基本信息
- 项目名称：
- 节水灌溉用新型水力旋喷自动吸附过滤器
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 过滤器是节水灌溉系统正常运行的最主要保障。目前国内节水灌溉系统中自动清洗网式过滤器应用最普遍，但其在清洗方式上一般依靠外力驱动(电动机)，过滤器的制造和使用成本较大；在清洗动力上主要依靠水力冲洗，很难将卡在滤网上的杂质去除，清洗效果欠佳。为此本项目在过滤器清洗动力和清洗方式上进行创新，设计提出一种节水灌溉用新型水力旋喷自动吸附过滤器。 在清洗动力方面，设计提出了水力旋喷管，这样在自动清洗运行中，依靠水流旋喷产生的旋转力矩，水力旋喷管旋转带动清洗机构自动旋转，不需任何外力，大大降低能耗；在清洗方式方面，设计提出了自动吸附吸砂组件，在自动清洗运行中，吸砂组件依靠过滤器内部水压与外部大气之间所形成压差产生的强劲吸力，以及从滤网内表面进入自动吸附吸砂组件水流的高速流动，保证了积聚在滤网内表面泥砂的有效排除，确保了整个网面泥砂的清洗效果。 通过与传统组合式过滤器实际效果对比，该新型水力旋喷自动吸附过滤器具有自动化程度高、精度高、排污时间短、能耗低等突出优点。
- 详细介绍：
- 节水灌溉用新型水力旋喷自动吸附过滤器 一. 项目研究背景 在农业中推广应用节水灌溉是节约水资源提高水资源利用率的有效途径，在水资源紧缺的西部地区尤为重要。截止2008年底，新疆生产建设兵团节水灌溉总面积已达900多万亩，成为中国最大的农业高效节水示范区。然而节水灌溉要求水中不含有造成灌水器堵塞的污物和杂质，即使水质良好的井水，也会含有少量的砂粒和一些化学沉淀物。对于新疆地区来说，灌溉水源80%以上为地表水，这些地表水中含有大量的泥砂，很容易造成灌水器的严重堵塞，节水灌溉用过滤器是保证灌水器不被堵塞的最关键技术设备。 目前国内和新疆节水灌溉系统中网式过滤器应用最普遍。但网式过滤器易于被大量沉淀或污物堵塞，需要经常清洗。过滤器清洗的方法有人工清洗和自动清洗两种，人工清洗需要先关泵，取出滤网进行人工清洗或更换滤网，灌溉系统必须停水，效率较低；目前采用比较多的是自动清洗，自动清洗是将水中泥沙颗粒在一定条件下自动过滤清除，与人工清洗相比具有自动化程度高，不必进行人工清除等特点；当过滤器滤网内外泥沙积聚较多，压差达到预定值时，需要关闭部分出水口，打开排污口，依靠外力驱动（一般为电动机），进行自动清洗。 为此，我们提出对现有的网式过滤器进行改进，提出一种新型过滤器——节水灌溉用新型水力旋喷自动吸附过滤器。该种过滤器可以在不停水的情况下自动开启冲洗阀门，将污物冲出罐外。达到了以往组合过滤器的（离心+砂石+筛网过滤器）三级过滤效果，并克服了以往过滤器体积大，水头损失大，操作复杂的缺点。 二．项目内容介绍 1.工作参数： 工作流量:100、200、300、400立方米／每小时 最大压力0.6MPa 工作压力0.15－0.25MPa 排污压力0.35－0.4MPa 网面精度0.13－0.21mm(用户可选) 水泵扬程38m－45m 过滤方式：一级过滤网面精度1.2mm;二级过滤网面精度0.13－0.21mm(用户可选) 2. 节水灌溉用新型水力旋喷自动吸附过滤器工作原理 节水灌溉用新型水力旋喷自动吸附过滤器，底部采用粗网进行一级过滤，主要滤去较粗的泥沙颗粒和草屑等杂物；上部采用细网进行二级过滤，主要滤去直径大于0.13-0.21mm的泥沙颗粒，从而达到过滤的目的。 所开发的自动过滤器，其整个工作状态分过滤和自动清洗两个过程。过滤过程：过滤一些较大杂质（主要是漂浮物）或大于吸砂组件吸口开度的泥砂，这些比细滤网网孔大的泥砂颗粒被拦截下来并积聚在滤网的内表面，等待清洗；自动吸附清洗过程：当泥砂积聚在细滤网内表面时便会在滤网内外表面形成压差，压差达到预定值时，过滤器内部水压与外部大气之间形成的压差会使吸砂组件产生强劲吸力，同时水流从滤网外向内反向高速流动也会将泥砂冲下来进入吸砂组件，通过排砂管经水力旋喷管由排污口排出。 