CN111629806B

CN111629806B - 对旋转式过滤器涉及堵塞风险的优化

Info

Publication number: CN111629806B
Application number: CN201880085900.7A
Authority: CN
Inventors: 安妮-劳雷·贝斯尼厄-阿莫久; 久伊-米切尔·西塞罗; 阿瑟·托罗西安; 伊丽萨贝思·迪尤维拉德-贝克; 安托伊内·贝劳德; 休久埃斯·阿贝尔
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2038-11-06
Also published as: EP3717097A1; US11752456B2; WO2019105690A1; US20200368651A1; EP3717097B1; FR3074056A1; CN111629806A; FR3074056B1

Abstract

本发明涉及管理用于泵送源自可能含有杂质的自然环境的水的设施，所述设施旨在利用至少一个旋转式过滤器来净化所泵送的水，而所述杂质中的至少一些杂质至少部分地堵塞所述旋转式过滤器。具体地，规定了至少基于以下来估计由堵塞所述旋转式过滤器的杂质引起的压力损失随时间推移的演变：与所述自然环境相关的数据、所述旋转式过滤器的尺寸，以及与所述过滤器上游的至少一个水位N_amont和所述过滤器下游吸入的水的流速Q_aspiré有关的局部测量结果。对所述压力损失随时间推移的所述演变的这种估计使得能够预期所述过滤器(FIL)下游的泵送系统(POM)供水不足的可能风险，或甚至使得能够设计出适应于特定泵送设施的需求的过滤器(FIL)。

Description

对旋转式过滤器涉及堵塞风险的优化

本发明涉及从自然场地或室外场地过滤水的领域。例如，场地可以是河流、湖泊、大海或海洋。因此，水中可能会掺入杂质(藻类、海洋动物、树叶或枯枝和其它废物，尤其是有机废物)。然后，这些元素可能会堵塞旋转式过滤器(例如鼓式过滤器)，所述旋转式过滤器旨在在使用水之前对其进行过滤，例如但不限于电力生产设施中的蒸汽产生回路的上游。

这些元素(在下文中称为“堵塞剂”(植物或活生物))的确可以被吸入任何用于供应水的设施的泵站中。这可能是发电厂、饮用水生产厂或其它设施的泵站。在以上任何类型的水泵应用中，存在堵塞设置在泵站中的旋转式过滤器(鼓式过滤器或链式过滤器)的风险。

在以上类型的某些应用中，不允许旋转式过滤器下游流量不足或为零的风险。并且，期望一种以下解决方案：根据过滤器下游的最小期望流速、或至少过滤器下游的最大容许压力损失或至少此压力损失随时间推移的可容许的演变来优化过滤器的设计。

在设计水泵站的移动过滤系统时，不存在对这些过滤器的设计参数(过滤器大小、转速、洗涤系统)进行定量定义的，顾及到这些堵塞剂带来的影响的精确的定量技术。

本发明改善了此情况。

为此，本发明提出了一种用于管理用于泵送源自可能含有杂质的自然环境的水的设施的方法，所述设施旨在利用至少一个旋转式过滤器来净化所泵送的水，而所述杂质中的至少一些杂质至少部分地堵塞所述旋转式过滤器。

具体地，所述方法包括至少基于以下来估计由杂质对所述旋转式过滤器的堵塞引起的压力损失随时间推移的演变：

-与所述自然环境相关的数据，

-所述旋转式过滤器的尺寸，以及

-与所述过滤器上游的至少一个水位N_amont以及所述过滤器下游吸入的水的流速Q_aspiré有关的局部测量结果。

然后，这种实施例使得能够预期随时间推移的所述压力损失，以优化所述泵送设施的操作条件，或甚至设计出针对此泵送设施的要求而优化的过滤器。

在一个实施例中，所述旋转式过滤器包括至少一个圆筒：

-所述至少一个圆筒的给定半径为R_F，

-所述至少一个圆筒相对于给定参考绕高度为N_axe的给定轴线旋转，

-并且所述至少一个圆筒的给定宽度为L_F，所述给定宽度被限定为平行于所述至少一个圆筒的旋转轴线，

并且，所述压力损失由所述过滤器上游的水位N_amont与所述过滤器下游的水位N_aval之差限定，所述压力损失随时间推移的所述演变是根据由下式给出的所述过滤器下游的水位随时间推移的演变推断的：

其中：

-N_aval是根据所述过滤器下游吸入的水的流速Q_aspiré的测量结果来测量或推断的所述过滤器下游的水位；

-N_axe是相对于与所述过滤器下游的水位N_aval相同的参考而确定的所述过滤器的旋转轴线的高度水平，

-Q_filtre是穿过所述过滤器的水的流速。

在此实施例中，穿过所述过滤器的水的流速Q_filtre可以至少根据所述过滤器上游的水位N_amont来计算，所述过滤器上游的水位是相对于与所述过滤器下游的水位N_aval相同的参考而确定的，对于：

