1. Основное определение
Начальное падение давления относится к стабильному перепаду давления, образующемуся на обоих концах нового и чистого фильтрующего элемента при номинальном расчетном расходе. Обычно используемые единицы измерения — МПа или бар. Этот параметр представляет собой базовое сопротивление потоку жидкости фильтрующего элемента и является основным показателем для определения энергопотребления системы, нагрузки насоса и запаса давления в трубопроводе. Это напрямую влияет на стабильность работы и уровень энергопотребления всей системы фильтрации, особенно для фильтрующих элементов с большим расходом, применяемых в промышленных циркуляционных системах с высоким расходом.
2. Значения отраслевых эталонов
На основе широко используемого в отрасли 40-дюймового 6-дюймового гофрированного фильтрующего элемента с высокой пропускной способностью при номинальном расходе от 40 до 50 кубических метров в час стандартный диапазон начального падения давления составляет от 0,015 до 0,03 МПа, что эквивалентно 0,15–0,3 бар. При тех же характеристиках расхода начальный перепад давления традиционных фильтрующих элементов из полипропилена, выдутых из расплава, составляет от 0,08 до 0,15 МПа, в то время как гидравлическое сопротивление фильтрующего элемента с большим потоком составляет всего от одной трети до одной пятой сопротивления традиционного фильтрующего элемента. Спецификация точности повлияет на значение падения давления. Для высокоточных фильтроэлементов размером от 1 до 5 мкм начальный перепад давления выше и составляет от 0,025 до 0,04 МПа; для фильтрующих элементов грубой фильтрации от 20 до 100 мкм начальный перепад давления снижается до 0,01–0,02 МПа, что является универсальным правилом производительности для фильтрующих элементов с высокой пропускной способностью при промышленной очистке воды.
3. Основные структурные факторы, определяющие начальное падение давления высокопоточного фильтрующего элемента.
Во-первых, эффективная площадь фильтрации является наиболее важным фактором, влияющим на перепад давления. Фильтрующий элемент с большим потоком имеет большой внешний диаметр 6 дюймов в сочетании со гофрированной структурой M-типа высокой плотности. Один 40-дюймовый фильтрующий элемент имеет эффективную площадь фильтрации от 8 до 10 квадратных метров, в то время как традиционный фильтрующий элемент того же размера, полученный методом выдувания из расплава, составляет всего от 0,8 до 1,2 квадратных метра. Согласно формуле потока жидкости, при одинаковом общем расходе, чем больше площадь фильтрации, тем ниже скорость жидкости на поверхности фильтрующего материала, а сопротивление потоку снижается экспоненциально, существенно уменьшая начальный перепад давления.
Во-вторых, многослойная структура материала фильтра с градиентными порами. Гофрированный фильтрующий элемент с высокой пропускной способностью имеет составную структуру, состоящую из внешнего слоя из крупных пор, среднего слоя из поддерживающего и направляющего слоев и внутреннего слоя из точной фильтрующей мембраны. Общая пористость может достигать 70–85%. В отличие от проблемы централизованного дросселирования однослойных плотных фильтрующих материалов, градиентная структура позволяет жидкости проникать слой за слоем, избегая потери сопротивления, вызванной чрезмерной локальной скоростью потока, а общее падение давления может быть уменьшено на 20–30%.
В-третьих, трехмерная конструкция направляющего канала. Между складками фильтрующего элемента установлены спиральные направляющие канавки, которые позволяют устранить мертвые зоны жидкости и турбулентные завихрения, уменьшить потери кинетической энергии во время потока жидкости, а падение давления уменьшается примерно на 25%; внутренняя и внешняя стороны имеют полностью полые опорные конструкции без твердых структур, блокирующих фильтрующий материал, что позволяет избежать местного дросселирования; односторонняя открывающаяся торцевая крышка может равномерно распределять входящий поток воды, устраняя дополнительную потерю давления, вызванную локальным высокоскоростным потоком воды, что является уникальным конструктивным преимуществом фильтрующего элемента с большим потоком.
В-четвертых, фильтрующий материал и процесс формирования. Основные складчатые мембраны из ПП и ПТФЭ формируются методом горячего расплава и горячего прессования, со свободным и равномерным расположением волокон, без закупорки пор клеевым слоем; Композитный фильтрующий материал из стекловолокна имеет лучшие характеристики проницаемости, чем плотный выдутый из расплава хлопок, и при той же точности фильтрации сопротивление жидкости ниже, а характеристики начального перепада давления у фильтрующего элемента с высоким потоком лучше.