CN107510973B - 一种过滤器叠片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种过滤器叠片，所述叠片为环形，所述叠片上下两侧面均匀分布多条形状相同的通道，且每条通道由所述叠片的外边缘贯穿至内边缘，每一条所述通道包括多个具有弯折段的区间。本发明提供的过滤器叠片通过改变流道的形状结构，增加了流道的长度，使流道结构变得更为复杂，扩充了流道中的泥沙沉降区域，为大量泥沙提供了沉降的可能，并在叠片上下两侧面的中部分别设置了一个环形的缓冲槽，降低了整个过滤过程中水头的损失，给水流提供了重分布的可能，给泥沙的沉降提供了良好的条件，使得过滤效率得以有效提升。

Description

一种过滤器叠片

技术领域

本发明涉及水过滤技术领域，更具体地，涉及一种过滤器叠片。

背景技术

目前，我国的水资源短缺现象已经达到了不容忽视的程度，这一问题对于农业灌溉产生了巨大的影响，尤其在含沙量较大的水源区，灌溉形势极为紧迫。比如，黄河流域中像河套灌区这样的大型作物区的水质较差，水源含沙量大，由于常年使用大水漫灌的灌溉形式，造成了水资源的浪费，使得水资源紧缺，且造成了一系列的水土流失现象。

经过长期的研究发展，微灌已经成为现在普及的灌溉方式。微灌是利用滴灌、微喷灌等技术，通过小型的出水装置对作物进行灌溉，这种方式使水源的利用率达到了95％之高。微灌具有节水、节肥、保持土壤结构等优点，但是这种灌溉方式对水质的要求较为严格，如果不能有效的去除灌溉水中的各类杂质，会造成各级设备的堵塞，甚至造成整个微灌系统的瘫痪和报废。以河套灌区为例，该水源条件下，泥沙的过滤效率是微灌系统是否能实现长时间稳定灌溉的关键。

过滤器的性能测试研究结果表明，现有的灌溉系统中几种过滤器对于泥沙的过滤都存在局限性，去除泥沙的程度是有限的，对于大粒径的泥沙较易去除，而粒径中等及偏小的悬浮性泥沙得不到有效的去除。现如今，叠片式过滤器的应用较为广泛，基本已经代替了网式过滤器，不少科研学者试图从多方面来解决过滤器的过滤效率问题，虽然对于内部叠片流道流动特性的研究还没有大范围的展开，但也取得了一些叠片优化的成果。

现有技术公开了一种过滤器专用叠片形状的设计，该设计通过将传统的圆盘式叠片改造为花瓣式叠片，有效的增加了叠片的外缘边长，同时还设置了大量散布在本体表面的不规则凸起，这些相邻凸起间的空隙构成的过滤通道增加了流道的数量及种类，在一定程度上增加了泥沙沉降的区域，但是对于过滤的效率和精度并没有明显改善。

现有技术还公开了一种新型的错流式过滤器叠片，其叠片呈圆台式环形，叠片内外侧壁上均匀设置有方向相反且相互交错的斜形凹槽，该发明提高了叠片式过滤器的过滤精度，但是在过滤的效率上并未提出建树。

可以得知，现有技术虽然针对叠片式过滤器的叠片结构做出了一定程度的优化设计，但是过滤的效率并没有明显的提升。

发明内容

本发明为解决现有技术中无法通过优化过滤器叠片结构，使得叠片式过滤器的过滤效率得以有效提升的缺陷，提供一种过滤器叠片。

本发明提供一种过滤器叠片，所述叠片为环形，所述叠片上下两侧面均匀分布多条形状相同的通道，且每条通道由所述叠片的外边缘贯穿至内边缘，每一条所述通道包括多个具有弯折段的区间。

优选地，每个所述区间包含两个中心对称的子区间；其中，每个子区间具有至少一个弯折段，每个所述区间的形状与每条所述通道的形状自相似。

优选地，所述通道的纵截面为等腰三角形，且所述通道的纵截面根据纵截面的底边边长沿过滤方向线性减小。

优选地，每条所述通道的中段设置凹槽，且相邻两个通道的凹槽相互连通，以使得所有凹槽连通为与所述叠片同心的环形。

优选地，所述凹槽将通道分为与所述叠片外边缘连通的外侧通道和与所述叠片内边缘连通的内侧通道；其中，所述凹槽的底部与所述外侧通道的底部齐平，所述内侧通道的底部高于所述凹槽的底部，且所述凹槽的底部与所述凹槽靠近内侧通道的侧壁垂直。

