El disseny de plaques perforades i tapes de filtre en filtres mecànics afecta directament el rendiment operatiu i la vida útil de l'equip. Els objectius bàsics del disseny són dos:
Garantir una distribució uniforme de l'aigua durant la filtració normal, utilitzant plenament tota la secció transversal de filtració-i evitant curtcircuits o zones mortes.
Assegurant una distribució absolutament uniforme de l'aigua i l'aire durant el rentat a contracor, assegurant que el medi de filtre es neteja a fons sense pèrdua, mentre que la placa perforada/tapa del filtre té una resistència mecànica suficient per suportar la força d'impacte important durant el rentat a contracor.
I. Mètodes de càlcul per a plaques perforades (plaques poroses)
Les plaques perforades solen situar-se a la part inferior del filtre, recolzant el medi de filtre i les tapes del filtre, i distribuint uniformement l'aigua i l'aire de rentat.
1. Paràmetre de disseny del nucli: Relació d'àrea oberta
La relació d'àrea oberta és la relació entre l'àrea total de totes les obertures de la placa perforada i l'àrea total de la placa perforada. Aquest és el factor més important en el càlcul.
El cabal d'aigua de rentat a contracor determina el límit inferior: durant el rentat a contracor, es requereix un flux d'aigua suficient a través de les obertures per suportar el medi filtrant per a la neteja. Si la relació de l'orifici és massa petita, la resistència al flux d'aigua serà massa alta, la qual cosa requerirà un capçal de bomba de rentat més alt i pot provocar una distribució desigual de l'aigua.
La força de la placa d'orifici determina el límit superior: una relació d'orifici excessivament alta debilitarà la resistència mecànica de la placa d'orifici, provocant potencialment deformació o esquinçament sota pressió de rentat (especialment durant el fregament d'aire).
Experiència en el sector: generalment, per al rentat-només amb aigua, la relació d'orifici està dissenyada per ser entre el 3% i el 8%. Si s'utilitza un contrarentat combinat amb aire-aigua, a causa de la força d'impacte més gran de l'aire, la relació d'orificis sol ser més baixa, per exemple, del 2% al 5%, per garantir una resistència suficient.
2. Passos de càlcul
Pas 1: determineu l'àrea total de l'orifici necessària (A_holes)
Aquesta àrea ha de complir els requisits de volum d'aigua de rentat.
A_forats=Q_backwash / V
Q_backwash: cabal d'aigua de contrarentat (m³/s). Calculat en funció del diàmetre del filtre i de la intensitat de rentat requerida (L/s·m²). Q_backwash=Intensitat de rentat × (π × D²/4). (Nota la conversió d'unitats: 1 m³/s=1000 L/s)
V: velocitat de flux admissible del fluid a través de la placa d'orifici (m/s). Aquest és un valor empíric, generalment 1,0 ~ 3,0 m/s per al rentat a contracors d'aigua i 10 ~ 20 m/s per al rentat amb aire (velocitat de l'aire en condicions estàndard). Aquest valor no pot ser massa gran, en cas contrari la pèrdua de cap serà enorme; ni pot ser massa petit, sinó hi haurà massa orificis.
Pas dos: calculeu l'àrea total de la placa d'orifici (A_plate)
A_placa=π×(D_filter_interior)²/4
D_filter_inner: Diàmetre interior del dipòsit del filtre (m).
[Imatge]
Pas tres: comproveu la relació de l'orifici (η)
η=A_forats / A_plate × 100%
La relació d'orificis η calculada ha de situar-se dins del rang empíric anterior (per exemple, 2%-8%). En cas contrari, cal ajustar i tornar a calcular la velocitat de flux V admissible al primer pas. Augmentant V disminuirà A_holes i disminuirà η; per contra, disminuint V disminuirà η. Pas 4: determineu el nombre de forats (N) i el diàmetre del forat (d)
Aquesta és una elecció que requereix una consideració acurada.
N=A_forats / (π×d²/4)
Selecció del diàmetre del forat (d): normalment s'utilitzen forats de Φ8~Φ12mm. Els forats massa petits són propensos a obstruir-se, mentre que els que són massa grans requereixen més cargols/tapes de filtre per segellar, i la uniformitat de la distribució de l'aigua és lleugerament pitjor.
Selecció del nombre de forats (N): calculeu el nombre de forats necessaris N en funció del diàmetre del forat d seleccionat.
Disposició dels forats: normalment s'utilitza una disposició de triangle equilàter (trevol), ja que aquesta disposició proporciona la distribució més uniforme. La distància de centre-a-centre entre forats és generalment (3~5)d. Els forats no han d'estar massa a prop de la paret del dipòsit; la distància de la vora és generalment de 100 mm ~ 150 mm.
II. Mètode de càlcul per als taps de filtre
Els taps de filtre són els components que aconsegueixen directament una distribució uniforme de l'aigua i el seu càlcul està estretament relacionat amb la placa d'orifici.
1. Paràmetres bàsics: Àrea total de ranura i nombre
Cada tap de filtre té nombroses ranures fines (normalment 0,25 mm ~ 0,4 mm) dissenyades per bloquejar el pas dels mitjans de filtre.
2. Passos de càlcul
Pas 1: determineu el flux de ranura d'una tapa de filtre únic
Consulteu el proveïdor de la tapa del filtre per obtenir corbes de cabal d'aigua i aire per a una sola tapa de filtre amb diferents diferencials de pressió. Aquest és el mètode més precís.
Si no hi ha dades disponibles, es poden fer estimacions. El flux d'una sola tapa de filtre de mànec llarg-(ranures de 0,3 mm) durant el contrarentat d'aigua (diferencial de pressió ~ 0,1 MPa) és d'aproximadament 0,5 ~ 1,2 m³/h. Durant el rentat d'aire, el flux és d'aproximadament 15 ~ 30 Nm³/h.
Pas 2: calculeu el nombre necessari de tapes de filtre (N_cap)
N_cap=MAX( Q_backwash / q_water, Q_air / q_air )
Q_backwash: cabal total d'aigua de contrarentat (m³/h)
q_aigua: flux d'aigua per tapa del filtre (m³/h)
Q_air: cabal d'aire de rentat total (Nm³/h)
q_aire: flux d'aire per tapa del filtre (Nm³/h)
Agafeu el valor més gran entre els càlculs de rentat d'aigua i de rentat d'aire per satisfer les condicions de funcionament més exigents.
Pas 3: comproveu l'espaiat de la tapa del filtre
Col·loqueu els taps del filtre a la placa d'orifici segons el nombre calculat de taps del filtre N_cap (normalment en un patró esglaonat).
Espaiat de la tapa del filtre: normalment 150 mm ~ 250 mm. Aquest espai és crucial: un espai massa gran crearà punts cecs en la distribució de l'aigua, impedint la neteja eficaç del medi de filtre en aquestes zones durant el rentat a contracor, i eventualment provocarà la formació de grumolls i acumulació.
Un espai massa petit farà que la instal·lació sigui incòmode, augmentarà els costos i pot afectar la distribució de l'aigua a causa de la interferència entre els fluids.
És essencial assegurar-se que la distància entre la tapa del filtre més externa i la paret del dipòsit sigui d'aproximadament 75 mm a 100 mm per evitar un curt-circuit del flux d'aigua dins de la paret del dipòsit.