Фильтры водопонизительных скважин

Фильтром или рабочей частью называют участок скважи­ны, закрепленный водопроницаемым устройством, предохраня­ющим водоносные породы от обрушения и выноса мельчайших частичек породы.

Конструкция фильтра должна удовлетворять следующим требованиям: обладать необходимой механической прочностью и достаточной устойчивостью против коррозионного и эрозион­ного воздействия воды; иметь минимальное гидравлическое со­противление и обеспечивать максимальный пропуск воды с до­пустимыми скоростями; иметь необходимый процент скважности и соответствующие размеры проходных отверстий для пред­отвращения отложения солевых осадков на поверхности фильт­ра; быть простыми в изготовлении и надежными в эксплуата­ции; не допускать выноса мелких фракций породы; исключать возможность пескования скважины при эксплуатации фильт­ра; предусматривать возможность механической и химической очистки.

Основными конструктивными типами фильтров, получивших наибольшее распространение в практике водопонижения, явля­ются: дырчатые и щелевые, сетчатые; каркасно-стержневые и гравийные.

Дырчатые и щелевые фильтры применяют при водопони-жении в гравелистых, галечниковых и трещиноватых скальных грунтах. Они представляют собой перфорированные трубы с круглыми отверстиями диаметром 7—10 мм или с щелями ши­риной 2,5'—5,0 мм и длиной 50—250 мм.

Сетчатые фильтры (рис.) состоят из перфорированной с отверстиями или щелями трубы 1, вдоль которой наварены 8—15 продольных стержней 2 диаметром 6—8 мм. На стерж­ни намотана проволока из нержавеющей стали 3 диаметром 2—3 мм с расстоянием между ветвями 15—25 мм. Проволока через каждые 300—500 мм приварена к каркасу, поверх кото­рой укрепляют фильтрационную сетку 4. Для изготовления фильтров применяют сетки квадратного или гладкого (галун­ного) плетения, изготовляемые обычно из латунной проволоки и меди.

Недостатком фильтров такой конструкции является электро­химическая коррозия, возникающая из-за применения в кон­струкции двух разноименных металлов (медь и сталь), обла­дающих различными электродными потенциалами. Для пре­дупреждения электрохимической коррозии медные и латунные сетки могут быть заменены сетками из нержавеющей стали.

Кроме того, фильтры могут быть изготовлены из штампо­ванной гофрированной сетки из пластических масс с круглы­ми отверстиями.

Сетчатые фильтры применяют при водопонижении в круп­ных и среднезернистых песках.

Каркасно-стержневые фильтры (рис.) представляют собой сваренные в трубчатые каркасы металлические стержни, на которые навиты проволочные спирали. Буровые трубы в этих фильтрах применяют только для изготовления соедини­тельных патрубков и опорных поясов под стержни.

Каркасно-стержневые фильтры обладают хорошими гид­равлическими свойствами и обеспечивают наиболее эффектив­ную работу скважин при длительной их эксплуатации. Особен­но успешно применяют эти фильтры в водах неустойчивого хи­мического состава.

Гравийные фильтры включают в себя опорный каркас из дырчатых или щелевых труб, каркасно-стержневых или иных конструкций. Водоприемная часть, контактирующая с грунтом, выполнена из фильтрующих материалов (песка или гравия), располагаемых на внешней поверхности каркаса (рис.).

Фильтр с гравийной обсыпкой устраивают непосредственно в скважине на требуемую глубину. Для этого в пробуренную и закрепленную обсадной колонной скважину на забой опус­кают опорный каркас. Зазор между обсадной колонной и опорным каркасом заполняют малыми порциями песчано-гравийной смесью. По мере заполнения обсадную трубу поднимают с таким расчетом, чтобы гравийно-песчаная смесь находилась выше башмака обсадной трубы на 0,5—1 м до полного запол­нения кольцевого пространства на требуемую глубину.

Правильное распределение гравийно-песчаной смеси дости­гается постоянной шириной кольцевого зазора между обсадной трубой и каркасом. Для этого устраивают направляющие ско­бы (фонари). Первый пояс фонарей — на отстойнике, второй — на рабочей части, третий — на надфильтровой трубе. При ко­ротких фильтрах (до 5м) фонари ставят на отстойнике и у начала надфильтровой трубы.

Толщину слоя гравийно-песчаной обсыпки принимают по расчету, она должна быть не менее 50мм. Как показывает практика, наиболее надежными в эксплуатации являются скважины с гравийной обсыпкой толщиной 150—200 мм и бо­лее.

Фильтры с гравийной обсыпкой приме­няют для водопонижения в тонкозернистых или среднезернистых песках, а также при откачке воды агрессивного химического со­става, склонных к выделению осадков на фильтрах и закупорке их проходных от­верстий.