优选地，所述凹槽的宽度的取值范围为0.35-0.4mm。

优选地，每条所述通道的弯折段与平直段光滑连接。

优选地，每条所述通道长度的取值范围为10-20mm。

优选地，对于任一所述通道，该通道和所述叠片外边缘的交点与该通道和所述叠片内边缘的交点连接形成初始走向线，所述初始走向线与所述叠片外边缘切线的夹角的取值范围为66.5-68.5°。

优选地，所述叠片内径与外径的比值范围为0.78：1～0.83：1。

本发明提供的一种过滤器叠片，通过改变流道的形状结构，增加了流道的长度，使流道结构变得更为复杂，扩充了流道中的泥沙沉降区域，增加了水头损失，为大量泥沙提供了沉降的可能，使得过滤效率得以有效提升。

附图说明

图1为本发明一个实施例的一种过滤器叠片结构示意图；

图2为本发明一个实施例的通道结构示意图；

图3为通道的横截面结构示意图；

图4为图3中A处凹槽局部放大示意图；

图5为生成元的形状结构示意图；

图6为通过图6得到的二阶曲线形状结构示意图。

附图中，各标号代表的部件名称如下：

1、通道，2、外侧通道，3、内侧通道，4、凹槽，5、初始走向线，6、缓冲槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1，提供了本发明一个实施例的一种过滤器叠片，所述叠片为环形，所述叠片上下两侧面均匀分布多条形状相同的通道1，且每条通道1由所述叠片的外边缘贯穿至内边缘，每一条所述通道1包括多个具有弯折段的区间。

具体地，本发明实施例提供的一种过滤器叠片，一般应用在叠片式过滤器中，叠片呈环形，多个同等样式的叠片两两之间相互叠加，通过外力压紧在一起。对于每对相邻的叠片，由于叠片两侧都均匀分布着多条形状相同的通道1，每对叠片接触面的通道1相互叠加，交叉形成了多条交错的流道，液体从叠片的一侧进入这些流道进行过滤，泥沙颗粒被阻隔滞留在流道中，经过过滤的液体从叠片另一侧流出。当每条通道1都包含多个具有弯折段的区间时，相较常规的直线型流道，本发明实施例提供的通道1更长，且通道1相交形成的流道具有更加复杂的结构。其中，更长的通道1使得泥沙沉降区域的面积增大，为大量泥沙提供了沉降的可能，更加复杂的流道结构使得湍动增多，水头损失明显，更利于泥沙的沉降，使得过滤效率得以提高。

基于上述实施例，需要说明的是，湍动指的是流体处于湍流状态，此时流道中的第一个流体质点都在做不规则的、杂乱无章的运动，这样的流动模式造成了能量的损失，流体的流速相应降低，更利于泥沙的沉降。此外，上述提到的水头是指单位质量的液体所具有的机械能，由于湍动的增多，使得水头损失增加，水流流速因此降低。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，每个所述区间包含两个中心对称的子区间；其中，每个子区间具有至少一个弯折段，每个所述区间的形状与每条所述通道1的形状自相似。

具体地，对于本发明实施例提供的一种过滤器叠片，每条通道1上的每个区间都包含着两个中心对称的子区间，每个子区间具有至少一个弯折段，使得通道1结构更为复杂，且由于每个所述区间的形状与每条所述通道1的形状自相似，则对于每条通道1，都包含两个中心对称的自相似区间，每个自相似区间具有多个弯折段，整体形成一个明显的弯折段。因此，液体经由所述自相似区间叠加构成的流道时，需要经过大幅的转弯，并经由大量弯折段，使得湍动增多，液体能量损耗增多，液体流速相应降低，更利于泥沙沉积。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，所述通道1的纵截面为等腰三角形，且所述通道1的纵截面根据纵截面的底边边长沿过滤方向线性减小。

具体地，对于本发明实施例提供的一种过滤器叠片，每条通道1的纵截面都是等腰三角形，三角形的顶角位于通道1的底部，两腰代表通道1的侧壁。流体在三角形截面的通道1中进行运动时，流体在三角形中心的地方速度最大，在靠近壁面以及三角形顶角的地方速度较小，这些速度较小的地方被称为低速三角区。在增加流道长度的同时，低速三角区的长度范围也得以相应加长，这些低速区的面积也相应增大了，更有利于液体流速降低，为更多泥沙提供了沉积的可能。

