微灌用砂石过滤器反冲洗参数试验-上海联兵环保免费电话：400-600-5030

摘 要:介绍了AFS—600型双罐全自动反冲洗过滤器的工作模式和控制原理等,测定了过滤器在过滤、反冲洗状况下的压力流量关系、反冲洗时间和冲洗周期等主要参数。同时对反冲洗三向阀的耐久性、启闭时间和压力流量关系进行测试,首次提出了反冲洗时压降比率的概念和计算方法,为双罐全自动过滤器的研制和应用提供了技术资料和范例。
关键词:过滤器;反冲洗;反冲洗三向阀;微灌
中图分类号:S275.5
文献标识码:A
文章编号:1672-643X(2007)01-0024-05
引 言
砂过滤器是目前微灌工程中使用最广泛的过滤设备之一[1,2,4],其主要特点是具有较强的截获污物能力和方便的滤料清洗功能[4,7]。砂过滤器在微灌工程中的使用历经3个发展阶段,进行了3次较大的改进。最早使用的砂过滤器是澳大利亚人:路易斯,当时采用的是多级配滤料单罐过滤,这种过滤器的缺点是反冲洗时不能向灌溉系统供水,且在反冲洗时若操作不当,会导致整个滤料级配混乱而使过滤失效。第二代砂过滤器是砂盘式双罐反冲洗砂过滤器,其特点是将罐体下部的承托层做成透水砂盘,这种过滤器克服了单罐过滤器反冲洗时不能向系统供水的不足,但是其承托砂盘易被穿过滤料的污物堵死,反冲洗时很难将截流在砂盘空隙中的污物冲掉。第三代砂过滤器采用均质砂滤料,在集水箱与滤料之间的隔板上安装塑料缝隙式滤头(又称滤帽),滤头具有集水作用,又能在反冲洗时起到均匀分配反冲洗水功能。第三代砂过滤器不仅加强了过滤器的反冲洗性能,同时其过滤功能比前两代也更加优越。董文楚[3,5,6]是我国最早从事微灌砂石过滤器研究的学者之一,他提出了微灌过滤器的设计原理和方法(1995年,1996年),对石英砂滤料的参数测定和分析方法进行了总结分析。作者“十五”期间开始砂石过滤器的研究工作,对过滤器自动反冲洗机构进行研究与开发,试验发现过滤器的反冲洗和过滤性能参数的确定,受许多种因素的影响,滤料参数影响更加显著。未来过滤器的发展趋势是将自动控制、程控管理和新型过滤材料等新技术应用到微灌过滤设备中,形成更加完善的全自动、多功能、专业化、系列化的过滤设备[4,8]。
AFS—600型双罐全自动过滤器是十五、“863”科技成果之一,它采用新型专利技术,水电一体控制构造,交流或直流双电源工作,水驱动换向反冲洗,多功能可扩展控制电路,过滤和反冲洗功能安全可靠。本文是对研制过程中的一些反冲洗试验数据进行总结和分析。
1 AFS—600型过滤器简介
1.1 过滤器性能参数
过滤器性能参数见表1和表2。


1.2 过滤、反冲洗模式与自动控制原理图
1.2.1 过滤、反冲洗模式示意图 图1、图2中带箭头的线表示水流的路线,过滤罐上游安装有水动三向阀,通过调整三向阀的启闭实现过滤和反冲洗的转换。
过滤时两个罐并联工作(图1),反冲洗时,由一个罐承担过滤工作,过滤后的一部分水继续流向大田灌溉作物,另一部分水形成反向水流,用于冲洗另一个过滤罐(图2)。两个罐交替冲洗,全部冲洗结束后重新回到过滤状态。
1.2.2 自动控制原理图 图3中的电磁阀1和电磁阀2分别控制图1或图2中的三向反冲洗阀门的启闭操作,实行过滤和反冲洗的转换。


1.2.3水动反冲洗三向阀试验 水动反冲洗三向阀是全自动反冲洗过滤器的关键设备,它靠管路自身水压来驱动阀片的上下移动,并实现系统的过滤和反冲洗。AFS—600型过滤器与SDF-50型水动反冲洗三向阀配套使用,其各水力性能参数如下:
(1)耐久性。从三向阀产品库中随机选取两个作为测试样品,进行多次重复试验。任取一组测试数据发现:两个反冲洗三向阀分别在正常启闭1652次和1657次后,才能正常启闭。对所有试验数据进行统计分析得,三向阀的正常启闭次数均在1650次以上。
因此,在过滤器实际应用中如果按每1~2 h反冲洗一次计算,则三向阀的正常启闭次数可保证过滤系统连续正常工作达1 650~3 300 h。
分析三向阀不能正常启闭的原因,多是由于阀门内部的橡胶囊出现裂缝而漏水造成的,经更换橡胶水囊后,阀门即可正常启闭。所以在日常使用过程中,如有阀门启闭不灵或不能正常启闭时,可先停止向阀门供水,打开阀门的顶盖,更换橡胶囊,便可使其恢复正常。
(2)启闭时间与压力关系。对三向阀在不同工作压力下的启闭时间进行了试验测试,见表3。当压力为0.4 MPa时,阀门完全启闭时间平均值在20秒左右。当压力小于0.3 MPa时,阀门完全启闭时间基本在5秒左右。也就是说,阀门的启闭灵敏度与三向阀内水体压力有关系:当压力大时阀门启动速度相对要慢些,而当压力较小时阀门启动相对较快。
(3)压力流量关系。分别对三向阀在过滤、反冲洗状态下的压力~流量数据进行测试,并回归、分析二者的相互关系,其关系曲线分别见图4、图5。

