上下复合型砂石-滤网集成式过滤器研发

谢崇宝，张国华，鲁少华，卢文娟，陈 娟，谢瑞环

(1.中国灌溉排水发展中心，北京 100054；2.北京中灌绿源国际咨询有限公司，北京 100054；3.河海大学，南京 210098；4.扬州大学，扬州，225000；5.中灌润茵(北京)节水灌溉设备有限责任公司，北京 101302)

1 研发目的

农田灌溉中为防止灌溉水中的杂质堵塞灌水器，在灌溉水进入灌溉系统之前需对其进行过滤除去杂质，因此需要在灌溉系统的进水管线上设置过滤系统[1-3]。

目前过滤系统中常用的过滤装置[4-6]主要包括离心过滤器、叠片式过滤器、砂石过滤器和网式过滤器。实际的过滤系统中通常将这两种过滤装置结合起来使用。安装时先分别安装砂石过滤器和网式过滤器，再通过管道将二者连通。这两种过滤器通常采用钢材加工制造，同时使用两个钢质过滤器不仅重量大、成本高，而且安装维护时易将接口接错，影响正常使用。此外，钢质过滤器容易生锈。因此，亟须研制一种成本低、体积小且易安装维护的过滤装置。

2 设计方案

2.1 结构设计

本文研发的上下复合型砂石-滤网集成式过滤器，包括上部壳体1、壳体连接部件2、下部壳体4，如图1所示。

1-上部壳体；101-第一滤料区；102-进水口；2-壳体连接部件；3-螺栓；4-下部壳体；401-第二滤料区；402-出水口；5-滤料；501-第一滤料；502-第二滤料；6-滤网固定部件；601-上压条；602-下压条；7-滤网图1 上下复合型砂石-滤网集成式过滤器结构示意图、剖面图及滤网示意图

如图1所示，上部壳体1为中空的壳体，上部壳体1的内部设置有第一滤料区101，第一滤料区101用于装填滤料；上部壳体1上设置有进水口102，进水口102位于第一滤料区101上方，用于使初始灌溉水进入灌溉过滤器；下部壳体4为中空的壳体，下部壳体4的内部设置有第二滤料区401以及滤网固定部件6，第二滤料区401用于装填滤料，滤网固定部件6用于固定滤网7；第二滤料区401位于所述滤网固定部件6上方；第二滤料区401与第一滤料区101连通；下部壳体4上设置有出水口402，出水口402位于滤网固定部件6下方，用于将过滤后的灌溉水从灌溉过滤器输出；壳体连接部件2位于上部壳体1的外表面以及下部壳体4的外表面，用于将上部壳体1和下部壳体4连接在一起。

具体的，滤网固定部件6包括上压条601以及下压条602，滤网固定部件6到下部壳体4的底部的距离为下部壳体4的高度的1/3～1/2；壳体连接部件2为法兰；第一滤料区101占上部壳体1的容积的1/2以上。

2.2 技术特点

上下复合型砂石-滤网集成式过滤器的优点：①将传统的砂石过滤器和网式过滤器集成为一体，实现了两种过滤器功能的优合；②采用一体化的设计，减小了传统灌溉过滤器的体积以及重量，同时降低了成本，而且便于安装。

3 工作原理

3.1 正向灌溉

上下复合型砂石-滤网集成式过滤器的工作原理为：将滤网7用滤网固定部件6固定，将滤料5装填在第一滤料区101和第二滤料区401，利用壳体连接部件2将上部壳体1和下部壳体4固定。然后将进水口102与灌溉系统中灌溉水进水管线连通，将出水口402与灌溉系统灌溉水出水管线连通。初始灌溉水由进水口101进入所述灌溉过滤器，经过滤料过滤以及滤网过滤后所得灌溉水由出水口402输出，对农田进行灌溉。在此，提供一种利用本灌溉过滤器的灌溉过滤系统，灌溉过滤系统用于设置在灌溉系统的进水管线上，见图2，所述灌溉过滤系统包括：第一灌溉过滤器A，第一灌溉过滤器A为上下复合型砂石-滤网集成式过滤器，第一灌溉过滤器A内装填有滤料并且安装有滤网；第二灌溉过滤器B，第二灌溉过滤器B为上下复合型砂石-滤网集成式过滤器，第二灌溉过滤器B内装填有滤料并且安装有滤网。