此外，每条通道1的纵截面根据纵截面的底边边长沿过滤方向线性减小，沿过滤方向可逐渐过滤不同粒径的沙粒，以免因为整个通道1纵截面相同，使得通道1能过滤的沙粒的粒径也相同，容易造成过滤通道1的拥堵，使得过滤效果不佳。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，参见图2，提供了本发明一个实施例的通道结构，每条所述通道1的中段设置凹槽4，且相邻两个通道1的凹槽4相互连通，以使得所有凹槽连通为与所述叠片同心的环形。

具体地，对于本发明实施例提供的一种过滤器叠片，在每条通道1的中段设置凹槽4，将通道1分为两级，从过滤入口到凹槽4属于一级过滤区域，凹槽4到过滤出口属于二级过滤区域；相邻两个通道1的凹槽4相互连通，使得所有凹槽4分别在叠片的上下侧面连通形成两个与叠片同心的环形缓冲槽6。一级过滤区域主要阻隔大粒径泥沙，由于缓冲槽6是连通的环形槽状结构，因此缓冲槽6处的湍动减少，水头损耗降低，给泥沙提供了沉降的可能。缓冲槽6主要为中等粒径的泥沙提供沉降区域，二级过滤区域主要过滤粒径较小的泥沙颗粒。

基于上述实施例，需要说明的是，由于缓冲槽6是连通的环形槽状结构，在过滤的过程中，当流道被泥沙颗粒堵住时，液体可以变向流动，调整液体流动方向避开已堵塞的区域，为流道内液体的重分布带来可能，使得过滤效率能够得以提升。

此外，虽然由于通道1的长度增加，通道1的结构复杂化，使得含沙水流在过滤过程中因此导致水头大量损失，而缓冲槽6的设计可以降低水头的损失，最终使得整个过滤过程中的水头损失适当减少，能在保证过滤效果的同时降低不必要的水头损失。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，所述凹槽4将通道1分为与所述叠片外边缘连通的外侧通道2和与所述叠片内边缘连通的内侧通道3；

其中，所述凹槽4的底部与所述外侧通道2的底部齐平，所述内侧通道3的底部高于所述凹槽4的底部，且所述凹槽4的底部与所述凹槽4靠近内侧通道3的侧壁垂直。

具体地，参见图3，提供了通道的横截面结构示意图，对于本发明实施例提供的一种过滤器叠片，每条通道1都被凹槽4均分为与所述叠片外边缘连通的外侧通道2和与所述叠片内边缘连通的内侧通道3。图4为图3中A处凹槽局部放大示意图，如图4所示，外侧通道2的底部与凹槽4的底部齐平，两者之间平滑过度，有利于含沙流水的流动，降低水头损失。内侧通道3的底部略高于凹槽4的底部，且内侧通道3的底部与凹槽4的底部平行，使得凹槽4的底部与该凹槽4靠近内侧通道3的侧壁垂直，这种台阶状的设计更利于阻拦泥沙，且为泥沙提供了更多的沉降区域，使得在凹槽4与内侧通道3相接的地方形成了一个沉沙区，更利于泥沙的沉降，提高了过滤效率。

此外，由于外侧通道2的底部与凹槽4的底部齐平，在进行反冲洗时，水流的流向与过滤时相反，水流经由凹槽4流向外侧通道2时，凹槽4与外侧通道2相接处的底边呈一条直线，避免了冲洗死角，更利于反冲洗的进行。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，所述凹槽4的宽度的取值范围为0.35-0.4mm。

具体地，在每段通道1中部都设有凹槽4，凹槽4的宽度取值范围为0.35-0.4mm，由于所有凹槽4连通形成了叠片同心的环形缓冲槽6，即是缓冲槽6的环宽取值范围为0.35-0.4mm。凹槽4宽度在这个取值范围内，更适宜泥沙的沉降，同时不会对整条通道1的铺设产生过多的浪费，对于通道1结构的复杂程度也没有产生决定性的影响，能够在对通道1施行较小改动的情况下，使得过滤效率得以有效提升。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，每条所述通道1的弯折段与平直段光滑连接。

