上下復(fù)合型砂石-濾網(wǎng)集成式過濾器研發(fā)

謝崇寶，張國(guó)華，魯少華，盧文娟，陳 娟，謝瑞環(huán)

(1.中國(guó)灌溉排水發(fā)展中心，北京 100054；2.北京中灌綠源國(guó)際咨詢有限公司，北京 100054；3.河海大學(xué)，南京 210098；4.揚(yáng)州大學(xué)，揚(yáng)州，225000；5.中灌潤(rùn)茵(北京)節(jié)水灌溉設(shè)備有限責(zé)任公司，北京 101302)

1 研發(fā)目的

農(nóng)田灌溉中為防止灌溉水中的雜質(zhì)堵塞灌水器，在灌溉水進(jìn)入灌溉系統(tǒng)之前需對(duì)其進(jìn)行過濾除去雜質(zhì)，因此需要在灌溉系統(tǒng)的進(jìn)水管線上設(shè)置過濾系統(tǒng)[1-3]。

目前過濾系統(tǒng)中常用的過濾裝置[4-6]主要包括離心過濾器、疊片式過濾器、砂石過濾器和網(wǎng)式過濾器。實(shí)際的過濾系統(tǒng)中通常將這兩種過濾裝置結(jié)合起來使用。安裝時(shí)先分別安裝砂石過濾器和網(wǎng)式過濾器，再通過管道將二者連通。這兩種過濾器通常采用鋼材加工制造，同時(shí)使用兩個(gè)鋼質(zhì)過濾器不僅重量大、成本高，而且安裝維護(hù)時(shí)易將接口接錯(cuò)，影響正常使用。此外，鋼質(zhì)過濾器容易生銹。因此，亟須研制一種成本低、體積小且易安裝維護(hù)的過濾裝置。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文研發(fā)的上下復(fù)合型砂石-濾網(wǎng)集成式過濾器，包括上部殼體1、殼體連接部件2、下部殼體4，如圖1所示。

1-上部殼體；101-第一濾料區(qū)；102-進(jìn)水口；2-殼體連接部件；3-螺栓；4-下部殼體；401-第二濾料區(qū)；402-出水口；5-濾料；501-第一濾料；502-第二濾料；6-濾網(wǎng)固定部件；601-上壓條；602-下壓條；7-濾網(wǎng)圖1 上下復(fù)合型砂石-濾網(wǎng)集成式過濾器結(jié)構(gòu)示意圖、剖面圖及濾網(wǎng)示意圖

如圖1所示，上部殼體1為中空的殼體，上部殼體1的內(nèi)部設(shè)置有第一濾料區(qū)101，第一濾料區(qū)101用于裝填濾料；上部殼體1上設(shè)置有進(jìn)水口102，進(jìn)水口102位于第一濾料區(qū)101上方，用于使初始灌溉水進(jìn)入灌溉過濾器；下部殼體4為中空的殼體，下部殼體4的內(nèi)部設(shè)置有第二濾料區(qū)401以及濾網(wǎng)固定部件6，第二濾料區(qū)401用于裝填濾料，濾網(wǎng)固定部件6用于固定濾網(wǎng)7；第二濾料區(qū)401位于所述濾網(wǎng)固定部件6上方；第二濾料區(qū)401與第一濾料區(qū)101連通；下部殼體4上設(shè)置有出水口402，出水口402位于濾網(wǎng)固定部件6下方，用于將過濾后的灌溉水從灌溉過濾器輸出；殼體連接部件2位于上部殼體1的外表面以及下部殼體4的外表面，用于將上部殼體1和下部殼體4連接在一起。

具體的，濾網(wǎng)固定部件6包括上壓條601以及下壓條602，濾網(wǎng)固定部件6到下部殼體4的底部的距離為下部殼體4的高度的1/3～1/2；殼體連接部件2為法蘭；第一濾料區(qū)101占上部殼體1的容積的1/2以上。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

