CN109085005A - 一种农业用过滤器性能综合测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于农业机械性能测试技术领域的一种农业用过滤器性能综合测试平台。该测试平台包括平台加水、加沙及冲洗系统，泥沙搅拌系统，过滤器性能测试系统以及排水系统；该测试平台是一种多功能、高精度、易拆卸的一体式过滤器性能综合测试装置，能够同时实现水池注水、加沙、搅拌、冲洗管道以及快速排水功能。完成对过滤器的过流能力、清洁压降性能指标的检测，同时可以针对包括不同浓度含沙水、再生水、微咸水等不同水质的测试，测试过滤器浊度及固体颗粒浓度的去除率，对过滤器的过滤能力进行测试。
Description
技术领域
本发明属于农业机械性能测试技术领域，特别涉及一种农业用过滤器性能综合测试平台。
背景技术：
随着农业争水形势日益严峻，农业灌溉已由传统的大水漫灌逐渐向肥水一体化的节水性灌溉转变。现代科学的节水灌溉技术不仅能缓解由于地下水超采引发的一系列环境问题，更重要的是能按照植物生育期耗水定时、定量提供水分和养分，提高了作物单产和果实品质，具有良好的社会效益和经济效益。微灌系统对水质要求较高，例如滴灌灌水器的流道或孔口尺寸仅为1mm左右，极易发生堵塞。过滤器作为保证微灌系统正常、安全、长久运行的核心设备，其工作性能将直接影响整个系统的性能。近年来，许多学者相继对不同种过滤器开展水力性能试验研究，旨在探究不同过滤器对不同水质以及不同工况的适应性，提高过滤系统对堵塞物质的处理能力。
目前，国内外对于过滤器性能测试平台普遍存在测试精度低、功能单一、操作复杂等问题。例如进行泥沙过滤性能测试试验时，部分研究采用人力搅拌保证含沙水浓度的稳定，这种方法费时费力，已逐渐被替代。而多数研究选择在水池安装搅拌泵用于对含沙水的搅拌，搅拌泵的使用在一定程度上解决了池水泥沙含量不均匀的问题。但搅拌泵型号的选择会严重受到水池蓄水量的限制，在大容量水池中若安装低功率搅拌泵则搅拌效果不理想，若安装大功率搅拌泵搅拌效果好但电能消耗量大，不符合我国节约能源的可持续发展战略。其次，目前大多数过滤器性能测试平台功能较为单一，仅能完成基础的部分性能测试，而从测试前对水池的注水、加沙、搅拌，到测试结束后对管道的冲洗、排水未能得到一体实现，这就无形中加大了试验操作难度。因此如何在保证试验测试精度的前提下，快速、便捷的对过滤器性能进行综合测试，以及开发相应的综合测试平台成为目前急需研究的课题。
发明内容
本发明的目的是提出一种农业用过滤器性能综合测试平台，其特征在于，该测试平台包括平台加水、加沙及冲洗系统，泥沙搅拌系统，过滤器性能测试系统以及排水系统；
所述测试平台整体结构是连接外部水源的入水口通过17#阀门与加沙罐19 的进口端连接，加沙罐19的出口端连接14#阀门，14#阀门通过三通管分别连接 15#阀门和16#阀门，16#阀门与电磁流量计13、12#阀门、活接10、待测过滤器 11、活接10、取样口7、6#阀门和4#阀门串联连接成直通管路；在待测过滤器 11的管路上各连接压差传感器8和精密压力表9；在6#阀门和4#阀门中间连接一支管，该支管通过5#阀门与3#阀门和1#阀门串联；在3#阀门和1#阀门中间又连接2#阀门；所述1#阀门、2#阀门、4#阀门和15#阀门的出水口均直接对着蓄水池18；加沙口20设置在加沙罐19顶面。
所述平台加水、加沙及冲洗系统由入水口、加沙罐19、4#阀门、5#阀门、14# 阀门、15#阀门、16#阀门组成；其中入水口接外部水源，用于将外部水流引入蓄水池或用外部水流冲洗平台；加沙罐用于测试过滤器泥沙过滤性能试验时配置含沙水源；当冲洗管道时入水口配合4#阀门、5#阀门、14#阀门、15#阀门、16#阀门进行。
