多級(jí)復(fù)合網(wǎng)式過濾器水力性能試驗(yàn)研究

李盛寶，袁志華，杜思琦，李 輝，韓啟彪，孟衛(wèi)校

·灌溉技術(shù)與裝備·

多級(jí)復(fù)合網(wǎng)式過濾器水力性能試驗(yàn)研究

李盛寶1,2，袁志華2，杜思琦1，李 輝1，韓啟彪1*，孟衛(wèi)校3

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)田灌溉研究所/河南省節(jié)水農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部節(jié)水灌溉工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng) 453002；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，鄭州 450000；3.金豐（中國(guó)）機(jī)械工業(yè)有限公司，浙江 寧波 315221）

多級(jí)復(fù)合網(wǎng)式過濾器是將不同目數(shù)的濾網(wǎng)（50、80、120目）集成在同一殼體以增加其過濾效果的微灌用過濾器?！尽垦芯吭撨^濾器性能。開展清水試驗(yàn)，考察過濾器清潔壓降變化；開展渾水試驗(yàn)，以流量和含沙量為因素，其中，流量設(shè)置18、22、26 m3/h，含沙量設(shè)置0.07、0.10、0.13 g/L，考察水頭損失、流量、濁度等指標(biāo)變化規(guī)律。清水試驗(yàn)時(shí)，過濾器清潔壓降曲線符合冪函數(shù)關(guān)系，擬合系數(shù)0.999 9；渾水試驗(yàn)時(shí)，流量起初較穩(wěn)定，約18~30 min后出現(xiàn)拐點(diǎn)而急劇下降；相對(duì)應(yīng)的，過濾器水頭損失則起初穩(wěn)定，出現(xiàn)拐點(diǎn)后急劇增大，流量和含沙量越大，流量和水頭損失變化的拐點(diǎn)出現(xiàn)越早，過濾周期越短，過濾器發(fā)生堵塞的時(shí)間越短，但發(fā)生堵塞后，濁度出現(xiàn)降低趨勢(shì)，預(yù)示過濾效果更好。新研發(fā)的多級(jí)復(fù)合網(wǎng)式過濾器（殼體內(nèi)徑370 mm，高720 mm）水力性能變化規(guī)律與單一網(wǎng)式過濾器類似，而且過濾周期較長(zhǎng)，過濾精度較高，適用于微灌系統(tǒng)。

微灌；網(wǎng)式過濾器；過濾性能；清水試驗(yàn)；渾水試驗(yàn)

0 引言

【研究意義】我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源利用率處于較低水平，發(fā)展高效便捷的灌溉技術(shù)及設(shè)備可有效提高水資源利用率。復(fù)合過濾技術(shù)由于其綜合了單一過濾器的優(yōu)點(diǎn)，如適用范圍大、過濾效果好等，是微灌過濾器研究的重要方向之一，不少學(xué)者圍繞復(fù)合過濾技術(shù)開展了研究?！狙芯窟M(jìn)展】楊培嶺等[1]提出了“砂石—篩網(wǎng)”一體式結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行了數(shù)值模擬及性能試驗(yàn)；謝崇寶等[2]將傳統(tǒng)的砂石過濾器和網(wǎng)式過濾器集合于一體，以期解決過濾系統(tǒng)占據(jù)空間大等問題；李正平等[3]對(duì)離心篩網(wǎng)一體式微灌過濾器與組合式過濾器進(jìn)行了多種方案的水力性能對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其水頭損失小于組合式；王柏林等[4]將旋流與網(wǎng)式過濾器串聯(lián)組合，通過清水試驗(yàn)及不同含沙量渾水試驗(yàn)進(jìn)行了過濾效果分析；肖新棉等[5]針對(duì)研制的疊片式砂過濾器性能展開了試驗(yàn)研究，提出了疊片式砂過濾器的水力性能特性曲線方程和過濾水頭損失經(jīng)驗(yàn)公式。董文楚等[6]在總結(jié)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，給出了網(wǎng)式過濾器的設(shè)計(jì)原理和方法；宗全利等[7-8]研制了新型自清洗網(wǎng)式過濾器，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)濾網(wǎng)堵塞成因和過濾器水頭損失進(jìn)行了分析與計(jì)算；劉貞姬等[9]對(duì)臥式和立式網(wǎng)式過濾器的水頭損失變化規(guī)律進(jìn)行了研究，認(rèn)為進(jìn)口流量對(duì)水頭損失的影響遠(yuǎn)大于含沙量；石凱等[10]以新型翻板網(wǎng)式過濾器為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究進(jìn)水流量和含沙量對(duì)過濾器水頭損失的影響程度，也發(fā)現(xiàn)進(jìn)水流量影響較大。

