La conception des plaques perforées et des capuchons de filtre dans les filtres mécaniques affecte directement les performances de fonctionnement et la durée de vie de l'équipement. Les principaux objectifs de conception sont doubles :
Garantir une distribution uniforme de l'eau pendant une filtration normale, en utilisant pleinement toute la section transversale de filtration-et en évitant les courts-circuits ou les zones mortes.
Assurant une distribution absolument uniforme de l'eau et de l'air pendant le lavage à contre-courant, garantissant que le média filtrant est soigneusement nettoyé sans perte, tandis que la plaque perforée/le capuchon du filtre lui-même a une résistance mécanique suffisante pour résister à la force d'impact importante pendant le lavage à contre-courant.
I. Méthodes de calcul pour les plaques perforées (plaques poreuses)
Les plaques perforées sont généralement situées au bas du filtre, supportant le média filtrant et les capuchons du filtre, et distribuant uniformément l'eau et l'air du lavage à contre-courant.
1. Paramètre de conception de base : rapport de zone ouverte
Le rapport de surface ouverte est le rapport de la surface totale de toutes les ouvertures de la plaque perforée à la surface totale de la plaque perforée. C'est le facteur le plus crucial dans le calcul.
Le débit d'eau de lavage à contre-courant détermine la limite inférieure : pendant le lavage à contre-courant, un débit d'eau suffisant est nécessaire à travers les ouvertures pour soutenir le média filtrant pour le nettoyage. Si le rapport des orifices est trop petit, la résistance au débit d'eau sera trop élevée, ce qui nécessitera une hauteur de pompe de lavage à contre-courant plus élevée et pourrait entraîner une distribution inégale de l'eau.
La résistance de la plaque à orifice détermine la limite supérieure : un rapport d'orifice trop élevé affaiblira la résistance mécanique de la plaque à orifice, provoquant potentiellement une déformation ou une déchirure sous la pression de contre-lavage (notamment lors du lavage à l'air).
Expérience du secteur : En règle générale, pour le lavage à contre-courant à l'eau uniquement, le rapport des orifices est conçu pour être compris entre 3 % et 8 %. Si un lavage à contre-courant combiné air-eau est utilisé, en raison de la plus grande force d'impact de l'air, le rapport des orifices est généralement inférieur, par exemple 2 % à 5 %, pour garantir une résistance suffisante.
2. Étapes de calcul
Étape 1 : Déterminez la surface totale de l'orifice requise (A_holes)
Cette zone doit répondre aux exigences en matière de volume d’eau de lavage à contre-courant.
A_holes=Q_backwash / V
Q_backwash : Débit d’eau de rétrolavage (m³/s). Calculé en fonction du diamètre du filtre et de l'intensité de lavage à contre-courant requise (L/s·m²). Q_backwash=Intensité du rétrolavage × (π × D²/4). (Notez la conversion d'unité : 1 m³/s=1000 L/s)
V : Vitesse d'écoulement admissible du fluide à travers la plaque à orifice (m/s). Il s'agit d'une valeur empirique, généralement de 1,0 à 3,0 m/s pour le rétrolavage à l'eau et de 10 à 20 m/s pour le rétrolavage à l'air (vitesse de l'air dans des conditions standard). Cette valeur ne peut pas être trop grande, sinon la perte de charge sera énorme ; il ne peut pas non plus être trop petit, sinon il y aura trop d'orifices.
Deuxième étape : calculer la surface totale de la plaque à orifice (A_plate)
A_plate=π×(D_filter_inner)²/4
D_filter_inner : Diamètre intérieur du réservoir du filtre (m).
