一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，其特征在于：包括：管道单元（1）、振动发生单元（2）、水流监测单元（3）以及自动控制单元（4）；所述管道单元（1）设置于所述振动发生单元（2）内，所述水流监测单元（3）设置于所述管道单元（1）内，所述自动控制单元（4）与所述振动发生单元（2）和水流监测单元（3）电相连。本发明提供的一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，依靠自身水力的离心分层及过滤网进行水沙分离，过滤精度高并且通过离心反洗机制，能够保持过滤网内部清洁，使得本发明能够长时间高效率的过滤水质。
【专利说明】一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，尤其是一种有效地利用离心分层和超声波双向反洗原理在运输水过程中对含有泥沙的固液两相流进行分离的装置，属于水利工程【技术领域】。
【背景技术】
[0002]黄河下游引黄供水事业始于20世纪50年代初期，由最初的农业用水发展成为工农业生产、城乡居民用水全方位供水。以黄河下游山东为例，黄河下游山东段万亩以上的引黄灌区72处，设计灌溉面积236.8万hm2，有效灌溉面积189.3万hm2，引黄水量和引黄灌溉面积占山东总用水量和总灌溉面积的40%左右。同时，也为引黄济青、引黄济淀、引黄济津和胜利油田工业、生活及滨海地区人畜用水等提供了可靠的水源。黄河水已成为沿黄地区经济发展和人们赖以生存的宝贵资源，社会效益、经济效益和生态效益巨大。
[0003]兴建引黄工程必须考虑泥沙多的问题。引黄河水同时就把黄河泥沙引出来，近几年平均每年引出的泥沙800万t左右。含沙量大且粗细不均匀，河水中泥沙浓度达数十甚至数百千克每立方米，大颗粒泥沙粒径有的达到分米级，而细颗粒泥沙粒径有的小于0.05mm。这些细颗粒泥沙处理起来十分困难，目前动态条件下靠水力自身能量处理泥沙的工程很多，但对小于0.05mm泥沙的处理却无能为力，这给工业用水及人民生活用水带来极大的危害和诸多的不便，在农业用水方面，由于河水中含大量细颗粒泥沙，严重制约了农业喷滴灌等先进节水技术的推广和应用。
[0004]针对以上不足之处，我们设计了一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，仅依靠离心分层和双向反洗分离出水，分离出的泥沙都由自身水力排除，而无须施加任何其他动力和化学药剂，其装置结构简单、造价低廉、运行费用低、管理方便。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，提供一种依靠自身水力的离心分层及过滤网进行水沙分离的装置，该装置易于分离粒径小于0.05mm的细泥沙，过滤精度高；进一步地，本发明解决了该装置的清洗问题，通过离心反洗机制，保持过滤网内部清洁，使得本发明能够长时间高效率的过滤水质；更进一步地，本发明实现了净水及清洗的自动化控制，自动清洗，操作方便，管理方便，运行费用低，价格低廉，能够大规模地应用于市场，从而有效推进我国农田节水灌溉事业的发展。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，其特征在于:包括:管道单元、振动发生单元、水流监测单元以及自动控制单元；所述管道单元设置于所述振动发生单元内，所述水流监测单元设置于所述管道单元内，所述自动控制单元与所述振动发生单元和水流监测单元电相连；
所述管道单元包括半环形管道，所述半环形管道上部连有出水管，所述半环形管道下部连有进水管，所述出水管和进水管将所述半环形管道分成对称的左支管和右支管，所述左支管和右支管的下部均连有排污管，所述左支管和右支管的内部均设置有过滤网，所述半环形管道、出水管和排污管上均设置有电磁阀，所述出水管和进水管内均设置有所述水流监测单元，所述水流监测单元和电磁阀均与所述自动控制单元电相连。
[0007]所述水流监测单元包括位于所述进水管与所述半环形管道交叉处的进口测流仪和位于所述出水管与所述半环形管道交叉处的出口测流仪。
[0008]水流监测单元用来监测本发明中的进水管和出水管与半环形管道交叉处水流流速。
[0009]所述自动控制单元包括数据接收处理器、右数据传输电路、左数据传输电路以及电磁阀控制电路；所述数据接收处理器通过所述右数据传输电路与所述进口测流仪相连；所述数据接收处理器通过所述左数据传输电路与所述出口测流仪相连，所述数据接收处理器通过所述电磁阀控制电路与所述电磁阀相连，电源电路为所述自动控制单元提供电能，所述数据接收处理器将测流数据写入程序来自动控制所述电磁阀的开关。
[0010]所述电磁阀包括位于所述出水管上的第一电磁阀、位于所述进水管和左支管之间的所述半环形管道上的第二电磁阀、位于所述进水管和右支管之间的所述半环形管道上的第三电磁阀、分别位于2个所述排污管上的第四电磁阀和第五电磁阀。
