比較了國內外自清洗過濾器產品技術參數,分析了當前國內網式自清洗過濾器應用中存在的問題,在此基礎上設計提出一種微灌用網式新型自清洗過濾器,并對該新型過濾器的結構和工作原理進行了詳細介紹;通過理論計算得到在滿足1<λ<5(λ為元件的長度與直徑比值)前提下,新型過濾器濾網直徑、濾網長度與設計流量之間的定量關系;通過試驗得到了水頭損失與設計流量的定量關系式,并與傳統網式過濾器進行了比較,結果表明,新型過濾器水頭損失小,且隨流量變化緩慢,即使在流量變化較大情況下,水頭損失也變化較小,在我國大田微灌技術中具有較廣泛的應用前景。　1、微灌用自清洗過濾器
　　基于過濾器在微灌系統中的應用,國內外關于過濾器的研究發展主要經歷了3個歷程,一是各種不同類型單一過濾器的研究;二是將各種不同類型過濾器相互組合成新的過濾器,即組合型過濾器的研究,常見的有旋流(離心)網式過濾器、疊片式砂過濾器、疊網式過濾器等;三是對過濾器清洗方式進行研究,主要有手動清洗和自動清洗。
　　自動清洗過濾器從清洗方式上主要有吸污式、刷式、轉臂式、刮盤式和反沖洗式等,從清洗動力上主要有電機驅動和液壓驅動等。
　　對自清洗過濾器的研究,國外比較早,始于20世紀中后期,Vehashkaya Amiad Sinun提出了一種自動反沖洗過濾器,Jan Hermene研究了一種自清洗連續過濾系統等[5]。目前像以色列、美國公司等具有很多生產和研制自清洗過濾器的公司,他們研制生產了各種類型的自清洗過濾器。
　　國內對自清洗過濾器的研究始于21世紀初,開始主要是引進國外自清洗過濾器產品,但由于應用環境和標準不同使得引進的產品工作性能不穩定,故障率較高,有時甚至無法使用,這也是目前國內許多地區仍然使用傳統手動清洗過濾器的原因之一。主要研究成果集中在對傳統過濾器的改進和對其它領域應用過濾器的改造上。例如文獻[7]研制了一種微灌用疊片式自動反沖洗過濾器,文獻[8]研制了一種自動清洗河(渠)水網式過濾器,文獻[9]對微灌用砂石過濾器反沖洗參數進行了試驗研究;雖然這些研究成果在一定程度上能夠完成過濾污物雜質的自動清洗,但其清理機構或傳動機構需外力驅動(一般為電動機),增加了過濾器的制造和使用成本。還有一些自清洗過濾器不需要外力驅動也能完成自動清洗,例如文獻[10]研究的微灌全自動反沖洗過濾器,文獻[11]研究的臥式水力驅動自清洗過濾器等,只需水力驅動即可自動完成清洗;文獻[12]研制的全自動自吸附反沖洗網式過濾器,利用水流反作用力實現污物吸附,無需利用液壓驅動吸附,即可自動掃描整個篩網。
　　以上研究為國內自動清洗過濾器應用發展奠定了良好的基礎,但從現有文獻看,自動清洗過濾器很多關鍵技術和設備還需要深入研究,特別是在清洗動力和清洗方式上急需新的研究成果。例如在清洗方式上如果僅靠水力沖洗,很難將卡在濾網上的雜質去除;通過對微灌用各種網式過濾器進行調查,發現使用過的濾網,即使經常進行自動清洗,也都會不同程度地被污物雜質卡住,有的甚至會有一半以上網孔被堵塞而清洗不下來,即便用人工鋼刷清洗也非常困難,可見自動清洗過濾器研究所要解決的不僅是如何自動完成污物雜質的清洗,更重要的是采用何種清洗方式才能提高清洗效果。因此設計一種可靠性好,既能經濟運行,又能自動清洗的過濾器是非常迫切的,石河子金土地節水設備有限公司設計提出一種網式新型自清洗過濾器,在新疆大田微灌技術中得到了很好的應用,為了使新型過濾器的應用更加廣泛,與該企業進行了合作研究,并在試驗基礎上對新型過濾器水力性能優勢進行了對比分析。　2、微灌用網式新型自清洗過濾器設計原理
　　微灌用網式新型自清洗過濾器結構如圖1所示,其整個工作狀態分過濾和自清洗2個過程。