如下：

，其中：

-g是万有引力常数，

-f₁是部分堵塞的过滤器的孔隙率并且与所述过滤器中的水的空隙容积与所述过滤器的总容积的比率相对应，

-S_em与未浸没过滤器区段相对应，并且对于鼓式过滤器由下式表示：

S_em＝L_FR_F(α_Namont-α_Naval)，其中

并且

-对于Re＜400，k_Re＝1+0.7e^-0.0106Re并且对于Re＞400，k_Re＝1，Re是特定于所述过滤器的雷诺数。

其中

的这种情况下(与所述压力损失相比问题更少)给出了针对以下详细描述呈现的Q_filtre的略有不同的等式。

在以上表达式中，所述比率f₁由f₁＝f₀(1-T_c1)给出，f₀是与干净过滤器的孔隙率有关的常数，并且T_c1是当前时刻所述过滤器的堵塞程度。

在所述过滤器包括交叉金属丝网筛的实施例中，以上提及的雷诺数由下式给出：

其中

其中：

-δ₀是干净无杂质的过滤器金属丝的直径，

-a₀是过滤网的大小，

-V_am是所述过滤器上游的水的速度，并且

-T_c1是当前时刻所述过滤器的堵塞程度，

-v是在25℃的温度下的值为0.000001m²/s的水的运动粘度。

在此实施例中，所述过滤器上游的水的速度是通过下式计算的：

其中ξ是所述过滤器的压力损失系数。

在一个实施例中，ξ是所述过滤器的浸没区段的所述压力损失系数，由适应于细滤网的Idel′chik相关性给出，并且由下式表示：

在一个实施例中，所述压力损失随时间推移的所述演变是当前时刻所述过滤器的至少一个堵塞程度和此堵塞程度的时间导数的函数，并且其中所述方法包括求解与此堵塞程度相关联的至少一个微分方程以及利用与所述自然环境相关的数据的步骤。

在所述旋转式过滤器包括一个或多个喷嘴的实施例中，所述一个或多个喷嘴用于洗涤所述过滤器的内部外围上的水射流冲击的至少一个给定点，所述旋转式过滤器的堵塞程度是针对三种不同类型的过滤器部分来确定的：

-所述过滤器的第一部分，所述第一部分浸没在水中并且与对应于所述过滤器的整个浸没外围的接触表区域S₀上的杂质接触，所述第一部分具有第一堵塞程度T_c1，

-所述过滤器的第二部分，所述第二部分未被浸没并且在外围表面区域之上延伸，所述外围表面区域最多延伸到来自所述洗涤喷嘴的所述冲击，所述第二部分表示为S_bal-S₀，其中S_bal≤S_αlav，S_αlav是所述过滤器的延伸到来自所述喷嘴的所述冲击的所述未浸没部分的外围表面区域，此第二部分与第二堵塞程度T_c2相对应，

-所述过滤器的第三部分，所述第三部分未被浸没并且与所述第二部分互补，所述第三部分由S_max-S_bal限定，S_max是所述过滤器的总外围表面区域，此第三部分与第三堵塞程度T_c3相对应。

因此，来自所述喷嘴的所述射流在所述过滤器的内部外围壁上的所述冲击的位置在压力损失演变计算中起作用，如以下参考图2C进一步详细解释的。

在一个实施例中，所述第一堵塞程度、所述第二堵塞程度和所述第三堵塞程度通过以下微分方程关联：

其中：

-C是在所述自然环境中测量的堵塞杂质的浓度，

-P是特定于所述堵塞杂质的类型的堵塞能力，

-L_F是被限定成平行于所述过滤器的旋转轴线的所述过滤器的宽度，

-Q_filtre是穿过所述过滤器的水的流速，

-V_F是作为压力损失阈值的函数的所述过滤器的转速，

-r_lav是与测量数据或统计数据相对应的由所述喷嘴实现的过滤器洗涤效率。

所述过滤器的所述转速V_F通常是由所述过滤器根据所述测量的压力损失阈值进行操作而施加的。

在此实施例中，对于鼓式旋转式过滤器：所述鼓式旋转式过滤器的给定半径为R_F，所述鼓式旋转式过滤器相对于给定参考绕高度为N_axe的给定轴线旋转，并且所述鼓式旋转式过滤器的给定宽度为L_F，所述给定宽度被限定为平行于所述鼓式旋转式过滤器的旋转轴线，

