Thiết kế tấm đục lỗ và nắp lọc trong bộ lọc cơ học ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hoạt động và tuổi thọ của thiết bị. Mục tiêu thiết kế cốt lõi gồm có hai phần:
Đảm bảo phân phối nước đồng đều trong quá trình lọc thông thường, tận dụng tối đa toàn bộ mặt cắt lọc{0}}và tránh đoản mạch hoặc vùng chết.
Đảm bảo phân phối nước và không khí đồng đều tuyệt đối trong quá trình rửa ngược, đảm bảo vật liệu lọc được làm sạch hoàn toàn mà không bị thất thoát, đồng thời bản thân tấm/nắp lọc đục lỗ có đủ độ bền cơ học để chịu được lực va đập đáng kể trong quá trình rửa ngược.
I. Phương pháp tính toán tấm đục lỗ (tấm xốp)
Các tấm đục lỗ thường được đặt ở dưới cùng của bộ lọc, hỗ trợ vật liệu lọc và nắp bộ lọc, đồng thời phân phối đều nước và không khí rửa ngược.
1. Thông số thiết kế cốt lõi: Tỷ lệ diện tích mở
Tỷ lệ diện tích mở là tỷ lệ giữa tổng diện tích của tất cả các lỗ trên tấm đục lỗ trên tổng diện tích của tấm đục lỗ. Đây là yếu tố quan trọng nhất trong tính toán.
Tốc độ dòng nước rửa ngược xác định giới hạn dưới: Trong quá trình rửa ngược, cần có đủ lưu lượng nước qua các lỗ để hỗ trợ vật liệu lọc làm sạch. Nếu tỷ lệ lỗ quá nhỏ, lực cản dòng nước sẽ quá cao, đòi hỏi đầu bơm rửa ngược cao hơn và có khả năng dẫn đến phân phối nước không đồng đều.
Độ bền của tấm lỗ tiết lưu xác định giới hạn trên: tỷ lệ lỗ quá cao sẽ làm suy yếu độ bền cơ học của tấm lỗ tiết lưu, có khả năng gây biến dạng hoặc rách dưới áp suất rửa ngược (đặc biệt là trong quá trình lọc khí).
Kinh nghiệm trong ngành: Nói chung, đối với hoạt động rửa ngược chỉ dùng nước, tỷ lệ lỗ được thiết kế nằm trong khoảng từ 3% đến 8%. Nếu sử dụng phương pháp rửa ngược kết hợp không khí{4}}nước, do lực tác động của không khí lớn hơn nên tỷ lệ lỗ thường thấp hơn, chẳng hạn như 2%-5%, để đảm bảo đủ độ bền.
2. Các bước tính toán
Bước 1: Xác định tổng diện tích lỗ cần thiết (A_holes)
Khu vực này cần đáp ứng yêu cầu về lượng nước rửa ngược.
A_holes=Q_backwash / V
Q_backwash: Tốc độ dòng nước rửa ngược (m³/s). Tính toán dựa trên đường kính bộ lọc và cường độ rửa ngược yêu cầu (L/s·m2). Q_rửa ngược=Cường độ rửa ngược × (π × D²/4). (Lưu ý chuyển đổi đơn vị: 1 m³/s=1000 L/s)
V: Vận tốc dòng chảy cho phép của chất lỏng qua tấm tiết lưu (m/s). Đây là giá trị thực nghiệm, thường là 1,0~3,0 m/s đối với rửa ngược nước và 10 ~ 20 m/s đối với rửa ngược không khí (tốc độ không khí trong điều kiện tiêu chuẩn). Giá trị này không thể quá lớn, nếu không tổn thất đầu sẽ rất lớn; cũng không được quá nhỏ, nếu không sẽ có quá nhiều lỗ.
Bước hai: Tính tổng diện tích của tấm lỗ (A_plate)
A_plate=π×(D_filter_inner)2/4
D_filter_inner: Đường kính trong của bể lọc (m).
