自主研发立式双级自清洗网式过滤器性能研究与特点

王 君，崔春亮

（1.新疆水利水电科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆农业节水工程技术中心，新疆 乌鲁木齐830052）

0 前言

自清洗过滤器是目前国内外应用最广泛的过滤器之一，自清洗过滤器是20 世纪70 年代末发展起来的一种新型过滤器，具有很多优势，其中最主要的优势是自动化程度高、压力损失的小；不必进行人工清除滤渣。自清洗过滤器的形式有很多，可分为：卧式、立式、内滤式、外滤式；多联式、多单元式，自清洗过滤器在各行各业中都具有很广泛的应用。

由于以色列是一个极度缺水的国家，所以被迫研发了很多节水新技术其中就包含了自清洗过滤器，最早以色列专家Ravina，PazE，Sofer 等人针对污水滴灌系统过滤和堵塞的问题进行了长期的试验研究，发现过滤材料的种类和规格与过滤器的堵塞有关，建议对于堵塞严重的增设二级过滤设施。除此之外，以色列还有许多专业生产过滤器的厂家， 如Lego、Amiad、Arkal 和Filtomat 公 司 等。Lego 公 司生产的叠片式过滤器特点显著，无需打开过滤器，操作简单且清洗效果好。类似的具有研发和生产能力的自清洗过滤器 公 司， 还 有 美 国 的Orival、Automaticfilters、Schnoeder、RPAProcessTechnologies 和西班牙阿速德公司等，其研发的多种自清洗过滤器受到广大用户的青睐，其中阿速德公司以叠片式过滤器著称。

新疆位于内陆干旱区，水资源严重短缺，农业生产全部依靠灌溉，形成典型的“荒漠绿洲，灌溉农业”的格局。由于先进的农业节水技术和现代化管理措施没有得到大面积的应用和推广，水资源的浪费也是尤为严重，目前新疆主要灌区的灌溉水利用系数也很低，在田间灌水中，采用漫灌的方法较多，并且每次的灌水量过大，总的灌溉定额也大，灌溉定额甚至高出作物实际需求的2～5 倍，所以说提高水的利用率，发展节水农业是解决未来农业水资源短缺的根本方法，也是现代农业的基本要求，我国水资源短缺已成定局，农业用水必须提高水的利用率，让有限的水资源满足农业生产的需要，农业节水是长期的战略任务。目前新疆节水灌溉面积已超过2500 万亩，“十二五”期间还以每年300 万亩的速度增加。随着新疆节水灌溉发展突飞猛进，尤其是对河水的处理要求越来越普遍，而新疆的河水又是多泥沙河流，水质普遍较差，要求修建完善的沉淀池、拦污栅来提高过滤器的使用效果，而网式过滤器正是应用于滴灌水源的过滤设备。

近几年对网式过滤器研究较多的有宗全利、刘飞[1-3］对自清洗网式过滤器排污压差进行试验，得出80 目过滤器最佳排污压差为6 m，120 目过滤器最佳排污压差为7 m。刘焕芳[4］和骆秀萍[5］对自清洗网式过滤器的水头损失进行研究，刘焕芳推导出了含沙水流条件下计算局部水头损失经验公式，骆秀萍的研究指出在浑水条件下，随着含砂量的增大，过滤器过滤周期缩短，局部水头损失增加的趋势变大。同时刘焕芳[6-7］对自清洗网式过滤器的水力性能及排污清洗时间进行了研究，拟合出了水头损失与流量的经验公式，并得出过滤器清洗时间与含沙量呈反比关系。宗全利[8］、王栋雷[9］和王新坤[10］分别对自清洗网式过滤器和阿速德（AZUD）网式过滤器，采用动网格方法对网式过滤器全流场进行了模拟，模拟结果与试验结果相吻合，研究结果为过滤器结构优化提供参考。

