一种带有自适应清洗功能的离心涡旋式压载水过滤装置的制作方法

本发明涉及海洋环保领域，尤其是涉及一种带有自适应清洗功能的离心涡旋式压载水过滤装置。

背景技术：

船舶航行过程中，受船舶稳性和载货状况的影响，压载是一种不可缺少的状态。船舶在加装压载水时，海洋生物会随着海水进入到压载舱，在航程结束后排放在目的地海域。这个过程中海洋生物会随着压载水从一个海域转移到另一个海域，引起有害水生物和病原体的传播。

目前，国际上通用的压载水处理技术主要包括：物理、化学和生物三种方法。其中，物理法主要采用多级滤网过滤水中杂质，然而，这种方法容易造成滤网阻塞，降低海水在管道中的流速；化学法主要采用化学物质杀灭海水中的生物，该方法会造成化学污染；生物法是通过引入肉食鱼类，消灭水中生物，但该方法还停留在理论中，没有具体实践。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带有自适应清洗功能的离心涡旋式压载水过滤装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种带有自适应清洗功能的离心涡旋式压载水过滤装置，用以过滤处理船舶的压载水，其特征在于，该装置包括：

滤筒组件：由级联的两级锥形立式滤筒构成，每级锥形立式滤筒内表面设有内螺旋螺纹，用以通过水流旋涡分离污物；

抽水泵：设置在第一级锥形立式滤筒入口的前端，用以将待处理海水抽入第一级锥形立式滤筒内；

滤网滤筒：设置在第二级锥形立式滤筒的出水口处，用以实现最后的过滤；

集污组件：包括同时与两级锥形立式滤筒的排污口连通的排污管线、设置在排污口处的排污阀、设置在排污管线上的吸污泵以及集污器；

压力控制组件：用以检测每级锥形立式滤筒进水口和出水口之间的压差实现对排污口处排污阀开度、抽水泵功率和吸污泵功率的自适应控制。

每级锥形立式滤筒均包括锥形筒体、设置在锥形筒体上部侧面的进水口、设置在锥形筒体顶部环形密封吊板中心处的出水口以及设置在锥形筒体底部的排污口。

所述的第一级锥形立式滤筒的排污口处设有第一级排污阀，所述的第二级锥形立式滤筒的排污口处设有第二级排污阀。

所述的第一级锥形立式滤筒的出水口通过连通管与第二级锥形立式滤筒的入水口连通实现级联。

所述的第一级锥形立式滤筒的半径大于第二级锥形立式滤筒。

在滤网滤筒的出水口处设有增压水泵，用以提供压载过程中的必要水压，保证装置的正常运行。

所述的压力控制组件包括带有人机交互显示屏的控制器以及分别设置在每级锥形立式滤筒进水口和出水口处的水压传感器，所述的控制器分别与水压传感器、排污阀、抽水泵和吸污泵连接，用以根据水压值和设定水压值的大小获取增压信号和增压速度信号，并分别生成排污阀门开启度、水泵功率和吸污泵功率的控制信号。

该过滤装置的过滤流程为：

通过抽水泵以及锥形立式滤筒内表面设有内螺旋螺纹，在锥形筒体内制造出一个高速旋转的水流涡旋，待过滤海水中的絮状物杂质在水流涡旋中旋转，被自身的离心力甩出涡旋中心，落到涡旋周围并凝聚因重力作用下落，通过两级离心过滤，将相对干净的海水抽离出涡旋，并通过滤芯滤筒作为最后的过滤手段，最终分离出洁净的海水压载在船舱内；

在实现过滤过程中不断排出分离的杂质，控制器根据杂质的积累程度自适应地调节排污速度，根据在每级锥形立式过滤筒进出水口处设置的水压传感器，生成各级锥形立式过滤筒进出水口的水压差值，并与预先设定的水压差值进行比较，将其误差作为反馈控制信号，通过pid控制调节排污阀的开启度，实时动态地排出滤筒内的杂质。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明通过理旋转分离技术，利用离心力原理，可有效分离大颗粒杂质，适用于高浊度，杂质严重的水域，采用纯物理方法分离杂质，分离后无副产物，对环境影响低。

2)和传统纯滤网方法相比，压载过程水压没有因滤网阻塞而导致的压力下降现象，压载过程流畅，压载效率高。

3)通过物理离心方法，可自动分离杂质、污物，打开排污阀即可排出污物，不用人工清洁滤网，装置高效便捷。

4)在进出水口出引入多组压力传感器，采用全自动阀门，控制器实时控制水泵、排污阀等，装置自动化程度高，排污可在线自适应处理。

5)控制器中装有微处理器实时运算、记录传感器数据采集到的，数据通过液晶屏幕反馈给操作人员，可视化的人机交互方法，参数设定方便，设备操作简单。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图。

图2为本发明的控制系统组成示意图。

图3为本发明的控制流程图。

图4为锥形立式滤筒的结构示意图。

图中标记说明：

1、第一级锥形立式滤筒，2、第二级锥形立式滤筒，3、第一级排污阀，4、第二级排污阀，5、吸污泵，6、连通管，7、滤网滤筒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1、2和4所示，本发明提供一种具有自适应清洗功能的离心涡旋式压载水过滤装置，该装置包括：

