本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)領(lǐng)域，尤其是關(guān)于一種過濾器疊片結(jié)構(gòu)及疊片式過濾器。

背景技術(shù)：

水資源的短缺已成為全球性的問題，這一問題對糧食安全、經(jīng)濟安全、人口安全等一系列的問題產(chǎn)生了巨大的影響。經(jīng)過長期的研究發(fā)展，微灌已經(jīng)成為現(xiàn)在普及的灌溉方式，這種方式的運用大幅度降低了農(nóng)業(yè)用水量，但是其對于水質(zhì)的要求是較為嚴格的。如果不能有效的去除灌溉水中的各類雜質(zhì)，會嚴重影響水的質(zhì)量，造成各級設(shè)備的堵塞，嚴重的會造成整個微灌系統(tǒng)的癱瘓和報廢。以引用黃河水的河套灌區(qū)為例，其引水中的主要雜質(zhì)是泥沙，泥沙的過濾效率就成為了灌溉系統(tǒng)是否成功的關(guān)鍵。經(jīng)過過濾器的性能試驗研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的灌溉系統(tǒng)中幾種過濾器對于泥沙的過濾都有一定的限制，主要去除大顆粒的泥沙，而粒徑較小的懸浮型泥沙得不到有效的去除。疊片過濾器的過濾效率是一個亟待解決的問題，而疊片是疊片式過濾器的核心，故改造疊片式過濾器的最有效方法就是對疊片進行改造。

由于疊片過濾器的應(yīng)用在中小型農(nóng)戶中較為廣泛，大量的科研學者試圖從多方面來解決過濾器的效率問題，雖然對于內(nèi)部疊片的研究還沒有大范圍的展開，但也取得了一些成果。目前也有很多專家學者提出了許多對于疊片的優(yōu)化方案，如：北京市控制工程研究所李永華等(申請公布號：CN104888511A)公開了一種改變疊片形狀的設(shè)計，該設(shè)計通過將傳統(tǒng)的圓盤式疊片改造為花瓣式疊片有效的增加了疊片的外緣邊長，與此同時增加了流道的數(shù)量，在一定程度上增加了泥沙沉降的區(qū)域，但由于其流道的結(jié)構(gòu)較為簡單，雖然增加了流道數(shù)量但是對過濾的效率和精度并沒有明顯改善。

又如中國水利水電科學研究院吳文勇等(申請公布號：CN104785003 A)公開了一種新型的等流道截面過濾器疊片，其圓環(huán)形片體的流道為半圓式流道，且內(nèi)外流道截面半徑相同，在一定意義上克服了傳統(tǒng)疊片能耗高和不易清潔的問題，但是過濾效率較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的過濾器疊片結(jié)構(gòu)及疊片式過濾器，可有效地改善過濾效率，降低過濾所帶來的水頭損失。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種過濾器疊片結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括環(huán)形的疊片，所述疊片上設(shè)有截面呈五角星形狀的流道。

進一步，所述流道的截面形狀為應(yīng)用koch分形曲線二階圖形中的中間三分之一部分的五角星形狀。

進一步，所述流道截面的每個尖角均進行倒圓角。所述流道截面的尖角采用倒圓角的設(shè)計，便于加工出準確尺寸的流道；另外，圓角的弧度有利于提高反沖洗時的沖洗效率，而尖角處易存積難以清洗的雜質(zhì)。

進一步，所述流道的外側(cè)截面尺寸大于其內(nèi)側(cè)的截面尺寸。所述疊片的流道截面根據(jù)過濾的方向由外側(cè)向內(nèi)側(cè)逐漸縮小，縮小規(guī)律遵循線性方程規(guī)律。

進一步，所述疊片上均布有多個相同的所述流道。所述流道的走向分別與其在所述疊片外側(cè)邊沿處的切線夾角為67°。

進一步，所述疊片的上下兩側(cè)均設(shè)有所述流道。多個疊片疊加后，下方疊片的上側(cè)面的流道與上方疊片的下側(cè)面的流道可能會組合成多種不同的新流道，提高過濾效率。

進一步，所述疊片的內(nèi)徑與外徑的比值范圍為0.75-0.8:1，所述流道長度為20(±2)mm。

進一步，所述疊片的材料主要包括殼聚糖纖維和聚乙烯。還包括少量的塑料耐寒柔軟劑和有機砷。其中，殼聚糖纖維占12.5％，聚乙烯占85.9％，還需要添加1.0％的塑料耐寒柔軟劑以及0.6％的有機砷。

