濾，大于濾網(wǎng)口徑的泥沙顆粒及懸浮雜質(zhì)由于細(xì)濾網(wǎng)攔截在濾網(wǎng)內(nèi)表面形成堆積，小于濾網(wǎng)口徑的泥沙顆粒隨灌溉水由出水管進(jìn)入指定灌溉系統(tǒng)。由于泥沙及懸浮雜質(zhì)的堆積，造成濾網(wǎng)內(nèi)外壓差值增大，當(dāng)壓差值增大到預(yù)先設(shè)定的排污壓差時(shí)即進(jìn)入自清洗排污過程。
2試驗(yàn)裝置及方法
2.1試驗(yàn)裝置
試驗(yàn)裝置由5m×4m×2m的蓄水池，直徑為1m，高為1.8m的沉沙攪拌池及過濾系統(tǒng)組成，本次試驗(yàn)采用目前新疆微灌常用的2種規(guī)格的工業(yè)自清洗濾水器，其試驗(yàn)裝置圖如圖2所示。試驗(yàn)配套設(shè)備匯總?cè)绫?所示。
①出水管；②排污管；③攪拌池；④變頻柜；⑤工業(yè)自清洗濾水器；⑥水泵；⑦進(jìn)水管；⑧流量計(jì)；⑨蓄水池
（a）立式工業(yè)自清洗濾水器試驗(yàn)裝置圖
①變頻柜；②出水管；③排污管；④壓力計(jì)；⑤工業(yè)自清洗濾水器；⑥蓄水池；⑦攪拌池；⑧水泵；⑨進(jìn)水管；⑩流量計(jì)
（b）臥式工業(yè)自清洗濾水器試驗(yàn)裝置圖
圖2工業(yè)自清洗濾水器試驗(yàn)裝置圖
表2試驗(yàn)配套設(shè)備參數(shù)匯總
設(shè)備名稱 型號 規(guī)格 數(shù)量 備注
三相異步電動(dòng)機(jī) Y90L-04 額定功率1.5kW 1 置于攪拌池
變頻調(diào)節(jié)柜 DZB300B0015L4A 1
電子壓力計(jì) JDC600 精度為0.001MPa 4 分別位于進(jìn)水口，出水口，排污口及濾網(wǎng)內(nèi)部
壓力傳感器 AS-131 4 分別位于進(jìn)水口，出水口，排污口及濾網(wǎng)內(nèi)部
蝶閥 3 分別位于進(jìn)水口，出水口及排污口
工業(yè)自清洗濾水器結(jié)果與分析
工業(yè)自清洗濾水器處于正常過濾狀態(tài)時(shí)，工業(yè)自清洗濾水器的水頭損失呈先平緩后急劇增加的變化趨勢。圖4和圖5分別為立式和臥式工業(yè)自清洗濾水器不同流量下水頭損失值隨時(shí)間的變化曲線。由圖4可知，立式工業(yè)自清洗濾水器共測得4組流量下水頭損失值隨時(shí)間的變化曲線，在同一流量下，水頭損失峰值隨含沙量變化不明顯，同一流量不同含沙量的水頭損失峰值相差不大于0.5m，認(rèn)為進(jìn)水流量是水頭損失的主要影響因素，在含沙量相同條件下，水頭損失峰值與進(jìn)口流量呈正相關(guān)關(guān)系；由圖5可知，臥式工業(yè)自清洗濾水器共測得6組流量下水頭損失值隨時(shí)間的變化曲線，與立式工業(yè)自清洗濾水器水頭損失的變化規(guī)律一致，水頭損失峰值相差不大于0.6m，水頭損失峰值與進(jìn)口流量的變化規(guī)律亦呈正相關(guān)關(guān)系。對比圖4和圖5發(fā)現(xiàn)，2種形式的工業(yè)自清洗濾水器水頭損失隨時(shí)間變化的趨勢略有不同，但針對含沙量和流量2個(gè)主要的研究要素的變化規(guī)律一致。同時(shí)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著過濾時(shí)間的增加，工業(yè)自清洗濾水器水頭損失先處于平穩(wěn)變化狀態(tài)，后出現(xiàn)拐點(diǎn)并逐漸增大，且水頭損失變化拐點(diǎn)基本發(fā)生在整個(gè)過濾周期的中間時(shí)刻。立式與臥式工業(yè)自清洗濾水器主要采用壓差控制和時(shí)間控制來確定自清洗啟動(dòng)的工況，通過確定各流量下大水頭損失值，可為壓差控制啟動(dòng)自清洗提供依據(jù)，避免由于使用時(shí)間控制啟動(dòng)自清洗造成的過早清洗和過晚清洗造成的非優(yōu)工況運(yùn)行的缺點(diǎn)，從而保證工業(yè)自清洗濾水器始終以優(yōu)工況運(yùn)行。
立式和臥式工業(yè)自清洗濾水器的主要區(qū)別在于其水流在工業(yè)自清洗濾水器內(nèi)部的流動(dòng)方向，通過試驗(yàn)和理論分析確定網(wǎng)式工業(yè)自清洗濾水器的水頭損失計(jì)算公式，并確定水頭損失系數(shù)值，在研究同設(shè)計(jì)規(guī)格的立式工業(yè)自清洗濾水器時(shí)提及的水頭損失值接近，且誤差范圍不超過10%，對在研究同設(shè)計(jì)規(guī)格的臥式工業(yè)自清洗濾水器時(shí)提及的水頭損失值亦接近，且水頭損失值誤差范圍不超過8%，即說明式（1）有很高的準(zhǔn)確性，該公式可作為目前設(shè)計(jì)規(guī)格的工業(yè)自清洗濾水器的水頭損失的參考計(jì)算公式之一。
結(jié)論
1）2種工業(yè)自清洗濾水器的進(jìn)水流量對水頭損失的影響遠(yuǎn)大于含沙量和過濾時(shí)間對水頭損失的影響，水頭損失與進(jìn)水流量的二次方呈正相關(guān)關(guān)系。同時(shí)試驗(yàn)設(shè)置進(jìn)水流量滿足2種工業(yè)自清洗濾水器在實(shí)際工程中的工況值，可為實(shí)際工程提供數(shù)據(jù)支撐。
2）整理修正水頭損失計(jì)算公式，并確定統(tǒng)一的工業(yè)自清洗濾水器水頭損失系數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果對公式擬合度均可達(dá)96%以上，且計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相對誤差均小于5%，公式可作為同類設(shè)計(jì)規(guī)格的工業(yè)自清洗濾水器水頭損失的計(jì)算公式。
