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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 節(jié)水灌溉用新型水力旋噴自動(dòng)吸附過濾器
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 過濾器是節(jié)水灌溉系統(tǒng)正常運(yùn)行的最主要保障。目前國內(nèi)節(jié)水灌溉系統(tǒng)中自動(dòng)清洗網(wǎng)式過濾器應(yīng)用最普遍，但其在清洗方式上一般依靠外力驅(qū)動(dòng)(電動(dòng)機(jī))，過濾器的制造和使用成本較大；在清洗動(dòng)力上主要依靠水力沖洗，很難將卡在濾網(wǎng)上的雜質(zhì)去除，清洗效果欠佳。為此本項(xiàng)目在過濾器清洗動(dòng)力和清洗方式上進(jìn)行創(chuàng)新，設(shè)計(jì)提出一種節(jié)水灌溉用新型水力旋噴自動(dòng)吸附過濾器。 在清洗動(dòng)力方面，設(shè)計(jì)提出了水力旋噴管，這樣在自動(dòng)清洗運(yùn)行中，依靠水流旋噴產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩，水力旋噴管旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)清洗機(jī)構(gòu)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，不需任何外力，大大降低能耗；在清洗方式方面，設(shè)計(jì)提出了自動(dòng)吸附吸砂組件，在自動(dòng)清洗運(yùn)行中，吸砂組件依靠過濾器內(nèi)部水壓與外部大氣之間所形成壓差產(chǎn)生的強(qiáng)勁吸力，以及從濾網(wǎng)內(nèi)表面進(jìn)入自動(dòng)吸附吸砂組件水流的高速流動(dòng)，保證了積聚在濾網(wǎng)內(nèi)表面泥砂的有效排除，確保了整個(gè)網(wǎng)面泥砂的清洗效果。 通過與傳統(tǒng)組合式過濾器實(shí)際效果對比，該新型水力旋噴自動(dòng)吸附過濾器具有自動(dòng)化程度高、精度高、排污時(shí)間短、能耗低等突出優(yōu)點(diǎn)。
- 詳細(xì)介紹：
- 節(jié)水灌溉用新型水力旋噴自動(dòng)吸附過濾器 一. 項(xiàng)目研究背景 在農(nóng)業(yè)中推廣應(yīng)用節(jié)水灌溉是節(jié)約水資源提高水資源利用率的有效途徑，在水資源緊缺的西部地區(qū)尤為重要。截止2008年底，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)節(jié)水灌溉總面積已達(dá)900多萬畝，成為中國最大的農(nóng)業(yè)高效節(jié)水示范區(qū)。然而節(jié)水灌溉要求水中不含有造成灌水器堵塞的污物和雜質(zhì)，即使水質(zhì)良好的井水，也會(huì)含有少量的砂粒和一些化學(xué)沉淀物。對于新疆地區(qū)來說，灌溉水源80%以上為地表水，這些地表水中含有大量的泥砂，很容易造成灌水器的嚴(yán)重堵塞，節(jié)水灌溉用過濾器是保證灌水器不被堵塞的最關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備。 目前國內(nèi)和新疆節(jié)水灌溉系統(tǒng)中網(wǎng)式過濾器應(yīng)用最普遍。但網(wǎng)式過濾器易于被大量沉淀或污物堵塞，需要經(jīng)常清洗。過濾器清洗的方法有人工清洗和自動(dòng)清洗兩種，人工清洗需要先關(guān)泵，取出濾網(wǎng)進(jìn)行人工清洗或更換濾網(wǎng)，灌溉系統(tǒng)必須停水，效率較低；目前采用比較多的是自動(dòng)清洗，自動(dòng)清洗是將水中泥沙顆粒在一定條件下自動(dòng)過濾清除，與人工清洗相比具有自動(dòng)化程度高，不必進(jìn)行人工清除等特點(diǎn)；當(dāng)過濾器濾網(wǎng)內(nèi)外泥沙積聚較多，壓差達(dá)到預(yù)定值時(shí)，需要關(guān)閉部分出水口，打開排污口，依靠外力驅(qū)動(dòng)（一般為電動(dòng)機(jī)），進(jìn)行自動(dòng)清洗。 為此，我們提出對現(xiàn)有的網(wǎng)式過濾器進(jìn)行改進(jìn)，提出一種新型過濾器——節(jié)水灌溉用新型水力旋噴自動(dòng)吸附過濾器。該種過濾器可以在不停水的情況下自動(dòng)開啟沖洗閥門，將污物沖出罐外。達(dá)到了以往組合過濾器的（離心+砂石+篩網(wǎng)過濾器）三級過濾效果，并克服了以往過濾器體積大，水頭損失大，操作復(fù)雜的缺點(diǎn)。 二．項(xiàng)目內(nèi)容介紹 1.工作參數(shù)： 工作流量:100、200、300、400立方米／每小時(shí) 最大壓力0.6MPa 工作壓力0.15－0.25MPa 排污壓力0.35－0.4MPa 網(wǎng)面精度0.13－0.21mm(用戶可選) 水泵揚(yáng)程38m－45m 過濾方式：一級過濾網(wǎng)面精度1.2mm;二級過濾網(wǎng)面精度0.13－0.21mm(用戶可選) 2. 