所述泥沙搅拌系统：由蓄水池18、池底泥沙搅拌管网21、水面出水泄流管网及1#阀门、2#阀门组成。水池空间形状是一个水平截面为正方形的长方体，池底泥沙搅拌管网21安装潜水泵22，池底泥沙搅拌管网干管23连接1#阀门；水面泄流管网干管26连接2#阀门；在测试平台正常运行下，由1#阀门、2#阀门配合进行泥沙搅拌，使含沙水自下向上射流；水面泄流管网连接系统回水出流管道该回水出流管道是与15#阀门左侧相连的管道，在注水时通过加沙罐的含沙水流以及系统运行时回流的含沙水流均匀流出；具体是通过加沙罐的含沙水流能够通过打开14#阀门、15#阀门、17#阀门，关闭16#阀门，将沙水注入水池内；系统运行时，14#阀门需要保持关闭，15#阀门、16#阀门需要保持开启状态，回流的含沙水通过与15#阀门左侧的回流管道流回水池；当系统运行时，分水管富余的流量使池底泥沙搅拌管网充分运行，系统回流的含沙水通过水面泄流管网均匀分散，池底部分孔口水流压力垂直朝上，水面部分水流垂直向下，上下两部分共同形成一个循环系统，同时借助2#阀门处的分流管道出水压力，可达到充分搅拌泥沙的效果。
所述过滤器性能测试系统：由潜水泵、取样口、压差传感器、压力表、过滤器、流量调节阀、闸阀以及电磁流量计组成；其中，潜水泵与4#阀门左侧管道连接，潜水泵置于池底，将水池中的水抽取到过滤器中；测试平台运行时需关闭5# 阀门、14#阀门，打开2#阀门、3#阀门、4#阀门、6#阀门、12#阀门、15#阀门、 16#阀门；取样口7实时采集过滤前后水样；压差传感器8能够连续自动采集数据并通过精密压力表9实时对数据进行校核；过滤器11接口采用活接10相连，能够快速、便捷的拆卸更换测试的过滤器11；流量调节阀对流量进行调节，使其达到测试所需流量；电磁流量计13实时监测系统过流量，安装于测试系统尾部。
所述排水系统：由潜水泵、池底拌沙管网、2#阀门、3#阀门、4#阀门、5#阀门、6#阀门、17#阀门组成。排水时需启动潜水泵，关闭2#阀门、6#阀门、17# 阀门，打开3#阀门、5#阀门。
所述分流管处安装1#阀门、2#阀门为流量调节阀，调节两根回水管的流量大小，满足不同工况需求；并起逆止作用，能够防止水泵停止运行时产生倒吸现象。
所述水泵富余流量通过1#阀门、2#阀门处的管道分流，2#阀门、3#阀门为流量调节阀门。1#阀门处分流管延伸至蓄水池池底部分，并装有泥沙搅拌管网，泥沙搅拌管网干管管径为φ32mm，材料为PVC，在干管上对称布置6根支管，支管管径均为φ32mm，材料为PE，其中，PE管上等间距布置9个孔，孔口向上朝向水面，PE管尾端使用堵头封闭。水面泄流管网连接系统回水出流管，其干管、支管全部采用φ32mmPVC管道连接，在每根支管上等间距安装3个给水正三通，即共有9个出水泄流口。
所述池底泥沙搅拌管网21依据多孔出流原理，当管进口至首孔的距离等于管距时，根据《滴灌工程技术规范(SL103-95)》中对多孔管的沿程水头计算公式：
其中，F——多孔系数；
hf——无旁孔分流管沿程水头损失，m；
F——摩阻系数；
m——流量指数；
q——单孔设计流量，L/h；
S——孔距，m；
N——多孔管总孔数；
d——管内径，mm；
b——管径指数。
