上下復合型砂石-濾網集成式過濾器研發

謝崇寶，張國華，魯少華，盧文娟，陳 娟，謝瑞環

(1.中國灌溉排水發展中心，北京 100054；2.北京中灌綠源國際咨詢有限公司，北京 100054；3.河海大學，南京 210098；4.揚州大學，揚州，225000；5.中灌潤茵(北京)節水灌溉設備有限責任公司，北京 101302)

1 研發目的

農田灌溉中為防止灌溉水中的雜質堵塞灌水器，在灌溉水進入灌溉系統之前需對其進行過濾除去雜質，因此需要在灌溉系統的進水管線上設置過濾系統[1-3]。

目前過濾系統中常用的過濾裝置[4-6]主要包括離心過濾器、疊片式過濾器、砂石過濾器和網式過濾器。實際的過濾系統中通常將這兩種過濾裝置結合起來使用。安裝時先分別安裝砂石過濾器和網式過濾器，再通過管道將二者連通。這兩種過濾器通常采用鋼材加工制造，同時使用兩個鋼質過濾器不僅重量大、成本高，而且安裝維護時易將接口接錯，影響正常使用。此外，鋼質過濾器容易生銹。因此，亟須研制一種成本低、體積小且易安裝維護的過濾裝置。

2 設計方案

2.1 結構設計

本文研發的上下復合型砂石-濾網集成式過濾器，包括上部殼體1、殼體連接部件2、下部殼體4，如圖1所示。

1-上部殼體；101-第一濾料區；102-進水口；2-殼體連接部件；3-螺栓；4-下部殼體；401-第二濾料區；402-出水口；5-濾料；501-第一濾料；502-第二濾料；6-濾網固定部件；601-上壓條；602-下壓條；7-濾網圖1 上下復合型砂石-濾網集成式過濾器結構示意圖、剖面圖及濾網示意圖

如圖1所示，上部殼體1為中空的殼體，上部殼體1的內部設置有第一濾料區101，第一濾料區101用于裝填濾料；上部殼體1上設置有進水口102，進水口102位于第一濾料區101上方，用于使初始灌溉水進入灌溉過濾器；下部殼體4為中空的殼體，下部殼體4的內部設置有第二濾料區401以及濾網固定部件6，第二濾料區401用于裝填濾料，濾網固定部件6用于固定濾網7；第二濾料區401位于所述濾網固定部件6上方；第二濾料區401與第一濾料區101連通；下部殼體4上設置有出水口402，出水口402位于濾網固定部件6下方，用于將過濾后的灌溉水從灌溉過濾器輸出；殼體連接部件2位于上部殼體1的外表面以及下部殼體4的外表面，用于將上部殼體1和下部殼體4連接在一起。

具體的，濾網固定部件6包括上壓條601以及下壓條602，濾網固定部件6到下部殼體4的底部的距離為下部殼體4的高度的1/3～1/2；殼體連接部件2為法蘭；第一濾料區101占上部殼體1的容積的1/2以上。

2.2 技術特點

上下復合型砂石-濾網集成式過濾器的優點：①將傳統的砂石過濾器和網式過濾器集成為一體，實現了兩種過濾器功能的優合；②采用一體化的設計，減小了傳統灌溉過濾器的體積以及重量，同時降低了成本，而且便于安裝。

3 工作原理

3.1 正向灌溉

上下復合型砂石-濾網集成式過濾器的工作原理為：將濾網7用濾網固定部件6固定，將濾料5裝填在第一濾料區101和第二濾料區401，利用殼體連接部件2將上部殼體1和下部殼體4固定。然后將進水口102與灌溉系統中灌溉水進水管線連通，將出水口402與灌溉系統灌溉水出水管線連通。初始灌溉水由進水口101進入所述灌溉過濾器，經過濾料過濾以及濾網過濾后所得灌溉水由出水口402輸出，對農田進行灌溉。在此，提供一種利用本灌溉過濾器的灌溉過濾系統，灌溉過濾系統用于設置在灌溉系統的進水管線上，見圖2，所述灌溉過濾系統包括：第一灌溉過濾器A，第一灌溉過濾器A為上下復合型砂石-濾網集成式過濾器，第一灌溉過濾器A內裝填有濾料并且安裝有濾網；第二灌溉過濾器B，第二灌溉過濾器B為上下復合型砂石-濾網集成式過濾器，第二灌溉過濾器B內裝填有濾料并且安裝有濾網。