節(jié)水灌溉用新型水力旋噴自動(dòng)吸附過濾器工作原理 節(jié)水灌溉用新型水力旋噴自動(dòng)吸附過濾器，底部采用粗網(wǎng)進(jìn)行一級過濾，主要濾去較粗的泥沙顆粒和草屑等雜物；上部采用細(xì)網(wǎng)進(jìn)行二級過濾，主要濾去直徑大于0.13-0.21mm的泥沙顆粒，從而達(dá)到過濾的目的。 所開發(fā)的自動(dòng)過濾器，其整個(gè)工作狀態(tài)分過濾和自動(dòng)清洗兩個(gè)過程。過濾過程：過濾一些較大雜質(zhì)（主要是漂浮物）或大于吸砂組件吸口開度的泥砂，這些比細(xì)濾網(wǎng)網(wǎng)孔大的泥砂顆粒被攔截下來并積聚在濾網(wǎng)的內(nèi)表面，等待清洗；自動(dòng)吸附清洗過程：當(dāng)泥砂積聚在細(xì)濾網(wǎng)內(nèi)表面時(shí)便會(huì)在濾網(wǎng)內(nèi)外表面形成壓差，壓差達(dá)到預(yù)定值時(shí)，過濾器內(nèi)部水壓與外部大氣之間形成的壓差會(huì)使吸砂組件產(chǎn)生強(qiáng)勁吸力，同時(shí)水流從濾網(wǎng)外向內(nèi)反向高速流動(dòng)也會(huì)將泥砂沖下來進(jìn)入吸砂組件，通過排砂管經(jīng)水力旋噴管由排污口排出。 三. 項(xiàng)目研究的基本思路、方法以及實(shí)驗(yàn)過程 1.研究的基本思路： 采用調(diào)研、試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法，在廣泛查閱現(xiàn)有國內(nèi)外相關(guān)研究成果和資料的基礎(chǔ)上，借鑒目前節(jié)水灌溉中過濾器的研究方法和成功經(jīng)驗(yàn)，在過濾器清洗動(dòng)力和清洗方式上尋求新的突破。首先，清洗動(dòng)力不需要依靠外力，完全用水流自身動(dòng)力，借助于水流旋噴產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩，使清洗機(jī)構(gòu)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)；另外，在清洗方式上利用過濾器內(nèi)外形成的強(qiáng)大水流壓差進(jìn)行自動(dòng)吸附，將積聚在濾網(wǎng)內(nèi)泥沙完全清除。基于以上設(shè)計(jì)思路，我們設(shè)計(jì)出一種節(jié)水灌溉用新型水力旋噴自動(dòng)吸附過濾器。 2. 研究方法： 本項(xiàng)目采用室內(nèi)試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法進(jìn)行。 3．項(xiàng)目試驗(yàn)過程 本項(xiàng)目在實(shí)驗(yàn)過程中，由指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)整個(gè)項(xiàng)目基礎(chǔ)理論知識(shí)和工程實(shí)踐的指導(dǎo)工作；項(xiàng)目參與者負(fù)責(zé)整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施、試驗(yàn)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析工作，研究過濾器旋噴管旋轉(zhuǎn)速度和吸砂組件吸附吸力等，給出過濾器的設(shè)計(jì)參數(shù)。 四、項(xiàng)目先進(jìn)性及達(dá)到的效果 1、項(xiàng)目先進(jìn)性 ●自動(dòng)化程度高 ●精度高 ●清洗過程不停泵、不間斷供水、排污時(shí)間短、能耗低 2、項(xiàng)目達(dá)到的效果 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的自動(dòng)清洗過濾器，與傳統(tǒng)組合式過濾器相對比，具有體積小、水頭損失小、結(jié)構(gòu)簡單易操作、網(wǎng)面過流均勻，有效面積大以及抗壓能力強(qiáng)，水流通暢自然等特點(diǎn)。 五、項(xiàng)目社會(huì)意義和現(xiàn)實(shí)意義 節(jié)水灌溉用自動(dòng)清洗過濾器是目前國內(nèi)外過濾器研究的熱點(diǎn)，特別是在我國規(guī)模最大的新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)大田節(jié)水灌溉技術(shù)中更加需要先進(jìn)、自動(dòng)化程度高的過濾器，本項(xiàng)目所研究的新型自動(dòng)清洗過濾器，完全適合當(dāng)前國內(nèi)外過濾器發(fā)展的需要，在新疆的大田節(jié)水灌溉系統(tǒng)中更是具有廣泛應(yīng)用前景，通過對其水力性能研究，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，在不影響過濾效果的情況下，節(jié)約了制造成本，降低了維修費(fèi)用，可以單獨(dú)和沉沙池配套使用于水沙處理，其應(yīng)用前景十分廣闊。