可计算出多孔管的沿程水头损失，局部水头损失按沿程水头损失的10％计算。布置多孔PE管时，孔口数和孔距可根据潜水泵的富余流量及扬程计算，需满足池底泥沙搅拌管网最远端孔口(管网中水头损失最大点)压力p大于水池中水的静水压力p0，即保证所有孔口均能克服静水压力且有水涌出。同时，为保证管道水流能全部由水面泄流管网流出且满足压力需求，需根据实际测试流量计算水面泄流管网的出水泄流口数，即泄流量应大于系统所需最大流量。
本发明的有益效果是该测试平台是一种多功能、高精度、易拆卸的一体式过滤器性能综合测试装置，能够同时实现水池注水、加沙、搅拌、冲洗管道以及快速排水功能。具有如下特点：
1、根据多孔出流原理，在水泵分流管道处布置池底泥沙搅拌管网，利用水泵分流管道的富余流量，使富余水流通过孔口自池底向上射流，从而实现对泥沙的搅拌；同时，根据沿程均匀泄流原理，在系统回水管道处布置水面出水泄流管网，使通过加沙筒注入水池的含沙水以及回流水池的含沙水均匀、分散流出，保证了含沙水浓度的稳定。
2、完成对过滤器的过流能力、清洁压降性能指标的检测，同时可以针对不同水质(包括不同浓度含沙水、再生水、微咸水等)，测试过滤器浊度及固体颗粒浓度的去除率，对过滤器的过滤能力进行测试。
3，过滤器与管道采用活接相连，易拆卸，可快速更换不同的过滤器以及不同尺寸的过滤器。
附图说明
图1为测试平台整体概念图。
图2为测试平台整体结构示意图。
图3为水池及池底泥沙搅拌管网整体示意图。
图4水面出水泄流管网结构示意图。
具体实施方式
本发明的目的是提出一种农业用过滤器性能综合测试平台，下面结合附图对本发明予以说明。
图1所示为测试平台整体概念图。该测试平台包括平台加水、加沙及冲洗系统，泥沙搅拌系统，过滤器性能测试系统以及排水系统。
图2所示为测试平台整体结构示意图。图中所示测试平台的整体结构是连接外部水源的入水口通过17#阀门与加沙罐19的进口端连接，加沙罐19的出口端连接14#阀门，14#阀门通过三通管分别连接15#阀门和16#阀门，16#阀门与电磁流量计13、12#阀门、活接10、待测过滤器11、活接10、取样口7、6#阀门和 4#阀门串联连接成直通管路；在待测过滤器11的管路上各连接压差传感器8和精密压力表9；在6#阀门和4#阀门中间连接一支管，该支管通过5#阀门与3#阀门和1#阀门串联；在3#阀门和1#阀门中间又连接2#阀门；所述1#阀门、2#阀门、4#阀门和15#阀门的出水口均直接对着蓄水池18；加沙口20设置在加沙罐19顶面。其中，所述平台加水、加沙及冲洗系统由入水口、加沙罐19、4#阀门、5#阀门、14#阀门、15#阀门、16#阀门组成；其中入水口接外部水源，用于将外部水流引入蓄水池或用外部水流冲洗平台；加沙罐用于测试过滤器泥沙过滤性能试验时配置含沙水源；当冲洗管道时入水口配合4#阀门、5#阀门、14#阀门、 15#阀门、16#阀门进行。
图3所示为水池及池底泥沙搅拌管网整体示意图。图中所示的泥沙搅拌系统由蓄水池18、池底泥沙搅拌管网21、水面出水泄流管网(如图4所示)及1#阀门、2#阀门组成。水池空间形状是一个水平截面为正方形的长方体，池底泥沙搅拌管网21安装潜水泵22，池底泥沙搅拌管网干管23连接1#阀门；水面泄流管网干管26连接2#阀门；在测试平台正常运行下，由1#阀门、2#阀门配合进行泥沙搅拌，使含沙水自下向上射流；水面泄流管网连接系统回水出流管道该回水出流管道是与15#阀门左侧相连的管道，(如图4所示)，在注水时通过加沙罐的含沙水流以及系统运行时回流的含沙水流均匀流出；具体是通过加沙罐的含沙水流能够通过打开14#阀门、15#阀门、17#阀门，关闭16#阀门，将沙水注入水池内；系统运行时，14#阀门需要保持关闭，15#阀门、16#阀门需要保持开启状态，回流的含沙水通过与15#阀门左侧的回流管道流回水池；当系统运行时，分水管富余的流量使池底泥沙搅拌管网充分运行，系统回流的含沙水通过水面泄流管网均匀分散，池底部分孔口水流压力垂直朝上，水面部分水流垂直向下，上下两部分共同形成一个循环系统，同时借助2#阀门处的分流管道出水压力，可达到充分搅拌泥沙的效果。
