Группа компаний Семиречье- бурение скважин на воду, бурение артезианских скважин, водоснабжение, проектирование водозаборов   Перейти на главную страницу сайта Компании Семиречье Контакты компании Семиречье Карта сайта компании Семиречье Заявка на бурение артезианских скважин
    Телефоны группы компаний Семиречье

фильтры для скважин на воду

 

Конструкции пластмассовых фильтров


В настоящее время накоплен значительный опыт применения пластмасс как конструкционного материала для изготовления фильтров, который показывает, что для той или иной конструкции фильтров прямая замена только материала не является достаточно эффективной.

Фильтры из перфорированных пластмассовых труб.

Наиболее простым и доступным для буровых организаций способом применения полимеров для оборудования водоприемной части скважин является использование перфорированных пластмассовых труб. Трубы могут быть изготовлены из полиэтилена, поливинилхлорида, полипропилена, стеклопластика, древесноволокнистых пластмасс и из других термопластичных и термореактивных материалов. Перфорированные дырчатые и щелевые каркасы делают из труб сверлением, фрезерованием или прокалыванием в них водоприемных отверстий. Трубы получают на заводах чаще всего методом непрерывной шнековой экструзии.
В Украинской ССР разработаны дырчатые каркасы, устанавливаемые в артезианские скважины как самостоятельные фильтры, как фильтры с гравийной обсыпкой, а также как каркасы кожуховых, сетчатых и проволочных фильтров (рис. 18) (Лерман, Володько, 1968). Перфорацию выполняли на радиальных сверлильных или фрезерных станках, а также термопрокалыванием. Сетчатые и проволочные фильтры на полиэтиленовых каркасах изготовляли впайкой концов сетки и проволоки в тело трубы. Работу скважины с пластмассовыми фильтрами оценивали положительно. После извлечения фильтров разрушений поверхности не обнаружили. Стенки труб были чистыми, без следов коррозии, наблюдалось заклинивание щелевых водоприемных отверстий зернами породы.

В Тамбовском управлении треста «Россельхозвод-строй» применяли полиэтиленовые трубы для изготовления перфорированных дырчатых каркасов (Забурдаев, 1965). Перфорацию труб проводили на специальном станке. В 1965 г. в Уваровском районе была пробурена артезианская скважина на глубину 40 м в мелкозернистых песках. Скважина оборудована гравийным фильтром с пластмассовым перфорированным каркасом. При сдаче скважины в эксплуатацию дебит составил 26 м3/ч, который в дальнейшем почти не изменился. Характерно, что в предыдущие годы в этом районе приходилось ежегодно менять металлические фильтры вследствие их коррозии.

Фильтры для скважин на воду

В 1965 г. внедрение пластмассовых трубчатых фильтров было начато трестом «Промбурвод». Фильтры изготавливали из полиэтиленовых труб, перфорированных круглыми и щелевыми отверстиями (рис. 19). По данным МГМИ*, несущая способность щелевых полиэтиленовых фильтров при осевом вертикальном сжатии ограничивается потерей устойчивости сплошных перегородок между щелями. Значение критической нагрузки для образца а равнялось 7,56 т, для б — 1,78 и для в — 1,325 т. Значение критического давления, полученного при всестороннем радиальном сжатии, для образца а составляло 0,256 МПа, для б — 0,064, для в — 0,064 и для образца г — 0,064 МПа. Образец сплошной трубы (без отверстий) терял несущую способность при Ркр = 0,64 МПа. Таким образом, несущая способность труб, перфорированных круглыми дырами, меньше, чем сплошных, а дырчатых фильтров выше, чем щелевых. Несущая способность щелевых фильтров при радиальном сжатии незначительна (0,064 МПа). Следовательно, при больших глубинах скважин, особенно в несвязных водоносных породах, возникает опасность их разрушения. При перфорации труб наблюдается перерасход пластмассы, щели после фрезерования требуют дополнительной обработки и зачистки.