【切入點(diǎn)】網(wǎng)式過濾器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中被廣泛運(yùn)用。很多學(xué)者針對(duì)不同類型過濾器組合下的水力性能及過濾效果等進(jìn)行了深入研究，致力于優(yōu)化結(jié)構(gòu)并探討其水力性能，分析水頭損失和過濾效果的影響因素。目前研究較少涉及“網(wǎng)-網(wǎng)”復(fù)合過濾技術(shù)。【擬解決的關(guān)鍵問題】在此背景下，對(duì)復(fù)合網(wǎng)式過濾技術(shù)展開研究，設(shè)計(jì)了一種復(fù)合網(wǎng)式過濾器[11]，就其水力性能及過濾效果展開研究，為復(fù)合過濾技術(shù)的發(fā)展提供一定的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 多級(jí)復(fù)合網(wǎng)式過濾器結(jié)構(gòu)

多級(jí)復(fù)合網(wǎng)式過濾器是基于復(fù)合過濾思想，在網(wǎng)式過濾器基礎(chǔ)上改進(jìn)的新型微灌過濾器，其核心部件包括多層濾網(wǎng)、分段式刷體和殼體等。目前該過濾器結(jié)構(gòu)已授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利（CN105999807A）和美國(guó)發(fā)明專利（US10, 232, 290B2）。開發(fā)的初代樣機(jī)水力性能較好[12]。在此基礎(chǔ)上，利用SolidWorks軟件3D建模對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改進(jìn)后結(jié)構(gòu)見圖1。

注 1.支架；2.下法蘭；3.下殼體；4.中間殼體；5.上殼體；6.上法蘭；7.搖柄；8.進(jìn)水口；9.出水口；10.第三排污口；11.第二排污口；12.第一排污口；13.第二濾筒（80目）；14.第二刷毛架；15.第一濾筒（50目）；16.第一刷毛架；17.旋轉(zhuǎn)軸；18.固定螺釘；19.第三刷毛架；20.第三濾筒（120目）；21.濾筒底座

設(shè)計(jì)加工的新型多級(jí)復(fù)合網(wǎng)式過濾器樣機(jī)包括：殼體、多級(jí)濾網(wǎng)、分段式刷體等。其中殼體分為上中下3部分，上下殼體采用PVC-U管，為了便于觀察過濾器內(nèi)部，此次樣機(jī)的中間殼體采用透明的有機(jī)圓柱玻璃管制成，殼體內(nèi)徑370 mm。為了檢驗(yàn)多級(jí)復(fù)合網(wǎng)式過濾器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和復(fù)合過濾效果，此次樣機(jī)設(shè)計(jì)了3層濾網(wǎng)，實(shí)際應(yīng)用中可依據(jù)需求靈活選配濾網(wǎng)層數(shù)和目數(shù)。樣機(jī)的3層濾網(wǎng)均通過精加工技術(shù)有效貼合在每層的不銹鋼骨架上，濾網(wǎng)目數(shù)從外到內(nèi)依次為50、80、120目，其中，第1濾筒（50目）內(nèi)徑296 mm，高720 mm，第2濾筒（80目）內(nèi)徑212 mm，高650 mm，第3濾筒（120目）內(nèi)徑136 mm，高600 mm；濾筒開口端設(shè)置有與卡槽相匹配的卡環(huán)，濾筒通過卡環(huán)旋扣在卡槽內(nèi)，三級(jí)濾筒同軸心裝配而成。分段式刷體由與濾筒個(gè)數(shù)、直徑相匹配的刷毛框架及單面毛束等組成。分段式刷體通過螺釘與旋轉(zhuǎn)軸固定，通過手搖柄或電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)多級(jí)濾筒的清洗工作。制作加工的樣機(jī)進(jìn)出水口管徑為50 mm，材質(zhì)為PVC-U。

