Бурение скважин на воду | Технология | Оборудование | Цены | Фото и видео | Техническая литература
    
   




КОНСТРУКЦИИ ПЛАСТМАССОВЫХ ФИЛЬТРОВ
 

Техническая литература:

Колодцы

Схема гидрогеологических областей и районов СССР

Словарь по гидрогеологии А-Г

Словарь по гидрогеологии Д-О

Словарь по гидрогеологии П-Я



Справочник по бурению скважин на воду

Станок для бурения БУР-50:
Бурение скважин

 

Книга БУРЕНИЕ СКВАЖИН НА ВОДУ

Оглавление книги - Бурение скважин на воду

Глава IV
ПЛАСТМАССОВЫЕ фильтры БУРОВЫХ СКВАЖИН

4. РАЗРАБОТКА ФИЛЬТРОВ-КАРКАСОВ ИЗ ПЛАСТМАСС

При разработке фильтров в МГМИ была поставлена задача —создать по возможности универсальные конструкции, воплощающие в себе рациональные идеи щелевых, гравийных и гравитационных фильтров и учитывающие свойства пластмасс как конструкционного материала. Наряду с этим проводились прочностные, гидравлические и санитарно-гигиенические исследования. В результате предложено и разработано четыре конструкции фильтров из пластмасс.

Фильтр-каркас гравитационно-щелевого типа (авторское свидетельство № 149737). Представляет собой сборную конструкцию, состоящую из колец сложной формы, в промежутках между которыми образуются сужающиеся водоприемные отверстия. В таких отверстиях зерна различной крупности задерживаются в разных кольцевых сечениях, чем автоматически повышается выходная площадь фильтрации с увеличением диаметра частиц. Благодаря криволинейной форме отверстий с параболическим очертанием верхней грани достигается уменьшение длины суженной части, имеющей повышенное сопротивление входу воды, а также благоприятные условия для сводообра-зования. При нарушении сводообразования из-за гидравлических ударов, вибрации и других причин частицы задерживаются в более узкой части отверстия. Водоприемные отверстия устраивают под углом 45. Размеры их регулируются также с помощью прокладок. В нижней части кольца снабжены вертикальными прорезями, увеличивающими скважность.
Это позволяет использовать конструкцию в различных модификациях (рис. 32): как корзинчатый фильтр или как каркас гравийно-обсыпно-го фильтра с отверстиями корзинчатого типа;
как каркас гравий-но-обсыпного фильтра с гравитационно-щелевыми отверстиями; как гравитационный фильтр.
Применение пластмассы и сравнительно широких водоприемных отверстий повышает сопротивляемость фильтра коррозии и закупорке. Кольца собираются на стяжных болтах, пропущенных через отверстия в опорных площадках. Так образуются отдельные звенья фильтра, соединяющиеся между собой с помощью монтажных патрубков с опорными фланцами (рис. 33). К верхнему патрубку присоединяют надфильт-ровую трубу, а к нижнему — отстойник. Фланцы имеют отверстия для закрепления стяжных болтов. При монтаже звеньев в месте соединения фланцев с кольцом в проемы опорных площадок вставляют вкладыши, воспринимающие усилия от фланца при стягивании колец болтами. Типоразмеры фильтров приведены в таблице 14 (Карамбиров, Михайлов, Роговой, 1962; Карамбиров, Роговой, 1963; Роговой, 1968).
Фильтр-каркас с горизонтальными сужающимися отверстиями (авторское свидетельство № 192125). Предназначен для установки в скважины в качестве каркаса гравийно-обсыпного типа, а в крупнозернистых грунтах применяется как самостоятельный щелевой фильтр (рис. 34). Фильтр собирают из кольцевых элементов трапецеидального сечения, в промежутках между которыми образуются горизонтальные сужающиеся водоприемные отверстия. Такая форма отверстий также обладает свойством автоматического саморегулирования выходной площади фильтрации. Ширину выходной щели определяют высотой опорных площадок. Размер щели регулируется прокладками между опорными площадками. Типоразмеры фильтра приведены в таблице 15.
В другой модели регулирование щели достигается фигурной конструкцией опорных площадок, при смещении которых относительно друг друга на некоторый центральный угол ширина щелей изменяется (Роговой, 1968; Ка-рамбиров, Роговой, 1963).
Для повышения производительности технологического оборудования (пресс-форм), прочности пластмассовых фильтров большого диаметра и упрощения сборки МГМИ при участии Голодностепстроя и Люберецкого завода пластмасс МПС СССР разработана конструкция фильтра, где вместо колец применены полуцилиндры с горизонтальными сужающимися водоприемными отверстиями, получаемыми при формовании. Конструирование пластмассовых фильтров сопровождалось созданием опытных образцов и технологического оборудования для их изготовления. Выбор пластмасс. Для изготовления фильтров применяли реактопласты и термопласты: неоднородные (стеклопластики, волокниты, пресс-порошки, древесно-прессо-вочные массы), однородные (полиэтилен, полистирол) и другие материалы (табл. 16). По физико-механическим свойствам стеклопластики в наибольшей степени отвечают требованиям, предъявляемым к конструкционным материалам для фильтров, но пока еще имеют высокую стоимость. фильтры из волокнита в 2—3 раза дешевле, но обладают меньшей механической прочностью: при растяжении — в 10 раз, изгибе—в Зраза и по удельной ударной вязкости—от 3 до 15 раз. Фильтры-каркасы из волок-нита, изготовленные для скважин вертикального дренажа, армировали слоем стекловолокна. Исследования автора показали, что прочность их увеличивается при этом более чем на 30.