从图4、图5中可以看出:不论是过滤状态,还是反冲洗状态,三向阀在额定流量为20 m3/h的范围内,其水头损失小于30 kPa,即三向阀的进、出口的压差在3 m以下,与设计指标(小于5 m)相符合。
2 过滤、反冲洗流量压力参数测定
2.1 过滤器试验装置简介
为了测试过滤器的反冲洗参数,分别在过滤器上安装了压力表和流量计等测试仪器,具体试验布

2.2 过滤状况下的压力变化
在过滤状态下,过滤流量从30~55 m3/h,共计11组流量条件下的压力变化进行了测试,由于是靠调整总进水阀来调节流量,所以,总进口压力随着流量的减少而变小。试验测定的数据见表4。

从表4中看出:①双罐过滤时,1#、2#过滤罐的压差是不同的,即每个罐通过的流量是不相等,原因是两个过滤罐是非对称安装,水力分配不平衡,所以对于全自动反冲洗过滤器来说,其安装形式的不同影响它的过滤效果和反冲洗性能。必要时每个过滤罐进口安装调节阀,用来调节过滤罐的流量。②试验采用的进水总阀门来调节流量,显然随着流量的降低,进口压力也相应下降,在实际应用中过滤流量是一定的,在安装过滤器时应调整好总进水阀和出水阀的开度,使出水口的工作压力和流量调整到满足灌溉系统需要。③由于试验采用的是清水,过滤的水头损失最大为35 kPa,最小5 kPa,AFS—600型过滤器的额定流量40 m3/h,其额定水头损失为15 kPa,过滤器的清洁压降ΔH≤3.5 m,AFS—600型过滤器属于正常允许压降范围。
2.3 冲洗状况下的压力变化
2.3.1 反冲洗时流量压力测定 试验测试分别按1#罐过滤、2#罐反冲洗和2#罐过滤、1#罐反冲洗两种情况依次进行了测试,试验测定的数据见表5和表6。表5、表6的数据显示:①对于双罐组合的过滤系统,在反冲洗状况下,一个罐处于过滤状态,一个罐处于反冲洗状态,由于过滤罐的过滤流量负荷加大1倍左右,于是反冲洗阀和过滤罐的水头损失加大,过滤罐前后压力明显降低,水泵的供水量相应增加。②反冲洗时过滤罐前后压力大幅降低,提供给灌溉系统的供水压力降低使得灌溉系统处于非正常工作状态。③反冲洗过程是一个复杂的流体力学工程,影响因素包括有供水水泵、反冲洗阀、过滤罐和连接管道等设备的水力性能,同时它受灌溉系统设计指标的影响。④反冲洗时,排污管内产生了压力P5、P6,从上表中可以看出,两个读数变化不大,由于1#罐位于排污管的下游,1#罐反冲洗时P5大于P6, 2#罐反冲洗时P6大于P5,其差值约20 kPa。
表4~表6即为AFS—600型过滤器的过滤和反冲洗状况下的压力变化参数,在使用时可以通过调整总控制阀、排污阀和灌溉系统供水阀来调节过滤系统的压力。AFS—600型过滤器在投入使用时,并非简单的安装就能使用,应充分考虑灌溉工程指标要求,严格按照设计对辅助管道进行安装,必须执行调试程序。

注:Z为0、1和2号压力表与3、4号压力表的安装高度差,实测值15 kPa。

注:Z为5和6号压力表与3、4号压力表的安装高度差,实测值9.5 kPa。
2.3.2 反冲洗压降比率 自动反冲洗砂石过滤器的反冲洗,由于采用不间断供水方式,当1#罐反冲洗时,仍处于过滤状况的2#罐过滤负荷显著加大,导致2#过滤罐及三向阀的过流量增大,水头损失成倍增加,进口压力明显降低,为了便于研究这一现象,现用反冲洗压降比率来表示它的下降幅度,其计算方法如下式:


2.3.3 冲洗时间、周期的确定方法 反冲洗时间是指单个过滤罐冲洗时间,它是根据具体的使用条件来确定。在工程中一般是在过滤设备调试阶段,根据调试情况来确定冲洗时间,一般情况在200~300 s之间[5,6]。反冲洗周期包括两个过滤罐冲洗时间、冲洗时间间隔和三向阀的启闭时间,冲洗时间间隔可以自行设置,一般不大于10~20 s。
3 结 论
(1)反冲洗三向阀的功能参数是决定过滤器反冲洗控制的关键,它直接影响过滤周期、反冲洗压降比率和其它水力性能指标。
(2)过滤器反冲洗时,系统的压力变化受进出水管道尺寸及其安装方式影响,因此过滤器在应用之前必须进行专门的压力调试,使各个过滤罐平衡过滤和反冲洗。
(3)当自动反冲洗砂石过滤器的1#罐反冲洗时,仍处于过滤状况的2#罐,过滤负荷显著加大,水头损失成倍增加,进口压力明显降低,下降的比率称为反冲洗压降比率Hv,它是一个反映过滤器性能的重要参数之一。
(4)反冲洗周期包括两个过滤罐冲洗时间、冲洗时间间隔和三向阀的启闭时间。

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