進一步，所述疊片制造成型后，利用枯草芽孢桿菌溶液進行浸泡?？莶菅挎邨U菌溶液濃度優(yōu)選為10⁸CFU/g，浸泡時間優(yōu)選為24小時。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提出一種疊片式過濾器，包括多個上述的過濾器疊片結(jié)構(gòu)。

基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明提出的過濾器疊片可以提高過濾器的過濾效率，有效的提供更多泥沙顆粒的沉降區(qū)域，使用范圍廣。

(2)本發(fā)明的疊片的截面設(shè)計形式在保證原有過濾精度的前提下提供了更大的過流面積，在通過相同體積水量的前提下其所產(chǎn)生的水頭損失在一定程度上低于傳統(tǒng)疊片。

(3)本發(fā)明在疊片的制作中使用到殼聚糖纖維，凝結(jié)懸浮的微生物，在物理過濾的同時起到生物過濾的作用，兼具消毒殺菌的作用。并且在疊片制作結(jié)束后，本發(fā)明提出使用枯草芽孢桿菌溶液浸漬疊片的方法令過濾器不但可以成功的過濾物理雜質(zhì)，同時還能有效的防止生物膜的產(chǎn)生，令其隨過濾器的反沖洗流出水體，減少生物妨礙過濾的幾率并大大降低了灌水器的堵塞幾率。

附圖說明

圖1為koch曲線構(gòu)造二階圖形的示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的流道截面的示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的疊片的示意圖；

圖4為圖3中A處放大示意圖；

圖5為圖3中B處放大示意圖；

圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例的疊片式過濾器的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

本申請通過改造疊片流道以改善過濾效率。將分形理論應(yīng)用到疊片式過濾器流道的設(shè)計中，利用其復雜的幾何構(gòu)造為需要過濾的水源提供面積充足的流道以及擴充沙粒沉降區(qū)域，該疊片結(jié)構(gòu)可提高過濾器的設(shè)計過流能力以及過濾效率，有效的攔截細小泥沙，同時在一定程度上降低過濾過程的水頭損失。

本申請對傳統(tǒng)疊片的材料進行改造。傳統(tǒng)疊片所采用的材料是PP，PP具有質(zhì)量輕、韌性好和耐化學性好的優(yōu)點，但是其尺寸精度低、剛性不足，會出現(xiàn)后收縮現(xiàn)象，脫模后容易發(fā)生老化、變脆或變形。在長期的過濾中，會有許多泥沙顆粒對疊片進行沖撞造成流道內(nèi)部許多“傷痕”，經(jīng)過長期的積累將造成過濾器的過濾效率大大降低，嚴重將使其報廢。本發(fā)明將殼聚糖纖維和枯草芽孢桿菌溶液運用到疊片的制作中，使過濾器能夠同時進行物理過濾以及生物過濾。

在根據(jù)本申請的一個實施例中，參考圖3、圖4和圖5，提供一種過濾器疊片結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括環(huán)形的疊片，所述疊片上設(shè)有截面呈五角星形狀的流道。

所述流道采用中等長度時，可以達到較好的過濾效果。過短的流道會導致過濾的不充分；過長的流道又會導致過濾以及反沖洗的困難。本發(fā)明經(jīng)過對多種流道長度的模型進行模擬計算得出適應(yīng)性最為優(yōu)良的流道長度范圍，認為其在保證過濾效果的同時能降低不必要的水頭損失。

所述流道的截面形狀為應(yīng)用koch分形曲線二階圖形中的中間三分之一部分的五角星形狀。如圖2所示，該形狀具有很好的自相似特性，可提高疊片結(jié)構(gòu)的復雜度，提高過濾效率。

所述流道的截面形狀的主要設(shè)計理念是基于分形中的koch曲線展開的，koch曲線的主要思想是：在一條直線的左右三分之一處截成三段，即三等分一條線段；再用一個等邊三角形替代第一步劃分三等分的中間部分；并在每一條直線上，重復上一步，koch曲線的構(gòu)造可參考圖1。

在保證疊片流道截面的內(nèi)切圓不變的前提下，利用koch分形曲線構(gòu)造截面的復雜形狀，利用其復雜的自相似結(jié)構(gòu)，可以達到兩個目的：

