工业全自动滤水器技术在水电厂供水系统中的应用？ 

     工业全自动滤水器技术在水电厂供水系统中的应用？介绍了水电厂技术供水滤水器的设计要求、工业全自动滤水器内的水流流态分析以及全自动免清洗滤水器的原理、结构和特点。工业全自动滤水器具有较强的清污能力,对水中含杂质较多的水源,其效果尤为明显,可以进行远程操作、自动操作、现地自动操作、现场电手动操作和现场机械手动操作,其自动清污、排污可在线进行,不影响机组正常技术供水。
     水电厂技术供水的主要任务是向发电机定子、发电机导轴承、水轮发电机组导轴承等部位提供清洁的有压冷却水,以保证这些部位的正常工作温度。不同的电厂、机组和运行方式对供水的参数(压力、流量、精度)有不同的要求,而不同的取水方式和水质对滤水器的过滤、清污能力也有不同的要求。
1对技术供水工业全自动滤水器的要求
     水电厂技术供水一般与发电用水同源。取水方式有蜗壳取水、压力钢管取水和水库直接取水等方式。大多数水电厂采取蜗壳取水方式,一般不要加压泵,通过工业全自动滤水器以后直接供应冷却系统。
     虽然在取水口设置了拦污栅,可以清除一些粗大的浮渣,但在供水过程中还会有大量悬浮污、杂物进入供水系统中。在不影响供水能力的前提下,有效地清除这些污、杂物,保证供水系统长期正常工作,是技术供水工业全自动滤水器的主要任务。
通常,对技术供水工业全自动滤水器有如下要求:
     a.足够的过流能力。在工作过程中,应能保证任何工况下都有不小于管道额定流量的过流能力,不允许有断流现象出现。
     b.足够的水压。应确保任何工况下不致因系统的沿程损失和局部压力损失而造成冷却器内的流速低于额定值。
     c.足够的水质精度。应保证任何工况下不致因水流中的杂质造成管道系统堵塞而影响设备工作。
     d.不同的供水精度。有的水电厂还要求同一工业全自动滤水器同时向不同的设备供水,这就要求同一工业全自动滤水器应向系统输出不同压力、不同精度的压力水。
     e.不致造成管道堵塞。有些水电厂还要求能清除因蟹、螺、蚌等水生物在冷却器中寄生而造成的管道堵塞,以及因水流中杂质的沉积和结垢而造成的管道堵塞。
     f.清污在线进行。工业全自动滤水器的清污必须在线进行,即保证清污状况下供水的各项指标不发生变化。
     g.多种操作功能。为实现水电厂“无人值班”(少人值守)要求,工业全自动滤水器必须全自动、免除人工清洗,保证能在长期无维修、无检查的条件下正常工作,而且还应具有定时运行、差压运行、远程控制、人工操作、手动运行、故障报警和手动/自动切换等多种功能,以满足不同工况对供水的要求。
2工业全自动滤水器内的水流流态分析
     水流在工业全自动滤水器内的流态是十分复杂的。通过工业全自动滤水器的水流压降可用下式计算:Δh=λLd+ξ1+ξ22v2g(1)式中:λ为进出水管的沿程阻力系数;L为进出水管的有效长度;d为进出水管的内径;ξ1为网面的局部阻力系数;ξ2为其他部位的局部阻力系数。从有关资料中可知:考虑网面部分堵塞时的总阻力系数约为7.5～9.0。而网面的局部阻力系数为:ξ1=1.3(1-f)+-12(2)式中:f为网的总面积与实际通流面积之比,一般取0.3～0.4。
     由式(2)可知,ξ1的取值范围为6.2～3.0。可见,工业全自动滤水器内的压力损失主要产生在网面部分。如图1所示。图1网面水流流态当工业全自动滤水器采用某一结构时,过流量越大,则体内的流速越大,其产生的压降越大。产生的压降与流速的平方成正比。
     一般说来,过机平均流速为1m/s～2m/s(管道系统中的流速为3m/s～4m/s)。水流中所含杂质成分极其复杂,有杂草、庄稼杆、树枝叶、生活垃圾、鱼虾或其他小动物的尸体及泥沙,不同的流域和季节,水中所含污物的成分不同。这些污物在水流中呈悬浮状,其表现密度约为960kg/m3,含水率为70%～85%,其中纤维状物质较多,有机物质高达85%,易腐变质。
     大多数工业全自动滤水器采用冲压孔钢板网作为过滤部件。水流通过网板的流态如图2所示。由于通过小孔将过流面积突然减少,流速会突然加大,在小孔的进口有明显的局部流动阻力和局部压力损失。由于有网孔的存在,水流中夹携的污物在进入孔之前被截留,其过程较为复杂。
图2网面杂物附着状态
网面的污物附着形式主要有以下4种:
     a.尺寸小于网板孔的细小杂物被水流夹裹而通过网板,见图2(a)。
     b.尺寸明显大于网板孔的固体浮粒被截留在网板前,由于水流的作用力而紧贴板面,见图2(b)。
     c.横断面尺寸略大于或等于网板孔的条状杂物(如树枝、草杆等)因水流作用穿插于网板孔中,在水流的作用下会呈越压越紧的趋势,见图2(c)。