-浸没表面区域S₀可以由下式给出：

S_am＝R_F×L_F×α_Namont，其中

-所述总外围表面区域S_max＝2×π×R_F×L_F

-延伸到来自所述洗涤喷嘴的所述冲击的所述未浸没部分的所述外围表面区域可以由下式给出：

其中：

-α_lav是所述过滤器固有的角度值并且是来自所述喷嘴的所述冲击的位置的函数，

-N_amont是根据所述过滤器下游吸入的水的流速Q_aspiré的测量结果来测量或推断的所述过滤器上游的水位；

-N_axe是相对于与所述过滤器上游的水位N_amont相同的参考而确定的所述过滤器的旋转轴线的高度水平。

在包括通过链条连接的上部旋转圆筒和下部旋转圆筒的链式过滤器类型的所述旋转式过滤器的替代性实施例中：

-所述浸没表面区域S₀可以由下式给出：

条件是

N_amont＞N_axe，

并且如果N_amont＜N_axe，则由

给出

-并且在不考虑来自任何洗涤喷嘴的冲击的情况下，所述未浸没过滤器区段S_max-S₀可以由下式给出：

其中N_axe＜N_aval并且N_amont＜N_Fsup，

其中：

-R_Fsup是所述上部圆筒的半径，

-N_Fsup是上部旋转轴线的水平，并且

-α_F是过滤表面相对于竖直线的倾斜度，

-N_axe是相对于与所述过滤器下游的水位N_aval相同的参考而确定的所述过滤器的旋转轴线的高度水平。

在一个实施例中，穿过所述过滤器的水的流速Q_filtre可以根据与以上提及的所述过滤器的所述第一部分中的所述第一堵塞程度T_cl相对应的所述过滤器的堵塞程度来计算。

因此，在一个可能的实施例中，所述过滤器的尺寸可以根据所述设施在吸入水的流速方面的要求并且在预期来自所述自然环境的杂质堵塞所述过滤器的情况下进行选择。

在另外的或可替代的实施例中，所述旋转式过滤器然后可以以作为估计的预期压力损失的函数的可变速度旋转，所述估计的预期压力损失是通过计算给定性质和尺寸的过滤器的所述压力损失随时间推移的所述演变给出的。

在另外的或可替代的实施例中，对于所述泵送设施的要求，所述过滤器下游吸入的水的流速可以根据给定性质和尺寸的过滤器的所述压力损失随时间推移的所述演变的计算来预先估计。

本发明还涉及一种包括用于实施根据本发明的方法的处理电路的装置。

本发明还涉及一种计算机程序，所述计算机程序包括用于在处理器(和/或可能以非暂时性方式存储这种计算机程序的数据的存储介质)执行此程序时实施根据本发明的方法的指令。

通过阅读一些示例性实施例的以下详细描述并且通过检查附图，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，其中：

-图1示意性地展示了包括旋转式过滤器FIL的过滤设施，

-图2A示意性地展示了鼓式过滤器类型的旋转式过滤器，

-图2B示意性地展示了链式过滤器类型的旋转式过滤器，

-图2C展示了由来自洗涤喷嘴的射流在旋转式过滤器的内部外围壁上冲击而形成的角度，所述旋转式过滤器在所展示的实例中为鼓式过滤器类型，

-图3A、3B和3C展示了压力损失演变计算中涉及的旋转式过滤器的外围的相应表面区域，

-图4展示了根据本发明的一个实施例的方法的主要步骤，

-图5展示了用于实施根据本发明的方法的装置。

在以下示例性实施例中呈现的本发明提出对旋转式过滤器处的压力损失的演变(或旋转式过滤器下游的水位的演变)进行建模，此压力损失由堵塞剂的流入产生。

以下提出了用于过滤器操作的不同配置以及针对每种配置的堵塞动力学。

在下文中，假设在泵站上游的过滤设施中，旋转式过滤器如以下参考图1所呈现的来操作。过滤设施可以包括格栅GR，以保留存在于天然水道中的一些堵塞剂COL(如藻类、树叶或其它植物碎屑或更通常的是其它碎屑)，旋转式过滤器FIL的上游包括带有开口的外壁(例如金属丝网)以在允许水通过内部的同时将碎屑COL保持在外部。取决于穿过过滤器的压力损失，过滤器以更高或更低的速度旋转并且由上游的水位高度N_amont减去下游的水位高度N_aval给出。通常，上游水位是恒定的(至少在此处考虑的时间段内)，而下游水位则根据过滤器的堵塞而变化(下降)。可以通过压力传感器等来测量下游水位。如果注意到下游水位低于预定阈值，则旋转过滤器FIL(通常像洗衣机滚筒一样)以释放尽可能多的堵塞剂，根据测量的压力损失来调整过滤器的转速。另外，洗涤喷嘴BL通常设置在过滤器内部的固定位置处(并且不像过滤器那样旋转)，使得其在过滤器内部外围上的冲击点与水平线形成恒定角度，如以下参考图2C将进一步看到的。然后，来自喷嘴的喷射使得能够从内部清洁过滤器的外周表面，以尽可能多地去除堵塞剂。