此外，在工業(yè)冷卻水、補(bǔ)充水和循環(huán)水系統(tǒng)等也能得到很好的應(yīng)用。該產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用必將有力的推動(dòng)我國節(jié)水灌溉配套水沙處理技術(shù)的發(fā)展，對提高我國節(jié)水配套產(chǎn)品的市場競爭力、為節(jié)水灌溉技術(shù)在我國的進(jìn)一步推廣應(yīng)用具有重要實(shí)用價(jià)值。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.作品設(shè)計(jì)、發(fā)明目的 目前國內(nèi)和新疆節(jié)水灌溉系統(tǒng)中網(wǎng)式過濾器應(yīng)用最普遍，但網(wǎng)式過濾器易于被大量沉淀或污物堵塞，需要經(jīng)常清洗。目前采用比較多的是自動(dòng)清洗，與人工清洗相比具有自動(dòng)化程度高，不必進(jìn)行人工清除等特點(diǎn)；但自動(dòng)清洗過濾器需外力驅(qū)動(dòng)（一般為電動(dòng)機(jī)），增加過濾器的制造和使用成本，雖然目前市場上也有一些自動(dòng)清洗過濾器不需要外力驅(qū)動(dòng)也能完成自動(dòng)清洗，但清洗方式上如果僅靠水力沖洗，很難將卡在濾網(wǎng)上的雜質(zhì)去除，清洗效果不佳。因此本作品擬設(shè)計(jì)一種可靠性好，既能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，又能自動(dòng)清洗，不需外力驅(qū)動(dòng)的水力旋噴自動(dòng)吸附過濾器。 2.基本思路 采用調(diào)研、試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法，在過濾器清洗動(dòng)力和清洗方式上尋求新的突破，首先清洗動(dòng)力完全用水流自身動(dòng)力，借助于水流旋噴產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩，使清洗機(jī)構(gòu)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)；另外在清洗方式上利用過濾器內(nèi)外形成的強(qiáng)大水流壓差進(jìn)行自動(dòng)吸附，將積聚在濾網(wǎng)內(nèi)泥沙完全清除，基于以上設(shè)計(jì)思路，我們設(shè)計(jì)出一種節(jié)水灌溉用新型水力旋噴自動(dòng)吸附過濾器。 3.作品創(chuàng)新點(diǎn) ●自動(dòng)清洗動(dòng)力創(chuàng)新設(shè)計(jì)——水力旋噴管 ●自動(dòng)清洗方式創(chuàng)新設(shè)計(jì)——自動(dòng)吸附吸砂組件 4.作品技術(shù)關(guān)鍵及主要技術(shù)指標(biāo) 技術(shù)關(guān)鍵：水力旋噴自動(dòng)吸附系統(tǒng)。 主要技術(shù)指標(biāo)為： 旋噴管的旋噴動(dòng)力，吸砂組件吸附吸力。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品科學(xué)性、先進(jìn)性 ●自動(dòng)化程度高 該過濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精巧，內(nèi)部濾網(wǎng)系統(tǒng)分粗濾和精濾兩個(gè)層次。在污物清除方式上，可以根據(jù)濾網(wǎng)壓差自動(dòng)控制，也可在電子設(shè)定方式下定時(shí)清洗，還可以設(shè)定清洗間隔時(shí)間、清洗過程的時(shí)間等，能完全滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)灌溉自動(dòng)化要求。 ●精度高 由于濾網(wǎng)可以根據(jù)需求更換規(guī)格，過濾精度可根據(jù)需求得到提高，甚至可過濾一些蛋白質(zhì)、細(xì)菌類微生物以及滑石粉等細(xì)小物質(zhì)。 ●清洗過程不停泵、不間斷供水、排污時(shí)間短、能耗低 每次自動(dòng)吸附清洗過程不需要停泵，并且出水口沒有完全關(guān)閉，灌溉系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)供水；自動(dòng)清洗完全依靠水流自身運(yùn)動(dòng)完成，不需任何外力，大大降低能耗。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 模型 圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 該過濾器使用分過濾和自動(dòng)吸附清洗兩個(gè)過程，在運(yùn)行過程中只需按動(dòng)相應(yīng)的控制閥，便可實(shí)現(xiàn)整個(gè)過濾過程的操作，無需人工清洗，且同傳統(tǒng)組合式過濾器相比，具有自動(dòng)化程度高、清洗效果明顯、排污時(shí)間段、耗能低等優(yōu)點(diǎn)。 