微灌过滤系统反冲洗阀的性能参数试验-上海联兵环保免费电话：400-600-5030

摘　要:简述了微灌反冲洗过滤器的水动三向阀的结构和工作原理,并试验测试了水动三向阀在不同工作压力条件下的过流量、水头损失等水力性能指标及阀正常工作时的最小启闭压力、启闭时间和最大启闭次数等参数。测试结果表明:在过滤、反冲洗2个工作状态下,水动三向阀的水头损失值在合理的范围内,符合工程设计指标;启闭时的灵敏度较高,水压在0.05 MPa以上即可实现正常启闭,完成一个启闭过程需3~16 s的时间不等;最大启闭次数平均在1690次以上。以上指标均能满足过滤系统的规定要求,并达到较好的实际使用效果。
关　键　词:过滤器;过滤;反冲洗;水动阀;微灌
中图分类号:TV131.2　　　文献标志码:A
水动三向阀是针对微灌反冲洗过滤设备开发的一种新型三向阀,属于三位二通类型换向阀系列。其结构主要包括:下阀体、上阀体、阀盖和联动启闭机构等几部分。
联动机构在上下移动过程中,阀片具有上、下2个不同的停留位置,不同的位置决定了3个通水口之间具有直线或直角的连通形式和水流方向,从而实现过滤器的反冲洗功能,因此水动三向阀也称为水动反冲洗阀或反冲洗阀。
水动反冲洗阀是微灌工程过滤系统的主要设备之一。具有反冲洗功能的过滤器系统,一般是由2个以上数量的过滤罐并联组成,并在每个过滤罐的进口管道上安装1台水动三向阀,以控制通过过滤罐的水流方向,实现过滤系统在不间断向灌溉系统供水的同时完成过滤罐的相互冲洗。水动三向阀的性能参数影响着整个过滤系统的过滤能力、反冲洗效果、系统运行的稳定性、可靠性和自动控制参数设定等。主要对水动三向阀的过水能力、水头损失、启闭灵敏度和使用耐久性等水力性能和相关参数进行测试。
1　试验内容和所用仪器
测试内容包括:水动三向阀的流量Q、水头损失ΔH、最小启升压力Hmin、启闭灵敏度和最大启闭次数N等指标。
试验所用的主要仪器设备有水泵、精密压力表、电子流量计、秒表、电容式差压计、温度计等。
2　试验设计
对水动三向阀测试按照过滤和反冲洗的顺序进行。试验对象是SDF 80型水动三向阀,在0.4 MPa工作压力条件下的额定通过流量为30 m3/h,试验地点选在农田灌溉研究所过滤器试验厅的水力试验台上,试验厅具有循环水池,其供水、排水设施完整、设备类型多,测试仪器齐全,能够确保试验的顺利进行。
试验装置管路如图1所示:由管径为 160的供水干管①向2条管径为 50的供水支管②供水,供水支管装有电子流量计、调节阀门闸、分水调压管等,其中1条支管为被测试的水动三向阀样品在过滤模式供水,另1条为样品在反冲洗模式供水,2条支管在尾端汇合一起,这样可以在测试同一个样品时,不用拆卸样品就可以完成过滤、反冲洗2种模式的测试内容,仅靠各自管路上的闸阀控制其水流的通断即可改变水动三向阀的水流方向。另外,在装有水动三向阀样品的支管上还配有电容式差压计和压力表等仪器。供水系统管路、管件均为镀锌钢制材料,试验用水为循环水,取自试验室的地下水池,回水又流入池内,循环使用。

系统供水时,调整供水支管的闸阀开度,先给装有水动三向阀的支管供水,让水流以直线方向顺利通过阀体,利用调压管对供水支管进行调压,对水动三向阀各压力点的过流量、压力、前后通水口间的压差等水力性能进行测试。测试完毕后,连通水动三向阀联动启闭机构的配套输水管路,此时有压水流驱动阀门的启闭机构逐渐上移,并调整内部水流经过方向,使水动三向阀的工作状态由过滤模式切换到反冲洗模式。在这一过程中,可以完成反冲洗模式下的过水流量、工作压力、压差等水力性能指标测试。最后,再调节各供水支管的闸阀,让2条支管同时过水,并多次反复地给启闭机构通、断有压水流,使水动三向阀正常启闭,以测试其最小启升压力、最大正常启闭次数、启闭过程所需的单程时间等指标。最大启闭次数是以产品的隔膜出现漏水、联动机构不能正常启闭时的正常启闭次数。
为保证各试验数据的准确性,从SDF-80型水动三向阀成品库中随机选取3台作为试验样品,轮流进行测试。对于每个三向阀样品,所有试验内容的测试数据要先后重复3~5次,并取其平均值作为数据分析的最终依据。
3　性能测试及数据分析
3.1　水力性能[5]
对水动三向阀的水力性能测试分别模拟过滤和反冲洗状态,与这二个工作状态相对应的流量分别记为过滤流量和反冲洗流量。过滤流量指单位时间内水流沿直线方向通过阀体的过水量,反冲洗流量是指反冲洗水流沿折线方向通过阀体的过水流量,其大小与系统工作压力、阀体内部结构等参数有关。表1为水动三向阀在过滤、反冲洗状况下的过流量与水头损失的试验测定数据。