因此，可以如图1所展示的收集过滤器内部的经过过滤的水，然后由例如发电厂的冷却回路等泵POM泵送。

另外，旋转式过滤器的两种类型区别如下：

-如图2A所展示的第一类型的圆柱形(圆形横区段)鼓式过滤器类型，并且

-如图2B所展示的第二类型称为链类型，并且包括由链条连接的两个滚筒(下部和上部)。

在下表中解释了两个图2A和2B中出现的参数。

表1：过滤器的几何参数

以下参考图2C解释了以上表1中与洗涤喷嘴的位置有关的最后一个参数。洗涤喷嘴位于滚筒内部的固定位置处。所述洗涤喷嘴的水射流在过滤器内部外围壁上的冲击点相对于定向的水平轴线(图的右侧)形成角度α_lav(以度为单位)。图2C展示了在鼓式过滤器的情况下的角度α_lav的定义。在链式过滤器的情况下，洗涤喷嘴在上部圆筒上。

以下表2中呈现了过滤器操作参数。

参数	单位	符号
			上游水位	m	N<sub>amont</sub>
下游水位	m	N<sub>aval</sub>
			由泵站吸入的流速	m<sup>3</sup>/s	Q<sub>asp</sub>
针对每个压力损失阈值的过滤器的转速	m/s	V<sub>F</sub>
			用于触发转速的压力损失阈值	m	Dp
洗涤效率	-	r<sub>lav</sub>

表2：过滤器操作参数

进一步限定表征堵塞剂的参数：

-C，堵塞剂的浓度(kg/m³)

-P，所研究的堵塞剂类型的堵塞能力。此参数P被限定为堵塞1m²的表面所需的质量。其也可以被看作是lm²均匀分布的堵塞剂的重量。其以kg/m²表示。

堵塞剂浓度数据与当地水生生物学知识相关。可以例如基于在先前堵塞事件期间在泵站去除的生物量来对其进行估计。这些数据可以从观察中得出并且也可以测量得出。因此，其可以表征以下等式中所呈现的参数。

以下呈现了在堵塞剂流入的情况下计算压力损失演变的原理。

旋转式过滤器下游的水位变化具体地取决于以下进行计算：

-过滤器的类型及其操作，

-上游水位，

-堵塞剂的浓度，

-以及下游吸入的流速。

另外，采用了其中堵塞剂的浓度均匀地分布在水柱中的假设。此浓度可以随时间推移而恒定或可变。

还采用了到达过滤器的所有堵塞剂都保留在其上的假设。

接下来，考虑瞬变现象以正确地表示堵塞动态是有利的：穿过过滤器的流速不一定等于堵塞期间的吸入流速。

在初始时间，假设清洁过滤器和稳定状态，使得最初穿过过滤器的流速与吸入流速相对应。然后，用耦合方程组计算三个序列中时间t与t+dt之间的主要变量的变化，如下：

-首先计算堵塞程度的演变，

-由此根据堵塞程度和压力损失来确定穿过过滤器的流速，

-然后使用因此计算出的过滤器的流速和吸入流速来求解下游水位的演变。此变化取决于过滤器的类型(鼓式过滤器或链式过滤器)。

下表中总结了计算符号。

表3：计算变量

如以下呈现的计算堵塞程度的演变。

根据定义，堵塞程度T_c是堵塞的流体体积与初始流体体积的比率。换句话说，通过将堵塞的过滤器的孔隙率表示为f，将所述孔隙率表示为流体的空隙体积与所考虑的过滤器总体积(更多固体流体)的比率，得到：

f₀是清洁过滤器的孔隙率。

固体体积与清洁过滤器体积和累积堵塞体积的总和相对应，如下：

对于“二维”过滤器(格栅、鼓式过滤器或链式过滤器类型的组合过滤器)，这些体积比率与区段比率相对应。

因此，以下使用与设计过滤器的物理尺寸相对应的区段来描述数值模型。

具体地，试图比较过滤器的堵塞表面区域与流体表面区域。

流体区段由下式给出：

S_fluide＝f₀(S_tot-S_colm)

总堵塞区段与堵塞程度相关：

此外，堵塞剂的特征在于由P表示的“堵塞能力”并且使得：

M_c＝PS_colm＝T_cPS_tot，Mc是过滤器上堵塞剂的质量(以kg为单位)并且与堵塞表面相关联。

根据图3A、3B和3C的三种情况来限定与堵塞剂接触的鼓式过滤器或链式过滤器底部的表面区域。

在图3A中，仅浸没在水中的滚筒部分与堵塞剂接触，因此限定了外部接触表面区域S₀。在图3B中，堵塞剂的量使得堵塞剂的一部分还保持与可变表面区域S_bal之上的未浸没滚筒的一部分的接触：

S_bal＝S₀+L_FV_Ft，因此与大于S₀但小于滚筒Smax的总外表面面积的扫掠表面区域相对应。在示出了最不利的情况的图3C中，滚筒的整个表面区域Smax完全被堵塞剂覆盖。