經(jīng)濟(jì)效益分析：通過與組合式過濾器在平臺(tái)占地面積、系統(tǒng)運(yùn)行用電量、同比流量（按180m3/h 水泵為準(zhǔn)）、人力等方面比較，每臺(tái)自動(dòng)清洗過濾器每年可節(jié)約10000元以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。 市場分析：本項(xiàng)目所研究的新型自動(dòng)清洗過濾器，完全適合當(dāng)前國內(nèi)外過濾器發(fā)展的需要，在新疆的大田節(jié)水灌溉系統(tǒng)中更是具有廣泛應(yīng)用前景，通過對其水力性能研究，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，在不影響過濾效果的情況下，節(jié)約了制造成本，降低了維修費(fèi)用，可以單獨(dú)和沉沙池配套使用于水沙處理，其應(yīng)用前景十分廣闊。此外，在工業(yè)冷卻水、補(bǔ)充水和循環(huán)水系統(tǒng)等也能得到很好的應(yīng)用。
同類課題研究水平概述
- 當(dāng)前國內(nèi)外對過濾器研究成果主要集中在自動(dòng)清洗過濾器上。自動(dòng)清洗過濾器是將液體中顆粒在一定條件下自動(dòng)過濾清除的分離過濾裝置，與傳統(tǒng)過濾器相比具有自動(dòng)化程度高，壓力損失小，不必進(jìn)行人工清除濾渣等特點(diǎn)。 目前國際國內(nèi)市場上出現(xiàn)了很多種自動(dòng)清洗過濾器，從清污方式上主要有吸污式、刷式、轉(zhuǎn)臂式和刮盤式等。像以色列（Amiad、Arkal和Filtomat公司）、美國（Orival、Automatic filters、Schnoeder和RPA Process Technologies公司）等具有很多生產(chǎn)和研制自清洗過濾器的公司，它們研制生產(chǎn)了各種類型的自清洗過濾器。國外對自清洗過濾器的研究比較早，始于上世紀(jì)中后期。 國內(nèi)對自清洗過濾器研究較晚，始于本世紀(jì)初，開始主要是引進(jìn)國外自清洗過濾器產(chǎn)品，但由于應(yīng)用環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)不同使得引進(jìn)的產(chǎn)品工作性能不穩(wěn)定，故障率較高，有時(shí)甚至無法使用，這也是目前國內(nèi)許多地區(qū)仍然使用傳統(tǒng)手動(dòng)清洗過濾器的原因之一。主要研究成果集中在對傳統(tǒng)過濾器的改進(jìn)和對其它領(lǐng)域應(yīng)用過濾器的改造上。例如楊萬龍（2005）研制了一種微灌用疊片式自動(dòng)反沖洗過濾器，李亞雄（2005）研制了一種自動(dòng)清洗河(渠)水網(wǎng)式過濾器，翟國亮（2007）對微灌用砂石過濾器反沖洗參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。雖然這些研究成果在一定程度上能夠完成過濾污物雜質(zhì)的自動(dòng)清洗，但其清理機(jī)構(gòu)或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)需外力驅(qū)動(dòng)（一般為電動(dòng)機(jī)），增加了過濾器的制造和使用成本。即使一些自清洗過濾器不需要外力驅(qū)動(dòng)也能完成自動(dòng)清洗,但清洗方式上卻僅靠水力沖洗，很難將卡在濾網(wǎng)上的雜質(zhì)去除。筆者曾對節(jié)水灌溉用各種網(wǎng)式過濾器進(jìn)行過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)使用過的濾網(wǎng)，即使經(jīng)常進(jìn)行自動(dòng)清洗，也都會(huì)不同程度地被污物雜質(zhì)卡住，有的甚至?xí)幸话胍陨暇W(wǎng)孔被堵塞而清洗不下來，即便用人工鋼刷清洗也非常困難，可見自動(dòng)清洗過濾器研究所要解決的不僅是如何自動(dòng)完成污物雜質(zhì)的清洗，更重要的是采用何種清洗方式才能提高清洗效果。 從以上過濾器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析可以看出，節(jié)水灌溉用自動(dòng)清洗過濾器是目前國內(nèi)外過濾器研究發(fā)展的趨勢，但很多關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備需要深入研究，特別是在清洗動(dòng)力和清洗方式上急需新的研究成果，因此設(shè)計(jì)一種可靠性好，既能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，又能自動(dòng)清洗的過濾器是非常迫切的。