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所的水利部節(jié)水灌溉設(shè)備質(zhì)量檢測(cè)中心進(jìn)行。試驗(yàn)裝置由蓄水池、渾水添加裝置、測(cè)試管道等組成，如圖2所示。蓄水池規(guī)格為2.4 m×1.2 m×1.3 m，使用潛水泵提供試驗(yàn)所需壓力流量；進(jìn)、出水口管徑為50 mm，使用渦輪流量傳感器（LWGY-50）測(cè)量管道流量變化；在過濾器的進(jìn)口端、出口端分別安裝精密壓力表（量程0.6 MPa，精度0.02級(jí)）；在進(jìn)水口處和出流口處安裝流量調(diào)節(jié)閥。通過調(diào)節(jié)進(jìn)、出水口閥門開度來改變過濾器流量，形成所需因素水平。渾水添加裝置包括真空自吸泵、攪拌器、攪拌桶等，渾水試驗(yàn)時(shí)，攪拌桶內(nèi)按要求配置高質(zhì)量濃度的原水，使用真空自吸泵抽取攪拌桶中配置好的高質(zhì)量濃度原水進(jìn)入蓄水池形成所需濃度的渾水，蓄水池內(nèi)裝有攪拌器對(duì)渾水充分混合。

注 1.水沙混合液；2. 300 L塑料桶；3.攪拌泵；4.回流管；5.閥門；6.流量計(jì)；7.測(cè)試管道；8.攪拌泵；9.閥門；10.流量計(jì)；11.壓力表；12.復(fù)合網(wǎng)式過濾器；13.壓力表；14.閥門；15.潛水泵；16.蓄水池；17.真空自吸泵

試驗(yàn)用泥沙取自山西引黃灌區(qū)渠道淤積泥沙，試驗(yàn)前對(duì)其晾曬。使用激光粒度分布儀（BT-9300HT）測(cè)定其粒徑分布，結(jié)果如表1所示。

表1 泥沙粒徑分布

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為研究復(fù)合網(wǎng)式過濾器的水力性能，設(shè)置清水和渾水試驗(yàn)。

清水試驗(yàn)中設(shè)置6個(gè)流量：16、18、20、22、24、26 m3/h。試驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)閥門至所需流量，待過濾器運(yùn)行穩(wěn)定后，記錄流量計(jì)和壓力表讀數(shù)，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，考查過濾器清潔壓降曲線變化。

渾水試驗(yàn)時(shí)，考慮流量和含沙量2個(gè)因素。其中流量設(shè)置為18、22、26 m3/h，含沙量（蓄水池）設(shè)置0.07、0.1、0.13 g/L，真空自吸泵流量設(shè)置為0.3 m3/h；試驗(yàn)過程中，每隔3 min分別記錄流量計(jì)、過濾器兩端壓力表讀數(shù)，并使用濁度計(jì)（WGZ-200A）測(cè)定過濾后水樣濁度值。為降低水池中泥沙沉淀帶來的影響，采用在300 L塑料桶中配置高質(zhì)量濃度含沙水，由真空自吸泵從桶中抽取含沙水進(jìn)入蓄水池混合，保證水池中含沙量穩(wěn)定。每一過流量下攪拌桶中所加泥沙質(zhì)量，可由溶質(zhì)溶劑關(guān)系計(jì)算。