上下復(fù)合型砂石-濾網(wǎng)集成式過濾器的優(yōu)點(diǎn)：①將傳統(tǒng)的砂石過濾器和網(wǎng)式過濾器集成為一體，實(shí)現(xiàn)了兩種過濾器功能的優(yōu)合；②采用一體化的設(shè)計(jì)，減小了傳統(tǒng)灌溉過濾器的體積以及重量，同時(shí)降低了成本，而且便于安裝。

3 工作原理

3.1 正向灌溉

上下復(fù)合型砂石-濾網(wǎng)集成式過濾器的工作原理為：將濾網(wǎng)7用濾網(wǎng)固定部件6固定，將濾料5裝填在第一濾料區(qū)101和第二濾料區(qū)401，利用殼體連接部件2將上部殼體1和下部殼體4固定。然后將進(jìn)水口102與灌溉系統(tǒng)中灌溉水進(jìn)水管線連通，將出水口402與灌溉系統(tǒng)灌溉水出水管線連通。初始灌溉水由進(jìn)水口101進(jìn)入所述灌溉過濾器，經(jīng)過濾料過濾以及濾網(wǎng)過濾后所得灌溉水由出水口402輸出，對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉。在此，提供一種利用本灌溉過濾器的灌溉過濾系統(tǒng)，灌溉過濾系統(tǒng)用于設(shè)置在灌溉系統(tǒng)的進(jìn)水管線上，見圖2，所述灌溉過濾系統(tǒng)包括：第一灌溉過濾器A，第一灌溉過濾器A為上下復(fù)合型砂石-濾網(wǎng)集成式過濾器，第一灌溉過濾器A內(nèi)裝填有濾料并且安裝有濾網(wǎng)；第二灌溉過濾器B，第二灌溉過濾器B為上下復(fù)合型砂石-濾網(wǎng)集成式過濾器，第二灌溉過濾器B內(nèi)裝填有濾料并且安裝有濾網(wǎng)。

8-第一灌溉水輸送管線；801-第一閥門；9-第二灌溉水輸送管線；901-第二閥門；10-第三灌溉水輸送管線；1001-第三閥門；11-第四灌溉水輸送管線；1101-第四閥門；12-第五灌溉水輸送管線；1201-第五閥門；1202-第六閥門；A-第一灌溉過濾器；A1-第一灌溉過濾器進(jìn)水口；A2-第一灌溉過濾器出水口；B-第二灌溉過濾器；B1-第二灌溉過濾器進(jìn)水口；B2-第二灌溉過濾器出水口；箭頭方向表示灌溉水的流動(dòng)方向圖2 灌溉過濾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖及各種情況下灌溉水流向示意圖

第一灌溉水輸送管線8，用于輸送初始灌溉水；第一灌溉水輸送管線8與灌溉系統(tǒng)連接；第一灌溉水輸送管線8上設(shè)置有第一閥門801，用于控制第一灌溉水輸送管線8與灌溉系統(tǒng)的連通或者斷開。

第二灌溉水輸送管線9，第二灌溉水輸送管線9與第一灌溉水輸送管線8以及第一灌溉過濾器進(jìn)水口A1連接；第二灌溉水輸送管線9上設(shè)置有第二閥門901，用于控制第一灌溉水輸送管線8與第一灌溉過濾器進(jìn)水口A1的連通或者斷開。

第三灌溉水輸送管線10，第三灌溉水輸送管線10與第一灌溉水輸送管線8以及第二灌溉過濾器進(jìn)水口B1連接；第三灌溉水輸送管線10上設(shè)置有第三閥門1001，用于控制第一灌溉水輸送管線8與第二灌溉過濾器進(jìn)水口B1的連通或者斷開。