可以更具体地考虑相对于旋转式过滤器的第一一次或多次旋转(通常在若干次旋转之后建立稳定状态之前的过滤器的第一一次或多次旋转)中的扫掠表面区域S_bal的三个相邻且互补的区：

-在堵塞S₀区Zl中，与堵塞程度T_c1相对应，

-在与洗涤喷嘴之前的S_bal-S₀相对应的中性区Z2中，其中S_bal≤S_αlav，与堵塞程度T_c2相对应(S_αlav与延伸到洗涤喷嘴的冲击并且由角度α_lav限定的外围表面区域相对应)，

-在互补区Z3中，S_max-S_bal(因此包含在针对S_bal＞S_αlav的由喷嘴清洁的区域内)，与堵塞程度T_c3相对应。

限定了在时间间隔dt内在区之间交换的质量：

-dMl，从区Z3朝着区Zl进入的质量为：

dM1＝PT_c3L_FV_Fdt

-dM2，离开区Zl朝着区Z2的质量为：

dM2＝PT_c1L_FV_Fdt

-dM3，离开区Z2朝着区Z3的质量为：

dM3＝PT_c2L_FV_Fdt

在区Zl(S₀区段)中，将随时间推移的质量平衡记为：

dMentrant+dM1-dM2＝PdS_colm1

-进入过滤器的质量为：

dMentrant＝CQ_filtredt

-将区Z1中的堵塞区段及其导数记为：

S_colm1＝T_c1S₀

dS_colm1＝S₀dT_c1

获得第一关系式：

在区Z2(S_bal-S₀区段)中，将随时间推移的质量平衡记为：

dM2-dM3＝PdS_colm2

-在此区中，将堵塞部分及其导数记为：

S_colm2＝T_c2(S_bal-S₀)

获得第二关系式：

更准确地说，根据来自喷嘴的射流的冲击位置来更详细地限定区Z2，并且只要S_bal＜S_αlav，以上关系式就有效。

另一方面，对于S_bal之S_αlav，得到：

S_bal＝S_αlav

在区Z3(S_max-S_bal区段)中，对于S_bal≤S_αlav，堵塞程度为零并且记为：

-对于S_αlav＜S_bal≤S_max，将随时间推移的质量平衡记为：

M3-dM1-dM_sortt＝PdS_colm3

○由于对区Z3进行清洁而离开过滤器的质量(dM_sortt)为：

dM_sortt＝PT_c2dS_net＝r_lavPT_c2L_FV_Fdt

○将区Z3中的堵塞区段及其导数记为：

S_colm3＝T_c3(S_bal-S_αlav)

获得第三关系式：

-并且，对于S_bal≥S_max：

S_bal＝S_max

接下来，穿过过滤器的流速可以计算如下。其由浸没流速和未浸没流速构成，第一个由Idel′chik等式描述，第二个由通过根据使用已知孔隙率的多孔板在通道中进行的测试而建立的定律描述(根据申请人的内部研究)：

Q_filtre(t)＝Q_im(t)+Q_em(t)

可以根据压力损失来通过Idel′chik定律计算淹没流速Q_im(t)。

在堵塞程度沿浸没上游表面变化的一般情况下，浸没流速为：

根据过滤器的压力损失来通过下式计算区段dS上游的局部速度：

系数ξ取决于区段dS中的局部堵塞程度。如果浸没区段之上的堵塞程度是均匀的，则系数ξ是均匀的并且获得：

此术语S_am最终仅代表先前所计算的区段S₀。

对于堵塞的过滤网，系数ξ由适应于细滤网的Idel′chik相关性给出：

此处具体地，f＝f₁＝f₀(1-T_c1)，f₀是与清洁过滤器的孔隙率有关的常数，并且T_c1是第一区Zl中过滤器的堵塞程度。

系数k_Re取决于由下式计算的雷诺数Re：

其中v是水的运动粘度(在25℃下恒定并且等于0.000001m²/s)并且δ是堵塞的滤网的金属丝的直径，使得：

对于Re＜400：k_Re＝1+0.7e^{-00106 Re}

对于Re＞400：k_Re＝1

此处T_c＝T_c1。

对于鼓式过滤器，上游区段为：

对于链式过滤器，上游区段为：

-如果N_amont＞N_axe

-如果N_amont＜N_axe

然后，通过根据使用已知孔隙率的多孔板在通道中进行的测试建立的相关性来计算未浸没流速(基于申请人的内部结果)。根据这些测试，通过下式将未浸没流速计算作为流体(fS_em)通过的横区段积和压力损失的函数：