由（1）式可得：

式中：為桶中加沙質(zhì)量；為過濾流量；為含沙量；為過濾時(shí)間。

表2 攪拌桶加沙質(zhì)量

2 結(jié)果與分析

2.1 清潔壓降曲線

利用清水試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到多級(jí)復(fù)合網(wǎng)式過濾器的清潔壓降曲線如圖4所示。由圖4可知，相關(guān)系數(shù)2=0.999 9，擬合程度較高。由圖4可知，在過流量16 m3/h時(shí)，其水頭損失為2.0 m；過流量26 m3/h時(shí)，水頭損失為5.2 m。這主要是由于復(fù)合網(wǎng)式過濾器的三層濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致內(nèi)部孔隙率降低，導(dǎo)致過濾器局部水頭損失增大，較單層濾網(wǎng)水頭損失要高。一般情況下，單級(jí)網(wǎng)式過濾器額定流量下的水頭損失在2~3 m，考慮多級(jí)復(fù)合網(wǎng)式過濾器結(jié)構(gòu)，此過濾器樣機(jī)額定流量建議以25~30 m3/h。

圖3 過濾器清潔壓降曲線

2.2 過流量隨時(shí)間變化規(guī)律

圖5給出了復(fù)合網(wǎng)式過濾器在渾水試驗(yàn)時(shí)不同因素條件下流量隨時(shí)間的變化。由圖5可知，過濾器在未堵塞時(shí)其過流量基本沒有改變；發(fā)生堵塞后，流量會(huì)逐漸變小。濾網(wǎng)堵塞過程中，會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象，一般為靠近出水口區(qū)域，此時(shí)為介質(zhì)堵塞階段；隨著過濾時(shí)間的延長(zhǎng)，堵塞范圍逐步增大，最終形成濾餅，此時(shí)小于濾網(wǎng)孔徑的雜質(zhì)顆粒也被截留下來，即發(fā)生濾餅堵塞[13]。所以過流量在發(fā)生堵塞后會(huì)逐漸減小。分析同一含沙量不同過流量發(fā)現(xiàn)，含沙量一定時(shí)，過流量越大，過濾器發(fā)生堵塞所用時(shí)間越短；從出現(xiàn)拐點(diǎn)到結(jié)束這一段的斜率也隨過流量的增大而增大，即過流量越大，堵塞后流量下降越快。分析同一過流量不同含沙量條件下，以過流量26 m3/h為例，在不同含沙量條件下，流量變化的時(shí)間點(diǎn)分別為18、24、27 min。由此可知，同一過流量下，含泥沙量越高，流量降低越快，發(fā)生堵塞風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)間隨含沙量的增大而減小。

圖4 不同含沙量條件下流量隨時(shí)間變化

2.3 水頭損失隨時(shí)間變化規(guī)律

水頭損失是衡量過濾器運(yùn)行效果的重要指標(biāo)，也是判斷其是否發(fā)生堵塞的主要參數(shù)[14]。圖6給出了不同過濾流量及含沙量條件下水頭損失隨時(shí)間變化規(guī)律。從圖6可知，在未發(fā)生堵塞時(shí)，水頭損失沒有發(fā)生變化，與清水試驗(yàn)時(shí)保持一致；以含沙量0.10 g/L為例，發(fā)生變化的時(shí)間拐點(diǎn)分別為20、25、28 min，即認(rèn)為此時(shí)間點(diǎn)為過濾器開始堵塞時(shí)間，而后水頭損失突增，分析認(rèn)為篩網(wǎng)過濾器依靠濾網(wǎng)的二維表面攔截雜質(zhì)，其過濾性能由濾網(wǎng)有效過濾面積決定，當(dāng)雜質(zhì)過多的集聚在濾網(wǎng)表面時(shí)，有效過濾面積減小，流過濾網(wǎng)的水流隨之減小，故水頭損失隨之增大。

由清潔壓降曲線及水頭損失出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)間，可以以水頭損失達(dá)到8 m為過濾周期，即達(dá)到8 m時(shí)，需進(jìn)行反沖洗。含沙量為0.07 g/L時(shí)，過濾周期分別為27、33、37 min；含沙量為0.1 g /L時(shí)，過濾周期分別為23、27、33 min；含沙量為0.13 g/L時(shí)，過濾周期分別為18、22、28 min。