滤筒组件：由级联的两级锥形立式滤筒构成，每级锥形立式滤筒内表面设有内螺旋螺纹，用以通过水流旋涡分离污物；

抽水泵：设置在第一级锥形立式滤筒1入口的前端，用以将待处理海水抽入第一级锥形立式滤筒1内；

滤网滤筒7：设置在第二级锥形立式滤筒2的出水口处，用以实现最后的过滤；

集污组件：包括同时与两级锥形立式滤筒的排污口连通的排污管线、设置在排污口处的排污阀、设置在排污管线上的吸污泵5以及集污器；

压力控制组件：用以检测每级锥形立式滤筒进水口和出水口之间的压差实现对排污口处排污阀开度、抽水泵功率和吸污泵5功率的自适应控制。

滤筒组件包括两级立式锥形滤筒，两组滤筒的结构相似但大小不同，第一级锥形立式滤筒1半径大于第二级锥形立式滤筒2，第一级锥形立式滤筒1的进水口作为整个装置的进水口，第二级锥形立式滤筒2出水口连接滤网滤筒7，滤网滤筒7外接增压水泵，过滤后的海水经由增压水泵排出。在每级锥形立式滤筒上部安装有一个环形吊板作为封闭上盖，环形吊板圆心处焊接圆筒状的出水口，吊板与锥形桶身为可拆卸螺钉接连接结构，依靠顶部六颗螺栓连接，滤筒内壁通过钩刀挂削出内螺旋螺纹，在锥形筒体底部设置排污口，两级锥形立式滤筒通过联通管6连接，在各级锥形立式滤筒的进水口和出水口处均设有压差感应器。

该装置还包括带有人机交互显示屏的控制器，在两级滤筒的排污口处设有排污阀，阀门接受控制器信号控制开启度，两级滤筒的排污管相联通，在联通处后端设有吸污泵5，吸污泵5的工作功率受控于控制器，最终杂质经由吸污泵5排向集污器内。

本发明的过滤原理为，通过抽水泵和锥形筒体的内螺旋螺纹，在筒内制造一个高速旋转的水流涡旋，海水中的絮状物和各种杂质在涡旋中旋转起来，被自身的离心力甩出涡旋中心，落到涡旋周围最后凝聚因重力作用下落，由于各种絮状物、杂质的质量不同，较大的颗粒离心力大，最先甩出涡旋中心，而较小的颗粒会继续上升，还有半径更小的二级圆锥桶，微小质量的颗粒进入涡旋上层后，进入了这些直径更小的椎体，变成了直径更小的涡旋，圆周速度进一步提升，直到被自身的离心力甩出涡旋中心，落入周围凝聚下落，涡旋中心部分的区域始终是相对干净的海水，通过两级离心过滤，将相对干净的海水抽离出涡旋，并采用一个更加致密的滤芯作为最后的过滤手段，分离出干净的海水压载于船舱。

如图3所示，本发明采用了在线排污方法，在处理压载水的同时不断排出分离的各种杂质，控制器基于压差检测控制压载和排污速度，以保证装置高效运转，具体工作原理是：

压差反映了杂质的积累程度，如果一直采用最大压力排污，则会大大降低压载水的处理效率，本例采用的方式是根据杂质的积累程度自适应地调节排污速度，在第一级锥形立式滤筒1的进出水口处、第二级锥形立式滤筒2的进出水口处设置水压传感器，生成各级进出水口水压差值，对比用户预先设定的水压差值和进出水口实测水压差值，将其误差作为反馈控制信号，通过控制方法调节排污阀的开启度，实时动态地排出滤筒内的杂质。经机理分析，该系统是个积分系统，本发明采用但不限于pid控制器对装置进行控制。

工作时，未经处理的海水由进水口进入锥形筒体内，并形成涡旋。杂质被涡旋甩至四周，经过积累质量增加并受重力下落进入排污口。锥形筒体的中间区域内，相对干净的海水聚集于涡旋中心，通过连通管进入更小的第二级锥形桶。因为锥形筒体的容积减小，第二级锥形桶内涡旋速度更快，遂将更小的杂质分离至四周，最终下落进入排污口，海水进一步得到净化，第二级锥形桶的出水口与滤网滤桶相连，水流流入滤桶，穿过桶内锥形滤网，将更小的杂质分离。

控制器通过压力传感器测量各级进出水口的实时水压，将压力信号转换为的电流信号输入控制台；控制台依据设定水压值与实时水压值的大小，计算出增压速度信号输出给变频器，通过变频器改变输出频率，进而改变增压泵转速实现平缓增压；当压力达到设定压力时，自动维持电机转速保压；保压过程中，如果各级阀门的进出水口出现明显的局部增压和泄压情况，意味着滤筒内杂质的堆积达到饱和，因此需要对局部压力偏离预定值的滤筒泄压；泄压方式主要是通过打开排污阀，将杂质抽离。控制系统的输出是进出水口实测水压差值，给定值是用户预先设定的水压差值，排污阀的开启度作为控制量，通过自适应控制方法调节排污阀的开启度，实时动态地排出滤筒内的杂质

综上，本发明提出的一种具有自适应清洗功能的离心涡旋过滤装置，通过锥形桶内的高速水流涡旋，根据离心运动分离海水中不同质量的杂质，同时，可根据水压差变化自适应调节水泵、吸污泵功率和阀门的开启度，该方法用物理方法分离杂质，可以有效解决粗过滤步骤中的滤网阻塞的问题，环保无污染，系统可自动高效运行，提高海水的压载和过滤效率，本发明能在加载不受影响的前提下分离出海水中较大杂质，同时，同时避免清洗滤网，极大地提高了船舶加载水的效率。