一种引黄滴灌用防堵塞过滤灌溉系统的制作方法

本发明涉及农业节水灌溉，具体涉及一种引黄滴灌用防堵塞过滤灌溉系统，适用于黄河灌区及类似高含沙水源条件下的滴灌系统工程。

背景技术：

1、滴灌作为目前最有效的节水灌溉技术之一，在沿黄各引黄灌区逐步推广应用。然而，黄河水泥沙含量大、细颗粒泥沙占比高（黏粒含量高、比表面积大），灌水器流道设计狭窄，极易导致泥沙在流道中沉积和聚集，引起灌水器堵塞。堵塞问题不仅直接影响灌溉系统正常运行，还会大幅降低其使用寿命和效益。

2、目前引黄滴灌系统普遍采用“沉砂池沉沙-过滤器拦沙”的逐级处理模式，标准要求黄河水首部处理出水粒径必须达到125μm以下（120目）才送入田间进行滴灌。现有技术中，如中国专利cn215122847u公开了一种引黄灌区防堵塞滴灌系统，包括一级沉淀池、清水池、回水结构和滴灌系统。又如中国专利cn119385043a公开了一种引黄滴灌智能压力调节滴头防堵塞方法与控制系统。然而，现有技术仍存在以下不足：

3、第一，沉砂池占地大、投资高。引黄滴灌多采用大型沉沙池进行预处理，占地面积通常为设计灌溉面积的0.3%~0.6%。在高标准农田建成区往往缺少建设大面积沉沙池的土地资源。清淤费用大、建设成本高，严重制约滴灌技术大规模推广。

4、第二，现有过滤系统能耗高、易堵塞。传统过滤器（砂石过滤器+网式过滤器）水头损失大，对供水水泵要求较高。面对引黄水源中粒径变化大、水质波动强的问题，存在过滤效率不高、滤网易堵塞、维护频繁的缺陷。固定式滤网在长期使用中杂质逐渐附着，过滤效率持续下降，需人工定期清理或停机反冲洗。

5、第三，过滤标准过度、成本居高不下。现有滴灌系统对进入田间的水质要求极为苛刻（<125μm），而实际生产中，一年生作物采用一次性滴灌带时，在粒径小于200μm、含沙率4kg/m3的条件下，单茬作物生育期内灌水器流量衰减小于20%。将水质处理到125μm以下存在过度过滤的问题，大幅增加了水处理成本。

6、第四，缺乏系统性的多级协同抗堵方案。现有技术多局限于“过滤端”单一防堵思路，未将过滤、排沙与灌水器末端排沙作为一个系统整体进行协同设计。尽管已有研究提出了“沉砂池沉沙-过滤器拦沙-毛管冲沙-灌水器排沙”的泥沙逐级调控概念，但尚未形成可工程化实施的成套装置。

7、针对上述问题，有必要研发一种集水力旋流预分离、动态膜精细过滤、灌水器涡旋排沙、智能动态调控于一体的引黄滴灌用防堵塞过滤灌溉系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种引黄滴灌用防堵塞过滤灌溉系统，旨在解决引黄滴灌过程中因黄河水泥沙含量高、细颗粒占比大导致过滤成本高、过滤装置易堵塞、灌水器易堵塞的技术问题，实现从“极致过滤”到“系统抗堵”的技术跨越。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种引黄滴灌用防堵塞过滤灌溉系统，其创新点在于，包括沿水流方向依次设置的旋流预分离单元、动态膜过滤单元和滴灌管网单元。

4、所述旋流预分离单元包括旋流器壳体，所述旋流器壳体设有切向进水口、清水出口和排沙口，所述旋流器壳体的内腔呈上圆柱下圆锥结构，所述排沙口处设有排沙阀。所述切向进水口用于使含沙水以切向速度进入旋流器壳体内部形成旋流，泥沙颗粒在离心力作用下甩向壁面并沿锥体下滑经排沙口排出，细颗粒随清水从顶部清水出口流出。

5、所述动态膜过滤单元包括过滤器壳体和设置于所述过滤器壳体内部的动态旋转膜组件。所述过滤器壳体的进水口与所述清水出口连通。所述动态旋转膜组件包括膜筒和设置于所述膜筒表面的过滤膜，以及驱动所述膜筒旋转的驱动机构。所述膜筒设有净水出口。所述过滤器壳体内设有用于对所述过滤膜表面进行清理的清理元件。所述过滤器壳体设有排污口，所述排污口处设有排污阀。