8-第一灌溉水輸送管線；801-第一閥門；9-第二灌溉水輸送管線；901-第二閥門；10-第三灌溉水輸送管線；1001-第三閥門；11-第四灌溉水輸送管線；1101-第四閥門；12-第五灌溉水輸送管線；1201-第五閥門；1202-第六閥門；A-第一灌溉過濾器；A1-第一灌溉過濾器進水口；A2-第一灌溉過濾器出水口；B-第二灌溉過濾器；B1-第二灌溉過濾器進水口；B2-第二灌溉過濾器出水口；箭頭方向表示灌溉水的流動方向圖2 灌溉過濾系統結構示意圖及各種情況下灌溉水流向示意圖

第一灌溉水輸送管線8，用于輸送初始灌溉水；第一灌溉水輸送管線8與灌溉系統連接；第一灌溉水輸送管線8上設置有第一閥門801，用于控制第一灌溉水輸送管線8與灌溉系統的連通或者斷開。

第二灌溉水輸送管線9，第二灌溉水輸送管線9與第一灌溉水輸送管線8以及第一灌溉過濾器進水口A1連接；第二灌溉水輸送管線9上設置有第二閥門901，用于控制第一灌溉水輸送管線8與第一灌溉過濾器進水口A1的連通或者斷開。

第三灌溉水輸送管線10，第三灌溉水輸送管線10與第一灌溉水輸送管線8以及第二灌溉過濾器進水口B1連接；第三灌溉水輸送管線10上設置有第三閥門1001，用于控制第一灌溉水輸送管線8與第二灌溉過濾器進水口B1的連通或者斷開。

第四灌溉水輸送管線11，第四灌溉水輸送管線11的兩端與灌溉系統連接，第四灌溉水輸送管線11的中部與第一灌溉過濾器出水口A2以及第二灌溉過濾器出水口B2連接，用于輸送過濾后的灌溉水。第四灌溉水輸送管線11上設置有第四閥門1101，用于控制第四灌溉水輸送管線11與灌溉系統的連通或者斷開。

第五灌溉水輸送管線12，第五灌溉水輸送管線12與第一灌溉過濾器進水口A1以及第二灌溉過濾器進水口B1連接。第五灌溉水輸送管線12上設置有第五閥門1201以及第六閥門1202，第五閥門1201用于控制第五灌溉水輸送管線12與第一灌溉過濾器進水口A1的連通或者斷開，第六閥門1202用于控制第五灌溉水輸送管線12與第二灌溉過濾器進水口B1的連通或者斷開。

3.2 反向沖洗

本灌溉過濾系統既能夠進行正常的灌溉，還能夠對灌溉過濾器進行沖洗，要實現反沖洗，至少需要2臺過濾器。

(1)當對第一灌溉過濾器A進行沖洗時，關閉第一閥門801、第二閥門901、第四閥門1101以及第六閥門1202，打開第三閥門1001以及第五閥門1201，使第一灌溉水輸送管線8與第一灌溉過濾器進水口A1斷開，第一灌溉水輸送管線8與第二灌溉過濾器進水口B1連通。如圖2(c)中箭頭方向所示，初始灌溉水通過第一灌溉水輸送管線8由第二灌溉過濾器進水口B1進入第二灌溉過濾器B進行過濾，所得過濾后的灌溉水一部分由第一灌溉過濾器出水口A2進入第一灌溉過濾器A對其中的濾料及濾網進行沖洗，沖洗后的灌溉水由第五灌溉水輸送管線12輸出，另一部分過濾后的灌溉水進入第四灌溉水輸送管線11，進而進入灌溉系統對農田進行灌溉。