Ослабление сечения перфорированной пластмассовой трубы происходит вследствие концентрации напряжений вокруг отверстий. Прочность щелевых фильтров из полиэтиленовых труб, имеющих скважность 20%, уменьшается почти в 10 раз по сравнению с несущей способностью аналогичных сплошных труб. Перфорацию труб осуществляют термопрокалыванием или непосредственно при их изготовлении в экструдере.
Более прочны фильтры из поливинилхлорид-ных (ПВХ) труб. В 1945—1946 гг., по данным ВНИИВОДГЕО, такие фильтры применяли на скважинах Вильнюсского водопровода, а затем в Белоруссии, Литве и Горьковской области (Гаврилко, 1968). Наряду с положительной их работой отмечалось снижение дебита из-за большого содержания в подземных водах железа, недостаточной скважности фильтров (8—10%) и механического заклинивания щелей частицами песка. После двухлетней эксплуатации на извлеченном фильтре следов разрушения не было.
В 1958 г. щелевыми фильтрами из ПВХ был оборудован вертикальный дренаж Волгоградского и Цимлянского гидроузлов (Бондареико, 1964). На Волжской ГЭС им. В. И. Ленина в грунтовых водах повышенной минерализации было построено 56 скважин глубиной до 60 м, оборудованных фильтрами из ПВХ. Длина фильтров 810 м, диаметр 165 мм, ширина щелей 8 мм. Гравийная засыпка с диаметром зерен 8—20 мм имела толщину слоя 50 мм. В течение всего периода эксплуатации дренажа работа фильтров была устойчивой. Выполненные автором статические испытания показали, что несущая способность фильтров из ПВХ выше, чем из полиэтилена. К недостаткам относится понижение прочности и химической стойкости материала при повышенных температурах. При отрицательной температуре материал становится хрупким. Имеются ограничения в применении ПВХ в хозяйственно-питьевом водоснабжении.
Более прочны фильтры, изготовленные из стеклопластиковых труб. Применение таких фильтров было предложено ВНИИВОДГЕО. Перфорация водоприемных отверстий вызывала разрыв стекловолокна, что вело к снижению прочности фильтров (Гаврилко, Алексеев, 1968). На уменьшение несущей способности фильтров в результате надреза волокон указывают и английские инженеры (Bristol, 1965). По их предложению, нити стекловолокна (при армировании труб) наматывали под различным углом к образующей. Щели нарезали по спирали с таким расчетом, чтобы их направление совпадало с волокнами основных усиленных слоев. Подобное размещение перфорации в 2,5 раза увеличивало прочность фильтров по сравнению с трубами с продольными щелями. Недостаток их заключался в относительно высокой стоимости стеклопластиковых труб. Фильтры с водоприемными отверстиями, получаемыми при формовании. Институт «ЦНИИгоросушение» разработал установку для изготовления фильтров из стеклопластика. В качестве наполнителя использовали фильтровальные сетки, а вяжущего — эпоксидные смолы. Наполнитель, пропитанный смолами, укладывали на перфорированную оправку, продуваемую сжатым воздухом. Основные элементы установки: рулоны со стеклосеткой, пропиточная ванна со смолой, разъемная оправка с продувочным устройством и нагреватель (рис. 20). Опытная установка позволяет получать секции фильтров длиной 2,5 м и диаметром 0,254 м. Фильтры прошли испытание в действующих скважинах (Воронцов, 1968).

