Udformningen af perforerede plader og filterhætter i mekaniske filtre påvirker direkte udstyrets driftsydelse og levetid. De centrale designmål er todelt:
Sikring af ensartet vandfordeling under normal filtrering, fuld udnyttelse af hele filtreringstværsnittet- og undgå kortslutninger eller døde zoner.
Sikrer absolut ensartet vand- og luftfordeling under tilbageskylning, og sikrer, at filtermediet er grundigt rengjort uden tab, mens selve den perforerede plade/filterhætte har tilstrækkelig mekanisk styrke til at modstå den betydelige slagkraft under tilbageskylning.
I. Beregningsmetoder for perforerede plader (porøse plader)
Perforerede plader er typisk placeret i bunden af filteret, der understøtter filtermediet og filterhætterne og fordeler returvand og luft jævnt.
1. Kernedesignparameter: Åbent arealforhold
Det åbne arealforhold er forholdet mellem det samlede areal af alle åbninger på den perforerede plade og det samlede areal af den perforerede plade. Dette er den mest afgørende faktor i beregningen.
Tilbageskyllevandsflowhastighed bestemmer den nedre grænse: Under tilbageskylning kræves der tilstrækkelig vandstrøm gennem åbningerne til at understøtte filtermediet til rengøring. Hvis åbningsforholdet er for lille, vil vandstrømningsmodstanden være for høj, hvilket kræver et højere returskyllepumpehoved og potentielt resultere i ujævn vandfordeling.
Brændningspladens styrke bestemmer den øvre grænse: et for højt åbningsforhold vil svække den mekaniske styrke af åbningspladen, hvilket potentielt kan forårsage deformation eller rivning under tilbageskylningstryk (især under luftskrubning).
Brancheerfaring: Generelt er åbningsforholdet for vand-kun designet til at være mellem 3 % og 8 %. Hvis der anvendes luft-vand kombineret tilbageskylning, på grund af luftens større slagkraft, er åbningsforholdet normalt lavere, for eksempel 2%-5%, for at sikre tilstrækkelig styrke.
2. Beregningstrin
Trin 1: Bestem det nødvendige samlede åbningsareal (A_holes)
Dette område skal opfylde kravene til tilbageskyllevandsvolumen.
A_holes=Q_backwash / V
Q_backwash: Tilbageskyllevandsflowhastighed (m³/s). Beregnet ud fra filterdiameteren og den nødvendige tilbageskylningsintensitet (L/s·m²). Q_backwash=Tilbageskylningsintensitet × (π × D²/4). (Bemærk enhedskonvertering: 1 m³/s=1000 L/s)
V: Tilladelig strømningshastighed for væske gennem åbningspladen (m/s). Dette er en empirisk værdi, generelt 1,0~3,0 m/s for vandtilbageskylning og 10~20 m/s for lufttilbageskylning (lufthastighed under standardbetingelser). Denne værdi kan ikke være for stor, ellers vil hovedtabet være enormt; den kan heller ikke være for lille, ellers bliver der for mange åbninger.
Trin to: Beregn det samlede areal af åbningspladen (A_plade)
A_plade=π×(D_filter_indre)²/4
D_filter_inner: Indvendig diameter af filtertanken (m).
[Billede]
Trin tre: Bekræft åbningsforholdet (η)
η=A_holes / A_plate × 100 %
Det beregnede åbningsforhold η skal falde inden for ovenstående empiriske område (f.eks. 2%-8%). Hvis ikke, skal den tilladte strømningshastighed V i trin 1 justeres og genberegnes. Forøgelse af V vil mindske A_holes og mindske η; omvendt vil faldende V falde η. Trin 4: Bestem antallet af huller (N) og huldiameter (d)
Dette er et valg, der kræver nøje overvejelse.
N=A_holes / (π×d²/4)
Valg af huldiameter (d): Typisk bruges huller på Φ8~Φ12mm. Huller, der er for små, er tilbøjelige til at blive tilstoppet, mens de, der er for store, kræver flere bolte/filterhætter til tætning, og vandfordelingens ensartethed er lidt dårligere.
Valg af antal huller (N): Beregn det nødvendige antal huller N baseret på den valgte huldiameter d.
Hullayout: Et ligesidet trekant (kløverblad) arrangement bruges normalt, da dette arrangement giver den mest ensartede fordeling. Centrum-til-centerafstanden mellem hullerne er generelt (3~5)d. Huller bør ikke være for tæt på tankvæggen; kantafstanden er generelt 100 mm ~ 150 mm.
II. Beregningsmetode for filterhætter
Filterhætter er de komponenter, der direkte opnår ensartet vandfordeling, og deres beregning er tæt forbundet med åbningspladen.
1. Kerneparametre: Samlet slotareal og antal
Hver filterhætte har adskillige fine slidser (typisk 0,25 mm~0,4 mm) designet til at blokere filtermediet i at passere igennem.
2. Beregningstrin
Trin 1: Bestem spaltefluxen for en enkelt filterhætte
Kontakt leverandøren af filterhætten for at få vand- og luftstrømningshastighedskurver for et enkelt filterdæksel under forskellige trykforskelle. Dette er den mest nøjagtige metode.
Hvis ingen data er tilgængelige, kan der foretages skøn. Fluxen af en enkelt lang-filterhætte (0,3 mm slidser) under vandtilbageskylning (trykforskel ~0,1 MPa) er ca. 0,5~1,2 m³/h. Under lufttilbageskylning er fluxen ca. 15~30 Nm³/h.
Trin 2: Beregn det nødvendige antal filterhætter (N_cap)
N_cap=MAX( Q_backwash / q_water, Q_air / q_air )
Q_backwash: Samlet returskyllevandsflowhastighed (m³/h)
q_vand: Vandflux pr. filterdæksel (m³/h)
Q_air: Samlet tilbageskylningsluftstrøm (Nm³/h)
q_air: Luftflux pr. filterdæksel (Nm³/h)
Tag den største værdi mellem vandtilbageskylningen og lufttilbageskylningen for at imødekomme mere krævende driftsforhold.
Trin 3: Bekræft filterhættens afstand
Arranger filterhætterne på åbningspladen i overensstemmelse med det beregnede antal filterhætter N_cap (normalt i et forskudt mønster).
Filterdækselafstand: Typisk 150mm~250mm. Denne afstand er afgørende: For stor afstand vil skabe blinde pletter i vandfordelingen, hvilket forhindrer effektiv rensning af filtermediet i disse områder under tilbageskylning, hvilket i sidste ende fører til dannelse af klumper og ophobning.
For lille afstand vil gøre installationen ubekvem, øge omkostningerne og kan påvirke vandfordelingen på grund af interferens mellem væsker.
Det er vigtigt at sikre, at afstanden mellem den yderste filterhætte og tankvæggen er ca. 75 mm til 100 mm for at forhindre kort-kredsløb af vandstrømmen inde i tankvæggen.