所述过滤器性能测试系统：由潜水泵、取样口、压差传感器、压力表、过滤器、流量调节阀、闸阀以及电磁流量计组成；其中，潜水泵与4#阀门左侧管道连接，潜水泵置于池底，将水池中的水抽取到过滤器中。测试平台运行时需关闭5# 阀门、14#阀门，打开2#阀门、3#阀门、4#阀门、6#阀门、12#阀门、15#阀门、 16#阀门；取样口7实时采集过滤前后水样；压差传感器8能够连续自动采集数据并通过压力表9实时对数据进行校核；过滤器11接口采用活接10相连，能够快速、便捷的拆卸更换测试的过滤器11；流量调节阀对流量进行调节，使其达到测试所需流量；电磁流量计13实时监测系统过流量，安装于测试系统尾部。
所述排水系统：由潜水泵、池底拌沙管网、2#阀门、3#阀门、4#阀门、5#阀门、6#阀门、17#阀门组成。排水时需启动潜水泵，关闭2#阀门、6#阀门、17# 阀门，打开3#阀门、5#阀门。
所述分流管处安装1#阀门、2#阀门为流量调节阀，调节两根回水管的流量大小，满足不同工况需求；并起逆止作用，能够防止水泵停止运行时产生倒吸现象。
所述水泵富余流量通过1#阀门、2#阀门处的管道分流，2#阀门、3#阀门为流量调节阀门。1#阀门处分流管延伸至蓄水池池底部分，并装有泥沙搅拌管网，泥沙搅拌管网干管管径为φ32mm，材料为PVC，在干管上对称布置6根支管，支管管径均为φ32mm，材料为PE，其中，PE管上等间距布置9个孔，孔口向上朝向水面，PE管尾端使用堵头封闭。水面泄流管网连接系统回水出流管；该回水出流管道指的是与15#阀门左侧相连的管道(如图4所示)，其水面泄流管网干管26、水面泄流管网支管27全部采用φ32mmPVC管道连接，在每根支管上等间距安装3 个给水正三通，即共有9个出水泄流口。
所述池底泥沙搅拌管网21依据多孔出流原理，当管进口至首孔的距离等于管距时，根据《滴灌工程技术规范(SL103-95)》中对多孔管的沿程水头计算公式：
其中，F——多孔系数；
hf——无旁孔分流管沿程水头损失，m；
F——摩阻系数；
m——流量指数；
q——单孔设计流量，L/h；
S——孔距，m；
N——多孔管总孔数；
d——管内径，mm；
b——管径指数。
可计算出多孔管的沿程水头损失，局部水头损失按沿程水头损失的10％计算。布置多孔PE管时，孔口25的数量和孔距可根据潜水泵22的富余流量及扬程计算，需满足池底泥沙搅拌管网21最远端孔口25(管网中水头损失最大点)压力 p大于水池中水的静水压力p0，即保证所有孔口均能克服静水压力且有水涌出。同时，为保证管道水流能全部由水面泄流管网流出且满足压力需求，需根据实际测试流量计算水面泄流管网的出水泄流口数，即泄流量应大于系统所需最大流量。
本发明过滤器性能综合测试平台的操作过程为：
第一，水池注水及加沙：若进行清水测试时，测试前向水池直接注入清水，该过程通过开启14#阀门、15#阀门、17#阀门，关闭16#阀门；若进行含沙水测试时，将提前按所需浓度称重配置好的泥沙通过加沙口20加入加沙罐19，先关闭14#阀门，打开17#阀门，待泥沙在水流作用下混合均匀后再打开14#阀门，使在水流作用下混合均匀的含沙水通过水面泄流管网干管26和水面泄流管网支管 27均匀流出。水池注水、加沙结束后，关闭14#阀门并开启16#阀门。