6、所述膜筒的一端封闭、另一端开口，所述开口端形成所述净水出口，所述驱动机构的输出端与所述膜筒的封闭端连接。所述清理元件固定设置于所述过滤器壳体的内壁，所述清理元件与所述过滤膜表面之间具有间隙，所述膜筒旋转时所述清理元件与所述过滤膜表面产生相对运动。

7、所述过滤膜包裹于所述膜筒的外表面，水流由所述过滤器壳体内部穿过所述过滤膜进入所述膜筒内部。

8、所述滴灌管网单元包括干管、支管和若干灌水器。所述干管与所述膜筒的净水出口连通。所述支管设有多根，各支管分别与所述干管连通。所述灌水器设置于支管末端的毛管上。所述灌水器内部设有排沙流道。

9、进一步的，所述排沙流道为涡旋排沙流道，所述涡旋排沙流道包括依次连通的进水腔、涡旋腔和出水腔。所述涡旋腔内设有涡旋结构单元，所述涡旋结构单元包括分水体，所述分水体用于将水流分流并引导形成涡旋。所述涡旋结构单元还包括设置于所述分水体两侧的导流壁。

10、进一步的，所述过滤膜的过滤精度为150~200μm。

11、进一步的，还包括智能控制单元，所述智能控制单元包括控制器和与所述控制器电连接的检测组件。所述控制器的信号输出端与所述排沙阀、排污阀和驱动机构中的至少一者电连接。所述控制器内置有分级过滤策略，所述控制器根据所述检测组件的检测数据匹配对应的过滤策略，并控制所述动态膜过滤单元的运行参数。

12、进一步的，所述检测组件包括用于检测所述旋流预分离单元出水中泥沙浓度的泥沙浓度传感器、用于检测所述旋流预分离单元出水中泥沙粒径的粒径传感器、设置于所述动态膜过滤单元进水口和/或出水口的压差传感器中的至少一种。

13、进一步的，所述控制器还连接有预测性反冲洗模块，所述预测性反冲洗模块根据所述检测组件的历史数据预测堵塞趋势，并在达到堵塞条件前启动反冲洗程序。

14、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

15、1. 构建“四级协同”系统抗堵架构。本发明突破了现有技术“过滤端单一防堵”的局限，建立了“旋流预分离-动态膜过滤-灌水器涡旋排沙-智能动态调控（全程优化）”的四级协同抗堵体系。各单元之间形成协同效应而非简单叠加：旋流预分离承担粗颗粒去除，大幅降低动态膜过滤负荷；动态膜过滤承担精细拦截，确保进入滴灌管网的水质满足一次性滴灌带的使用要求；灌水器涡旋排沙流道将进入的细颗粒在灌溉过程中主动排出。三级协同使过滤器反冲洗频率较传统方案大幅降低，灌水器堵塞率显著下降。

16、2.突破“极致过滤”的技术偏见。传统方案要求出水粒径<125μm，存在严重过度过滤。本发明反其道而行-将首部过滤精度放宽至150～200μm（允许细颗粒进入），但通过灌水器涡旋排沙流道让细颗粒“进得来、出得去”。这一技术思路与现有“过滤越精细越好”的技术教导构成反向教导，属于典型的创造性情形。

17、3.旋流与动态膜的协同增效。旋流预分离利用离心力实现无耗材的粗颗粒分离；动态旋转膜在旋转过程中过滤面持续更新，配合固定清理元件的剪切冲刷，杂质难以附着。二者组合产生了“1+1＞2”的效果：旋流段减轻膜负荷，动态膜保证出水水质，水力自驱或低功率电动驱动实现低能耗运行。

18、4.大幅降低占地和投资。旋流预分离单元和动态膜过滤单元均为紧凑型立式设备，占地面积远小于传统沉砂池。模块化设计可按需灵活布置，适用于高标准农田建成区等土地紧张场景。

19、5.智能动态调控实现按需过滤。基于泥沙浓度和粒径双参数构建过滤负荷指数，根据水质动态切换过滤策略--水质好时轻过滤，水质差时重过滤）。预测性反冲洗在堵塞发生之前启动预防性冲洗，实现了从“被动响应”到“主动预测”的跨越。