本发明涉及海洋环保领域，尤其是涉及一种具有反冲洗与电动刷协同自清洁功能的压载水过滤装置。
背景技术：
货船的海上航运离不开压载水，其作用主要体现在两方面：在船舶空载航行时，能够保证船舶具有一定的吃水深度；在船舶装载的状态下，通过调节压载水舱中的压载水量，使船舶处于稳定航行的姿态。目前，全球约有80％的货物通过海上运输来完成，船舶携带压载水的量占总载重量的25％至50％，因此造成每年约有上百亿吨的压载水在全球转移。压载水的随处排放会扰乱生态系统的平衡，对全球环境造成威胁，目前全球环保基金组织将压载水对海洋环境的污染已经被列为海洋四大污染源之一。
近年来，各国都在加快研发压载水的处理装置，目前压载水的处理技术有十几种之多，根据理化特性的不同，又可将它们分为机械处理法(过滤、旋流分离等)、物理处理法(紫外线、超声波、加热处理等)、化学处理法(臭氧处理、过氧化氢和电解法、氯化法等)。三种方法中物理机械处理法被认为是一种简单易行、操作性强、环境危害最小、能耗成本最低的处理方法。该方法利用不同孔径滤网过滤海水中絮状物、杂质和微生物等，有效净化海水，减少对海洋生态系统、公众健康和社会经济造成的危害。然而，采用物理过滤的方法时，沿岸打入的压载水中含有大量的杂质和絮状物，容易阻塞滤网。传统方法通常由人工反复清洗和更换滤网，这种方法既耗费人力又浪费大量时间，极大影响了海水的压载效率。所以，研发自动化的滤网高效自洁清洗装置意义重大。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有反冲洗与电动刷协同自清洁功能的压载水过滤装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具有反冲洗与电动刷协同自清洁功能的压载水过滤装置，用以同时清除滤网上的颗粒杂质和絮状物，该装置包括：
立式滤筒：包括滤筒主体、开设在滤筒主体底部中心的进水口、开设在滤筒主体上部侧面的出水口以及密封在滤筒主体顶部开口处的环形筒盖；
滤网：呈开口向下固定安装在滤筒主体底部且与进水口连通的倒扣圆筒形，实现进水口与出水口之间的过滤；
电动刷清洁组件：包括依次传动的电刷电机、u形清洁刷安装架以及安装在毛刷安装架上的多排清洁刷；
排污及反冲洗组件：包括固定在环形筒盖下部呈圆环形集污腔、依次传动的转轴电机、转轴和吸污管以及与转轴连接的喷水管，所述的吸污管设置在滤网内并在表面开设多个吸污口，所述的喷水管呈倒u形，其上开设与吸污口正对的高压喷头，所述的吸污管通过转轴与集污腔连通，所述的集污腔通过排污口排出污物；
压力检测控制组件：包括用以检测进水口和出水口处水压的压差传感器以及分别与压差传感器、电刷电机和转轴电机连接的控制器，用以实现自适应的自清洁控制。
所述的转轴穿过圆环形集污腔中间的通孔后，分别与吸污管以及喷水管连通。
所述的转轴呈双层套管状，包括用以实现喷水管的高压进水的内套管以及分别与吸污管和集污腔连通的外套管。
所述的外套管通过侧壁开设的排污孔实现吸污管和集污腔的连通，所述的内套管底端穿出外套管后与喷水管连通。
所述的电刷电机设置在进水口处的进水管内。
所述的进水管上还设有与控制器连接的电动阀门。
所述的集污腔的顶盖嵌设在环形筒盖中心处，集污腔的环形顶盖和环形底板与转轴接触处设有密封圈。
所述的转轴电机固定在集污腔的顶盖上，并且在环形筒盖上设有与转轴的内套管连通的高压水进水口。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)根据阻塞物粘附特点，采用双重清洁方法高效分离滤网上的杂质和絮状物。
2)根据设定阈值在线动态决策清洗模式，保证自清洗效率最优。
3)自适应控制反冲洗速率和电刷速率，运行过程中保持最高压载效率。
4)自清洁不影响正常压载，海水装载过程中无压力降低。
5)装置自动化程度高，无需专人管理。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为转轴局部结构剖面图。
图3为本发明装置结构俯视图。
图4为本发明的控制组件结构示意图。
图5为本发明的控制流程图。
图中标记说明：
1、吸污口，2、清洁刷，3、高压喷头，4、吸污泵，5、转轴电机，6、集污腔，7、压差传感器，8、喷水管，9、吸污管，10、电刷电机，11、电动阀门，12、滤网，13、高压水进水口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1-5所示，本发明提供一种包含反冲洗与电动刷协同自清洁功能的压载水过滤装置，该装置包括：
一个立式滤筒，倒扣的筒型滤网12安装在滤筒底端，在滤筒底部设置进水口，海水穿过滤网12流向出水口。滤筒上端配有一个密封的环形筒盖，筒盖与滤筒筒壁为可拆解连接，筒盖中心有一根空心双层套筒状的转轴，转轴由筒盖上的转轴电机5驱动。滤网12外侧与排污口正对方向设有高压喷头3，过滤后的海水经高压水泵加压后从高压喷头3射向滤网12，喷头支架(喷水管8)和转轴内套管连通，吸污管9与转轴的外套管连通上，转轴带动喷水管8和与吸污管9旋转。清洁刷2沿纵向安装在支架上，刷头与滤网12内壁接触，支架由下端的电刷电机10驱动，工作时清洁刷2围绕滤网12内壁旋转。在进水口和出水口处设有压差传感器7，水流压差作为反馈信号传递至反冲洗和电动刷控制器，协同控制二者使装置达到最优的自清洁效率。