[Hình ảnh]
Bước ba: Xác minh tỷ lệ lỗ (η)
η=A_holes / A_plate × 100%
Tỷ lệ lỗ tính toán η phải nằm trong phạm vi thực nghiệm ở trên (ví dụ: 2% -8%). Nếu không, tốc độ dòng chảy cho phép V ở Bước Một cần được điều chỉnh và tính toán lại. Tăng V sẽ giảm A_holes và giảm η; ngược lại, V giảm sẽ giảm η. Bước 4: Xác định số lỗ (N) và đường kính lỗ (d)
Đây là một sự lựa chọn, cần phải cân nhắc kỹ lưỡng.
N=A_holes / (π×d²/4)
Lựa chọn đường kính lỗ (d): Thông thường, các lỗ có kích thước Φ8 ~ Φ12mm được sử dụng. Các lỗ quá nhỏ dễ bị tắc, trong khi những lỗ quá lớn cần nhiều bu lông/nắp lọc để bịt kín và độ đồng đều phân phối nước kém hơn một chút.
Number of Holes Selection (N): Tính toán số lượng lỗ N cần thiết dựa trên đường kính lỗ đã chọn d.
Bố trí lỗ: Cách sắp xếp tam giác đều (lá cỏ ba lá) thường được sử dụng vì cách sắp xếp này mang lại sự phân bố đồng đều nhất. Khoảng cách từ tâm-đến-tâm giữa các lỗ thường là (3~5)d. Các lỗ không được quá gần thành bể; khoảng cách cạnh thường là 100mm ~ 150mm.
II. Phương pháp tính toán cho nắp bộ lọc
Nắp lọc là bộ phận trực tiếp đạt được sự phân phối nước đồng đều và tính toán của chúng có liên quan chặt chẽ đến tấm lỗ.
1. Thông số cốt lõi: Tổng diện tích và số lượng vị trí
Mỗi nắp bộ lọc có nhiều khe nhỏ (thường là 0,25mm ~ 0,4mm) được thiết kế để chặn vật liệu lọc đi qua.
2. Các bước tính toán
Bước 1: Xác định thông lượng khe của nắp bộ lọc đơn
Tham khảo ý kiến của nhà cung cấp nắp bộ lọc để có được đường cong tốc độ dòng nước và không khí cho một nắp bộ lọc dưới các chênh lệch áp suất khác nhau. Đây là phương pháp chính xác nhất.
Nếu không có dữ liệu, có thể ước tính. Dòng chảy của một nắp bộ lọc có tay cầm dài{1}}(khe 0,3mm) trong quá trình rửa ngược nước (chênh lệch áp suất ~0,1MPa) là khoảng 0,5~1,2 m³/h. Trong quá trình rửa ngược không khí, dòng chảy xấp xỉ 15~30 Nm³/h.
Bước 2: Tính toán số lượng nắp lọc cần thiết (N_cap)
N_cap=MAX( Q_backwash / q_water, Q_air / q_air )
Q_backwash: Tổng lưu lượng nước rửa ngược (m³/h)
q_water: Dòng nước trên mỗi nắp bộ lọc (m³/h)
Q_air: Tổng tốc độ dòng khí rửa ngược (Nm³/h)
q_air: Lưu lượng không khí trên mỗi nắp bộ lọc (Nm³/h)
Lấy giá trị lớn hơn giữa các tính toán rửa ngược nước và rửa ngược không khí để đáp ứng các điều kiện vận hành đòi hỏi khắt khe hơn.
Bước 3: Xác minh khoảng cách nắp bộ lọc
Sắp xếp các nắp bộ lọc trên tấm lỗ theo số lượng nắp bộ lọc N_cap đã tính toán (thường theo kiểu so le).
Khoảng cách nắp bộ lọc: Thông thường là 150mm ~ 250mm. Khoảng cách này rất quan trọng: Khoảng cách quá lớn sẽ tạo ra các điểm mù trong phân phối nước, ngăn cản việc làm sạch hiệu quả vật liệu lọc ở những khu vực này trong quá trình rửa ngược, cuối cùng dẫn đến hình thành các khối và tích tụ.
Khoảng cách quá nhỏ sẽ khiến việc lắp đặt trở nên bất tiện, tăng chi phí và có thể ảnh hưởng đến việc phân phối nước do sự can thiệp giữa các chất lỏng.
Điều cần thiết là phải đảm bảo khoảng cách giữa nắp bộ lọc ngoài cùng và thành bể khoảng 75mm đến 100mm để tránh đoản mạch dòng nước trong thành bể.