Пресс-порошки на основе различных смол почти в 2 раза уступают по удельной ударной вязкости волокнитам, но в связи с их высокой прочностью на сжатие и повышенной химической стойкостью они могут быть использованы для изготовления фильтров малого диаметра (до 170 мм). Исследования показали, что фильтры из пресс-порошков могут применяться в водозаборных скважинах глубиной до 100 м. Кроме указанных материалов, для изготовления фильтров использовали древесно-прессовочные массы и термопласты. При выборе пластмасс учитывали их физико-механические свойства, химическую стойкость, токсичность, способы переработки в изделия, стоимость и дефицитность сырья и др.
Технология изготовления и основное оборудование.
Кольцевые элементы изготовляли прессованием и литьем под давлением. При прессовании формование и отверждение изделий происходило в горячей пресс-форме, установленной на гидравлическом прессе. Прессовочную массу загружали в оформляющую полость пресс-формы. Давление пресса передавалось через подвижную часть пресс-формы (пуансон) непосредственно на изделие.
Пресс-форму замыкали после окончания формования изделия.
Литье под давлением выполняли в специальных формах, установленных на литьевых машинах (термопласт-автоматах). Материал предварительно расплавляли, а затем впрыскивали в пресс-форму, где, остывая, он затвердевал и образовывал изделие заданной геометрической формы. Пресс-форму замыкали до начала формования изделия. Расплав из обогреваемого цилиндра через сопло поступал под давлением в пресс-форму. Давление в начале литья передается только на расплав полимера в цилиндре, а на пресс-форму — после ее заполнения. Температура пресс-формы всегда ниже температуры поступающего материала.
Выбор технологического оборудования обусловлен конструкцией изделия, свойствами материала, способом переработки пластмасс. Поэтому технологическая оснастка разделяется на три основные группы: пресс-формы прямого и литьевого прессования и формы для литья под давлением. По характеру эксплуатации пресс-формы делятся на съемные и стационарные.
Съемные прес с-ф о р м ы. Съемными называют такие пресс-формы, которые снимаются с гидравлического пресса после каждой запрессовки. Разъем пресс-форм и удаление изделий проводят вручную вне зоны пресса с помощью специального распрессовочного приспособления. Температуру нагрева обеспечивают с помощью нагревательных плит, установленных на прессе. Такие пресс-формы применяли для изготовления опытных образцов фильтров диаметром до 170 мм.
Стационарные пресс-формы. Для создания пластмассовых фильтров большого диаметра и освоения их производства требовались стационарные пресс-формы. Кольцевые элементы фильтров-каркасов диаметром до 350 мм изготовляли на стационарных одноместных и многоместных пресс-формах полузакрытого типа с горизонтальной плоскостью разъема (рис. 35). Пресс-форма состоит из двух основных частей: верхней, включающей пуансон и связанные с ним детали, и нижней, в которую входят матрица, поддон, толкающая система и др.