[0011]所述数据接收处理器接收进口测流仪和出口测流仪流速数据写入程序自动控制电磁阀和超声波发生器的开启，当流速小于设置的阈值时(阈值的选取可根据不同水质和灌溉要求而变化)，所述数据接收处理器控制电路对半环形管道进行双向反洗。
[0012]所述过滤网为若干层分级过滤网，所述分级为若干层所述过滤网的孔径逐层增大，相邻所述过滤网间有间距。
[0013]所述过滤网包括四层分级过滤网，所述四层分级过滤网的第一层过滤网的孔径为250^300目，第二层过滤网的孔径为15(Γ180目，第三层过滤网的孔径为8(Tl00目，第四层过滤网的孔径为2(Γ30目。
[0014]过滤网安放在尺寸相合的活接头内，两边接触面均采用了橡胶垫圈。这样的结合方式极大的满足了牢固防渗的要求，减小水头损失，同时也保证过滤网在水流的冲刷作用下不会偏移或者滑脱，同时也缓解了材料的挤压应力，减弱了过滤网变形的可能。
[0015]采用可旋式活接头可随时拧开拆卸，当管道内的过滤网由于意外因素已经无法通过反冲洗来保证其使用效果的时候，这种接头还能方便使用者进行自主的更换与维修。
[0016]所述振动发生单元包括超声波发生器。
[0017]所述超声波发生器包括左超声波发生器和右超声波发生器，所述左超声波发生器用于控制位于所述左支管内的所述过滤网的振动，所述右超声波发生器用于控制位于所述右支管内的所述过滤网的振动。
[0018]超声波发生器固定在左支管和右支管的上部。
[0019]当流速小于阈值时，自动开启超声波发生器，超声振动通过固体管道和水体传递到各层过滤网上，一方面清除滤网吸附的污物，另一方面利用液体中气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗。
[0020]超声波发声器的应用可以配合双向反洗机制，更好更有效的去除过滤网附着的污物，同时减少对过滤系统磨损，延长使用寿命。而且，由于其优良的可调性和清洁性能，使其不仅仅适用于微灌水沙分离装置的清洗，还可以进行其他管道或过滤网的清洗。
[0021]所述超声波发生器的发生功率范围在80(T2000w，根据不同水质和灌溉要求设定不同的功率。
[0022]所述半环形管道与水平面呈40飞0°放置，所述半环形管道的大环半径范围在1.5^1.8m，所述半环形管道通水管内径范围在0.2^0.3m。
[0023]所述进水管末端、左支管的上段和右支管的上段均设置有水压检测器，所述水压检测器与所述自动控制单元电相连。
[0024]本发明在不同工作状态下的水流情况和工作原理:
(1)正常工作状态:此时左支管和右支管均过滤。此时，第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀均开启，第四电磁阀和第五电磁阀均关闭。在一般工作情况下，左支管和右支管里面的过滤网拦截的杂质都比较少，不足以引起较大的水头损失，过流量也未受到很大影响，左支管和右支管可以同时对水流进行过滤。水流在第二电磁阀和第三电磁阀处分流到左支管和右支管，经过过滤网四级过滤后，杂质按颗粒大小依次被拦截在这四层过滤网前方。过滤完的水通过出水口流向下游管道进行灌溉等。但考虑到后期的反冲洗，两通道并非同时同步工作，那么两通道内的淤积程度是不一样的，所以需要根据左支管和右支管的水头差判别是否需要进行左支管和右支管的反洗。
[0025](2)右侧反洗状态:此时通过左支管过滤、右支管反洗。此时，第一电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀均关闭、第二电磁阀和第五电磁阀均开启。在持续的正常工作中，四级过滤网会拦截水中的大部分杂质，并在过滤网下方形成堆积，影响过滤效率，增大水头损失。较大的水头损失会通过测压管(测压管包括进水管末端、左支管的上段和右支管)中的水压检测器中的压力差值显示出来，达到阈值时自动进行反冲洗。首先关闭第四电磁阀及第一电磁阀，将左支管过滤后的水引入右支管进行反冲洗。由于过滤网泥沙吸附作用弱，堆积在过滤网下方的沙石泥土在自重以及水流的冲击下很容易从过滤网上脱离，随反冲水流经右侧排污管流出。反冲洗用水流出本发明以后由专门管道引流到水源地重复利用。
[0026](3)左侧反洗状态，此时右支管过滤、左支管反冲洗，此时，第一电磁阀、第二电磁阀和第五电磁阀均关闭、第三电磁阀和第四电磁阀均开启。工作原理同(2)。当左支管反冲洗完以后回到工作状态(1 )。
[0027]本发明提供的一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，采用半环形管道的结构，引黄灌溉时水与沙等杂质流经半环形管道时自动离心式分离，同时四层梯度分级过滤网有效清除灌溉杂质；利用压差和双向反式的结构，可以实现自动冲洗，无需频繁更换清洗，有效清除过滤网的污染堵塞物，最终致使报废的可能性小，大大延长了部件使用寿命；自动化控制装置开关的启闭，智能化持续工作，更为简便和省时，与传统引黄灌溉系统中的过滤装置相比，结构简单，体积小，且易于安装和拆卸，并可以满足灌溉系统对灌溉水的要求，因此可以代替传统的灌溉过滤装置，更好地实现过滤效果。无论是生产运输还是安装更换，都较传统的大型过滤罐更为廉价便捷，具有良好的市场前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中自动控制单元的结构示意图； 图3为本发明中半环形管道的侧视图；