三. 项目研究的基本思路、方法以及实验过程 1.研究的基本思路： 采用调研、试验和理论分析相结合的方法，在广泛查阅现有国内外相关研究成果和资料的基础上，借鉴目前节水灌溉中过滤器的研究方法和成功经验，在过滤器清洗动力和清洗方式上寻求新的突破。首先，清洗动力不需要依靠外力，完全用水流自身动力，借助于水流旋喷产生的旋转力矩，使清洗机构自动旋转；另外，在清洗方式上利用过滤器内外形成的强大水流压差进行自动吸附，将积聚在滤网内泥沙完全清除。基于以上设计思路，我们设计出一种节水灌溉用新型水力旋喷自动吸附过滤器。 2. 研究方法： 本项目采用室内试验和理论分析相结合的方法进行。 3．项目试验过程 本项目在实验过程中，由指导教师负责整个项目基础理论知识和工程实践的指导工作；项目参与者负责整个项目的实施、试验设计和试验数据的分析工作，研究过滤器旋喷管旋转速度和吸砂组件吸附吸力等，给出过滤器的设计参数。 四、项目先进性及达到的效果 1、项目先进性 ●自动化程度高 ●精度高 ●清洗过程不停泵、不间断供水、排污时间短、能耗低 2、项目达到的效果 本项目设计的自动清洗过滤器，与传统组合式过滤器相对比，具有体积小、水头损失小、结构简单易操作、网面过流均匀，有效面积大以及抗压能力强，水流通畅自然等特点。 五、项目社会意义和现实意义 节水灌溉用自动清洗过滤器是目前国内外过滤器研究的热点，特别是在我国规模最大的新疆生产建设兵团大田节水灌溉技术中更加需要先进、自动化程度高的过滤器，本项目所研究的新型自动清洗过滤器，完全适合当前国内外过滤器发展的需要，在新疆的大田节水灌溉系统中更是具有广泛应用前景，通过对其水力性能研究，对结构进行了优化，在不影响过滤效果的情况下，节约了制造成本，降低了维修费用，可以单独和沉沙池配套使用于水沙处理，其应用前景十分广阔。此外，在工业冷却水、补充水和循环水系统等也能得到很好的应用。该产品的开发应用必将有力的推动我国节水灌溉配套水沙处理技术的发展，对提高我国节水配套产品的市场竞争力、为节水灌溉技术在我国的进一步推广应用具有重要实用价值。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.作品设计、发明目的 目前国内和新疆节水灌溉系统中网式过滤器应用最普遍，但网式过滤器易于被大量沉淀或污物堵塞，需要经常清洗。目前采用比较多的是自动清洗，与人工清洗相比具有自动化程度高，不必进行人工清除等特点；但自动清洗过滤器需外力驱动（一般为电动机），增加过滤器的制造和使用成本，虽然目前市场上也有一些自动清洗过滤器不需要外力驱动也能完成自动清洗，但清洗方式上如果仅靠水力冲洗，很难将卡在滤网上的杂质去除，清洗效果不佳。因此本作品拟设计一种可靠性好，既能经济运行，又能自动清洗，不需外力驱动的水力旋喷自动吸附过滤器。 2.基本思路 采用调研、试验和理论分析相结合的方法，在过滤器清洗动力和清洗方式上寻求新的突破，首先清洗动力完全用水流自身动力，借助于水流旋喷产生的旋转力矩，使清洗机构自动旋转；另外在清洗方式上利用过滤器内外形成的强大水流压差进行自动吸附，将积聚在滤网内泥沙完全清除，基于以上设计思路，我们设计出一种节水灌溉用新型水力旋喷自动吸附过滤器。 3.作品创新点 ●自动清洗动力创新设计——水力旋喷管 ●自动清洗方式创新设计——自动吸附吸砂组件 4.作品技术关键及主要技术指标 技术关键：水力旋喷自动吸附系统。 主要技术指标为： 旋喷管的旋喷动力，吸砂组件吸附吸力。
科学性、先进性