Пуансон запрессован в пуансонодержатель, сверху их накрывает плита обогрева с вмонтированными в нее электронагревательными элементами. Она является опорой для пуансона. Для направления пуансона и его центрирования по отношению к матрице в пуансонодержатель запрессованы четыре колонки, которые согласованы с матрицей. В обойме матрицы находятся втулки для центрирования ее с пуансоном, втулки вставлены в обойму матрицы. Для устранения при прессовании возможных смещений пуансона относительно матрицы его устанавливают на шпонке. На пуансонодержателе расположены опорные планки, определяющие закрытую высоту изделия. Опорные планки крепятся к пуансонодержателю болтами. Детали верхней части пресс-формы крепятся к верхней плите пресса болтами и специальными планками. Нижняя часть пресс-формы, кроме деталей, включает толкающую систему. В обойму матрицы запрессована матрица с четырьмя вставками. С нижнего торца матрицы вставлен поддон и крепятся две плиты: верхняя служит опорой и удерживает матрицу и поддон от прогиба при прессовании; нижняя предназначена для обогрева и также имеет нагревательные электрические элементы, как и плита обогрева.

Обойма матрицы, матрица и поддон вместе с плитами опираются «а опорные брусья, нижнюю плиту и колонки. Нижняя плита и обойма матрицы крепятся болтами. Для выталкивания отпрессованного изделия и извлечения его из матрицы предусмотрена толкающая система из четырех толкателей, которые при прессовании одновременно оформляют отверстия в изделии. Толкатели вставлены в плиту и прикрываются снизу плитой толкания. Плиты толкателей и толкания крепятся между собой болтами и перемещаются сверху вниз по направляющим колонкам (для устранения перекоса плит). В плиты толкателей и толкания запрессованы две втулки. В центре этих плит имеется резьбовое отверстие, посредством которого толкающая система через хвостовик связывается с прессом. Нижняя часть пресс-формы крепится к нижней плите пресса через обойму матрицы болтами и специальными планками. Крепление матрицы с обоймой матрицы фиксируется шпонкой.

Снятие изделия с толкателей осуществляется съемником-вилкой. Когда готовое изделие находится в верхней части пресс-формы над матрицей, под него вставляют съемник и включают пресс, в результате толкающая система уходит в нижнее положение, а изделие остается на съемнике. Затем его удаляют с пресс-формы, и цикл повторяется. Пространство между матрицей и поддоном служит загрузочной камерой в пресс-форме. Для устранения компрессии в верхней части пуансона предусмотрено отверстие, а на боковой образующей — четыре канавки глубиной 0,4—0,5 мм, через которые удаляется лишняя прессуемая масса.

Пресс-форма позволяет прессовать изделия данной конфигурации из всех термореактивных материалов.