其中流量系数C_d取决于：

-对于x＜0.65：C_d＝-0.8x³+2.48x²-2.60x+1.51

-对于x＞0.65：C_d＝0.6

因此，将Cd的这些值计算作为取决于压力损失(N_amont-N_aval)的参数x的函数。这些公式是通过由申请人进行的在通道中进行的试验建立的并且因此已经证明取决于x＞0.65还是x＜0.65考虑两个公式是优选的。

对于鼓式过滤器，未浸没过滤器的区段为：

S_em＝L_FR_F(α_Namont-α_Naval)

无论对于N_amont或N＝N_aval

对于链式过滤器，在最常见的N_axe＜N_aval并且N_amont＜N_Fsup的情况下，未浸没过滤器的区段为：

在链式过滤器中，洗涤喷嘴在水平NFsup上方的上部圆筒上并且如鼓式过滤器在计算中使用射流冲击的位置，但其中公式略有不同。

然后通过求解下游体积的质量平衡方程来确定下游水位的演变：

-其中在每个瞬间均根据堵塞程度和压力损失来计算过滤器的流速Q_filtre，

-并且随时间推移反复地测量吸入流速Q_aspiré。

将与水平N相关联的过滤器下游的容积表示为V_f(N)。

对于鼓式过滤器，此体积等于：

其中：

因此：

对于链式过滤器，此体积取决于H_N和α_F：

H_N＝N-N_axe

对于N_amont＞N_axe，此体积为

并且得到：

对于N_amont＜N_axe，下游体积及其导数的计算方法与鼓式过滤器相同。

总结如下，如图4所展示的，在第一步骤S0中，考虑过滤器(鼓式或链式)固有的尺寸和功能参数：

-R_F，过滤器的半径(被认为是链式过滤器的下部圆筒)，

-L_F，过滤器的宽度(平行于其旋转轴线)，

-N_axe，过滤器的旋转轴线的水平(相对于泵送设施的参考水平的高度，以米为单位)，

-a₀，清洁过滤器的滤网大小(在没有堵塞剂的情况下)，以米为单位，

-δ₀，清洁过滤器的金属丝直径(以m为单位)，

-f₀，清洁过滤器的滤网孔隙率

-α_lav，以相对于过滤器的旋转轴线的弧度表示的过滤器中洗涤喷嘴的位置，

-r_lav，喷嘴的过滤器洗涤效率。

在步骤S1中，还考虑了特定于泵送场地的特性：

-C，可以在泵送场地(当地水生生物学)测量的水中的堵塞剂的浓度(kg/m³)，

-P，所研究的堵塞剂类型的堵塞能力。

此外，在步骤S2中，还考虑了以下变量，所述变量易于随时间推移而变化并且其构成了其后进行的用于计算的输入参数：

-V_F(t)，针对每个压力损失阈值的过滤器的转速，

-Q_asp(t)，以m³/s为单位的由泵站吸入的流速，

-N_amont(t)，相对于泵送设施中的参考的上游水位(以米为单位)。

实际上，由用于水平N_amont和N_aval的传感器在不同时间提供压力损失的局部测量结果。基于此测量结果，鼓式过滤器取决于周期性地测量的压力损失以更低或更高的速度V_F(t)旋转。

实际上，过滤器(鼓式或链式)的正常操作是根据由传感器测量(测量上游水位和下游水位)的压力损失进行旋转。更具体地，在获得以上提及的压力损失测量结果之后，转速V_F取决于超过压力损失阈值的值。因此，转速可以作为依次到达的相应的压力损失阈值Dp的函数依次触发。

在S3步骤中，根据此推导出用于计算的以下变量并且所述变量特定于如现场安装的过滤器的数据(鼓式的情况下)：

表面区域S_max＝2×π×R_F×L_F

表面区域S₀＝S_Namont＝R_F×L_F×α_Namont

表面区域

α_Namont以弧度为单位并且α_lav以度为单位，

其中

接下来，在初始化步骤S4中，在时间t＝0处确定初始条件，在所述时间假设过滤器是清洁的并且流速处于稳定状态，如下：

T_c1(0)＝T_c2(0)＝T_c3(0)＝0

Q_filtre(0)＝Q_asp(0)

然后，在步骤S5中，在每个时间增量(dt)处：

-扫掠表面区域S_bal计算如下：

其中S_bal(t)＝S₀+L_FV_Ft并且dS_bal(t)＝L_FV_Fdt对于S_bal＜S_max

并且另外

然后在步骤S6中，可以假设具有三个随时间推移的微分方程的方程组，所述方程组与堵塞程度的演变有关，如以上所看到的：

对于S_bal≤S_αlav，

dT_c3＝0

对于S_bal＞S_αlav

对于S_αlav＜S_bal＜S_max，

对于S_bal＞S_max

在此方程组中，穿过过滤器的流速Q_filtre最初由Q_filtre(0)＝Q_asp(0)给出并且此值Q_asp(0)是其最初在时间t＝0+dt处用来计算dT_c1的值，