第四灌溉水輸送管線11，第四灌溉水輸送管線11的兩端與灌溉系統(tǒng)連接，第四灌溉水輸送管線11的中部與第一灌溉過濾器出水口A2以及第二灌溉過濾器出水口B2連接，用于輸送過濾后的灌溉水。第四灌溉水輸送管線11上設(shè)置有第四閥門1101，用于控制第四灌溉水輸送管線11與灌溉系統(tǒng)的連通或者斷開。

第五灌溉水輸送管線12，第五灌溉水輸送管線12與第一灌溉過濾器進(jìn)水口A1以及第二灌溉過濾器進(jìn)水口B1連接。第五灌溉水輸送管線12上設(shè)置有第五閥門1201以及第六閥門1202，第五閥門1201用于控制第五灌溉水輸送管線12與第一灌溉過濾器進(jìn)水口A1的連通或者斷開，第六閥門1202用于控制第五灌溉水輸送管線12與第二灌溉過濾器進(jìn)水口B1的連通或者斷開。

3.2 反向沖洗

本灌溉過濾系統(tǒng)既能夠進(jìn)行正常的灌溉，還能夠?qū)喔冗^濾器進(jìn)行沖洗，要實(shí)現(xiàn)反沖洗，至少需要2臺(tái)過濾器。

(1)當(dāng)對(duì)第一灌溉過濾器A進(jìn)行沖洗時(shí)，關(guān)閉第一閥門801、第二閥門901、第四閥門1101以及第六閥門1202，打開第三閥門1001以及第五閥門1201，使第一灌溉水輸送管線8與第一灌溉過濾器進(jìn)水口A1斷開，第一灌溉水輸送管線8與第二灌溉過濾器進(jìn)水口B1連通。如圖2(c)中箭頭方向所示，初始灌溉水通過第一灌溉水輸送管線8由第二灌溉過濾器進(jìn)水口B1進(jìn)入第二灌溉過濾器B進(jìn)行過濾，所得過濾后的灌溉水一部分由第一灌溉過濾器出水口A2進(jìn)入第一灌溉過濾器A對(duì)其中的濾料及濾網(wǎng)進(jìn)行沖洗，沖洗后的灌溉水由第五灌溉水輸送管線12輸出，另一部分過濾后的灌溉水進(jìn)入第四灌溉水輸送管線11，進(jìn)而進(jìn)入灌溉系統(tǒng)對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉。

(2)當(dāng)對(duì)第二灌溉過濾器B進(jìn)行沖洗時(shí)，關(guān)閉第一閥門801、第三閥門1001、第四閥門1101以及第五閥門1201，打開第二閥門901以及第六閥門1202，使第一灌溉水輸送管線8與第二灌溉過濾器進(jìn)水口B1斷開，第一灌溉水輸送管線8與第一灌溉過濾器進(jìn)水口A1連通。如圖2(d)中箭頭方向所示，初始灌溉水通過第一灌溉水輸送管線8由第一灌溉過濾器進(jìn)水口A1進(jìn)入第一灌溉過濾器A進(jìn)行過濾，所得過濾后的灌溉水一部分由第二灌溉過濾器出水口B2進(jìn)入第二灌溉過濾器B對(duì)其中的濾料及濾網(wǎng)進(jìn)行沖洗，沖洗后的灌溉水由第五灌溉水輸送管線12輸出，另一部分過濾后的灌溉水進(jìn)入第四灌溉水輸送管線11，進(jìn)而進(jìn)入灌溉系統(tǒng)對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉。