具体地，通道1上的弯折段与平直段光滑连接，形成一条流畅顺滑的曲线通道1，不仅方便本发明实施例提供的这种过滤器叠片的加工，且使得反冲洗的冲洗效率得到了有效提升。通道1上的弯折段与平直段光滑连接，形成光滑的圆弧形结构，这种圆角结构实用且利于反冲洗的进行，而尖角结构容易存积不易于清洗的杂质，构成反冲洗死角，使得反冲洗效率较低。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，每条所述通道1长度的取值范围为10-20mm。

具体地，本发明实施例提供的一种过滤器叠片，叠片上每条通道1长度的取值范围在10-20mm间，若通道1长度过短，过滤过程中泥沙的沉积区域相应减少，容易导致过滤不够充分；而通道1长度过长，会导致过滤及反冲洗进行困难，降低过滤及反冲洗的效率。通道1长度的取值范围设置在10-20mm间，可以在保证过滤充分进行的同时使过滤与反冲洗的进行更加方便。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，对于任一所述通道1，该通道1和所述叠片外边缘的交点与该通道1和所述叠片内边缘的交点连接形成初始走向线5，所述初始走向线5与所述叠片外边缘切线的夹角的取值范围为66.5-68.5°。

具体地，本发明实施例提供的一种过滤器叠片，叠片上每条通道1都由叠片的外边缘贯穿至内边缘，其中通道1和叠片外边缘的交点与该通道1和叠片内边缘的交点连接形成初始走向线5，该通道1和叠片外边缘的交点处叠片外边缘切线与初始走向线5的形成一个夹角，该夹角取值范围过大或过小都会导致反冲洗进行困难，而当该夹角角度的取值范围为66.5-68.5°时，过滤和反冲洗都能达到较好的效果。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，所述叠片内径与外径的比值范围为0.78：1～0.83：1。

具体地，本发明实施例提供的这种过滤器叠片呈环形，环心到内圆的距离为叠片内径，环心到外圆的距离为叠片内径。叠片内径与外径的比值范围设定在0.78：1～0.83：1间，在单个叠片不至于过大或过小的同时，可使通道1的长度与通道1倾斜的角度能取得适宜的数值，使得过滤充分进行的同时保证滤与反冲洗过程的顺利进行。

基于上述实施例，作为本发明提供的一种优选的实施例，本发明实施例提供一种过滤器叠片，叠片内径与外径长度的比值为0.79：1，叠片的两侧都具有均匀分布着多条形状相同的通道1，这些通道1由叠片的外边缘贯穿至内边缘，通道1长度为15mm。通道1和叠片外边缘的交点与该通道1和叠片内边缘的交点连接形成初始走向线5，该通道1和叠片外边缘的交点处叠片外边缘切线与初始走向线5的形成一个67°的夹角。

通道1的形状结构基于分形几何的理念设计，将现有技术的直线型通道作为初始元，再设计一个生成元，所述生成元包含两个中心对称的子区间，所述子区间呈方形，具有四个弯折段，如图5所示。用生成元代替现有技术中直线形的通道1，得到分形的一阶曲线，再用生成元代替一阶曲线上的所有直线，产生分形的二阶曲线。参见图6，提供了通过图5得到的二阶曲线形状结构示意图，本实施例取该分形的二阶曲线作为通道1形状的设计概念，并对其进行光滑圆弧化的处理，使得通道1的弯折段与平直段光滑连接，方便反冲洗的进行。

由于分形曲线具有自相似性，因此通道1的结构与生成元的结构相似，都包含两个具有多个弯折段的中心对称的子区间，这两个子区间明显改变了通道1的走向，且具有较多的弯折段，使得湍动骤增，造成了相对较大的水头损失，构成两个明显的消能区。在这两个消能区内，水流速度明显降低，更利于泥沙的沉降，提高过滤的效率。

通道1的纵截面为等腰三角形，且通道1的纵截面根据纵截面的底边边长沿过滤方向线性减小，使得含沙水流可以依次过滤掉不同粒径的沙粒，优化过滤效果。为保证过滤的精度，通道1的过滤入口处纵截面的等腰三角形底角角度为58°，通道1的过滤出口处纵截面的等腰三角形底角角度为60°，且本发明实施例过滤入口与出口处的纵截面内切圆半径与现有技术中通道1过滤入口与出口处的纵截面内切圆半径一致。在本实施例中，过滤入口为通道1与叠片外边缘相交的地方，过滤出口为通道1与叠片内边缘相交的地方，在实际设计中并不局限于此。