图4为本发明过滤工作状态示意图；
图5为本发明右支管反洗状态示意图；
图6为本发明左支管反洗状态示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0030]实施例1:
如图1飞所示，一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，其特征在于:包括:管道单元1、振动发生单元2、水流监测单元3以及自动控制单元4 ;所述管道单元1设置于所述振动发生单元2内，所述水流监测单元3设置于所述管道单元1内，所述自动控制单元4与所述振动发生单元2和水流监测单元3电相连；
所述管道单元1包括半环形管道11，所述半环形管道11上部连有出水管12，所述半环形管道11下部连有进水管13，所述出水管12和进水管13将所述半环形管道11分成对称的左支管14和右支管15，所述左支管14和右支管15的下部均连有排污管16，所述左支管14和右支管15的内部均设置有过滤网17，所述半环形管道11、出水管12和排污管16上均设置有电磁阀18，所述出水管12和进水管13内均设置有所述水流监测单元3，所述水流监测单元3和电磁阀18均与所述自动控制单元4电相连。
[0031]所述水流监测单元3包括位于所述进水管13与所述半环形管道11交叉处的进口测流仪31和位于所述出水管12与所述半环形管道11交叉处的出口测流仪32。
[0032]所述自动控制单元4包括数据接收处理器41、右数据传输电路42、左数据传输电路43以及电磁阀控制电路44 ;所述数据接收处理器41通过所述右数据传输电路42与所述进口测流仪31相连；所述数据接收处理器41通过所述左数据传输电路43与所述出口测流仪32相连，所述数据接收处理器41通过所述电磁阀控制电路44与所述电磁阀18相连，电源电路45为所述自动控制单元4提供电能，所述数据接收处理器41将测流数据写入程序来自动控制所述电磁阀18的开关。
[0033]所述电磁阀18包括位于所述出水管12上的第一电磁阀181、位于所述进水管13和左支管14之间的所述半环形管道11上的第二电磁阀182、位于所述进水管13和右支管15之间的所述半环形管道11上的第三电磁阀183、分别位于2个所述排污管16上的第四电磁阀184和第五电磁阀185。
[0034]所述过滤网17为若干层分级过滤网，所述分级为若干层所述过滤网17的孔径逐层增大，相邻所述过滤网17间有间距。
[0035]所述过滤网17包括四层分级过滤网，所述四层分级过滤网的第一层过滤网171的孔径为250?300目，第二层过滤网172的孔径为150?180目，第三层过滤网173的孔径为80^100目，第四层过滤网174的孔径为20?30目。
[0036]采用过滤材料为四层不同孔径的金属过滤网，其工作原理为:
选用30目(孔径0.1mm)作为第四层滤网，可以滤除粗砂颗粒等；
选用100目(孔径150μπι)作为第三层，可以滤除大部分中砂颗粒；
选用180目(孔径80μπι)作为第二层，可以滤除大部分细沙颗粒； 选用300目(孔径48μπι)作为第一层，可以滤除大部分泥沙颗粒以及絮状杂质。
[0037]所述振动发生单元2包括超声波发生器。
[0038]所述超声波发生器包括左超声波发生器21和右超声波发生器22，所述左超声波发生器21用于控制位于所述左支管14内的所述过滤网17的振动，所述右超声波发生器22用于控制位于所述右支管15内的所述过滤网17的振动。
[0039]所述半环形管道11与水平面呈4(Γ60°放置，所述半环形管道11的大环半径范围在1.5?1.8m，所述半环形管道11通水管内径范围在0.2^0.3m。
[0040]所述进水管13末端、左支管14的上段和右支管15的上段均设置有水压检测器，所述水压检测器与所述自动控制单元4电相连。
[0041]实施例2:
如图1飞所示，一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，
过滤网的另一种结构为:
选用20目作为第四层滤网，可以滤除粗砂颗粒等；
选用80目作为第三层，可以滤除大部分中砂颗粒；
选用150目作为第二层，可以滤除大部分细沙颗粒；
选用250目作为第一层，可以滤除大部分泥沙颗粒以及絮状杂质。
[0042]其余内容与实施例1中的内容相同。