对表1中数据进行回归分析,绘制流量Q与出水头损失ΔH的关系曲线。
水动三向阀在过滤、反冲洗状态下,工作压力H值、通过的流量Q值和进、出水口之间产生的水头损失ΔH值三者之间具有良好的相关性。对于水动三向阀的过滤状态,其阀体通过过滤流量Q与进口的工作压力H有关[2],H值越大,Q值越大,二者基本呈同步增减关系,在Q值和H值变化的过程中,进、出水口之间产生的水头损失ΔH值也在不断变化,ΔH随Q值的增大而增大,但ΔH值变化的梯度较小,当Q在23~28m3/h之间变化时,ΔH值变化范围是:0.9~2 kPa。反冲洗状态下,阀体通过的反冲洗流量Q与工作压力H也具有类似变化趋势,三者之间的关系为H值变大,Q值、ΔH值随之增大,但在此变化过程中,ΔH值的变化梯度比Q值、H值的变化梯度大,在工作压力H为0.18~0.30 MPa的条件下,反冲洗流量Q值的变化范围为19~24 m3/h,而水头损失ΔH值为0.5~51 kPa。
比较2种状态下的ΔH值,发现二者具有明显的差异:过滤状态下ΔH值较小、变化慢;反冲洗状态下ΔH值较大、变化快,指标均能达到设计要求。相同的工作压力,不同工作状态通过的流量几乎相等,但产生的损失却大不一样,如0.26、0.28、0.30 MPa时的流量分别在23 m3/h和24 m3/h的附近,而损失分别在0.9~1.2 kPa、32~51 kPa的范围。据此分析,ΔH值与水流方向有关,即过滤状态下水流以直线方向通过阀体时产生的局部水头损失小,而在反冲洗状态下水流以直角方向通过阀体时产生的局部水头损失大。
3.2　启动灵敏度[1,6]
启动灵敏度指标主要以水动三向阀的联动启闭机构在完成一个上升和下降过程所需的总时间t值和最小启闭压力来衡量。试验在手动控制的模式下进行,试验基本步骤是把过滤、反冲洗管路上的闸阀调整到一定的开度,并周期性地把进水管的有压水流供给水动三向阀的启闭机构,使启闭机构能够正常地升降,接着再断掉有压水流,使启闭机构自动泄水,如此多次频繁进行,不断实现水动三向阀的过滤、反冲洗工作模式的相互切换。用秒表测试执行完成各个动作所需的时间,表2为水动三向阀在各个工作压力下实现一个上升和下降过程所需时间的测试数据。
从试验数据发现，产品在相同工作压力下完成一个启闭过程所击时间大致相同，在不同的工作压力下所击时间大不一样，竹路水压越大，启闭所击时间越长，灵敏度越差，如:当竹路的工作压力为0.4 MPa时，一个完整的启闭过程所击时间基本在20 s左右，当压力小于0. 3 M Pa时，一个完整的启闭过程所击时间基本在5s左右。也就是说，阀门的启闭灵敏度与水动二向阀内水压、串联竹路的水压均有关系:当串联竹路压力大时，启闭力量相对较大，但由于阀片受到阀体内部水压产生的启闭阻力较大，有效的启闭合力相对变小，因此阀门的启动速度相对要慢一些，而当阀门内的水压较小时，阀片所受的启闭阻力较小，有效启闭合力也就相对较大，则阀门启动相对较快。
另外，在仅对二向阀的启闭机构单独供水、而串联管路中不供水的条件下,进行水动三向阀所需的最小启闭力试验。试验测得:最小工作压力只要达到0.05MPa,即可实现阀门的自由启闭。
3.3　耐久性[3 4]
水动三向阀的耐久性试验结合灵敏度试验同时进行,并在供水压力为0.4 MPa工作压力下多次频繁启闭,每个完整的启、闭过程持续时间和二过程的间隔时间分别按20 s和10 s计算,故每分钟内平均可进行2次完整的启闭过程。试验取样采用随机抽取的方式,共抽取样品3件。从试验测试结果看:3件水动三向阀样品的最大正常启闭次数基本相等,都在1650次以上,正常启闭次数最少的一组数据为1655次,平均1695次。因此可初步确定此批水动三向阀的正常启闭次数指标N=1690次。在实际应用过程中,如果过滤器系统按照每2 h启闭一次计算,则水动三向阀的连续工作寿命为3380 h。
当最终水动三向阀不能启闭时,打开其顶盖发现:阀门内部的联动启闭机构的橡胶水囊在缘部位出现了不同长度的裂缝。分析其原因是驱动胶囊透水,无法产生驱动力来拉动阀片造成的。更换新的橡胶囊后,阀门又能够正常工作。
4　结　论
水动三向阀的过流能力、水头损失等水力性能指标符合产品的设计要求,可以较好地实现过滤器系统的反冲洗功能;产品在反冲洗状态下的进、出水口间的水头损失值较大,不利于过滤系统的反冲洗排污,需从模具结构和表面光度等方面加以改进和提高,尽可能地降低其局部损失;虽说水动三向阀的启闭灵敏度较高,正常启闭所需的工作压力较小,但仍需进一步减小联动启闭机构在较高水压条件时的启闭用时,以提高过滤系统的运行效率;产品的耐久性指标需在过滤系统的实际运行中进一步地长期考核。

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