通過上述方法就可以實(shí)現(xiàn)在不影響灌溉的前提下，利用一個(gè)灌溉過濾器過濾得到的灌溉水對(duì)其余灌溉過濾器進(jìn)行沖洗。

當(dāng)不需要對(duì)灌溉過濾器進(jìn)行沖洗時(shí)，關(guān)閉第一閥門801、第五閥門1201以及第六閥門1202，打開第二閥門901、第三閥門1001以及第四閥門1101即可進(jìn)行正常的灌溉。如圖2(a)中箭頭方向所示，初始灌溉水通過第一灌溉水輸送管線8由第一灌溉過濾器進(jìn)水口A1以及第二灌溉過濾器進(jìn)水口B1進(jìn)入第一灌溉過濾器A及第二灌溉過濾器B進(jìn)行過濾，所得過濾后的灌溉水進(jìn)入第四灌溉水輸送管線11，進(jìn)而進(jìn)入灌溉系統(tǒng)對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉。而當(dāng)初始灌溉水不需要過濾時(shí)，則打開第一閥門801，關(guān)閉第二閥門901、第三閥門1001、第四閥門1101、第五閥門1201以及第六閥門1202。如圖2(e)中箭頭方向所示，初始灌溉水不經(jīng)過灌溉過濾器過濾，直接通過第一灌溉水輸送管線8進(jìn)入灌溉系統(tǒng)進(jìn)行灌溉。

由上述工作過程可知，本文提供的灌溉過濾系統(tǒng)能夠通過控制閥門的開關(guān)，在不需要停止灌溉的前提下，利用一個(gè)灌溉過濾器過濾得到的水對(duì)其余的灌溉過濾器進(jìn)行沖洗，一方面使水資源得到了合理利用，另一方面簡(jiǎn)化了對(duì)灌溉過濾器進(jìn)行沖洗的操作。

4 技術(shù)規(guī)格及設(shè)備安裝

本設(shè)備為一體化的設(shè)計(jì)，安裝方便，一端連接進(jìn)水管，另一端連接出水管即完成安裝。圖3為上下復(fù)合型砂石-濾網(wǎng)集成式過濾器實(shí)物圖，圖4采用本過濾設(shè)備的首部系統(tǒng)正常工作狀態(tài)，圖5為本過濾設(shè)備第一過濾設(shè)備反沖洗和第二過濾設(shè)備正常工作狀態(tài)，圖6為第二過濾設(shè)備反沖洗和第一過濾設(shè)備正常工作狀態(tài)。

圖3 上下復(fù)合型砂石-濾網(wǎng)集成式過濾器產(chǎn)品

圖4 上下復(fù)合型砂石-濾網(wǎng)集成式過濾器正常工作狀態(tài)

圖5 第一過濾設(shè)備反沖洗和第二過濾設(shè)備正常工作狀態(tài)

圖6 第二過濾設(shè)備反沖洗和第一過濾設(shè)備正常工作狀態(tài)首部過濾系統(tǒng)連接圖

經(jīng)檢測(cè)，本產(chǎn)品符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18690.2-2002《農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)備 過濾器 網(wǎng)式過濾器》的要求：公稱壓力

的1.5倍(即0.9 MPa)條件下保壓1 min，無泄漏、無損壞和永久變形；額定工作壓力(即0.6 MPa)保持5 min，過濾器出口的泄漏量不大于過濾器流量的0.05%；出水懸浮物濃度≤2 mg/L；壓差0.1～0.5 MPa時(shí)，流量20～50 m3/h。

5 結(jié) 語(yǔ)

上下復(fù)合型砂石-濾網(wǎng)集成式過濾器已獲國(guó)家授權(quán)專利，該設(shè)備將傳統(tǒng)的砂石過濾器和網(wǎng)式過濾器集成為一體，將兩種過濾器的功能集合在一起。采用一體化的設(shè)計(jì)，減小了所述灌溉過濾器的體積以及重量，同時(shí)降低了成本，而且便于安裝維護(hù)。

采用本設(shè)備的灌溉過濾系統(tǒng)中，通過控制閥門的開關(guān)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)正常的灌溉，而且能夠在不需要停止灌溉的前提下，利用一個(gè)灌溉過濾器過濾得到的水對(duì)其余的灌溉過濾器進(jìn)行沖洗，一方面使水資源得到了合理利用，另一方面簡(jiǎn)化了對(duì)灌溉過濾器進(jìn)行沖洗的操作。

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