(2)當對第二灌溉過濾器B進行沖洗時，關閉第一閥門801、第三閥門1001、第四閥門1101以及第五閥門1201，打開第二閥門901以及第六閥門1202，使第一灌溉水輸送管線8與第二灌溉過濾器進水口B1斷開，第一灌溉水輸送管線8與第一灌溉過濾器進水口A1連通。如圖2(d)中箭頭方向所示，初始灌溉水通過第一灌溉水輸送管線8由第一灌溉過濾器進水口A1進入第一灌溉過濾器A進行過濾，所得過濾后的灌溉水一部分由第二灌溉過濾器出水口B2進入第二灌溉過濾器B對其中的濾料及濾網進行沖洗，沖洗后的灌溉水由第五灌溉水輸送管線12輸出，另一部分過濾后的灌溉水進入第四灌溉水輸送管線11，進而進入灌溉系統對農田進行灌溉。

通過上述方法就可以實現在不影響灌溉的前提下，利用一個灌溉過濾器過濾得到的灌溉水對其余灌溉過濾器進行沖洗。

當不需要對灌溉過濾器進行沖洗時，關閉第一閥門801、第五閥門1201以及第六閥門1202，打開第二閥門901、第三閥門1001以及第四閥門1101即可進行正常的灌溉。如圖2(a)中箭頭方向所示，初始灌溉水通過第一灌溉水輸送管線8由第一灌溉過濾器進水口A1以及第二灌溉過濾器進水口B1進入第一灌溉過濾器A及第二灌溉過濾器B進行過濾，所得過濾后的灌溉水進入第四灌溉水輸送管線11，進而進入灌溉系統對農田進行灌溉。而當初始灌溉水不需要過濾時，則打開第一閥門801，關閉第二閥門901、第三閥門1001、第四閥門1101、第五閥門1201以及第六閥門1202。如圖2(e)中箭頭方向所示，初始灌溉水不經過灌溉過濾器過濾，直接通過第一灌溉水輸送管線8進入灌溉系統進行灌溉。

由上述工作過程可知，本文提供的灌溉過濾系統能夠通過控制閥門的開關，在不需要停止灌溉的前提下，利用一個灌溉過濾器過濾得到的水對其余的灌溉過濾器進行沖洗，一方面使水資源得到了合理利用，另一方面簡化了對灌溉過濾器進行沖洗的操作。

4 技術規格及設備安裝

本設備為一體化的設計，安裝方便，一端連接進水管，另一端連接出水管即完成安裝。圖3為上下復合型砂石-濾網集成式過濾器實物圖，圖4采用本過濾設備的首部系統正常工作狀態，圖5為本過濾設備第一過濾設備反沖洗和第二過濾設備正常工作狀態，圖6為第二過濾設備反沖洗和第一過濾設備正常工作狀態。

圖3 上下復合型砂石-濾網集成式過濾器產品

圖4 上下復合型砂石-濾網集成式過濾器正常工作狀態

圖5 第一過濾設備反沖洗和第二過濾設備正常工作狀態

圖6 第二過濾設備反沖洗和第一過濾設備正常工作狀態首部過濾系統連接圖

經檢測，本產品符合國家標準GB/T 18690.2-2002《農業灌溉設備 過濾器 網式過濾器》的要求：公稱壓力

的1.5倍(即0.9 MPa)條件下保壓1 min，無泄漏、無損壞和永久變形；額定工作壓力(即0.6 MPa)保持5 min，過濾器出口的泄漏量不大于過濾器流量的0.05%；出水懸浮物濃度≤2 mg/L；壓差0.1～0.5 MPa時，流量20～50 m3/h。

5 結 語

上下復合型砂石-濾網集成式過濾器已獲國家授權專利，該設備將傳統的砂石過濾器和網式過濾器集成為一體，將兩種過濾器的功能集合在一起。采用一體化的設計，減小了所述灌溉過濾器的體積以及重量，同時降低了成本，而且便于安裝維護。

采用本設備的灌溉過濾系統中，通過控制閥門的開關，不僅能夠實現正常的灌溉，而且能夠在不需要停止灌溉的前提下，利用一個灌溉過濾器過濾得到的水對其余的灌溉過濾器進行沖洗，一方面使水資源得到了合理利用，另一方面簡化了對灌溉過濾器進行沖洗的操作。

[1] 水利部農村水利司，中國灌溉排水發展中心. 微灌工程技術[M]. 鄭州：黃河水利出版社，2012.

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