第二，性能测试：进行过滤器性能测试前，保持#5阀门、14#阀门关闭，保持1#阀门、2#阀门、3#阀门、4#阀门、6#阀门、12#阀门、15#阀门、16#阀门、 17#阀门为开启状态。并利用3#阀门调节系统水压，12#阀门调节系统过流流量， 2#阀门调节池底泥沙搅拌管网过水均匀性。
当进行过滤器性能测试时，开启潜水泵22，通过流量调节阀4#阀门、12#阀门；分担潜水泵富余流量的4#阀门和调节测试系统管道流量的12#阀门快速调节系统流量，使其达到测试所需流量；水流依次经过精密压力表9、过滤器11，电磁流量计13，最终回流到水池18；压力传感器8实现对压力数据的自动采集，精密压力表9用来对压力传感器数据进行校核。当需要更换过滤器时，通过旋转活接实现快速更换。
第三，管道冲洗：过滤器性能测试结束后对残留在管道中的泥沙进行冲洗。管道冲洗前应取下过滤器滤芯，关闭4#阀门、5#阀门、15#阀门，保持1#阀门、 2#阀门、3#阀门、6#阀门、12#阀门为开启状态。使清水由入水口进入测试平台，将管道中的残留泥沙经过3#阀门，由2#阀门和1#阀门处的池底泥沙搅拌管网21 冲入水池中。
第四，水池排水：管道冲洗后需将水池中废弃泥沙水排出，通过开启4#阀门、 5#阀门，关闭1#阀门、6#阀门实现。排水时开启水泵，且仍需保持2#阀门、3# 阀门为开启状态配合调流。潜水泵22放置在水池池底的圆坑洞里，圆坑深应大于潜水泵总高度的一半，如发现管道仍有残留泥沙可再此进行管道冲洗并由水池排出残留泥沙水。
Claims (8)
1.一种农业用过滤器性能综合测试平台，其特征在于，该测试平台包括平台加水、加沙及冲洗系统，泥沙搅拌系统，过滤器性能测试系统以及排水系统；
所述测试平台整体结构是连接外部水源的入水口通过17#阀门与加沙罐(19)的进口端连接，加沙罐(19)的出口端连接14#阀门，14#阀门通过三通管分别连接15#阀门和16#阀门，16#阀门与电磁流量计(13)、12#阀门、活接(10)、过滤器(11)、活接(10)、取样口(7)、6#阀门和4#阀门串联连接成直通管路；在过滤器(11)的管路上各连接压差传感器(8)和精密压力表(9)；在6#阀门和4#阀门中间连接一支管，该支管通过5#阀门与3#阀门和1#阀门串联；在3#阀门和1#阀门中间又连接2#阀门；所述1#阀门、2#阀门、4#阀门和15#阀门的出水口均直接对着蓄水池(18)；加沙口(20)设置在加沙罐(19)顶面。
2.根据权利要求1所述一种农业用过滤器性能综合测试平台，其特征在于，所述平台加水、加沙及冲洗系统由入水口、加沙罐(19)、4#阀门、5#阀门、14#阀门、15#阀门、16#阀门组成；其中入水口接外部水源，用于将外部水流引入蓄水池或用外部水流冲洗平台；加沙罐用于测试过滤器泥沙过滤性能试验时配置含沙水源；当冲洗管道时入水口配合4#阀门、5#阀门、14#阀门、15#阀门、16#阀门进行。
3.根据权利要求1所述一种农业用过滤器性能综合测试平台，其特征在于，所述泥沙搅拌系统：由蓄水池(18)、池底泥沙搅拌管网(21)、水面出水泄流管网及1#阀门、2#阀门组成，水池空间形状是一个水平截面为正方形的长方体，池底泥沙搅拌管网(21)安装潜水泵(22)，池底泥沙搅拌管网干管(23)连接1#阀门；水面泄流管网干管(26)连接2#阀门；在测试平台正常运行下，由1#阀门、2#阀门配合进行泥沙搅拌，使含沙水自下向上射流；水面泄流管网连接系统回水出流管道，即是与15#阀门左侧相连的回水流出管：能够在注水时通过加沙罐的含沙水流以及系统运行时回流的含沙水流均匀流出；具体是通过加沙罐的含沙水流能够通过打开14#阀门、15#阀门、17#阀门，关闭16#阀门，将沙水注入水池内；系统运行时，14#阀门需要保持关闭，15#阀门、16#阀门需要保持开启状态，回流的含沙水通过与15#阀门左侧的回流管道流回水池；当系统运行时，分水管富余的流量使池底泥沙搅拌管网充分运行，系统回流的含沙水通过水面泄流管网均匀分散，池底部分孔口(25)水流压力垂直朝上，水面部分水流垂直向下，上下两部分共同形成一个循环系统，同时借助2#阀门处的分流管道出水压力，达到充分搅拌泥沙的效果。
