王 君，崔春亮，崔 瑞

(1.新疆水利水電科學(xué)研究院，烏魯木齊830052；2.新疆農(nóng)業(yè)節(jié)水工程技術(shù)中心，烏魯木齊830052)

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自主研發(fā)的水動(dòng)活塞式單體疊片過濾器水力學(xué)性能研究

王 君1,2，崔春亮1，2，崔 瑞1,2

(1.新疆水利水電科學(xué)研究院，烏魯木齊830052；2.新疆農(nóng)業(yè)節(jié)水工程技術(shù)中心，烏魯木齊830052)

由于疊片過濾器的獨(dú)特流道結(jié)構(gòu)，使得疊片過濾器具有過濾效率高、使用壽命長和運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。文章在原有自主研發(fā)疊片過濾器的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)水口流道的水力學(xué)性能進(jìn)行優(yōu)化，研發(fā)出帶有透明殼體的水動(dòng)活塞式疊片過濾器的一組單體疊片過濾器。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)中這種疊片過濾器的水頭損失與流量都呈現(xiàn)出冪函數(shù)的關(guān)系，此外新型單體疊片過濾器不論是水頭損失，還是水頭損失增加值增值幅度較為平均。說明了新型單體疊片過濾器能耗低，適用于低壓滴灌系統(tǒng)中。

水頭損失；疊片過濾器；進(jìn)出口壓力；水動(dòng)活塞式

近些年來，新疆及兵團(tuán)都大力發(fā)展高效節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)，特別是在滴灌方面更是發(fā)展迅速，滴灌面積每年以6.67 萬 hm2的速度遞增，新疆已累計(jì)發(fā)展滴灌面積133 萬 hm2。在滴灌系統(tǒng)中，首部過濾器是其中一個(gè)重要的組成部分，它是滴灌系統(tǒng)工程造價(jià)及工程運(yùn)行成敗的關(guān)鍵。新疆水利水電科學(xué)研究院通過自主研發(fā)、較適應(yīng)新疆灌溉水源泥沙含量高的特點(diǎn)、具有廣泛的市場前景的“水動(dòng)活塞式疊片過濾器”。

目前對疊片過濾器性能的研究較少，劉廣榮[1]對國產(chǎn)的亞高牌和以色列的AkPaL公司的疊片過濾進(jìn)行了工藝性能比較試驗(yàn)，得出兩種疊片過濾器過濾性能大體相同。肖新棉在現(xiàn)有的砂石過濾器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了疊式砂石過濾器，通過水力學(xué)性能和抗堵塞試驗(yàn)測試，得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。王棟和楊萬龍分別針對疊片過濾器的過濾裝置與反沖洗結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，研發(fā)出了具有反沖洗壓力低、過濾器效果與國外同類產(chǎn)品性能相當(dāng)?shù)寞B片過濾器。

新疆水利水電科學(xué)研究院在2010年自主研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的疊片過濾器加工生產(chǎn)技術(shù)，并針對的三芯疊片過濾器中的單體疊片進(jìn)行了水力性能、抗堵塞性能及抗壓力3方面的試驗(yàn)。又經(jīng)過5a的研究與改進(jìn)工作，新疆水科院研發(fā)的新型水動(dòng)活塞式疊片過濾器，是對原產(chǎn)品水力學(xué)性能的改進(jìn)，不僅為國產(chǎn)單體疊片過濾器或組合疊片過濾器市場提供一種新產(chǎn)品，同時(shí)能適用于低壓滴灌系統(tǒng)運(yùn)行的過濾器?？蔀橐院筠r(nóng)業(yè)滴灌所用的疊片過濾器提供參考。

1 疊片過濾器試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)介紹

新型單體疊片過濾器為新疆水科院研發(fā)的新型水動(dòng)活塞式疊片過濾器(專利號(hào)ZL—201320094286.5)以一組4″的單體濾芯為試驗(yàn)對象，此新型單體疊片過濾器首先在外殼上選用透明殼體(耐壓等級為0.8MPa)，和以往的疊片過濾器相比本次疊改進(jìn)的重點(diǎn)在進(jìn)水口的型式上采用旋流式進(jìn)水，讓水流進(jìn)入上下2個(gè)殼體時(shí)分別產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)水流。

新型單體疊片過濾器外觀見圖1，本次試驗(yàn)在新疆水利水電科學(xué)研究院新疆農(nóng)業(yè)節(jié)水工程技術(shù)中心測試完成。

1.2 試驗(yàn)介紹和測試數(shù)據(jù)

1)試驗(yàn)組成：水泵、進(jìn)水口壓力表、水動(dòng)活塞式疊片過濾器的單體為試驗(yàn)對象(單體設(shè)計(jì)過流能力80m3/h)、出口壓力表、流量控制平臺(tái)、回水管道，本次新型單體疊片過濾器的試驗(yàn)示意圖見圖2。

2)試驗(yàn)測量的數(shù)據(jù)：本次試驗(yàn)針對不同設(shè)定流量下新型單體疊片過濾器的水頭損失情況，主要采集數(shù)據(jù)有：①設(shè)定水泵流量；②進(jìn)口壓力值；③出口壓力值；④進(jìn)出口壓差即水頭損失。