Технологические режимы прессования полностью соответствовали требованиям, предъявляемым к переработке выбранных материалов (температура и давление прессования, выдержка под давлением и т. д.). Температура плит обогрева была на 10— 15С выше температуры прессования. Механическую обработку изделий после прессования выполняли после их остывания (зачистка наплывов и заусениц). Замеры готовых изделий показали, что фильтры имеют правильную форму и размеры в пределах допустимых отклонений (рис. 36).
Стационарные литьевые прес с-ф о р м ы. Для получения фильтров-каркасов из термопластов были разработаны эти формы. фильтры из полистирола и полиэтилена имели правильную форму и размеры. Этот способ изготовления отличается весьма высокой производительностью. Отмечена некоторая эластичность изделий, изготовленных из полиэтилена высокой плотности. Более прочные изделия были получены из ударопрочного полистирола. фильтры из термопластов находятся в стадии производственных испытаний. Испытания фильтров на прочность. В натурных условиях фильтры загружены массой вышележащих труб, давлением пород и фильтрационного потока. Эти нагрузки воспроизводились при статических испытаниях фильтров в лабораторных условиях по методике Л. М. Емельянова и В. Г. Пономарева. фильтры испытывали на равномерное радиальное сжатие, продольный изгиб, а также на сжатие двумя сосредоточенными радиальными силами. Статические испытания на радиальное сжатие проводили на специально изготовленной лабораторной установке, обеспечивающей равномерное боковое обжатие образца (рис. 37).
Установка состояла из полого стального цилиндра, в который помещали испытуемый образец. Между образцом и внутренней поверхностью цилиндра закладывали прорезиненную капроновую оболочку цилиндрической формы, плотно прилегающую к образцу. Края оболочки обклеивали резиновыми прокладками и плотно зажимали в торцах полого цилиндра между фланцами. В образовавшееся пространство между капроновой оболочкой и стальным цилиндром насосом нагнетали масло, давление которого через оболочку передавалось на образец и замерялось манометром.
Для выравнивания давления на фильтр и устранения влияния торцовых закреплений образец закладывали в установку разделенным по направляющей на три звена. Крайние (верхнее и нижнее) звенья были холостыми, а среднее (рабочее звено) предназначалось для измерений.
Перемещения, вызванные деформацией фильтров, фиксировали фотографированием ярлыков, приклеенных к внутренней поверхности образца. Оптическую ось фотоаппарата совмещали при этом с продольной осью испытуемого фильтра. Для точного определения перемещений на ярлыках делали контрольные метки. В качества репера использовали стержень, установленный по оси цилиндра в нижнем торце. Испытания выполняли на двух установках, отличающихся высотой и диаметрами стальных цилиндров.
С целью получения сравнительных характеристик испытания проводили также с образцами дырчатых фильтров из ПВХ (рис. 38). Для оценки влияния перфорации на несущую способность эти фильтры имели скважность, изменяющуюся от 0 (сплошная труба) до 20. Отверстия размещали по образующим параллельными рядами и в шахматном порядке. При равномерно распределенном радиальном сжатии круглое сечение труб деформировалось. Стенки их перемещались вдоль одной оси во внутреннюю, а вдоль другой — во внешнюю стороны. Опыты показали, что для расчета критического давления на перфорированные трубы можно использовать формулу Мориса Леви с поправкой на ослабление сечения за счет водоприемных отверстий (диаметр, шаг 2С):
Испытания показали уменьшение несущей способности фильтров из ПВХ диаметром 165/155 мм на 47,5 (от 0,89 до 0,466 МПа) при увеличении их скважности от 0 до 20.