[0043]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，其特征在于:包括:管道单元(I)、振动发生单元(2)、水流监测单元(3)以及自动控制单元(4);所述管道单元(I)设置于所述振动发生单元(2)内，所述水流监测单元(3)设置于所述管道单元(I)内，所述自动控制单元(4)与所述振动发生单元(2)和水流监测单元(3)电相连； 所述管道单元(I)包括半环形管道(11 )，所述半环形管道(11)上部连有出水管(12 )，所述半环形管道(11)下部连有进水管(13)，所述出水管(12)和进水管(13)将所述半环形管道(11)分成对称的左支管(14)和右支管(15)，所述左支管(14)和右支管(15)的下部均连有排污管(16)，所述左支管(14)和右支管(15)的内部均设置有过滤网(17)，所述半环形管道(11)、出水管(12)和排污管(16)上均设置有电磁阀(18)，所述出水管(12)和进水管(13)内均设置有所述水流监测单元(3)，所述水流监测单元(3)和电磁阀(18)均与所述自动控制单元(4)电相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，其特征在于:所述水流监测单元(3)包括位于所述进水管(13)与所述半环形管道(11)交叉处的进口测流仪(31)和位于所述出水管(12)与所述半环形管道(11)交叉处的出口测流仪(32)。
3.根据权利要求2所述的一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，其特征在于:所述自动控制单元(4)包括数据接收处理器(41)、右数据传输电路(42)、左数据传输电路(43)以及电磁阀控制电路(44);所述数据接收处理器(41)通过所述右数据传输电路(42 )与所述进口测流仪(31)相连；所述数据接收处理器(41)通过所述左数据传输电路(43)与所述出口测流仪(32)相连，所述数据接收处理器(41)通过所述电磁阀控制电路(44)与所述电磁阀(18)相连，电源电路(45)为所述自动控制单元(4)提供电能，所述数据接收处理器(41)将测流数据写入程序来自动控制所述电磁阀(18)的开关。
4.根据权利要求1所述的一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，其特征在于:所述电磁阀(18)包括位于所述出水管(12)上的第一电磁阀(181 )、位于所述进水管(13)和左支管(14)之间的所述半环形管道(11)上的第二电磁阀(182)、位于所述进水管(13)和右支管(15)之间的所述半环形管道(11)上的第三电磁阀(183)、分别位于2个所述排污管(16)上的第四电磁阀(184)和第五电磁阀(185)。
5.根据权利要求1所述的一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，其特征在于:所述过滤网(17)为若干层分级过滤网，所述分级为若干层所述过滤网(17)的孔径逐层增大，相邻所述过滤网(17)间有间距。
6.根据权利要求5所述的一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，其特征在于:所述过滤网(17)包括四层分级过滤网，所述四层分级过滤网的第一层过滤网(171)的孔径为250?300目，第二层过滤网(172)的孔径为150?180目，第三层过滤网(173)的孔径为8(Γ100目，第四层过滤网(174)的孔径为2(Γ30目。
7.根据权利要求1所述的一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，其特征在于:所述振动发生单元(2)包括超声波发生器。
8.根据权利要求7所述的一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，其特征在于:所述超声波发生器包括左超声波发生器(21)和右超声波发生器(22)，所述左超声波发生器(21)用于控制位于所述左支管(14)内的所述过滤网(17)的振动，所述右超声波发生器(22)用于控制位于所述右支管(15)内的所述过滤网(17)的振动。
9.根据权利要求1所述的一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，其特征在于:所述半环形管道(11)与水平面呈4(Γ60°放置，所述半环形管道(11)的大环半径范围在1.5^1.8m，所述半环形管道(11)通水管内径范围在0.2^0.3m。
10.根据权利要求1所述的一种基于超声波的离心式双向自动反洗的水沙分离装置，其特征在于:所述进水管(13)末端、左支管(14)的上段和右支管(15)的上段均设置有水压检测器，所述水压检测器与所述自动控制单元(4)相连。
【文档编号】B01D36/00GK104353276SQ201410617563
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】朱泽, 蔡庆拟, 顾雯, 罗晓丽, 胡涛, 郝梦茹, 陈喜 申请人:河海大学