第一，使截面面積有所增大。由于水頭損失是流體機械能的損失，在速度不變的前提下，使流道的長度和截面面積的比值盡量小，以達到減小水頭損失的目的。當分形曲線的引入有效的增加了過流截面的面積時，使同一時間內(nèi)相同速度的水流，令過流量大大增加，有效的降低了水頭損失，使過濾能耗變小，過濾更為經(jīng)濟。

第二，提高流道的復雜程度。傳統(tǒng)疊片的流道只有三個尖角，且底角兩處的過濾沉淀性能較差，在大量泥沙涌入的情況下并不適宜泥沙的沉降，而利用分形曲線進行的截面構(gòu)造可以有效的增加流道內(nèi)的低速區(qū)，本發(fā)明所選用的koch曲線利用三角形狀的自相似性質(zhì)，將截面上的尖角區(qū)增加了兩倍，由于疊片過濾器的主要原理是利用低速區(qū)使泥沙沉降達到過濾的效果，此發(fā)明中將低速尖角取由三個增加到五個，使得低速區(qū)面積增大，將效益較低的兩處底角忽略，本發(fā)明的泥沙沉降率近似為傳統(tǒng)疊片流道的三倍。為更多沙粒的沉積提供了可能。

所述流道截面的每個尖角均進行倒圓角。所述流道截面的尖角采用倒圓角的設(shè)計，便于加工出準確尺寸的流道；另外，圓角的弧度有利于提高反沖洗時的沖洗效率，而尖角處易存積難以清洗的雜質(zhì)。

所述流道的外側(cè)截面尺寸大于其內(nèi)側(cè)的截面尺寸。所述疊片的流道截面根據(jù)過濾的方向由外側(cè)向內(nèi)側(cè)逐漸縮小，縮小規(guī)律遵循線性方程規(guī)律。

所述疊片上均布有多個相同的所述流道。所述流道的走向分別與其在所述疊片外側(cè)邊沿處的切線夾角為67°。

所述疊片的上下兩側(cè)均設(shè)有所述流道。多個疊片疊加后，下方疊片的上側(cè)面的流道與上方疊片的下側(cè)面的流道可能會組合成多種不同的新流道，提高過濾效率。

所述疊片的內(nèi)徑與外徑的比值范圍優(yōu)選為0.75-0.8:1，所述流道長度大約在20(±2)mm。

所述疊片的材料主要包括殼聚糖纖維和聚乙烯。還包括少量的塑料耐寒柔軟劑和有機砷。其中，優(yōu)選地，殼聚糖纖維占12.5％，聚乙烯占85.9％，還需要添加1.0％的塑料耐寒柔軟劑以及0.6％的有機砷。通過濕拉的方法制作殼聚糖纖維。

所述疊片制造成型后，利用枯草芽孢桿菌溶液進行浸泡。枯草芽孢桿菌溶液濃度優(yōu)選為10⁸CFU/g，浸泡時間優(yōu)選為24小時，浸泡后即完成疊片的制作。

本發(fā)明的疊片材料不僅避免了在傳統(tǒng)疊片材料所使用的pp所帶來的一系列不便，并且在一定程度上凝絮了懸浮的微生物和沙粒，使其更容易沉淀并被過濾，與此同時，還能夠達到制微生物的聚集，防止形成大片的生物膜，促進微生物的分解和死亡的作用。

首先流道中混入的殼聚糖菌劑在過濾的過程中會持續(xù)的緩慢釋放，在長期的過濾中抑制生物膜的行程，有效的加速生物膜的分解，令其可以在過濾過程中充分剝落，隨沖洗水流一起流出過濾器；其次利用灌溉水中菌群的拮抗菌劑進行疊片的浸漬，可以有效的抑制菌群的結(jié)群并令其只能沉降而不能附著在疊片上，利用這一優(yōu)勢可以在反沖洗時將脫落沉降的堵塞物質(zhì)沖出過濾器。極大程度的為微灌系統(tǒng)的使用帶來便利，降低了灌水器所承受的壓力。

本發(fā)明還提出一種疊片式過濾器，如圖6所示，包括多個上述的過濾器疊片結(jié)構(gòu)。

最后，本申請的方法僅為較佳的實施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。