Фильтры-каркасы с горизонтальными сужающимися отверстиями, изготовленные из стеклопластика, волокни-та и .пресс-порошка, деформировались с выходом пластмассового элемента из плоскости кольца, причем радиальные перемещения оказались значительно меньше, чем у дырчатых фильтров из ПВХ. Для расчета таких фильтров в первом приближении можно воспользоваться формулой Мориса Леви, при этом момент инерции сечения кольцевых элементов определяли по формуле:
у = 1е-('1 + М1 + М2+4 (41)
где к — толщина кольцевого элемента; Г] и гг — высота кольца соответственно по наружному и внутреннему диаметрам (рис. 39, б). Расхождение опытных и расчетных значений критического давления до 1. фильтры из волокнита (Вл-2) диаметром 310/260 мм выдерживали внешнее давление 2,2 МПа, а фильтры из стеклопластика (АГ-4С) не были разрушены при максимальном давлении установки 5,2 МПа (расчетное критическое давление 7,8 МПа).
У фильтров-каркасов гравитационно-щелевого типа разрушение начиналось с внешней кромки кольца. Затем эта ослабленная часть теряла устойчивость. Полного разрушения фильтров не происходило. Применить теоретические формулы для расчета таких фильтров трудно из-за сложной конфигурации поперечного сечения. Опытное определение несущей способности фильтров показало, что они выдерживают весьма значительное давление: образец фильтра из пресс-порошка К-214-2 диаметром 170/120 мм — 1,17 МПа, фильтр из волокнита (Вл-2) диаметром 290/226 мм — 2,53 МПа.
Испытания фильтров на продольный изгиб при осевом вертикальном сжатии показали, что они обладают значительной прочностью: образцы длиной 1,5 м из пресс-порошка К-214-2 диаметром 170/120 мм — 81 кН, а из волокнита (Вл-2) диаметром 290/226 мм — 293,3 кН. Несущая способность пластмассовых фильтров-каркасов оказалась достаточной при установке их в скважины на глубину более 100 м при общей длине фильтровой колонны до 22 м.
Опытно-теоретические исследования показали, что прочностные контрольные испытания фильтров можно выполнять и двумя сосредоточенными силами.
Исследованы вопросы изменения прочности фильтров под влиянием водной среды и фактора времени. Помимо замачивания образцов при постоянной температуре, создавали условия ускоренного их старения путем кипячения в воде. При длительном замачивании (,в течение двух лет) несущая способность образцов уменьшалась: у фильтров из пресс-порошка К-214-2 — на 20, из волокнита Вл-2 — на 9,5, из стеклопластика АГ-4В — на 4. После кипячения фильтров в воде в течение 10 часов прочность образцов из волокнита Вл-2 уменьшилась на 52, а из древесно-прессовочной массы МДПК-Б]—на 27,6. Полученные данные оценивали с учетом заданного срока службы скважин.
Испытания в полевых условиях (в течение более 10 лет) подтвердили высокую длительную прочность пластмасс, применяемых для изготовления фильтров-каркасов.
Санитарно-гигиенические исследования пластмассовых фильтров на качество воды. Использование синтетических полимеров и пластических масс в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения допускается только при соответствующем разрешении Министерства здравоохранения СССР. Поэтому санитарно-гигиеническую оценку влияния пластмасс и изделий из них (в частности, конструкций фильтров) на качество питьевой воды дают на основании детальных исследований. Решить вопрос о их безвредности только на основании оценки отдельных составляющих компонентов нельзя. Необходимо определять токсичность готовых изделий, так как в процессе переработки пластмасс могут появиться новые свойства, которыми ранее материал не обладал.