圖1 單體疊片過濾器試驗(yàn)裝置圖

圖2 單體疊片過濾器試驗(yàn)示意圖

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

本次試驗(yàn)對新型單體疊片過濾器進(jìn)行了水力學(xué)性能的測試，此次試驗(yàn)一共設(shè)定了9組不同的流量，見表1?？芍拷M設(shè)定流量下的進(jìn)口壓力、出口壓力值和水頭損失2種不同單體的疊片過濾器設(shè)定流量與水頭損失關(guān)系和水頭損失增加值之間的關(guān)系表，見表2。

從表1可以看出中，電子流量表的實(shí)測流量在不停地變化，實(shí)測流量在設(shè)定流量之間上下浮動(dòng)，故每組設(shè)定流量當(dāng)中選取最接近的1組實(shí)測流量為代表。隨著設(shè)定流量的加大，單體疊片過濾器水頭損失在逐漸增加。由表2可知：①新型單體的疊片過濾器的水頭損失與流量呈現(xiàn)冪函數(shù)的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2為0.99；②當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)流量80m3/h時(shí)，水頭損失的增加值在0.007MPa；③當(dāng)流量在90～110m3/h時(shí)，其水頭損失的增加值在0.013～0.015MPa；④當(dāng)流量在120～140m3/h時(shí)，其水頭損失的增加值在0.018～0.02MPa；⑤當(dāng)流量達(dá)到150m3/h，水頭損失的增加值達(dá)到0.027MPa。同時(shí)，即使超過設(shè)計(jì)流量1.2倍時(shí)，水頭損失的增加值增值幅度也沒有產(chǎn)生明顯的跳躍，說明在大流量情況下此新型單體疊片過濾器的水頭損失變化幅度不大。

從圖1的實(shí)驗(yàn)裝置圖也可以看出主要原因是本次試驗(yàn)的疊片過濾器采用的是旋流式進(jìn)水，在試驗(yàn)過程中觀察到，上部殼體水流呈順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，下部殼體水流呈逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。隨著流量的增加，在兩個(gè)殼體內(nèi)的水流旋轉(zhuǎn)速度加快。這種水流形式使得水中泥沙顆粒不能穩(wěn)固的黏附在疊片表面，隨著水流的運(yùn)動(dòng)方向在殼體內(nèi)加速旋轉(zhuǎn)，減小了疊片芯體的水頭損失，也提高了反沖洗時(shí)的效率。

表1 不同工況下新型單體疊片過濾器進(jìn)出口壓力值表

表2 流量—水頭損失關(guān)系與水頭損失增值表

擬合公式：△H=1E-5Q1.96R2=0.99

圖3 單體疊片過濾器流量—水頭損失關(guān)系曲線

3 結(jié) 論

1)新型單體疊片過濾器采用的是旋流式進(jìn)水，使得含泥沙顆粒水流在上下殼體內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，泥沙顆粒不宜黏附在疊片芯體表面。

2)通過此次試驗(yàn)，新型單體疊片過濾器的水頭損失與流量的關(guān)系呈現(xiàn)冪函數(shù)的關(guān)系關(guān)系，隨著流量的增加，疊片過濾器的水頭損失在增加。

3)通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)不論是水頭損失，還是水頭損失增加值增值幅度都較為平均。

說明此新型單體疊片過濾器在進(jìn)行了進(jìn)口流道優(yōu)化后，此過濾器適合在低壓滴灌系統(tǒng)中運(yùn)行，從而降低了能耗，應(yīng)用范圍大大增加。后續(xù)試驗(yàn)將考慮將3組或3組以上的單體疊片過濾器進(jìn)行組合，進(jìn)一步研究組合體時(shí)疊片過濾器水力學(xué)性能的試驗(yàn)研究。

[1]劉廣榮，葉春松.兩種疊片式過濾器的工藝性能比較試驗(yàn)[J].工業(yè)水處理，2008(07)：27-29.

ATest on the Hydraulic Performance of Self-developed Piston Driven Monomer Disc Filter

WANG Jun;CUI Rui and CUI Chun-liang

(Xinjiang Agricultural Water Saving Engineering Technology Center，Xinjiang Institute of Water Resources and Hydropower Research， Urumqi 830052， China)

Since the unique flow channel structure of disc filter，it has the characteristics of high filtration，longer application life and high operational reliability. This paper developed a transparent piston driven monomer disc filter based on the self-developed disc filter and improvement on the structure of its water inlet. The test results showed that the head loss and flow of the self-developed disc filter indicated a relation of emerged power function; in addition，the head loss and increase of head loss are relatively stable for the new monomer disc filter. Therefore，it can be concluded that the new monomer disc filter has low energy consumption，and appropriate for the operating in low pressure drip irrigation system.

head loss;disc filter;inlet and outlet pressure; piston driven by water

2016-08-16

自治區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目：新型微灌節(jié)水設(shè)備研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化(201130103)資助

王君(1989-)，女，新疆烏魯木齊人，助理工程師，從事節(jié)水灌溉設(shè)備研發(fā)工作；崔春亮(1970-)，男，新疆塔城人，教授級高工，從事節(jié)水灌溉設(shè)備研發(fā)工作；崔瑞(1986-)，男，新疆塔城人，工程師，從事節(jié)水灌溉設(shè)備研發(fā)工作。

1007-7596(2016)09-0004-03

TV131

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