圖5 不同含沙量條件下水頭損失隨時(shí)間變化

2.4 濁度隨時(shí)間變化規(guī)律

圖7給出了不同含沙量及過流量條件下濁度隨時(shí)間變化規(guī)律。對(duì)比同一流量下不同含沙量在過濾初期的初始濁度值大小，發(fā)現(xiàn)隨含沙量的增大，其初始濁度值也增大，濁度與水中含沙量成正相關(guān)關(guān)系。在不同含沙量試驗(yàn)下，3個(gè)過濾流量條件下的濁度變化均表現(xiàn)為：在渾水試驗(yàn)初期，即樣機(jī)未發(fā)生堵塞現(xiàn)象時(shí)，濁度值在一定范圍內(nèi)小幅度波動(dòng)，整體比較平緩，但在過濾器開始堵塞的時(shí)間節(jié)點(diǎn)后，濾后水濁度值有明顯的下降趨勢(shì)，分析認(rèn)為這是由于堵塞過程中有介質(zhì)堵塞和濾餅堵塞2個(gè)過程，在介質(zhì)堵塞階段，濾網(wǎng)是過濾主體，粒徑大于濾網(wǎng)孔徑的顆粒被截留，小的顆粒則順利通過濾網(wǎng)，所以濁度基本穩(wěn)定，而發(fā)生濾餅堵塞后，局部區(qū)域粒徑小于濾網(wǎng)孔徑的雜質(zhì)也可能因?yàn)闉V餅的截留作用亦不能通過濾孔，濾餅越厚，這種現(xiàn)象越突出，這就導(dǎo)致了濾后水中顆粒減少，即濁度減小。對(duì)比3個(gè)過濾流量下濁度值出現(xiàn)拐點(diǎn)后曲線的近似斜率值，發(fā)現(xiàn)過濾流量越大，濁度值變化越快，與水頭損失值、過流量值變化規(guī)律相似。

圖6 不同含沙量條件下濾后水濁度隨時(shí)間變化

3 討論

過濾器是滴灌系統(tǒng)中不可或缺的設(shè)備，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行[15-16]。本文針對(duì)研發(fā)的新型復(fù)合網(wǎng)式過濾器樣機(jī)展開了不同流量不同含沙量條件下的性能試驗(yàn)。

復(fù)合網(wǎng)式過濾器的清潔壓降曲線符合冪函數(shù)關(guān)系，這與目前的網(wǎng)式過濾器相似，具有一致性[17]。過濾器的水頭損失主要為局部水頭損失，由殼體和濾網(wǎng)等帶來，由于復(fù)合網(wǎng)式過濾器濾網(wǎng)仍為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，故而仍可用冪函數(shù)描述，相比之下，較單層濾網(wǎng)[18]水頭損失會(huì)稍大，但相比于多個(gè)過濾器組合，由于沒有了連接件，其水頭損失會(huì)更小，更具經(jīng)濟(jì)性。過濾器過濾性能優(yōu)劣可由水頭損失、過濾周期、濾后水濁度等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)[19]。研發(fā)的多級(jí)復(fù)合網(wǎng)式過濾器在3個(gè)流量3個(gè)含沙量因素水平下，含沙量一定時(shí)，隨著流量的增大，水頭損失陡增的時(shí)間越短；流量一定時(shí)，隨著含沙量的增大，水頭損失變化越快，過濾周期隨流量、含沙量的增大而減小。流量在開始的一段時(shí)間里未發(fā)生改變，是由于在此期間處于局部堵塞階段，隨著時(shí)間增加，濾網(wǎng)逐漸堵塞，故流量變化會(huì)出現(xiàn)突變現(xiàn)象；水頭損失在開始一段時(shí)間里同樣未發(fā)生變化，隨后發(fā)生突變，是由于過濾器內(nèi)部逐漸堵塞導(dǎo)致，此時(shí)為濾餅堵塞階段；濾后水濁度總體趨勢(shì)為先小幅度變化，到過濾周期后會(huì)急劇減小，是由于此時(shí)過濾器堵塞，形成濾餅，小于濾網(wǎng)孔徑的雜質(zhì)也被截留，故導(dǎo)致濁度降低。駱秀萍等[19]在探究微灌自清洗網(wǎng)式過濾器過濾性能時(shí)發(fā)現(xiàn)，在清水條件下，當(dāng)流量在0~90 m3/h時(shí)，自清洗網(wǎng)式過濾器水頭損失隨流量變化緩慢；當(dāng)流量在90~240 m3/h時(shí)，隨著流量的增大，其水頭損失增加較快。含沙量一定時(shí)，進(jìn)水流量越大，自清洗網(wǎng)式過濾器局部水頭損失越大，過濾周期越短；進(jìn)水流量一定時(shí)，隨含沙量的增大，自清洗網(wǎng)式過濾器過濾周期縮短，局部水頭損失增加的趨勢(shì)變大。其結(jié)論與本文中所得的結(jié)論具有一致性，即結(jié)論對(duì)于網(wǎng)式過濾器具有普遍性。