Цель исследований — изучить санитарно-гигиенические свойства пластмасс, рекомендуемых для изготовления фильтров. Исследования выполнены автором на санэпидемстанции Тимирязевского района г. Москвы и в Научно-исследовательском институте гигиены им. Ф. Ф. Эрис-мана. Изучение влияния пластмассовых фильтров на качество воды в действующих скважинах проводилось санэпидемстанцией г. Риги и Центральной лабораторией Государственного производственного геологического комитета Латвийской ССР. По некоторым видам пластмасс их пригодность для изготовления фильтров оценивают на основании сведений, имеющихся в литературе. В результате получены новые данные о возможности применения пластмассовых фильтров в скважинах питьевого водоснабжения.
Лабораторные исследования фильтров из волокнита. Технология изготовления кольцевых элементов фильтров из волокнита изложена ранее. Переработку пластмассы осуществляют прессованием при температуре 150—160С. В этих условиях пластмасса синтезируется на основе связующей смолы полимера с волокнистым наполнителем. Быстрое охлаждение отпрессованных изделий повышает поверхностную прочность материала. Волокнит—материал водо- и теплостойкий, стойкий в щелочах, кислотах и растворителях. По типу смол относится к необратимым пластмассам, изделия из него при повторном нагревании не изменяют своей формы и физико-механических свойств.
В состав материала входят следующие компоненты (по содержанию массовых частей):
с известью извести
Смола 227 и 228 (в пересчете на безвод- ную)
Хлопковая целлюлоза (сухая)
Олеиновая кислота
Тальк
Магнезия жженая
Известь
Смола 227 и 228 — водно-эмульсионная подсушенная, резольного типа, получаемая при конденсации феноль-ной фракции с формальдегидом в присутствии катализатора едкого натра. Содержание летучих веществ в готовом волокните не превышает 7.
Волокнит применяют в машиностроении для изготовления деталей технического назначения: лабиринтных уплотнений, улиток, крыльчаток центробежных иасосов для водоснабжения. Материал разрешен к использованию в продовольственном машиностроении и пищевой промышленности для изготовления деталей по перекачке молока и т. п.
* Перечень материалов, разрешенных органами Госсаннадзора Минздрава СССР для применения в продовольственном машиностроении и в пищевой промышленности. М., 1963.
Для определения влияния волокнита на качество питьевой воды проводили санитарно-химические исследования в соответствии с существующими методами и инструкцией Министерства здравоохранения СССР*. Испытания проведены К. Ласточкиной.
Согласно требованиям ГОСТ 2874—73 «Вода питьевая», в исследованиях определяли запах (при комнатной температуре и нагревании), привкус, прозрачность, цветность, а также содержание веществ (фенол, формальдегид, хлорфенольные запахи), входящих в состав пластмассы. При контакте материала с водой могут вымываться вещества, входящие в состав волокнита, поэтому находили также и косвенные показатели загрязнения: пер-манганатную и бихроматную окисляемость, бромирую-щие вещества, хлорпотребление, общее содержание органических веществ (определяемых спектрофотометрически по оптическим плотностям гексановых вытяжек). Методы определения качества воды были общепринятыми в практике санитарно-химического анализа: фенол — 4-амино-антипирином, формальдегид — хромотроповой кислотой. В связи с тем, что в опытах исследовали водопроводную воду, из бактериальных показателей определяли влияние образцов на развитие сапрофитной микрофлоры.
Санитарно-токсикологические исследования не проводили из-за достаточной изученности фенола и формальдегида. Для них установлены предельно допустимые концентрации для воды водоемов: для фенола — 0,001 мг/л и формальдегида — 0,5 мг/л.
Для определения качества воды, контактирующей с фильтром, проведены три серии опытов на водопроводной воде, которая служила также контрольной пробой. Первую и вторую серии выполняли в условиях ежедневной смены воды при настое в течение суток (динамические условия). Продолжительность опытов в каждой серии 13 и 10 дней. На единицу поверхности пластмассового фильтра (1 см2) приходилось соответственно по 72 мл (первая серия) и по 10 мл (вторая серия) воды. Вторую серию опытов проводили с меньшим объемом воды, контактирующей с фильтром. Выполняли дополнительные анализы по определению запаха, привкуса и на содержание формальдегида.