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Troisième étape : vérifier le rapport d'orifice (η)
η=A_holes / A_plate × 100 %
Le rapport d'orifice calculé η doit se situer dans la plage empirique ci-dessus (par exemple, 2 % à 8 %). Dans le cas contraire, la vitesse d'écoulement admissible V lors de la première étape doit être ajustée et recalculée. Augmenter V diminuera A_holes et diminuera η ; à l’inverse, diminuer V diminuera η. Étape 4 : Déterminez le nombre de trous (N) et le diamètre du trou (d)
Il s’agit d’un choix qui nécessite une réflexion approfondie.
N=A_trous / (π×d²/4)
Sélection du diamètre du trou (d) : Généralement, des trous de Φ8~Φ12 mm sont utilisés. Les trous trop petits ont tendance à se boucher, tandis que ceux qui sont trop grands nécessitent plus de boulons/capuchons de filtre pour l'étanchéité, et l'uniformité de la distribution de l'eau est légèrement moins bonne.
Sélection du nombre de trous (N) : calculez le nombre de trous requis N en fonction du diamètre du trou sélectionné d.
Disposition des trous : Une disposition en triangle équilatéral (feuille de trèfle) est généralement utilisée, car cette disposition offre la distribution la plus uniforme. La distance centre-à-centre entre les trous est généralement de (3~5)d. Les trous ne doivent pas être trop proches de la paroi du réservoir ; la distance entre les bords est généralement de 100 mm à 150 mm.
II. Méthode de calcul pour les bouchons de filtre
Les bouchons de filtre sont les composants qui assurent directement une distribution uniforme de l'eau, et leur calcul est étroitement lié à la plaque à orifice.
1. Paramètres de base : superficie totale et nombre d'emplacements
Chaque capuchon de filtre comporte de nombreuses fentes fines (généralement de 0,25 mm à 0,4 mm) conçues pour empêcher le passage du média filtrant.
2. Étapes de calcul
Étape 1 : Déterminer le flux de fente d'un seul capuchon de filtre
Consultez le fournisseur de bouchons de filtre pour obtenir les courbes de débit d’eau et d’air pour un seul bouchon de filtre sous différents différentiels de pression. C'est la méthode la plus précise.
Si aucune donnée n’est disponible, des estimations peuvent être faites. Le flux d'un seul capuchon de filtre à long-manche (fentes de 0,3 mm) pendant le lavage à contre-courant à l'eau (différentiel de pression ~0,1MPa) est d'environ 0,5 à 1,2 m³/h. Lors du rétrolavage à l'air, le flux est d'environ 15 à 30 Nm³/h.
Étape 2 : Calculez le nombre requis de bouchons de filtre (N_cap)
N_cap=MAX( Q_backwash / q_water, Q_air / q_air )
Q_backwash : Débit total d’eau de rétrolavage (m³/h)
q_water : Débit d'eau par bouchon de filtre (m³/h)
Q_air : Débit total d'air de lavage à contre-courant (Nm³/h)
q_air : Débit d'air par capuchon de filtre (Nm³/h)
Prenez la valeur la plus élevée entre les calculs de lavage à contre-courant à l’eau et à contre-courant à l’air pour répondre à des conditions de fonctionnement plus exigeantes.
Étape 3 : Vérifiez l'espacement des capuchons du filtre
Disposez les bouchons de filtre sur la plaque à orifice en fonction du nombre calculé de bouchons de filtre N_cap (généralement en quinconce).
Espacement des bouchons de filtre : généralement 150 mm à 250 mm. Cet espacement est crucial : un espacement trop grand créera des angles morts dans la distribution de l'eau, empêchant un nettoyage efficace du média filtrant dans ces zones pendant le lavage à contre-courant, conduisant éventuellement à la formation d'amas et d'accumulations.
Un espacement trop petit rendra l'installation peu pratique, augmentera les coûts et pourra affecter la distribution de l'eau en raison des interférences entre les fluides.
Il est essentiel de s'assurer que la distance entre le capuchon du filtre le plus à l'extérieur et la paroi du réservoir est d'environ 75 mm à 100 mm pour éviter un court-circuit-du débit d'eau à l'intérieur de la paroi du réservoir.