4.根据权利要求1所述一种农业用过滤器性能综合测试平台，其特征在于，所述过滤器性能测试系统：由潜水泵、取样口、压差传感器、压力表、过滤器、流量调节阀、闸阀以及电磁流量计组成；其中，潜水泵与4#阀门左侧管道连接，潜水泵置于池底，将水池中的水抽取到过滤器中；测试平台运行时需关闭5#阀门、14#阀门，打开2#阀门、3#阀门、4#阀门、6#阀门、12#阀门、15#阀门、16#阀门；取样口(7)实时采集过滤前后水样；压差传感器(8)能够连续自动采集数据并通过精密压力表(9)实时对数据进行校核；过滤器(11)接口采用活接(10)相连，能够快速、便捷的拆卸更换测试的过滤器(11)；流量调节阀对流量进行调节，使其达到测试所需流量；电磁流量计(13)实时监测系统过流量，安装于测试系统尾部。
5.根据权利要求1所述一种农业用过滤器性能综合测试平台，其特征在于，所述排水系统：由潜水泵、池底拌沙管网、2#阀门、3#阀门、4#阀门、5#阀门、6#阀门、17#阀门组成；排水时需启动潜水泵(22)，关闭2#阀门、6#阀门、17#阀门，打开3#阀门、5#阀门。
6.根据权利要求1所述一种农业用过滤器性能综合测试平台，其特征在于，所述分流管处安装1#阀门、2#阀门为流量调节阀，调节两根回水管的流量大小，满足不同工况需求；并起逆止作用，能够防止水泵停止运行时产生倒吸现象。
7.根据权利要求1所述一种农业用过滤器性能综合测试平台，其特征在于，所述潜水泵富余流量通过1#阀门、2#阀门处的管道分流，2#阀门、3#阀门为流量调节阀门；1#阀门处分流管延伸至蓄水池池底部分，并装有泥沙搅拌管网，泥沙搅拌管网干管管径为φ32mm，材料为PVC，在干管上对称布置6根支管，支管管径均为φ32mm，材料为PE，其中，PE管上等间距布置9个孔，孔口向上朝向水面，PE管尾端使用堵头封闭，水面泄流管网连接系统回水出流管，其干管、支管全部采用φ32mmPVC管道连接，在每根支管上等间距安装3个给水正三通，即共有9个出水泄流口。
8.根据权利要求1所述一种农业用过滤器性能综合测试平台，其特征在于，所述池底泥沙搅拌管网依据多孔出流原理，当管进口至首孔的距离等于管距时，根据《滴灌工程技术规范(SL103-95)》中对多孔管的沿程水头计算公式：
其中，F——多孔系数；
hf——无旁孔分流管沿程水头损失，m；
F——摩阻系数；
m——流量指数；
q——单孔设计流量，L/h；
S——孔距，m；
N——多孔管总孔数；
d——管内径，mm；
b——管径指数；
可计算出多孔管的沿程水头损失，局部水头损失按沿程水头损失的10％计算，布置多孔PE管时，孔口数和孔距可根据潜水泵的富余流量及扬程计算，需满足池底泥沙搅拌管网最远端孔口即管网中水头损失最大点的压力p大于水池中水的静水压力p0，即保证所有孔口均能克服静水压力且有水涌出，同时，为保证管道水流能全部由水面泄流管网流出且满足压力需求，需根据实际测试流量计算水面泄流管网的出水泄流口数，即泄流量应大于系统所需最大流量。
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