1 自主研发的自动清洗网式过滤器原理及结构

1.1 网式过滤器工作原理

本文网式过滤器为新疆水科院自主研发的电机驱动的立式双级自清洗网式过滤器（专利号ZL-20122049978.8），在正常工作情况下：当压力水从进水口进入第一级过滤器罐体的粗滤网的过滤腔内，较大颗粒的杂质就被粗滤网进行拦截，保证进入第二级过滤器时水中的杂质不会堵塞吸污嘴。压力水到了第二级过滤器时，杂质就被精密滤网拦截，清洁的水经滤网过滤后从出水口排出。当过滤器工作一个阶段或进入过滤腔内的水质较差时，在滤网内壁上附着污物较多时，经精密滤网过滤的水量减少，使内、外腔产生一定的压差时，压差传感器启动，并通过控制器带动减速电机和电磁阀同时工作，减速电机通过传动轴带动空心轴转动，空心轴上均布的吸污管上的吸污嘴在贴近滤网转动过程中吸去滤网上的污物，在水压的作用下将夹带污物的水进入空心轴，通过空心管经电磁阀排出。减速电机在带动传动轴转动的过程中，传动轴螺杆段与支撑座上的固定螺母相配合，将传动轴向前推动，传动轴的导向键槽段在减速电机转子中心孔的导向键的约束下，在传动中向前滑动，使空心吸污管的吸污嘴边转动边向前移动；当传动中向前移动的传动轴的接触盘碰到减速电机上的限位器时，控制器控制减速电机反转，在支撑座上固定螺母使传动轴带动空心轴倒退，当倒退的传动轴上的接触盘碰到减速电机下侧的限位器时，减速电机正转，自动往复循环工作。当滤网上的污物吸尽时，内、外腔的压差趋于相近或相等时，此时减速电机停止工作。

本实用新型自清洗网式过滤器具有以下特点：清洗滤网的工作时间和间歇时间可以通过控制器面板任意设定；自清洗时间短，只需20 s～40 s，且对正常供水没有影响。

1.2 网式过滤器结构

本实用新型立式双级自清洗网式过滤器（下文简称立式双级式）由筒体、初级过滤网、二级过滤网、吸污装置、排污装置、减速电机、压差控制器等七个部分组成，图1 为新型自清洗网式过滤器结构图。

图1 网式过滤器试验结构图

2 与其他网式过滤器试验数据对比分析

本实用新型立式双级与目前新疆滴灌首部系统采用普通的自动清洗网式过滤器（下文简称自清洗网式），和以色列阿米亚德（Amiad）公司生产的SAF3000 网式过滤器（下文简称SAF3000），三种自清洗网式过滤器的水头损失试验结果进行对比。

通过图2 流量与水头损失关系曲线可以看出，立式双级过滤器的水头损失最小，其次为SAF3000 过滤器，再次为自清洗网式过滤器。当流量在50 m3／h～90 m3／h 时，立式双级过滤器与SAF3000 过滤器的水头损失相差不大，但此时自清洗网式过滤器的水头损失要明显高于前两种过滤器。随着流量的增加，立式双级过滤器的水头损失呈现出缓慢增加的趋势，而SAF3000 过滤器，在流量逐渐加大的情况下，水头损失增加幅度比较大，尤其是当流量超过150 m3／h 以后，水头损失曲线的曲率最大，近似于直线。自清洗网式过滤器在大流量情况下，水头损失增加幅度比SAF3000 要小，当流量在在190 m3／h～210 m3／h 之间时，自清洗网式过滤器与SAF3000 过滤器的水头损失相当。以下三个公式：式（1）至式（3）为实用新型立式双级过滤器、SAF3000 网式过滤器和自清洗网式过滤器的流量与水头损失拟合公式。

式中：Δh 为水头损失，m；Q 为流量，m3／h。

3 结论

通过此次试验，拟合出了三种不同类型网式过滤器水头损失与流量的经验公式，发现水头损失与流量呈现乘幂型式，其次对三种不同类型网式过滤器在相同流量的水头损失对比，立式双级网式过滤器的水头损失最小，其次为以色列的SAF3000，再次为普通自清洗网式过滤器。

“十二五”期间新疆每年发展滴灌面积大300 万亩，到“十二五”末滴灌面积将达到3000 多万亩。随着新疆滴灌技术的发展、规模的扩大，发展新型节能型大流量网式过滤器对新疆滴灌的发展意义重大。