* Л у р ь е Ю. Ю. Унифицированные методы анализов вод. М., «.Химия», 1973.
По таким показателям, как запах, цветность, активная реакция, щелочность, содержание хлоридов, окисляемость, привкус, результаты анализов не дали существенных отклонений по сравнению с контрольной пробой. Фенол в пробах воды был лишь в виде следов или вообще отсутствовал. Формальдегид вообще не обнаружен.
В третьей серии опытов настой воды с фильтром осуществляли в течение 30 суток без смены воды (статические условия). В аналогичных условиях находилась и контрольная проба.
При длительном контакте вода также не приобретала органолептических свойств, отличных от контрольной пробы (привкус, цветность, прозрачность). Затхлый запах появлялся на пятый день в опытном и контрольном сосудах. Хлорфенольный запах в течение всего опыта не обнаруживался. Лишь на 20-й день в воде появлялся фенол в концентрации ниже предельно допустимой нормы. Формальдегид обнаруживали в виде следов начиная с пятого дня от начала опыта. В дальнейшем количество формальдегида несколько увеличилось, однако максимальная из определенных концентраций равнялась 0,1 мг/л, то есть в 5 раз ниже предельно допустимой нормы. Косвенные показатели загрязнения воды — перман-ганатная и бихроматная окисляемость, бромирующие вещества, хлорпотребление — в течение всего периода в опытном сосуде были на уровне контрольного.
Относительным показателем перехода в воду органических веществ может служить оптическая плотность гексановых вытяжек из исследуемой воды при разных длинах волн, измеренных спектрофотометрически. Спектральные характеристики показали, что оптические плотности незначительны и в большинстве случаев не отличаются от контроля, то есть на этот показатель качества воды пластмасса влияния не оказала.
Бактериологические исследования показали, что волокнит не влияет на ход развития и отмирания сапрофитной микрофлоры.
Таким образом, в условиях кратковременного контакта, а также в статических условиях при длительном контакте вода соответствовала требованиям ГОСТ 2874—73 по санитарно-химическим и бактериологическим показателям.
Производственные испытания фильтров из волокнита. Оценку влияния материала на качество воды определяли в процессе эксплуатации скважины (техническое водоснабжение Рижского стекло-зеркального завода) с фильтром-каркасом с горизонтальными сужающимися отверстиями диаметром 360/260 мм, изготовленным из волокнита. Откачку проводили при двух понижениях: I — 2,85 м, дебит 3,3 л/с: II — 4,59 м, дебит 5,4 л/с, удельный дебит 1,1 л/с-м. Фильтр работал устойчиво, надежно защищая скважину от пескования.
Через десять дней после начала откачки для определения содержания в воде фенола, формальдегида и других показателей пробы были отобраны в условиях эксплуатации скважины (динамические условия) и из остановленной скважины (статические условия). Содержание фенола и формальдегида не было обнаружено. В результате Министерство здравоохранения СССР дало разрешение на применение фильтров из волокнита в скважинах хозяйственно-питьевого водоснабжения. Такими фильтрами затем оборудовали многие скважины.
Пластмасса декоррозит (К-18-81) отличается высокой химической стойкостью в щелочах, кислотах и растворителях, водо- и теплостойкостью, устойчивостью к комплексному действию высокой влажности и температуры, к грибным и плесневым зарастаниям. Состав пластмассы (в массовых частях) включает следующие компоненты:
смола 17,18 (фенолксиленольная) 39,3
поливинилхлорид суспензионный 23,0
уротропин 6,0
известь 1,0
стеарат кальция 2,1
меламин перекристаллизованный 0,5
кокс . . 28,1