4 結(jié)論

1）復(fù)合網(wǎng)式過濾器的清潔壓降曲線仍為冪函數(shù)關(guān)系，樣機(jī)試驗(yàn)顯示，在流量26 m3/h時(shí)，水頭損失僅5.2 m。

2）當(dāng)復(fù)合網(wǎng)式過濾器過濾渾水時(shí)，含沙量一定情況下，隨著流量的增大，水頭損失陡增的時(shí)間越短，過濾周期越短；流量一定的情況下，隨著含沙量的增大，水頭損失變化越快，過濾周期越短；在水頭損失等開始急劇變化，出現(xiàn)拐點(diǎn)后，濁度開始變小，過濾效果更好。

[1] 楊培嶺, 周洋, 任樹梅, 等. 砂石-篩網(wǎng)組合過濾器結(jié)構(gòu)優(yōu)化與性能試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2018, 49(10): 307-316.

YANG Peiling, ZHOU Yang, REN Shumei, et al. Structural optimization and performance test of sand-screen combination filter [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2018, 49(10): 307-316.

[2] 謝崇寶, 張國(guó)華, 魯少華, 等. 上下復(fù)合型砂石-濾網(wǎng)集成式過濾器研發(fā)[J]. 節(jié)水灌溉, 2017(1): 76-78.

XIE Chongbao, ZHANG Guohua, LU Shaohua, et al. Research and development of upper and lower composite sand and gravel-filter integrated filter [J].Water Saving Irrigation, 2017(1): 76-78.

[3] 李正平. 離心篩網(wǎng)一體式微灌過濾器水力性能試驗(yàn)[J]. 水利與建筑工程學(xué)報(bào), 2012, 10(6): 156-159.

LI Zhengping. Hydraulic Performance Test for Centrifugal screen integrated micro-irrigation filter[J]. Journal of Water Resources and Architectural Engineering, 2012, 10(6): 156-159.

[4] 王柏林, 劉煥芳, 劉貞姬, 等. 旋流網(wǎng)式組合型過濾器過濾性能研究[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電, 2017(9): 1-9.

WANG Boling, LIU Huanfang, LIU Zhenji, et al. Experimental research on the filter performance of swirl-and-screen type combined filter [J]. China Rural Water and Hydropower, 2017(9): 1-9.

[5] 肖新棉, 董文楚, 楊金忠, 等. 微灌用疊片式砂過濾器性能試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2005, 21(5): 81-84.

XIAO Xinmian, DONG Wenchu, YANG Jinzhong, et al. Experimental study on characteristics of laminated sand filter for micro-irrigation [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2005, 21(5): 81-84.

[6] 董文楚. 微灌用濾網(wǎng)過濾器設(shè)計(jì)原理與方法[J]. 噴灌技術(shù), 1989(3): 7-14.

[7] 宗全利, 楊洪飛, 劉貞姬, 等. 網(wǎng)式過濾器濾網(wǎng)堵塞成因分析與壓降計(jì)算[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2017, 48(9): 215-222.

ZONG Quanli, YANG Hongfei, LIU Zhenji, et al. Clogging reason analysis and pressure drop calculation of screen filter [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017, 48(9): 215-222.

