Il design delle piastre forate e dei cappucci dei filtri nei filtri meccanici influisce direttamente sulle prestazioni operative e sulla durata dell'apparecchiatura. Gli obiettivi principali della progettazione sono due:
Garantisce una distribuzione uniforme dell'acqua durante la filtrazione normale, utilizzando completamente l'intera sezione trasversale di filtrazione- ed evitando cortocircuiti o zone morte.
Garantisce una distribuzione assolutamente uniforme di acqua e aria durante il controlavaggio, assicurando che il mezzo filtrante venga pulito a fondo senza perdite, mentre la piastra forata/cappuccio del filtro stesso ha una resistenza meccanica sufficiente per resistere alla significativa forza d'impatto durante il controlavaggio.
I. Metodi di calcolo per piastre perforate (piastre porose)
Le piastre perforate sono generalmente posizionate sul fondo del filtro, supportano il materiale filtrante e i cappucci dei filtri e distribuiscono uniformemente l'acqua e l'aria del controlavaggio.
1. Parametro di progettazione principale: rapporto area aperta
Il rapporto dell'area aperta è il rapporto tra l'area totale di tutte le aperture sulla piastra forata e l'area totale della piastra forata. Questo è il fattore più cruciale nel calcolo.
La portata dell'acqua di controlavaggio determina il limite inferiore: durante il controlavaggio, è necessario un flusso d'acqua sufficiente attraverso le aperture per supportare il mezzo filtrante per la pulizia. Se il rapporto dell'orifizio è troppo piccolo, la resistenza al flusso dell'acqua sarà troppo elevata, richiedendo una prevalenza della pompa di controlavaggio più elevata e determinando potenzialmente una distribuzione dell'acqua non uniforme.
La resistenza della piastra dell'orifizio determina il limite superiore: un rapporto dell'orifizio eccessivamente elevato indebolirà la resistenza meccanica della piastra dell'orifizio, causando potenzialmente deformazioni o lacerazioni sotto la pressione del controlavaggio (specialmente durante il lavaggio dell'aria).
Esperienza nel settore: in genere, per il controlavaggio-di sola acqua, il rapporto degli orifizi è progettato per essere compreso tra il 3% e l'8%. Se si utilizza il controlavaggio combinato aria-acqua, a causa della maggiore forza d'impatto dell'aria, il rapporto dell'orifizio è solitamente inferiore, ad esempio 2%-5%, per garantire una resistenza sufficiente.
2. Fasi di calcolo
Passaggio 1: determinare l'area totale dell'orifizio richiesta (A_holes)
Quest'area deve soddisfare i requisiti di volume dell'acqua di controlavaggio.
A_holes=Q_backwash / V
Q_backwash: Portata acqua di controlavaggio (m³/s). Calcolato in base al diametro del filtro e all'intensità del controlavaggio richiesta (L/s·m²). Q_controlavaggio=Intensità del controlavaggio × (π × D²/4). (Nota conversione unità: 1 m³/s=1000 L/s)
V: velocità di flusso ammissibile del fluido attraverso l'orifizio calibrato (m/s). Si tratta di un valore empirico, generalmente 1,0~3,0 m/s per il controlavaggio con acqua e 10~20 m/s per il controlavaggio con aria (velocità dell'aria in condizioni standard). Questo valore non può essere troppo grande, altrimenti la perdita di carico sarà enorme; né può essere troppo piccolo, altrimenti ci saranno troppi orifizi.
Passaggio due: calcolare l'area totale del diaframma (A_plate)
A_piatto=π×(D_filtro_interno)²/4
D_filter_inner: diametro interno del serbatoio del filtro (m).