Фильтры из этого материала изготовляли горячим прессованием (температура 150—160С) в пресс-формах. Пластмасса синтезируется на основе связующей смолы (полимера) с порошковым наполнителем. По типу смол декоррозит относится к термореактивным пластмассам Этот материал исследовали ранее при изготовлении лопаток насосов для перекачки питьевой воды в автоматах AT-26.
Московским гидромелиоративным институтом было получено разрешение Министерства здравоохранения СССР на изготовление фильтров-скважин питьевого водоснабжения из декоррозита.
В дальнейшем фильтрами гравитационно-щелевого типа из декоррозита были оборудованы скважины хозяйственно-питьевого назначения на водозаборах «Гауя-экспериментальная» и Колкского консервного завода в Латвийской ССР, а также скважины в Новосибирской и Куйбышевской областях.
Гидравлическое сопротивление пластмассовых фильтров-каркасов. При расчете гравитационных фильтров Н. А. Карамбировым использована теория взвешивания грунта фильтрационным потоком и получена зависимость для определения допустимой скорости фильтрации (Ка-рамбиров, 1948, 1952): Р — коэффициент, зависящий от направления фильтрации (угла ср — отклонения оси отверстий от 'вертикали, для ср —-45 р = 0,53); К, т и у — соответственно коэффициент фильтрации, пористость и плотность грунта; Vкp — критическая скорость взвешивания грунта в водоприемных отверстиях фильтра. Потери напора в отверстиях гравитационных фильтров, заполненных грунтом на высоту /, выражаются формулой:
В предложенной конструкции гравитационно-щелевого фильтра, имеющего сужающиеся отверстия (см. рис. 33), устойчивость грунта определяется не только равновесием сил тяжести и давления фильтрационного потока, но и силами повышенного бокового распора и заклиниванием зерен. Эксперименты подтвердили, что в сужающихся водоприемных отверстиях за счет повышенного бокового распора грунта достигается значительное увеличение устойчивости загрузки. Это позволяет расширить область применения фильтров гравитационного типа. Для оценки их сопротивлений были найдены опытные значения коэффициентов сопротивлений. Обработку экспериментальных данных вели с использованием формул Г. М. Ломизе и Д. М. Минца для гидравлических сопротивлений в зернистом слое. Для определения коэффициента сопротивления гравитационно-щелевого фильтра предложена формула:
— гидравлический градиент;
V — скорость, отнесенная к открытой площади грунта в водоприемных отверстиях; К — коэффициент фильтрации;
Р — показатель нелинейности закона фильтрации;
т — пористость;
й — средний диаметр зерен грунта, вычисленный по формулам (29)
В опытах отмечены области скоростей, за пределами которых происходит взвешивание и перемещение грунта в отверстиях. Особенность работы гравитационно-щелевого фильтра заключается в том, что выносу зерен препятствует сужающаяся форма водоприемных отверстий, переходящих в щели. После взвешивания грунта увеличиваются потери напора, но пескование отсутствует (рис. 40).
График изменения сопротивления показывает, что в сужающихся наклонных отверстиях гравитационно-щелевого фильтра при скоростях фильтрации меньше критических характер гидравлических процессов подчиняется общим закономерностям, полученным для фильтрации через плотный зернистый слой. На рисунке 40 для каждого из грунтов отмечена область, за пределами которой происходит взешивание грунта в отверстиях. Зависимость (44) близка универсальной формуле Д. М. Минца для фильтрации через плотный зернистый слой, если А = 5,1 а2, где а — коэффициент формы зерен считать равным 1,1, а значение В~0,527 (для мелкого гравия) (Ломизе, 1951; Минц, Шуберт, 1955).
Обработка экспериментального материала по формулам (44) и (46) показала их универсальность и возможность применения для определения сопротивления корзинчатых фильтров.
Исследования пластмассовых фильтров с горизонтальными сужающимися отверстиями показали, что их гидравлическое сопротивление меньше, чем у обычных щелевых. Это объяснялось тем, что частое чередование относительно небольших по высоте кольцевых элементов обеспечивает повышенную скважность, уменьшает сгущение линий тока на подходе к фильтру. Зерна обсыпок, не перекрывая минимального сечения, задерживаются от него на некотором расстоянии, благодаря чему площадь выходного фильтрационного сечения увеличивается, потери напора снижаются.
Таким образом, представляется возможным определить потери напора на контакте фильтр — порода, а по их величине находить компоненты дополнительного сопротивления на несовершенство скважин по характеру вскрытия пласта:
мощность пласта;
потери напора на контакте фильтр—порода; внешний и внутренний радиусы фильтра.