8-第一灌溉水输送管线；801-第一阀门；9-第二灌溉水输送管线；901-第二阀门；10-第三灌溉水输送管线；1001-第三阀门；11-第四灌溉水输送管线；1101-第四阀门；12-第五灌溉水输送管线；1201-第五阀门；1202-第六阀门；A-第一灌溉过滤器；A1-第一灌溉过滤器进水口；A2-第一灌溉过滤器出水口；B-第二灌溉过滤器；B1-第二灌溉过滤器进水口；B2-第二灌溉过滤器出水口；箭头方向表示灌溉水的流动方向图2 灌溉过滤系统结构示意图及各种情况下灌溉水流向示意图

第一灌溉水输送管线8，用于输送初始灌溉水；第一灌溉水输送管线8与灌溉系统连接；第一灌溉水输送管线8上设置有第一阀门801，用于控制第一灌溉水输送管线8与灌溉系统的连通或者断开。

第二灌溉水输送管线9，第二灌溉水输送管线9与第一灌溉水输送管线8以及第一灌溉过滤器进水口A1连接；第二灌溉水输送管线9上设置有第二阀门901，用于控制第一灌溉水输送管线8与第一灌溉过滤器进水口A1的连通或者断开。

第三灌溉水输送管线10，第三灌溉水输送管线10与第一灌溉水输送管线8以及第二灌溉过滤器进水口B1连接；第三灌溉水输送管线10上设置有第三阀门1001，用于控制第一灌溉水输送管线8与第二灌溉过滤器进水口B1的连通或者断开。

第四灌溉水输送管线11，第四灌溉水输送管线11的两端与灌溉系统连接，第四灌溉水输送管线11的中部与第一灌溉过滤器出水口A2以及第二灌溉过滤器出水口B2连接，用于输送过滤后的灌溉水。第四灌溉水输送管线11上设置有第四阀门1101，用于控制第四灌溉水输送管线11与灌溉系统的连通或者断开。

第五灌溉水输送管线12，第五灌溉水输送管线12与第一灌溉过滤器进水口A1以及第二灌溉过滤器进水口B1连接。第五灌溉水输送管线12上设置有第五阀门1201以及第六阀门1202，第五阀门1201用于控制第五灌溉水输送管线12与第一灌溉过滤器进水口A1的连通或者断开，第六阀门1202用于控制第五灌溉水输送管线12与第二灌溉过滤器进水口B1的连通或者断开。

3.2 反向冲洗

本灌溉过滤系统既能够进行正常的灌溉，还能够对灌溉过滤器进行冲洗，要实现反冲洗，至少需要2台过滤器。

(1)当对第一灌溉过滤器A进行冲洗时，关闭第一阀门801、第二阀门901、第四阀门1101以及第六阀门1202，打开第三阀门1001以及第五阀门1201，使第一灌溉水输送管线8与第一灌溉过滤器进水口A1断开，第一灌溉水输送管线8与第二灌溉过滤器进水口B1连通。如图2(c)中箭头方向所示，初始灌溉水通过第一灌溉水输送管线8由第二灌溉过滤器进水口B1进入第二灌溉过滤器B进行过滤，所得过滤后的灌溉水一部分由第一灌溉过滤器出水口A2进入第一灌溉过滤器A对其中的滤料及滤网进行冲洗，冲洗后的灌溉水由第五灌溉水输送管线12输出，另一部分过滤后的灌溉水进入第四灌溉水输送管线11，进而进入灌溉系统对农田进行灌溉。

(2)当对第二灌溉过滤器B进行冲洗时，关闭第一阀门801、第三阀门1001、第四阀门1101以及第五阀门1201，打开第二阀门901以及第六阀门1202，使第一灌溉水输送管线8与第二灌溉过滤器进水口B1断开，第一灌溉水输送管线8与第一灌溉过滤器进水口A1连通。如图2(d)中箭头方向所示，初始灌溉水通过第一灌溉水输送管线8由第一灌溉过滤器进水口A1进入第一灌溉过滤器A进行过滤，所得过滤后的灌溉水一部分由第二灌溉过滤器出水口B2进入第二灌溉过滤器B对其中的滤料及滤网进行冲洗，冲洗后的灌溉水由第五灌溉水输送管线12输出，另一部分过滤后的灌溉水进入第四灌溉水输送管线11，进而进入灌溉系统对农田进行灌溉。