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Fase tre: verificare il rapporto dell'orifizio (η)
η=A_fori / A_piastra × 100%
Il rapporto dell'orifizio calcolato η deve rientrare nell'intervallo empirico sopra indicato (ad esempio, 2%-8%). In caso contrario, la velocità del flusso ammissibile V nella fase uno deve essere regolata e ricalcolata. L'aumento di V diminuirà gli A_hole e diminuirà η; al contrario, diminuendo V diminuirà η. Passaggio 4: determinare il numero di fori (N) e il diametro del foro (d)
Questa è una scelta che richiede un’attenta considerazione.
N=A_buchi / (π×d²/4)
Selezione diametro foro (d): in genere vengono utilizzati fori di Φ8~Φ12 mm. I fori troppo piccoli tendono a intasarsi, mentre quelli troppo grandi richiedono più bulloni/tappi filtro per sigillarli e l’uniformità della distribuzione dell’acqua è leggermente peggiore.
Selezione del numero di fori (N): calcolare il numero di fori N richiesto in base al diametro del foro selezionato d.
Disposizione dei fori: viene solitamente utilizzata una disposizione a triangolo equilatero (quadrifoglio), poiché questa disposizione fornisce la distribuzione più uniforme. La distanza da centro-a-centro tra i fori è generalmente (3~5)d. I fori non dovrebbero essere troppo vicini alla parete del serbatoio; la distanza dal bordo è generalmente compresa tra 100 mm e 150 mm.
II. Metodo di calcolo per i tappi filtro
I tappi filtro sono i componenti che garantiscono direttamente una distribuzione uniforme dell'acqua e il loro calcolo è strettamente correlato all'orifizio.
1. Parametri principali: area e numero totali degli slot
Ciascun cappuccio del filtro è dotato di numerose fessure sottili (tipicamente 0,25 mm~0,4 mm) progettate per bloccare il passaggio del mezzo filtrante.
2. Fasi di calcolo
Passaggio 1: determinare il flusso dello slot di un singolo cappuccio del filtro
Consultare il fornitore del tappo del filtro per ottenere le curve della portata di acqua e aria per un singolo tappo del filtro con diversi differenziali di pressione. Questo è il metodo più accurato.
Se non sono disponibili dati si possono fare delle stime. Il flusso di un singolo tappo del filtro- con manico lungo (fessure da 0,3 mm) durante il controlavaggio dell'acqua (differenza di pressione ~0,1 MPa) è di circa 0,5~1,2 m³/h. Durante il controlavaggio dell'aria, il flusso è di circa 15~30 Nm³/h.
Passaggio 2: calcolare il numero richiesto di tappi filtro (N_cap)
N_cap=MAX( Q_controlavaggio / q_acqua, Q_aria / q_aria )
Q_backwash: Portata totale dell'acqua di controlavaggio (m³/h)
q_water: flusso d'acqua per tappo filtro (m³/h)
Q_air: Portata totale dell'aria di controlavaggio (Nm³/h)
q_air: Flusso d'aria per tappo filtro (Nm³/h)
Prendere il valore maggiore tra i calcoli del controlavaggio dell'acqua e del controlavaggio dell'aria per soddisfare condizioni operative più impegnative.
Passaggio 3: verificare la spaziatura del cappuccio del filtro
Disporre i cappucci del filtro sulla piastra dell'orifizio in base al numero calcolato di cappucci del filtro N_cap (solitamente in uno schema sfalsato).
Spaziatura del cappuccio del filtro: solitamente 150 mm~250 mm. Questa spaziatura è fondamentale: una spaziatura troppo grande creerà punti ciechi nella distribuzione dell'acqua, impedendo un'efficace pulizia del mezzo filtrante in queste aree durante il controlavaggio, portando infine alla formazione di grumi e accumuli.
Una distanza troppo piccola renderà l'installazione scomoda, aumenterà i costi e potrebbe influenzare la distribuzione dell'acqua a causa dell'interferenza tra i fluidi.
È essenziale garantire che la distanza tra il tappo del filtro più esterno e la parete del serbatoio sia compresa tra circa 75 mm e 100 mm per evitare corto-circuiti del flusso d'acqua all'interno della parete del serbatoio.