工業(yè)立式自清洗濾水器與臥式自清洗濾水器使用對比。工業(yè)自清洗濾水器水頭損失決定著工業(yè)自清洗濾水器在過濾過程中的工作效果。
【目的】探究立式和臥式2種工業(yè)自清洗濾水器水頭損失的變化規(guī)律。
【方法】通過室內(nèi)原型試驗，重點開展了工業(yè)自清洗濾水器水頭損失與進水流量，含沙量與過濾時間關系的試驗探究。
【結果】2種工業(yè)自清洗濾水器水頭損失變化規(guī)律一致，進口流量對工業(yè)自清洗濾水器水頭損失的影響遠大于含沙量的影響，隨進口流量的增加，水頭損失增加；同時，根據(jù)連續(xù)性方程及局部水頭損失公式建立了進水流量與水頭損失之間的數(shù)學表達模型；將試驗結果進行擬合驗證，發(fā)現(xiàn)2種工業(yè)自清洗濾水器計算結果與試驗結果誤差均小于5%，且公式擬合度均可達96%以上。
【結論】公式可指導工業(yè)自清洗濾水器水頭損失的理論計算，確保工業(yè)自清洗濾水器優(yōu)工況運行。
水資源是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展中不可替代的基本要素，但目前水資源的缺乏，制約著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，如何做到節(jié)約水資源、高效利用水資源成為促進我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要因素。微灌是節(jié)水灌溉的重要技術手段，為我國新疆北部地區(qū)為代表的西北地區(qū)的發(fā)展提供強有力的技術前提。
工業(yè)自清洗濾水器作為微灌系統(tǒng)的核心組成部分，主要起到去除渾水水源的泥沙顆粒和其他懸浮雜質的作用。針對立式工業(yè)自清洗濾水器展開了大量的試驗研究，結合水頭損失試驗數(shù)據(jù)，得出了水頭損失隨時間的變化曲線和變化規(guī)律。主要針對臥式工業(yè)自清洗濾水器的排污過程進行研究，主要確定了其排污時間的范圍。
主要確定了Y型立式篩網(wǎng)工業(yè)自清洗濾水器水頭損失與流量以及堵塞程度之間的變化規(guī)律。對比分析了立式網(wǎng)式工業(yè)自清洗濾水器與疊片式工業(yè)自清洗濾水器的水頭損失性能，重點解釋了2種工業(yè)自清洗濾水器的優(yōu)缺點和使用的工況環(huán)境。重點以式工業(yè)自清洗濾水器為研究，分析定流量和定含沙量條件下的水頭損失的變化規(guī)律，同時對工業(yè)自清洗濾水器內(nèi)部流場進行模擬，對試驗進行基本驗證。
國外主要利用量綱分析和試驗探究的方式對不同流量和不同含沙量下各種形式的網(wǎng)式工業(yè)自清洗濾水器進行研究，主要確定各種形式工業(yè)自清洗濾水器水頭損失的經(jīng)驗公式。
目前工業(yè)自清洗濾水器主要有立式和臥式2種，其中，針對立式網(wǎng)式工業(yè)自清洗濾水器水頭損失的研究已經(jīng)比較完整，而針對臥式網(wǎng)式工業(yè)自清洗濾水器的水頭損失研究相對較少，同時工業(yè)自清洗濾水器的研究并沒有形成統(tǒng)一的應用公式，在應用中比較局限。主要對立式和臥式2種工業(yè)自清洗濾水器進行試驗探究和理論分析，分析各工作流量和含沙量條件下的水頭損失值的變化規(guī)律，并給出工業(yè)自清洗濾水器水頭損失的表達式，以指導2種工業(yè)自清洗濾水器在實際工程的應用。
1工業(yè)自清洗濾水器結構及工作原理
1.1工業(yè)自清洗濾水器結構
工業(yè)自清洗濾水器主要由工業(yè)自清洗濾水器外殼、過濾濾芯、排污裝置、自動控制裝置組成，其中立式與臥式工業(yè)自清洗濾水器在結構上的主要差異為含沙水在工業(yè)自清洗濾水器中的流動方式，立式工業(yè)自清洗濾水器灌溉水由下至上流動，臥式工業(yè)自清洗濾水器灌溉水由前至后流動，其結構圖如圖1。2種工業(yè)自清洗濾水器設計參數(shù)如表1所示。
①排污口；②水力旋噴管；③進水口；④粗濾網(wǎng)；⑤工業(yè)自清洗濾水器外殼；⑥細濾網(wǎng)；⑦出水口。
（a）立式工業(yè)自清洗濾水器結構圖。
①粗濾網(wǎng)；②工業(yè)自清洗濾水器外殼；③細濾網(wǎng)；④排污口；⑤進水口；⑥排沙管；⑦吸沙組件；⑧電子閥門；⑨反沖洗裝置。
（b）臥式工業(yè)自清洗濾水器結構圖
圖1工業(yè)自清洗濾水器結構圖
1.2工作原理