以及用来计算dT_c1、dT_c2和dT_c3，并且然后根据此推导出T_c1、T_c2和T_c3的新值。

接下来，在步骤S7中，根据堵塞率T_c1和压力损失推导穿过过滤器的新流速，如下，此处举例来说，在最常见的实施例中，其中过滤器是旋转滚筒，使得：

其中：f₁＝f₀(1-T_c1)，浸没过滤器的第一区的孔隙率并且因此根据T_c1推导所述孔隙率，并且：

·S_em＝L_FR_F(α_Namont-α_Naval)其中

·对于Re＜400k_Re＝1+0.7e^-0.0106Re；对于Re＞400k_Re＝1，Re是特定于过滤器的雷诺数，使得：

其中

并且

然后可以将以此方式发现的穿过过滤器的流速Q_filtre的值再注入第一方程

dt以确定下一时间t+dt的dT_c1，以及dT_c1、dT_c2和dT_c3、，并且从那里再次确定T_c1、T_c2和T_c3。

最后，也可以在步骤S8中通过下式给出根据过滤器的流速和吸入流速的下游水位随时间推移的演变：

本发明可以用于：

-优化旋转过滤系统的操作，例如通过选择不同的压力损失阈值和对应的速度，以预测未来的压力损失并且立即确定最合适的速度；

-模拟过去的堵塞事件，以完善以上方程，具体地但不仅限于特定于场地水生生物学的参数(以上步骤S1)；

-确定用于需要给定最大下游流量的新泵送设施的旋转式过滤器的理想尺寸，并且考虑泵送场地的水生生物学。

因此，图4的方法可以用于优化旋转式过滤器的操作(微调用于触发转速的阈值、用于降低泵送流速的阈值或其它值)或用于确定新泵站的旋转式过滤器的大小(扩建现有泵站，翻新或创建新泵站)。

此方法的优点如下：

·对压力损失演变的估计进行定量，

·其取决于特定场地，

·其在资源和计算时间方面是物美价廉的，

·其可以应用于在电力生产中为蒸汽发生器泵送水，但是更通常地应用于涉及用于从自然环境(大海、湖泊或河流)中泵送水的泵站的任何工业(化学工业或水处理)，或更通常地应用于旋转式过滤器设计工业。

此方法以及以上相关联的计算可以通过计算机程序来实施，其中通用算法遵循以上参考图4所呈现的流程图。因此，本发明还涉及这种计算机程序，以及如图5所展示的计算装置并且包含处理电路DIS，所述处理电路DIS包括：

-输入接口IN，所述输入接口IN用于接收压力损失测量结果(或至少下游水位)或用于设计旋转式过滤器的这种测量结果的模拟值，

-存储器MEM，所述存储器MEM用于存储本发明意义内的计算机程序的指令(以及可能的过滤器参数数据和/或中间计算数据)，

-处理器PROC，所述处理器PROC与存储器MEM协作并且执行以上方法，以及

-输出接口OUT，所述输出接口OUT用于检索压力损失演变的计算，并且可能地警报信号AL，所述警报信号AL用于通知由于基于此演变的估计的时间长度之后的预期压力损失过高而引起的泵送系统POM的供水不足，或推荐数据RECO，所述推荐数据RECO在模拟输入IN的测量数据MES的情况下用于优化过滤器设计。

Claims

1.一种用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法，所述设施旨在利用至少一个旋转式过滤器来净化所泵送的水，而所述杂质中的至少一些杂质至少部分地堵塞所述旋转式过滤器，

其中，所述方法包括至少基于以下来估计由杂质对所述旋转式过滤器的堵塞引起的压力损失随时间推移的演变：

-与所述自然环境相关的数据，

-所述旋转式过滤器的尺寸，以及

2.根据权利要求1所述的用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法，其特征在于，所述旋转式过滤器包括至少一个圆筒：

-所述至少一个圆筒的给定半径为R_F，

且其中，所述压力损失由所述过滤器上游的水位N_amont与所述过滤器下游的水位N_aval之差限定，所述压力损失随时间推移的所述演变是根据由下式给出的所述过滤器下游的水位随时间推移的演变推断的：

其中：

-Q_filtre是穿过所述过滤器的水的流速。

3.根据权利要求2所述的用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法，其特征在于，穿过所述过滤器的水的流速Q_filtre是至少根据所述过滤器上游的水位N_amont来计算的，所述过滤器上游的水位是相对于与所述过滤器下游的水位N_aval相同的参考而确定的，对于：

如下：

其中：

-g是万有引力常数，

-S_em与未浸没过滤器区段相对应并且由下式表示：

S_em＝L_FR_F(α_Namont-α_Naval)，其中

并且

4.根据权利要求3所述的用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法，其特征在于，所述比率f₁由f₁＝f₀(1-T_c1)给出，f₀是与干净过滤器的孔隙率有关的常数，并且T_c1是当前时刻所述过滤器的堵塞程度。