　　過濾過程:含砂渾水由進水口1進入,首先通過粗過濾網2,過濾一些較大雜質(主要是漂浮物)或大于吸砂組件12吸口開度的泥砂,然后經細濾網進口3進入過濾室,由里向外通過細濾網4,由側面出水口5流出,這樣比細濾網網孔大的泥砂顆粒被攔截下來并積聚在濾網的內表面等待清洗。自清洗過程:當泥砂積聚在細濾網內表面便會在濾網內外表面形成壓差,壓差達到預定值時,由控制器打開排污口7閥門,同時關閉部分出水口5閥門。由于排污閥出口與大氣相通,這樣過濾器內部水壓與外部大氣之間形成的壓差會使側面開孔的吸砂組件12產生強勁吸力;同時由于吸砂組件開口面積很小,濾網內表面吸砂組件開口附近的水流流速很大,高速流動的水流也會將卡在濾網內表面泥砂沖下來進入吸砂組件,這樣在強勁吸力和高速水流的雙重作用下,就可以保證濾網內表面泥砂有效的排除。進入吸砂組件的泥砂,通過排砂管11經水力旋噴管10由排污口排出。水流由水力旋噴管流出時會向四周噴射,在過濾器頂部殼體內形成旋流帶動整個吸附系統旋轉,旋轉過程中每個吸砂組件都會將該范圍內濾網內表面的泥砂吸進,隨水流經排砂管由旋噴管排出。隨著濾網內表面泥砂的排除,濾網內外壓差將會逐漸減小,當低于設定值時,自動清洗完成,控制器關閉排污閥,同時完全打開出水閥,水力旋噴管將不再噴射,自動吸附系統停止旋轉,轉入正常過濾狀態。
　　該過濾器能否實現自清洗的關鍵技術是水力旋噴自動吸附系統。該系統由一個空心結構排砂管在軸線上按一定距離連接若干個垂直均勻分布的吸砂組件,頂部連接一根水力旋噴管組成。水力旋噴管將液能轉化為機械動能提供旋轉動力,帶動排砂管及吸砂組件旋轉運動,吸砂組件的旋轉運動將對整個濾網內表面實行整體掃描吸附,確保整個網面泥砂的排除。運行中過濾器內部水壓與外部大氣之間所形成壓差產生的強勁吸力,以及從濾網內表面進入吸砂組件水流的高速流動保證了積聚在濾網內表面泥砂的排除,即使是牢固卡在網孔內的泥砂顆粒,也會在高速水流和強勁吸力的雙重作用下被清除,確保整個網面泥砂的清洗效果。
　3、網式新型自清洗過濾器過濾參數的確定
　　3.1　過濾器濾網尺寸與設計流量關系
　　過濾器的設計流量與濾網過濾速度、實際過濾面積以及濾網的凈面積系數有關:
　　Q =3 600f·A·v (1)
　　式中:Q為過濾器的設計流量(m3/h);A為過濾器中濾網的實際使用面積(m2);f為濾網的凈面積系數,其大小與濾網目數有關,具體選用見表1;v為濾網設計流速(m/s),根據國內外常用過濾器參數規格,濾網過濾速度v對于微灌用網式過濾器一般在0.1~0.2 m/s之間,計算時選v=0.15 m/s。

　　從受力和穩定角度考慮,元件的長細比一般為1<λ<5,根據λ的大小就可以確定出元件直徑或長度,圖2為不同λ與D的關系曲線(濾網目數按照48目/cm計算)。

　　通過圖2可以得出:在滿足1<λ<5前提下,過濾器濾網直徑D、濾網長度L與設計流量Q之間的大小關系,從而確定各種不同設計流量下的過濾器尺寸。
　　3.2　過濾器水頭損失與設計流量的關系
　　過濾器的水頭損失是指通過清潔水流時,過濾器進、出口之間的水頭降,它包括過濾器進口、出口、過濾器元件等引起的局部水頭損失和沿程水頭損失。由于過濾器中的水流狀態復雜,因此,規定在通過設計流量時,過濾器進出口之間的總水頭差即為設計水頭損失。在此水頭損失條件下,過濾器能夠正常工作,并且不會破壞濾網,不影響過濾水質。這個設計水頭損失一般要通過試驗確定。
　　根據試驗資料可以用式(4)的形式表示過濾器的水頭損失與過濾流量之間的關系,即：

　　式中:Δh為過濾器的進口至出口處的總水頭損失(m);x為指數;k為過濾器的水頭損失系數,與過濾器的形狀、濾網的有效面積系數和過濾器的制造質量有關。
　4、網式新型自清洗過濾器水力性能試驗
　　4.1　試驗概況
　　試驗在石河子金土地節水設備有限公司水工試驗站里進行,其中試驗所用的網式新型自清洗過濾器由該公司生產,流量檔次Q=100~450 m3/h,濾網目數48目/cm。在清水條件下通過調節不同進水量來改變過濾器的水頭損失,試驗裝置如圖3所示。

　　試驗裝置主要通過壓力表測定過濾器進出口壓力的大小,并對進口Ⅰ-Ⅰ斷面和出口Ⅱ-Ⅱ斷面(具體見圖1)列能量方程并整理有： 

　　4.2　結果分析
　　匯總不同流量下的水頭損失值,擬合出局部水頭損失Δh和流量Q之間的變化關系,如圖4所示。對試驗數據進行回歸分析,求得式(4)中的k與x,從而確定關系式(7)。

　　通過該式即可計算過濾器水頭損失。
　　4.3　新型過濾器水力性能優勢分析
　　通過式(7)看出,新型網式過濾器指數x較小,水頭損失隨流量變化較緩慢,體現了新型過濾器的優勢,即在流量變化較大情況下,水頭損失卻變化較小。將圖4與傳統網式過濾器水頭損失和過濾流量變化曲線圖5相比較[13],可以看出,在相同流量條件下,新型過濾器產生的水頭損失要比傳統網式過濾器產生的水頭損失小的多;即使在較大流量運行條件下,相比傳統網式過濾器,其水頭損失仍然較小,其運行水力性能仍然較佳,這也反映出新型網式過濾器適用于大流量條件下的工作環境