工業(yè)自清洗濾水器處于正常過濾工作過程時，保持進水閥和出水閥為打開狀態(tài)，排污閥為關閉狀態(tài)。灌溉用含沙渾水先經(jīng)過沉沙池沉淀后由工業(yè)自清洗濾水器進水口進入，其中較大的泥沙顆粒及懸浮雜質經(jīng)粗濾網(wǎng)攔截，經(jīng)粗濾網(wǎng)1次過濾后的含沙水再經(jīng)細濾網(wǎng)由內(nèi)向外進行2次過濾，大于濾網(wǎng)口徑的泥沙顆粒及懸浮雜質由于細濾網(wǎng)攔截在濾網(wǎng)內(nèi)表面形成堆積，小于濾網(wǎng)口徑的泥沙顆粒隨灌溉水由出水管進入指定灌溉系統(tǒng)。由于泥沙及懸浮雜質的堆積，造成濾網(wǎng)內(nèi)外壓差值增大，當壓差值增大到預先設定的排污壓差時即進入自清洗排污過程。
2試驗裝置及方法
2.1試驗裝置
試驗裝置由5m×4m×2m的蓄水池，直徑為1m，高為1.8m的沉沙攪拌池及過濾系統(tǒng)組成，本次試驗采用目前新疆微灌常用的2種規(guī)格的工業(yè)自清洗濾水器，其試驗裝置圖如圖2所示。試驗配套設備匯總如表2所示。
①出水管；②排污管；③攪拌池；④變頻柜；⑤工業(yè)自清洗濾水器；⑥水泵；⑦進水管；⑧流量計；⑨蓄水池
（a）立式工業(yè)自清洗濾水器試驗裝置圖
①變頻柜；②出水管；③排污管；④壓力計；⑤工業(yè)自清洗濾水器；⑥蓄水池；⑦攪拌池；⑧水泵；⑨進水管；⑩流量計
（b）臥式工業(yè)自清洗濾水器試驗裝置圖
圖2工業(yè)自清洗濾水器試驗裝置圖
表2試驗配套設備參數(shù)匯總
設備名稱 型號 規(guī)格 數(shù)量 備注
三相異步電動機 Y90L-04 額定功率1.5kW 1 置于攪拌池
變頻調(diào)節(jié)柜 DZB300B0015L4A 1
電子壓力計 JDC600 精度為0.001MPa 4 分別位于進水口，出水口，排污口及濾網(wǎng)內(nèi)部
壓力傳感器 AS-131 4 分別位于進水口，出水口，排污口及濾網(wǎng)內(nèi)部
蝶閥 3 分別位于進水口，出水口及排污口
工業(yè)自清洗濾水器結果與分析
工業(yè)自清洗濾水器處于正常過濾狀態(tài)時，工業(yè)自清洗濾水器的水頭損失呈先平緩后急劇增加的變化趨勢。圖4和圖5分別為立式和臥式工業(yè)自清洗濾水器不同流量下水頭損失值隨時間的變化曲線。由圖4可知，立式工業(yè)自清洗濾水器共測得4組流量下水頭損失值隨時間的變化曲線，在同一流量下，水頭損失峰值隨含沙量變化不明顯，同一流量不同含沙量的水頭損失峰值相差不大于0.5m，認為進水流量是水頭損失的主要影響因素，在含沙量相同條件下，水頭損失峰值與進口流量呈正相關關系；由圖5可知，臥式工業(yè)自清洗濾水器共測得6組流量下水頭損失值隨時間的變化曲線，與立式工業(yè)自清洗濾水器水頭損失的變化規(guī)律一致，水頭損失峰值相差不大于0.6m，水頭損失峰值與進口流量的變化規(guī)律亦呈正相關關系。對比圖4和圖5發(fā)現(xiàn)，2種形式的工業(yè)自清洗濾水器水頭損失隨時間變化的趨勢略有不同，但針對含沙量和流量2個主要的研究要素的變化規(guī)律一致。同時試驗發(fā)現(xiàn)，隨著過濾時間的增加，工業(yè)自清洗濾水器水頭損失先處于平穩(wěn)變化狀態(tài)，后出現(xiàn)拐點并逐漸增大，且水頭損失變化拐點基本發(fā)生在整個過濾周期的中間時刻。立式與臥式工業(yè)自清洗濾水器主要采用壓差控制和時間控制來確定自清洗啟動的工況，通過確定各流量下大水頭損失值，可為壓差控制啟動自清洗提供依據(jù)，避免由于使用時間控制啟動自清洗造成的過早清洗和過晚清洗造成的非優(yōu)工況運行的缺點，從而保證工業(yè)自清洗濾水器始終以優(yōu)工況運行。
立式和臥式工業(yè)自清洗濾水器的主要區(qū)別在于其水流在工業(yè)自清洗濾水器內(nèi)部的流動方向，通過試驗和理論分析確定網(wǎng)式工業(yè)自清洗濾水器的水頭損失計算公式，并確定水頭損失系數(shù)值，在研究同設計規(guī)格的立式工業(yè)自清洗濾水器時提及的水頭損失值接近，且誤差范圍不超過10%，對在研究同設計規(guī)格的臥式工業(yè)自清洗濾水器時提及的水頭損失值亦接近，且水頭損失值誤差范圍不超過8%，即說明式（1）有很高的準確性，該公式可作為目前設計規(guī)格的工業(yè)自清洗濾水器的水頭損失的參考計算公式之一。
結論
1）2種工業(yè)自清洗濾水器的進水流量對水頭損失的影響遠大于含沙量和過濾時間對水頭損失的影響，水頭損失與進水流量的二次方呈正相關關系。同時試驗設置進水流量滿足2種工業(yè)自清洗濾水器在實際工程中的工況值，可為實際工程提供數(shù)據(jù)支撐。
2）整理修正水頭損失計算公式，并確定統(tǒng)一的工業(yè)自清洗濾水器水頭損失系數(shù)，試驗結果對公式擬合度均可達96%以上，且計算結果與試驗結果相對誤差均小于5%，公式可作為同類設計規(guī)格的工業(yè)自清洗濾水器水頭損失的計算公式。