通过上述方法就可以实现在不影响灌溉的前提下，利用一个灌溉过滤器过滤得到的灌溉水对其余灌溉过滤器进行冲洗。

当不需要对灌溉过滤器进行冲洗时，关闭第一阀门801、第五阀门1201以及第六阀门1202，打开第二阀门901、第三阀门1001以及第四阀门1101即可进行正常的灌溉。如图2(a)中箭头方向所示，初始灌溉水通过第一灌溉水输送管线8由第一灌溉过滤器进水口A1以及第二灌溉过滤器进水口B1进入第一灌溉过滤器A及第二灌溉过滤器B进行过滤，所得过滤后的灌溉水进入第四灌溉水输送管线11，进而进入灌溉系统对农田进行灌溉。而当初始灌溉水不需要过滤时，则打开第一阀门801，关闭第二阀门901、第三阀门1001、第四阀门1101、第五阀门1201以及第六阀门1202。如图2(e)中箭头方向所示，初始灌溉水不经过灌溉过滤器过滤，直接通过第一灌溉水输送管线8进入灌溉系统进行灌溉。

由上述工作过程可知，本文提供的灌溉过滤系统能够通过控制阀门的开关，在不需要停止灌溉的前提下，利用一个灌溉过滤器过滤得到的水对其余的灌溉过滤器进行冲洗，一方面使水资源得到了合理利用，另一方面简化了对灌溉过滤器进行冲洗的操作。

4 技术规格及设备安装

本设备为一体化的设计，安装方便，一端连接进水管，另一端连接出水管即完成安装。图3为上下复合型砂石-滤网集成式过滤器实物图，图4采用本过滤设备的首部系统正常工作状态，图5为本过滤设备第一过滤设备反冲洗和第二过滤设备正常工作状态，图6为第二过滤设备反冲洗和第一过滤设备正常工作状态。

图3 上下复合型砂石-滤网集成式过滤器产品

图4 上下复合型砂石-滤网集成式过滤器正常工作状态

图5 第一过滤设备反冲洗和第二过滤设备正常工作状态

图6 第二过滤设备反冲洗和第一过滤设备正常工作状态首部过滤系统连接图

经检测，本产品符合国家标准GB/T 18690.2-2002《农业灌溉设备 过滤器 网式过滤器》的要求：公称压力

的1.5倍(即0.9 MPa)条件下保压1 min，无泄漏、无损坏和永久变形；额定工作压力(即0.6 MPa)保持5 min，过滤器出口的泄漏量不大于过滤器流量的0.05%；出水悬浮物浓度≤2 mg/L；压差0.1～0.5 MPa时，流量20～50 m3/h。

5 结 语

上下复合型砂石-滤网集成式过滤器已获国家授权专利，该设备将传统的砂石过滤器和网式过滤器集成为一体，将两种过滤器的功能集合在一起。采用一体化的设计，减小了所述灌溉过滤器的体积以及重量，同时降低了成本，而且便于安装维护。

采用本设备的灌溉过滤系统中，通过控制阀门的开关，不仅能够实现正常的灌溉，而且能够在不需要停止灌溉的前提下，利用一个灌溉过滤器过滤得到的水对其余的灌溉过滤器进行冲洗，一方面使水资源得到了合理利用，另一方面简化了对灌溉过滤器进行冲洗的操作。

[1] 水利部农村水利司，中国灌溉排水发展中心. 微灌工程技术[M]. 郑州：黄河水利出版社，2012.

[2] 王钢生. 滴灌过滤器的种类和应用[J]. 水利水电技术,1990,(4):39-42.

[3] 郁永辉. 浅谈滴灌首部过滤器的选用[J]. 新疆农机化,2009,(3):54.

[4] 常楚阳,米博宇,周瑾慧,等. 滴灌过滤器改进方法探讨[J]. 中国防汛抗旱,2013,(5):45,55.

[5] 宗全利,刘焕芳,郑铁刚,等. 微灌用网式新型自清洗过滤器的设计与试验研究[J]. 灌溉排水学报,2010,(1):78-82.

[6] 杨树新. 砂石过滤器在滴灌系统中的应用[J]. 青海科技,2005,(2):50-51.