本发明实施例在叠片上所有通道1的中段有设有凹槽4，将每条通道1分为与叠片外边缘连通的外侧通道2和与叠片内边缘连通的内侧通道3，相邻两个通道1的凹槽4相互连通，在叠片的上下侧面分别形成两个与叠片同心的环形缓冲槽6。

缓冲槽6宽度为0.4mm，缓冲槽6的深度与外侧通道2深度相平，比内侧通道3深0.05mm，形成台阶型结构阻拦泥沙。外侧通道2与内侧通道3上分别分布有一个消能区，含沙水流在经由外侧通道2进入缓冲区时，由于先流经了外侧通道2的消能区，后又进入了环形分布的缓冲带，水流速度明显降低，湍动也下降明显，为泥沙的沉降提供了良好的条件。此外，当含沙水流从缓冲区进入内侧通道3时，由于缓冲区较内侧通道3的底部要低，提供了一个物理型的阻隔边界，更利于泥沙的沉降。此外，由于缓冲槽6为连通的环形结构，因此，在含沙水流从缓冲槽6进入内侧通道3时，若前方被泥沙堵塞，可以在缓冲槽6中改变水流的方向，使水流可以在过滤过程中进行重分布，避免由于流道堵塞使得过滤效率降低。

对于本实施例而言，在通过相同体积水量以及相同含沙量的前提下，本发明实施例提供的过滤器叠片的泥沙沉降率近似为传统叠片流道的两倍。

需要说明的是，过滤过程是在多片通过外力紧压在一起的叠片中进行，叠片的上表面通道1的相邻叠片下表面的通道1叠加构成多条流道，含沙水流通过流道进行逐步过滤。由于泥沙会始终会沉积在下方，因此缓冲槽6与内侧通道3相接处的台阶型设计可以只设计在叠片的一面上，只需保证该面始终与其它叠片的下表面相接，构成流道的底部。当然，在叠片两面都设计这样的台阶型结构，可使得叠片的使用更加灵活，叠片可以任意叠加，更加方便实用。

本发明提供的一种过滤器叠片，通过改变流道的形状结构，增加了流道的长度，使流道结构变得更为复杂，扩充了流道中的泥沙沉降区域，为大量泥沙提供了沉降的可能，使得过滤效率得以有效提升。同时在流道间设计了一个缓冲槽，对过滤实行分级处理，提供了良好的泥沙沉降区，并使得过滤过程中的水头损失降低，同时给水流的重分布带来了可能。本发明不仅提高了过滤效率，还降低了过滤过程中水头的损耗，同时使反冲洗的进行更加顺利。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种过滤器叠片，所述叠片为环形，所述叠片上下两侧面均匀分布多条形状相同的通道，且每条通道由所述叠片的外边缘贯穿至内边缘，其特征在于，每一条所述通道包括多个具有弯折段的区间；每条所述通道的中段设置凹槽，且相邻两个通道的凹槽相互连通，以使得所有凹槽连通为与所述叠片同心的环形；所述凹槽将通道分为与所述叠片外边缘连通的外侧通道和与所述叠片内边缘连通的内侧通道；其中，所述凹槽的底部与所述外侧通道的底部齐平，所述内侧通道的底部高于所述凹槽的底部，且所述凹槽的底部与所述凹槽靠近内侧通道的侧壁垂直。

2.根据权利要求1所述的过滤器叠片，其特征在于，每个所述区间包含两个中心对称的子区间；

其中，每个子区间具有至少一个弯折段，每个所述区间的形状与每条所述通道的形状自相似。

3.根据权利要求1所述的过滤器叠片，其特征在于，所述通道的纵截面为等腰三角形，且所述通道的纵截面根据纵截面的底边边长沿过滤方向线性减小。

4.根据权利要求1所述的过滤器叠片，其特征在于，所述凹槽的宽度的取值范围为0.35-0.4mm。

5.根据权利要求1到4任一项所述的过滤器叠片，其特征在于，每条所述通道的弯折段与平直段光滑连接。

6.根据权利要求5所述的过滤器叠片，其特征在于，每条所述通道长度的取值范围为10-20mm。

7.根据权利要求5所述的过滤器叠片，其特征在于，对于任一所述通道，该通道和所述叠片外边缘的交点与该通道和所述叠片内边缘的交点连接形成初始走向线，所述初始走向线与所述叠片外边缘切线的夹角的取值范围为66.5-68.5°。

8.根据权利要求5所述的过滤器叠片，其特征在于，所述叠片内径与外径的比值范围为0.78：1～0.83：1。