[8] 宗全利, 劉煥芳, 鄭鐵剛, 等. 微灌用網(wǎng)式新型自清洗過濾器的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2010, 29(1): 78-82.

ZONG Quanli, LIU Huanfang, ZHENG Tie-gang, et al. The design and experimental study on new net self cleaning filter for micro-irrigation [J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2010, 29(1): 78-82.

[9] 劉貞姬, 石凱, 李曼, 等. 立式與臥式自清洗網(wǎng)式過濾器水頭損失試驗(yàn)研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2019, 38(12): 44-50.

LIU Zhenji, SHI Kai, LI Man, et al. Experimental study on head loss of vertical and horizontal self-cleaning mesh filter [J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(12): 44-50.

[10] 石凱, 劉貞姬, 李曼. 新型翻板網(wǎng)式過濾器水頭損失試驗(yàn)研究[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2020, 38(4): 427-432.

SHI Kai, LIU Zhenji, LI Man. Experimental study on head loss of a new type of rotatable plate screen filter[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering, 2020, 38(4): 427-432.

[11] 韓啟彪, 黃修橋, 孫浩, 等. 一種微灌用自報(bào)警多級(jí)復(fù)合網(wǎng)式過濾器[P]. 中國(guó)專利: CN205760034U, 2016-12-07.

HAN Qibiao, HUANG Xiuqiao, SUN Hao, et al. A self-alarm multi-stage composite mesh filter for micro-irrigation [P]. China Patent: CN205760034U, 2016-12-07.

[12] 李盛寶, 韓啟彪, 杜思琦, 等. 微灌多級(jí)復(fù)合網(wǎng)式過濾器的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)[J]. 節(jié)水灌溉, 2020(8): 82-84.

LI Shengbao, HAN Qibiao, DU Siqi, et al. The design and test of multi-stage composite screen filter for micro-irrigation[J]. Water Saving Irrigation, 2020(8): 82-84.

[13] 鄧忠, 翟國(guó)亮, 宗潔. 微灌系統(tǒng)堵塞機(jī)理分析與微灌過濾器研究進(jìn)展[J]. 節(jié)水灌溉, 2014(8): 71-74.

DENG Zhong, ZHAI Guoliang, ZONG Jie. Clogging mechanism analysis of micro-irrigation system and the advance of research on micro-irrigation filter[J]. Water Saving Irrigation, 2014(8): 71-74.

[14] 鄭鐵剛, 劉煥芳, 宗全利, 等. 微灌用自吸自動(dòng)網(wǎng)式過濾器水頭損失的試驗(yàn)研究[J]. 石河子大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2008, 26(6): 772-775.

ZHENG Tiegang, LIU Huanfang, ZONG Quanli, et al. Experimental studies on head loss of self cleaning water screen filter in micro-irrigation[J]. Journal of Shihezi University (Natural Science), 2008, 26(6): 772-775.

[15] 李楠, 翟國(guó)亮, 張文正, 等. 微灌用疊片過濾器的過濾性能試驗(yàn)研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2016, 35(11): 52-56.

LI Nan, ZHAI Guoliang, ZHANG Wenzheng, et al. Filtration performance of disc filters for micro irrigation [J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2016, 35(11): 52-56.

[16] 李浩, 韓啟彪, 黃修橋, 等. 基于多孔介質(zhì)模型下微灌網(wǎng)式過濾器CFD湍流模型選擇及流場(chǎng)分析[J]. 灌溉排水報(bào), 2016, 35(4): 14-19.

LI Hao, HAN Qibiao, HUANG Xiuqiao, et al. Turbulence model selection and flow field analysis of the micro irrigation screen filter based on porous medium using CFD[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2016, 35(4): 14-19.

[17] 郭寶東, 楊勝敏. 設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室滴灌過濾器的優(yōu)化配置[J]. 北京農(nóng)業(yè), 2016(1): 158-160.

GUO Baodong, YANG Shengmin. Optimal Configuration of drip irrigation filter in facility agriculture greenhouse [J]. Beijing Agriculture, 2016(1): 158-160.