本发明的工作原理为：
正常过滤海水时，海水从进水口进入，然后经过滤网过滤，此时排污管上的排污阀处于关闭状态，过滤过的海水只能经过出水口进入船舱。当滤网拥堵需要进行自清洁时，已过滤过的高压海水经高压水进水口、转轴内套管、喷水管喷射向滤筒，转轴不断旋转使得纵向排布的多组高压喷头对整个滤网做360°的反复冲洗，高压水从过滤网的外壁射向滤网内壁，把堵塞于滤网内部的杂质冲离滤网，并由吸污口吸入吸污管内，最终污物从排污管排出。对于附着于滤网的絮状物，高压水反冲洗清洁能力有限，需要电动刷的配合，当检测到反冲洗清洗效率下降时，控制器启动电动刷，通过反复刷洗滤网，强力清理絮状物，使其脱离滤网并由吸污口吸离并排出装置外。
本发明通过协同控制反冲洗机构与电动刷，在处理压载水的同时不断排出分离的各种杂质和絮状物。系统基于压差检测协同控制反冲洗和电刷运转速率，以保证装置高效工作，具体的工作原理为：
当过滤器运行一段时间，反冲洗过滤器滤芯被杂质堵塞到一定程度后，集成在自动反冲洗过滤器内部的压差传感器检测到进水口与出水口之间的压差δp(即反冲洗过滤器的压力损失)达到阈值，控制器向反冲洗旋转电机、反冲洗高压水泵和排污管阀门发出信号，电机驱动高压喷头喷水并环绕滤网转动、排污阀打开，过滤器反冲洗。当系统检测到反冲洗装置清洗效率降低时，控制系统向电动刷传递启动指令，电动刷开始工作，通过刷头和滤网的物理反复摩擦清理滤网上的顽固絮状阻塞物。控制器采集各级进出水口处的水压变化信号并将其误差作为反馈控制信号，自适应控制电动刷的转动速率。经机理分析，该系统是个积分系统，本例中采用但不限于pid控制器进行反馈控制。
本发明设计的带有高压水反冲洗和电动刷协同控制功能的压载水自清洁装置，根据杂质和絮状物两种不同的滤网拥堵原因所造成的进出口水压变化，在线动态调整清洁模式，自适应的控制反冲洗装置和电动刷的清洗速率，避免了滤网的过度拥堵，有效的提高了海水的压载速率，能在压载不受影响的前提下，根据阻塞物粘附特点，采用双重清洁方法自动清除滤网表面积存的杂质和絮状物，保证滤网畅通无阻，极大地提高了船舶压载水的效率。
1.一种具有反冲洗与电动刷协同自清洁功能的压载水过滤装置，用以同时清除滤网上的颗粒杂质和絮状物，其特征在于，该装置包括：
立式滤筒：包括滤筒主体、开设在滤筒主体底部中心的进水口、开设在滤筒主体上部侧面的出水口以及密封在滤筒主体顶部开口处的环形筒盖；
滤网(12)：呈开口向下固定安装在滤筒主体底部且与进水口连通的倒扣圆筒形，实现进水口与出水口之间的过滤；
电动刷清洁组件：包括依次传动的电刷电机(10)、u形清洁刷安装架以及安装在毛刷安装架上的多排清洁刷(2)；
排污及反冲洗组件：包括固定在环形筒盖下部呈圆环形集污腔(6)、依次传动的转轴电机(5)、转轴和吸污管(9)以及与转轴连接的喷水管(8)，所述的吸污管(9)设置在滤网(12)内并在表面开设多个吸污口，所述的喷水管(8)呈倒u形，其上开设与吸污口正对的高压喷头(3)，所述的吸污管(9)通过转轴与集污腔(6)连通，所述的集污腔(6)通过排污口排出污物；
压力检测控制组件：包括用以检测进水口和出水口处水压的压差传感器(7)以及分别与压差传感器(7)、电刷电机(10)和转轴电机(5)连接的控制器，用以实现自适应的自清洁控制。
2.根据权利要求1所述的一种具有反冲洗与电动刷协同自清洁功能的压载水过滤装置，其特征在于，所述的转轴穿过圆环形集污腔(6)中间的通孔后，分别与吸污管(9)以及喷水管(8)连通。
3.根据权利要求2所述的一种具有反冲洗与电动刷协同自清洁功能的压载水过滤装置，其特征在于，所述的转轴呈双层套管状，包括用以实现喷水管(8)的高压进水的内套管以及分别与吸污管(9)和集污腔(6)连通的外套管。
4.根据权利要求3所述的一种具有反冲洗与电动刷协同自清洁功能的压载水过滤装置，其特征在于，所述的外套管通过侧壁开设的排污孔实现吸污管(9)和集污腔(6)的连通，所述的内套管底端穿出外套管后与喷水管(8)连通。
5.根据权利要求1所述的一种具有反冲洗与电动刷协同自清洁功能的压载水过滤装置，其特征在于，所述的电刷电机(10)设置在进水口处的进水管内。
6.根据权利要求5所述的一种具有反冲洗与电动刷协同自清洁功能的压载水过滤装置，其特征在于，所述的进水管上还设有与控制器连接的电动阀门(11)。
7.根据权利要求3所述的一种具有反冲洗与电动刷协同自清洁功能的压载水过滤装置，其特征在于，所述的集污腔(6)的顶盖嵌设在环形筒盖中心处，集污腔(6)的环形顶盖和环形底板与转轴接触处设有密封圈。
8.根据权利要求7所述的一种具有反冲洗与电动刷协同自清洁功能的压载水过滤装置，其特征在于，所述的转轴电机(5)固定在集污腔(6)的顶盖上，并且在环形筒盖上设有与转轴的内套管连通的高压水进水口(13)。
技术总结