- 作品科学性、先进性 ●自动化程度高 该过滤器内部结构设计精巧，内部滤网系统分粗滤和精滤两个层次。在污物清除方式上，可以根据滤网压差自动控制，也可在电子设定方式下定时清洗，还可以设定清洗间隔时间、清洗过程的时间等，能完全满足现代农业灌溉自动化要求。 ●精度高 由于滤网可以根据需求更换规格，过滤精度可根据需求得到提高，甚至可过滤一些蛋白质、细菌类微生物以及滑石粉等细小物质。 ●清洗过程不停泵、不间断供水、排污时间短、能耗低 每次自动吸附清洗过程不需要停泵，并且出水口没有完全关闭，灌溉系统可以实现连续供水；自动清洗完全依靠水流自身运动完成，不需任何外力，大大降低能耗。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 模型 图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该过滤器使用分过滤和自动吸附清洗两个过程，在运行过程中只需按动相应的控制阀，便可实现整个过滤过程的操作，无需人工清洗，且同传统组合式过滤器相比，具有自动化程度高、清洗效果明显、排污时间段、耗能低等优点。 经济效益分析：通过与组合式过滤器在平台占地面积、系统运行用电量、同比流量（按180m3/h 水泵为准）、人力等方面比较，每台自动清洗过滤器每年可节约10000元以上，经济效益显著。 市场分析：本项目所研究的新型自动清洗过滤器，完全适合当前国内外过滤器发展的需要，在新疆的大田节水灌溉系统中更是具有广泛应用前景，通过对其水力性能研究，对结构进行了优化，在不影响过滤效果的情况下，节约了制造成本，降低了维修费用，可以单独和沉沙池配套使用于水沙处理，其应用前景十分广阔。此外，在工业冷却水、补充水和循环水系统等也能得到很好的应用。
同类课题研究水平概述
- 当前国内外对过滤器研究成果主要集中在自动清洗过滤器上。自动清洗过滤器是将液体中颗粒在一定条件下自动过滤清除的分离过滤装置，与传统过滤器相比具有自动化程度高，压力损失小，不必进行人工清除滤渣等特点。 目前国际国内市场上出现了很多种自动清洗过滤器，从清污方式上主要有吸污式、刷式、转臂式和刮盘式等。像以色列（Amiad、Arkal和Filtomat公司）、美国（Orival、Automatic filters、Schnoeder和RPA Process Technologies公司）等具有很多生产和研制自清洗过滤器的公司，它们研制生产了各种类型的自清洗过滤器。国外对自清洗过滤器的研究比较早，始于上世纪中后期。 国内对自清洗过滤器研究较晚，始于本世纪初，开始主要是引进国外自清洗过滤器产品，但由于应用环境和标准不同使得引进的产品工作性能不稳定，故障率较高，有时甚至无法使用，这也是目前国内许多地区仍然使用传统手动清洗过滤器的原因之一。主要研究成果集中在对传统过滤器的改进和对其它领域应用过滤器的改造上。例如杨万龙（2005）研制了一种微灌用叠片式自动反冲洗过滤器，李亚雄（2005）研制了一种自动清洗河(渠)水网式过滤器，翟国亮（2007）对微灌用砂石过滤器反冲洗参数进行了试验研究。虽然这些研究成果在一定程度上能够完成过滤污物杂质的自动清洗，但其清理机构或传动机构需外力驱动（一般为电动机），增加了过滤器的制造和使用成本。即使一些自清洗过滤器不需要外力驱动也能完成自动清洗,但清洗方式上却仅靠水力冲洗，很难将卡在滤网上的杂质去除。笔者曾对节水灌溉用各种网式过滤器进行过调查，发现使用过的滤网，即使经常进行自动清洗，也都会不同程度地被污物杂质卡住，有的甚至会有一半以上网孔被堵塞而清洗不下来，即便用人工钢刷清洗也非常困难，可见自动清洗过滤器研究所要解决的不仅是如何自动完成污物杂质的清洗，更重要的是采用何种清洗方式才能提高清洗效果。 从以上过滤器国内外研究现状分析可以看出，节水灌溉用自动清洗过滤器是目前国内外过滤器研究发展的趋势，但很多关键技术和设备需要深入研究，特别是在清洗动力和清洗方式上急需新的研究成果，因此设计一种可靠性好，既能经济运行，又能自动清洗的过滤器是非常迫切的。
