自主研發的水動活塞式單體疊片過濾器水力學性能研究

王 君，崔春亮，崔 瑞

(1.新疆水利水電科學研究院，烏魯木齊830052；2.新疆農業節水工程技術中心，烏魯木齊830052)

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自主研發的水動活塞式單體疊片過濾器水力學性能研究

王 君1,2，崔春亮1，2，崔 瑞1,2

(1.新疆水利水電科學研究院，烏魯木齊830052；2.新疆農業節水工程技術中心，烏魯木齊830052)

由于疊片過濾器的獨特流道結構，使得疊片過濾器具有過濾效率高、使用壽命長和運行可靠等特點。文章在原有自主研發疊片過濾器的基礎上，對其進水口流道的水力學性能進行優化，研發出帶有透明殼體的水動活塞式疊片過濾器的一組單體疊片過濾器。通過試驗發現，試驗中這種疊片過濾器的水頭損失與流量都呈現出冪函數的關系，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中。

水頭損失；疊片過濾器；進出口壓力；水動活塞式

近些年來，新疆及兵團都大力發展高效節水灌溉農業，特別是在滴灌方面更是發展迅速，滴灌面積每年以6.67 萬 hm2的速度遞增，新疆已累計發展滴灌面積133 萬 hm2。在滴灌系統中，首部過濾器是其中一個重要的組成部分，它是滴灌系統工程造價及工程運行成敗的關鍵。新疆水利水電科學研究院通過自主研發、較適應新疆灌溉水源泥沙含量高的特點、具有廣泛的市場前景的“水動活塞式疊片過濾器”。

目前對疊片過濾器性能的研究較少，劉廣榮[1]對國產的亞高牌和以色列的AkPaL公司的疊片過濾進行了工藝性能比較試驗，得出兩種疊片過濾器過濾性能大體相同。肖新棉在現有的砂石過濾器的基礎上設計了疊式砂石過濾器，通過水力學性能和抗堵塞試驗測試，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驗公式。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構進行了優化設計，研發出了具有反沖洗壓力低、過濾器效果與國外同類產品性能相當的疊片過濾器。

新疆水利水電科學研究院在2010年自主研發了具有自主知識產權的疊片過濾器加工生產技術，并針對的三芯疊片過濾器中的單體疊片進行了水力性能、抗堵塞性能及抗壓力3方面的試驗。又經過5a的研究與改進工作，新疆水科院研發的新型水動活塞式疊片過濾器，是對原產品水力學性能的改進，不僅為國產單體疊片過濾器或組合疊片過濾器市場提供一種新產品，同時能適用于低壓滴灌系統運行的過濾器。可為以后農業滴灌所用的疊片過濾器提供參考。

1 疊片過濾器試驗

1.1 試驗介紹

新型單體疊片過濾器為新疆水科院研發的新型水動活塞式疊片過濾器(專利號ZL—201320094286.5)以一組4″的單體濾芯為試驗對象，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的重點在進水口的型式上采用旋流式進水，讓水流進入上下2個殼體時分別產生旋轉水流。

新型單體疊片過濾器外觀見圖1，本次試驗在新疆水利水電科學研究院新疆農業節水工程技術中心測試完成。

1.2 試驗介紹和測試數據

1)試驗組成：水泵、進水口壓力表、水動活塞式疊片過濾器的單體為試驗對象(單體設計過流能力80m3/h)、出口壓力表、流量控制平臺、回水管道，本次新型單體疊片過濾器的試驗示意圖見圖2。

2)試驗測量的數據：本次試驗針對不同設定流量下新型單體疊片過濾器的水頭損失情況，主要采集數據有：①設定水泵流量；②進口壓力值；③出口壓力值；④進出口壓差即水頭損失。

圖1 單體疊片過濾器試驗裝置圖

圖2 單體疊片過濾器試驗示意圖

2 試驗數據分析

本次試驗對新型單體疊片過濾器進行了水力學性能的測試，此次試驗一共設定了9組不同的流量，見表1。可知每組設定流量下的進口壓力、出口壓力值和水頭損失2種不同單體的疊片過濾器設定流量與水頭損失關系和水頭損失增加值之間的關系表，見表2。

從表1可以看出中，電子流量表的實測流量在不停地變化，實測流量在設定流量之間上下浮動，故每組設定流量當中選取最接近的1組實測流量為代表。隨著設定流量的加大，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冪函數的關系，相關系數R2為0.99；②當達到設計流量80m3/h時，水頭損失的增加值在0.007MPa；③當流量在90～110m3/h時，其水頭損失的增加值在0.013～0.015MPa；④當流量在120～140m3/h時，其水頭損失的增加值在0.018～0.02MPa；⑤當流量達到150m3/h，水頭損失的增加值達到0.027MPa。同時，即使超過設計流量1.2倍時，水頭損失的增加值增值幅度也沒有產生明顯的跳躍，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的實驗裝置圖也可以看出主要原因是本次試驗的疊片過濾器采用的是旋流式進水，在試驗過程中觀察到，上部殼體水流呈順時針方向旋轉，下部殼體水流呈逆時針方向旋轉。隨著流量的增加，在兩個殼體內的水流旋轉速度加快。這種水流形式使得水中泥沙顆粒不能穩固的黏附在疊片表面，隨著水流的運動方向在殼體內加速旋轉，減小了疊片芯體的水頭損失，也提高了反沖洗時的效率。

表1 不同工況下新型單體疊片過濾器進出口壓力值表

表2 流量—水頭損失關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—水頭損失關系曲線

3 結 論

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

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

3)通過試驗數據對比發現不論是水頭損失，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行了進口流道優化后，此過濾器適合在低壓滴灌系統中運行，從而降低了能耗，應用范圍大大增加。后續試驗將考慮將3組或3組以上的單體疊片過濾器進行組合，進一步研究組合體時疊片過濾器水力學性能的試驗研究。

[1]劉廣榮，葉春松.兩種疊片式過濾器的工藝性能比較試驗[J].工業水處理，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

自治區科技計劃項目：新型微灌節水設備研發與產業化(201130103)資助

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

1007-7596(2016)09-0004-03

TV131

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