[18] 張文正, 翟國(guó)亮, 呂謀超, 等. 微灌條件下三種過濾器過濾效果試驗(yàn)研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2017, 36(4): 88-93.

ZHANG Wenzheng, ZHAI Guoliang, LYU Mouchao, et al. Experimental study on the efficacy of sand filter, screen filter and disc filter for removing silts from the yellow river water for micro-irrigation[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2017, 36(4): 88-93.

[19] 駱秀萍, 劉煥芳, 宗全利, 等. 微灌自清洗網(wǎng)式過濾器水頭損失的試驗(yàn)研究[J]. 石河子大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 29(1): 98-102.

LUO Xiuping, LIU Huanfang, ZONG Quanli, et al. Experiments and studies on the head loss of the micro-irrigation self-cleaning screen filter[J]. Journal of Shihezi University (Natural Science), 2011, 29(1): 98-102.

Experimental Study on the Hydraulic Performance of a Multi-stage Composite Mesh Filter

LI Shengbao1,2, YUAN Zhihua2, DU Siqi1, LI Hui1, HAN Qibiao1*, MENG Weixiao3

(1. Farmland Irrigation Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Water Saving Agriculture of Henan Province/Key Laboratory of Water Saving Irrigation Project of Ministry of Agriculture, Xinxiang 453002, China;2. Mechanical and Electrical Engineering, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China;3. Jinfeng (China) Machinery Industry, Ningbo 315221, China)

【】The multi-stage composite mesh filter is a new micro-irrigation filter we developed recently by integrating the meshes of 50, 80 and 120 in the same casting aimed to increase the filtering efficacy. The purpose of this paper is to present the results of an experimental study on its hydraulic performance.【】The experiment consisted of two parts. The first one used clean water in which we measured the water pressure drop across the filter. The second one was used muddy water to elucidate the combined impact of water flow rate and sediment content on hydraulic performance of the filter. We compared three flow rates: 18, 22 and 26 m3/h, combined with three sediment contents: 0.07, 0.10 and 0.13 g/L. In each treatment, we measured water pressure loss, change in flow rate, as well as turbidity of the water at the exit of the filter.【】Pressure drop of the clean water across the filter increased with water flow rate in a power-law with a R2of 0.999 9. In the muddy water test, the flow rate was initially stable with the inflection point appearing about 18min-30min after inception of the experiment, after which it dropped sharply. Associated with such a flow rate change, the pressure loss across the filter was also stable at beginning, followed by a steady increase after the inflection point. It was found that the higher the flow rate and/or the sediment content was, the earlier the inflection point appeared for both flow rate and pressure loss, and that the clogging time was positively correlated to the duration of the filtration cycle. However, after the clogging, the turbidity of the effluent decreased, indicating an improved filtration effect.【】The new multi-stage composite mesh filter we developed has a similar hydraulic performance as the single mesh filter, and it prolonged the filtration cycle thereby improving the filtration efficacy. It thus suits micro-irrigation systems.

micro irrigation; mesh filter; filtering efficacy; clean water test; muddy water test

S275.6

A

10.13522/j.cnki.ggps.2020021

1672 - 3317（2021）03 - 0110 - 06

李盛寶, 袁志華, 杜思琦, 等. 多級(jí)復(fù)合網(wǎng)式過濾器水力性能試驗(yàn)研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2021, 40(3): 110-115.

LI Shengbao, YUAN Zhihua, DU Siqi, et al. Experimental Study on the Hydraulic Performance of a Multi-stage Composite Mesh Filter[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(3): 110-115.

2020-01-15

“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFC400202）；中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目；中央級(jí)科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資助項(xiàng)目（FIRI2019-01-01）

李盛寶（1992-），男。碩士研究生，主要從事節(jié)水灌溉設(shè)備研究。E-mail: 78711159@qq.com

韓啟彪（1984-），男。副研究員，主要從事節(jié)水灌溉技術(shù)與設(shè)備研究。E-mail: hanbiaoedu@126.com

責(zé)任編輯：白芳芳