Конструкция перфорированных пластин и колпачков в механических фильтрах напрямую влияет на эксплуатационные характеристики и срок службы оборудования. Основные цели проектирования двояки:
Обеспечение равномерного распределения воды во время нормальной фильтрации, полное использование всего поперечного сечения-фильтрации и отсутствие коротких замыканий или мертвых зон.
Обеспечение абсолютно равномерного распределения воды и воздуха при обратной промывке, тщательная очистка фильтрующего материала без потерь, а сама перфорированная пластина/колпачок фильтра обладает достаточной механической прочностью, чтобы выдерживать значительную ударную силу при обратной промывке.
I. Методы расчета перфорированных пластин (пористых пластин)
Перфорированные пластины обычно расположены в нижней части фильтра, поддерживают фильтрующий материал и фильтрующие крышки и равномерно распределяют воду и воздух обратной промывки.
1. Основной параметр конструкции: коэффициент открытой площади.
Коэффициент открытой площади — это отношение общей площади всех отверстий на перфорированной пластине к общей площади перфорированной пластины. Это самый важный фактор при расчете.
Скорость потока воды обратной промывки определяет нижний предел: во время обратной промывки через отверстия требуется достаточный поток воды для поддержки фильтрующего материала при очистке. Если соотношение отверстий слишком мало, сопротивление потоку воды будет слишком высоким, что потребует более высокого напора насоса обратной промывки и потенциально приведет к неравномерному распределению воды.
Прочность диафрагмы определяет верхний предел: слишком высокое соотношение отверстий ослабит механическую прочность диафрагмы, потенциально вызывая деформацию или разрыв под давлением обратной промывки (особенно во время очистки воздуха).
Отраслевой опыт. Как правило, для обратной промывки-только водой соотношение отверстий составляет от 3 % до 8 %. Если используется комбинированная обратная промывка воздухом-водой, из-за большей силы удара воздуха соотношение отверстий обычно ниже, например, 2–5 %, чтобы обеспечить достаточную прочность.
2. Этапы расчета
Шаг 1. Определите необходимую общую площадь отверстия (A_holes).
Эта зона должна соответствовать требованиям по объему воды для обратной промывки.
A_holes=Q_backwash / V
Q_backwash: Расход воды обратной промывки (м³/с). Рассчитывается на основе диаметра фильтра и требуемой интенсивности обратной промывки (л/с·м²). Q_backwash=Интенсивность обратной промывки × (π × D²/4). (Обратите внимание на преобразование единиц измерения: 1 м³/с=1000 л/с)
V: Допустимая скорость потока жидкости через диафрагму (м/с). Это эмпирическое значение, обычно 1,0–3,0 м/с для обратной промывки водой и 10–20 м/с для обратной промывки воздухом (скорость воздуха при стандартных условиях). Это значение не может быть слишком большим, иначе потеря напора будет огромной; и при этом он не может быть слишком маленьким, иначе отверстий будет слишком много.
Шаг второй: Рассчитайте общую площадь диафрагмы (A_plate).
A_plate=π×(D_filter_inner)²/4
D_filter_inner: Внутренний диаметр резервуара фильтра (м).
[Изображение]
Шаг третий: Проверьте соотношение отверстий (η)
η=A_отверстия/A_пластина × 100 %
Рассчитанное соотношение отверстий η должно находиться в пределах вышеуказанного эмпирического диапазона (например, 2–8%). Если нет, то допустимую скорость потока V на первом этапе необходимо скорректировать и пересчитать. Увеличение V уменьшит A_holes и уменьшит η; и наоборот, уменьшение V приведет к уменьшению η. Шаг 4. Определите количество отверстий (N) и диаметр отверстия (d).
Это выбор, требующий тщательного рассмотрения.
N=A_holes / (π×d²/4)
Выбор диаметра отверстия (d): Обычно используются отверстия диаметром 8–12 мм. Слишком маленькие отверстия склонны к засорению, а слишком большие требуют большего количества болтов/колпачков для герметизации, а равномерность распределения воды немного ухудшается.
Выбор количества отверстий (N): Рассчитайте необходимое количество отверстий N на основе выбранного диаметра отверстия d.
Расположение отверстий: обычно используется расположение равностороннего треугольника (клеверного листа), поскольку такое расположение обеспечивает наиболее равномерное распределение. Расстояние от центра-до-центров отверстий обычно составляет (3~5)d. Отверстия не должны располагаться слишком близко к стенке резервуара; Расстояние до края обычно составляет 100–150 мм.
II. Метод расчета колпачков фильтров
Крышки фильтров являются компонентами, непосредственно обеспечивающими равномерное распределение воды, и их расчет тесно связан с диафрагмой.
1. Основные параметры: общая площадь и количество слотов.
Каждая крышка фильтра имеет множество мелких прорезей (обычно 0,25–0,4 мм), предназначенных для блокировки прохождения фильтрующего материала.
2. Этапы расчета
Шаг 1. Определите поток в пазу одного колпачка фильтра.
Проконсультируйтесь с поставщиком крышки фильтра, чтобы получить кривые расхода воды и воздуха для одной крышки фильтра при различных перепадах давления. Это самый точный метод.
Если данных нет, можно сделать приблизительные оценки. Поток одной фильтрующей крышки с длинной-ручкой (щели 0,3 мм) во время обратной промывки водой (перепад давления ~0,1 МПа) составляет примерно 0,5–1,2 м³/ч. Во время обратной промывки воздухом поток составляет примерно 15–30 Нм³/ч.
Шаг 2: Рассчитайте необходимое количество колпачков фильтров (N_cap)
N_cap=MAX( Q_обратная промывка / q_вода, Q_воздух / q_air )
Q_backwash: Общий расход воды обратной промывки (м³/ч)
q_water: Расход воды на крышку фильтра (м³/ч)
Q_air: Общий расход воздуха обратной промывки (Нм³/ч)
q_air: Расход воздуха на крышку фильтра (Нм³/ч)
Возьмите большее значение между расчетами обратной промывки водой и обратной промывкой воздухом, чтобы соответствовать более жестким условиям эксплуатации.
Шаг 3. Проверьте расстояние между крышками фильтра.
Расположите колпачки фильтров на диафрагме в соответствии с рассчитанным количеством колпачков фильтров N_cap (обычно в шахматном порядке).
Расстояние между крышками фильтров: обычно 150–250 мм. Это расстояние имеет решающее значение: слишком большое расстояние создаст «слепые зоны» в распределении воды, препятствуя эффективной очистке фильтрующего материала в этих областях во время обратной промывки, что в конечном итоге приводит к образованию комков и отложений.
Слишком маленькое расстояние сделает установку неудобной, увеличит затраты и может повлиять на распределение воды из-за взаимодействия между жидкостями.
Важно убедиться, что расстояние между внешней крышкой фильтра и стенкой резервуара составляет примерно 75–100 мм, чтобы предотвратить короткое-замыкание потока воды внутри стенки резервуара.