Изготовление фильтров для скважин

Переработка термопластичных полимерных материалов литьем под давлением, отличающаяся высокой производительностью и позволяющая получать непосредственно целые звенья фильтров, была применена Тульской механической базой треста «Союзшахтоосушение» для изготовления щелевых фильтров из вторичного капрона (рис. 21). Основные параметры фильтров при скважности 12,5%: длина звена 635 мм, внутренний диаметр 190, толщина стенки 10, размер щелей 2X43, длина неослабленной части между рядами щелей 10 мм.
Водоприемные щели, ребра жесткости и резьбу получали при изготовлении звена в литьевой пресс-форме. Испытания фильтров на прочность показали, что при вертикальном осевом сжатии несущая способность литьевого капронового фильтра выше, чем фильтра из перфорированных полиэтиленовых труб. При радиальном сжатии критическое давление составляло 0,24 МПа (см. рис. 21, б), что почти в 4 раза больше, чем у щелевых фильтров из полиэтиленовых труб треста «Промбурвод». К их недостаткам относятся: токсичность материала, сложность изготовления литьевых прессформ, а также общие недостатки щелевых фильтров.
Фильтры из сборных элементов. Метод переработки пластмасс литьем под давлением применяли также для изготовления отдельных элементов тарельчатого фильтра во ВСЕГИНГЕО (Васильев, 1970). фильтр состоит из колец, отливаемых из полистирола. Каждый элемент выполнен из трех колец: верхнего, нижнего (обращенных один к другому большими основаниями) и промежуточного (рис. 22). Конструкция рассчитана на задержание водоносной породы в круговых желобках. Кольца собирают в звенья с помощью стяжных болтов и соединительных патрубков. По данным А. Д. Васильева, в подобных условиях, то есть в подземных водах, склонных к осадкообразованиям, использование тарельчатых фильтров целесообразно ограничить.

Фильтры для скважин на воду

Строение фильтров для скважин на воду

Опыт применения пластмассовых фильтров за рубежом. Фирма «Шенебекер» (ФРГ) выпускает щелевые фильтры из ПВХ с продольными ребрами жесткости. Щели расположены горизонтальными рядами. Ширина щелей от 0,2 до 2 мм. Щелевые пластмассовые фильтры с подобной ориентацией щелей на цилиндрическом трубчатом каркасе выпускаются также в ФРГ фирмой «Нольд».
В Польше разработан фильтр из стекловолокна, пропитанного смолой . Смолу наливают в ванну и через нее протягивают стекловолокно. Затем стекловолокно наматывают на алюминиевую матрицу с желобками, оформляющими горизонтальные щели фильтра. Для повышения прочности фильтр армируют вертикальными опорными стержнями. Диаметр фильтра 140 мм, длина рабочей части 800 мм, ширина щелей 0,9— 1,1 мм, скважность 40%. Критическое разрывное усилие вдоль оси фильтра составляет 61,3 кН, при вертикальном сжатии— 1,01, а при осевом радиальном сжатии двумя сосредоточенными силами — 2,5. Опытные образцы установлены в скважины для испытаний.
Фильтры для буровых скважин

Фирма «Нольд» выпускает фильтры из полимерных материалов (рис. 23) . Водоприемные отверстия расположены в горизонтальной плоскости. Фильтры изготовляют литьевым центробежным методом. При вращении формы под действием центробежной силы оформляются наружная и внутренняя поверхности фильтра и резьбовое соединение. К недостаткам таких фильтров относятся высокая стоимость материала и сложность технологического оборудования.
Для создания конструкций из сборных элементов, кроме способа литья под давлением, применяют метод переработки пластмасс прессованием (Schonebecker, 1963). Фирма «Шенебекер» рекомендует фильтры из сборных элементов, получаемых прессованием многослойной буковой фанеры, пропитанной фенолформальдегидной смолой (рис. 24). Фильтры диаметром 150 и 250 мм собирают на заклепках из двух элементов, а при большем диаметре — из трех. Ниже приведены основные параметры фильтров.

Диаметр, мм . . .150 200 250 300 350 400 600
Масса одного элемента, кг 7,5 9,3 7 10 14 16 35

Такие фильтры получили распространение также в афро-азиатских странах (Schonebecker, 1963) и в Венгрии (Pataki, 1967). Недостаток их заключается в малой скважности, в выполнении дополнительных операций при нарезке щелей, в известной токсичности фенола и формальдегида.

Установка фильтров для скважин на воду
Опыт применения пластмассовых фильтров показал, что при разработке их конструкций необходимо учитывать физико-механические, технологические и гигиенические характеристики пластмасс, их химическую стойкость, гидравлические и технико-экономические показатели.