     d.横断面尺寸小于网板孔的纤维状杂物在水流的作用下进入网板孔,但由于其质软有一定的长度,所以不能全部通过网孔,呈现挂附在网板两面的形态,见图2(d)。以上4种形式的污物附着对网板的堵塞相互作用、相互影响,会迅速增加过流的阻力,增加堵塞,形成阻—堵—阻—堵的恶性循环,在网板前形成阻碍过水的污物层。
     迅速、及时、在线、完全地清除这些附着在网板上的污物,确保工业全自动滤水器畅通过水,是工业全自动滤水器的主要功能之一。
3工业全自动滤水器原理和结构
     工业全自动滤水器是武汉三联水电控制设备有限公司为解决上述问题而门研制的新产品。其结构如图3所示。
图3工业全自动滤水器结构
     该工业全自动滤水器由减速器与滤网直联,装在筒壁的清洁压力水冲洗口隔着滤网与喇叭状的接口对应。在圆周方向上布置了刮污刀,该刮污刀刀口与滤网外圆有较小的距离。在正常过滤状态时,电动排污阀关闭,减速机不启动;在设定的清污、排污工况时,排污阀打开,滤水器减速机启动,带动滤网筒转动,附着在滤网上的纤维状悬挂物先由装在外壁的刮污刀刮除,然后,滤网行至高压冲洗口与接口之间,进水口电动阀打开,清洁的高压水反向冲洗滤网,使剩余的附着在滤网上的污物彻底清除干净。如此循环1个或数个周期,可将滤网上的杂物完全清除,保证长期正常供水。
     该工业全自动滤水器可以在机组不停机状态下除污而不影响机组的正常供水。
     该工业全自动滤水器压力供水口设在筒外壁,滤网在清污工况下缓慢旋转,而压力水进入口与喇叭状清污接口相互对应,而且相对筒体固定,所以结构特别简单,不存在旋转部位漏水的问题。在滤网外壁处布置了条状刮污刀,采用了先刮后冲的除污方法,所以清污彻底,能使该设备长期自动、完全地正常运行。在滤网结构上装有2圈由自润滑材料组成的滑动轴瓦,所以运动阻力小、机械磨损小。在压力进口和排污口装有电动阀门,并带有差压显示器,采用差压和定时控制,使无人值班运行得以实现。
     该工业全自动滤水器对使用环境无任何要求,是一种全自动、免清洗的新型滤水器。
     该工业全自动滤水器的自动控制系统流程如图4所示。
图4工业全自动滤水器自动控制系统流程
4工业全自动滤水器的特点
     a.较小的外形尺寸,较大的有效过流面积,较小的过流损失。在水压、流量等条件相同的情况下,工业全自动滤水器的外形尺寸、通径等已基本确定,与同类产品相比较,该滤水器滤网的有效过滤面积是工业全自动滤水器进出口公称通径面积的8倍～10倍,固有过滤阻力小,计算压力损失不大于0.02MPa。
     b.独特的网面结构,内剪外刮,较好的网面自清洁功能。该工业全自动滤水器的滤网内腔被分隔成若干各自独立的间隔,水流带入的污物被网面截留而存在于这些空腔中。由于滤网的旋转作用,这些污物中体积较大者(如树枝、塑料瓶、尼龙绳等)将被布置在内腔中的剪切刃强行剪断,使之成为较小的部分,便于在反冲时被冲入排污口。在滤网的外圆还布置了条状的刮刀,其刃口距网面只有1mm～2mm距离,在滤网旋转过程中,可以有效地将穿过网孔而挂附在网上的软性纤维状杂物以及穿在网孔中的短小的树枝等杆状杂物剪断刮除。加上逐格的网面反冲,就能比较彻底地将网内外的杂物清除,从而证明网面自清洁、无附着物、不堵塞的正常工作能力。
     c.分步、逐格的反冲和清污功能。该工业全自动滤水器的滤网清污是直接利用过滤后的清水回流反冲洗滤网,不需借助外力,也不需另外配置清洗系统(除了少数水电厂供水水头较低而需加压外)。反冲和清污是自动、逐格、步进式进行的。在滤网的8个～12个间隔腔中,每次处于反冲和清污位置的间隔腔只有1个,其余部分仍能保证正常过滤供水。因反冲滤网的耗水量只占总水量较小的比例,所以在滤水器清污、排污时,其出口的水压波动幅度不超过0.02MPa,保证连续地供给用水设备水压、水量稳定的清洁水。
     d.自动控制系统具多种操作功能。控制系统以PLC为核心,辅以必要的控制元件控制形成的电控箱,形成功能齐全的控制系统,控制单元面板可显示、设定清污时间参数。该滤水器有自动差压清污、自动定时清污、现场电动清污、现场纯机械和手动清污等运行工况,还可以将所有机械、电气信号引到中控室信号屏上,实现远程监控或计算机联网监控。
     e.可靠的防腐措施。为保证工业全自动滤水器的性能指标,该滤水器内的过流磨擦部件—滤网的传动轴用不锈钢制造,机体内的止推轴承用填充的聚氟乙烯制造,传动轴轴承用耐磨锡青铜制造,壳体内壁采用特殊的船底漆涂层。因此,既可有效地防止水生物吸附,也避免了过滤后因壳体内锈蚀所造成的水质的二次污染。
     f.多种安全保护设施,运行安全可靠。该工业全自动滤水器设有电机过电流保护和过力矩保护功能。
     全自动滤水器于2010年研制成功,现已在全国10多个大中型水电厂投入使用,获得了较好的效益。台LS-PLC型全自动工业全自动滤水器于2010年5月9日在广西大化电厂投入正式运行,经过5月至9月洪水期泥沙多、渣多的恶劣条件运行检验,全自动滤水器工作正常,未发生堵塞现象。