5.根据权利要求3所述的用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法，其特征在于，所述过滤器包括交叉金属丝网筛，所述雷诺数由下式给出：

其中

其中：

-δ₀是干净无杂质的过滤器金属丝的直径，

-a₀是过滤网的大小，

-V_am是所述过滤器上游的水的速度，并且

-T_c1是当前时刻所述过滤器的堵塞程度，

-ν是在25℃的温度下的值为0.000001m²/s的水的运动粘度。

6.根据权利要求5所述的用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法，其特征在于，所述过滤器上游的水的速度是通过下式计算的：

其中ξ是所述过滤器的压力损失系数。

7.根据权利要求6所述的用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法，其特征在于，ξ是所述过滤器的浸没区段的所述压力损失系数，由适应于细滤网的Idel′chik相关性给出，并且由下式表示：

8.根据权利要求1所述的用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法，其特征在于，所述压力损失随时间推移的所述演变是当前时刻所述过滤器的至少一个堵塞程度和此堵塞程度的时间导数的函数，并且其中所述方法包括求解与此堵塞程度相关联的至少一个微分方程以及利用与所述自然环境相关的数据的步骤。

9.根据权利要求8所述的用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法，其特征在于，所述旋转式过滤器包括一个或多个喷嘴，所述一个或多个喷嘴用于洗涤所述过滤器的内部外围上的水射流冲击的至少一个给定点，所述旋转式过滤器的堵塞程度是针对三种不同类型的过滤器部分来确定的：

10.根据权利要求9所述的用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法，其特征在于，所述第一堵塞程度、所述第二堵塞程度和所述第三堵塞程度通过以下微分方程关联：

其中：

-C是在所述自然环境中测量的堵塞杂质的浓度，

-P是特定于所述堵塞杂质的类型的堵塞能力，

-Q_filtre是穿过所述过滤器的水的流速，

-V_F是作为压力损失阈值的函数的所述过滤器的转速，

11.根据权利要求10所述的用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法，其特征在于，对于鼓式旋转式过滤器：所述鼓式旋转式过滤器的给定半径为R_F，所述鼓式旋转式过滤器相对于给定参考绕高度为N_axe的给定轴线旋转，并且所述鼓式旋转式过滤器的给定宽度为L_F，所述给定宽度被限定为平行于所述鼓式旋转式过滤器的旋转轴线，

-浸没表面区域S₀由下式给出：

S_am＝R_F×L_F×α_Namont，并且

-所述过滤器的所述总外围表面区域S_max＝2×π×R_F×L_F

-延伸到来自所述洗涤喷嘴的所述冲击的所述未浸没部分的所述外围表面区域由下式给出：

其中：

12.根据权利要求10所述的用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法，其特征在于，对于包括通过链条连接的上部旋转圆筒和下部旋转圆筒的链式过滤器类型的旋转式过滤器：

-如果N_amont＞N_axe，则浸没表面区域S₀由

给出

并且如果N_amont＜N_axe，则所述浸没表面区域由

给出

-并且在不考虑来自任何洗涤喷嘴的冲击的情况下，所述未浸没过滤器区段S_max-S₀由下式给出：

其中N_axe＜N_aval并且N_amont＜N_Fsup，

其中：

-R_Fsup是所述上部圆筒的半径，

-N_Fsup是上部旋转轴线的水平，并且

-α_F是过滤表面相对于竖直线的倾斜度，

13.根据权利要求4或10所述的用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法，其特征在于，穿过所述过滤器的水的流速Q_filtre是根据与所述过滤器的所述第一部分中的所述第一堵塞程度T_cl相对应的所述过滤器的堵塞程度来计算的。

14.根据权利要求1所述的用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法，其特征在于，所述过滤器的尺寸是根据所述设施在吸入水的流速方面的要求并且在预期来自所述自然环境的杂质堵塞所述过滤器的情况下进行选择的。

15.根据权利要求1所述的用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法，其特征在于，所述旋转式过滤器以作为估计的预期压力损失的函数的可变速度旋转，所述估计的预期压力损失是通过计算给定性质和尺寸的过滤器的所述压力损失随时间推移的所述演变给出的。

16.根据权利要求1所述的用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法，其特征在于，对于所述泵送设施的要求，所述过滤器下游吸入的水的流速是根据给定性质和尺寸的过滤器的所述压力损失随时间推移的所述演变的计算来预先估计的。

17.一种包括处理电路的装置，所述处理电路配置用于实施根据权利要求1所述的用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法。

18.一种非暂时性计算机存储介质，其存储有计算机程序的指令，当所述指令由处理器执行时，所述指令实施根据权利要求1所述的用于管理用于泵送源自含有杂质的自然环境的水的设施的方法。