Эффект гравийных фильтров в основ­ном зависит от того, насколько правиль­но подобраны состав обсыпки и ее толщи­на. В качестве однослойной обсыпки при­меняют песок, гравий и песчано-гравийные смеси. В качестве песчаной обсыпки при­меняют промытый крупнозернистый песок со средним размером частиц 0,5—0,2 мм. Песчаные обсыпки используют при водопонижении в мелкозернистых песках, сред­ний диаметр частиц которых не превышает 0,1мм. Обсыпку фильтров гравием приме­няют при понижении, уровня вод в песча­ных породах, средние размеры частиц кото­рых находятся в пределах 0,25—0,5мм. Для обсыпки используют гравий диамет­ром от 0,2 до 10мм.

Песчано-гравийную смесь изготовляют из песчаных и гравелистых пород с широ­ким диапазоном гранулометрического со­става (от 1 до 5мм). Обсыпка фильтра песчано-гравийной смесью рациональна при среднем диаметре частиц водовмещающих пород в пределах 0,1—0,25 мм.

В некоторых случаях для осушения мелкозернистых песков применяют кле­евые (блочные) фильтры. Такие фильтры изготовляют на поверхности и опускают в водопонизительную скважину в готовом ви­де звеньями длиной 2,5—3 м. В современной практике применяют несколько разновидностей фильтров блочного типа. В большинстве случаев блочные фильтры из­готовляют из гравия, сцементированного вяжущими вещества­ми (сульфитно-спиртовой бардой, битумом, бакелитовым клеем марки БФ-4 и др.). Кроме того, известны блочные фильтры, изготовляемые из пористого бетона, пористой керамики.

В последние годы гравийные фильтры зачастую изготавли­вают непосредственно на поверхности земли (рис.).

В первом случае на корпусе трубчатого или каркасно-стержневого фильтра жестко закрепляют изготовленный из штампо­ванного листа или металлических сеток наружный кожух, в ко­тором укладывают заполнитель (обсыпку), представляющий собой песок, гравий или песчано-гравийную смесь. Для того, чтобы кожух не раздавался в стороны, его обматывают прово­локой или охватывают поясами.

По гранулометрическому составу обсыпку желательно при­менять однородной, лучше монофракционной. Для уменьшения ее стоимости применяют обсыпки более широкого грануломет­рического состава, из которых отсеяны мелкие и самые круп­ные фракции. При подборе состава обсыпки должно быть со­блюдено условие:

5 ≤D50/d50 ≤10,

где D50 — диаметр частиц, мельче которых в обсыпке содержит­ся 50% по массе; d ₅₀ — диаметр частиц, мельче которых в грун­те водоносного горизонта содержится 50% по массе.

Подготовленный таким образом фильтр необходимой дли­ны опускают в заранее пробуренную скважину.

Насосное оборудование водопонизительных скважин.

Для откачки воды из скважины применяют насосы двух мо­дификаций: с электродвигателем, расположенным над скважи­ной, и с погружным электродвигателем.

В качестве насосов для откачки воды из скважин с элект­родвигателем над скважиной применяют артезианские насос­ные установки двух типов: АНТ и А.

Насосный агрегат с погружным электродвигателем (рис.) состоит из насоса, непосредственно соединенного с элект­родвигателем, и всасывающего устройства. Насосный агрегат подвешен к колонне водонапорных труб. Насос с электродвигателем погружен ниже динамического уровня воды в сква­жине. Для питания электродвигателя к колонне водонапорных труб крепят кабель.

Промышленность выпускает погружные насосные установ­ки нескольких типов: ЭЦВ, АПТ, АЭНП, ЭПН. Среди них на строительных объектах наиболее часто применяют электрона­сосы типа ЭЦВ, имеющие одинаковую принципиальную схему и отличающиеся подачей и напором.

Рабочая часть погружных установок состоит из одно- или многоступенчатого насоса с вертикальным расположением ва­ла и электрического привода. В качестве привода используют асинхронные электродвигатели типа ПЭДВ [П — погружной; ЭД — электродвигатель; В — водозалолненный; цифрами обо­значаются мощность (кВт) и наименьший диаметр электродви­гателя (мм)]. Насос расположен над электродвигателем и со­единен с ним жесткой муфтой сцепления. Спускают рабочую часть насосной установки в скважину на водоподъемных тру­бах, которые закрепляют на нижней части опорной плиты.

Кроме перечисленных элементов в комплект установки вхо­дят: колено с фланцем и манометром, задвижка и станция автоматического управления, система, обеспечивающая автоматическое и ручное управление работой электронасоса, а также защиту электродвигателя и цепи управления от токов короткого замыкания и перегрузки.

Насосы типа ЭЦВ работают с подпором, величина которого для большинства моделей равна 1 м. Лишь для насосов ЭЦВ12-210-25 и ЭЦВ12-210-55 требуемая величина подпора составляет 2 м.

Погружные насосы имеют ряд преимуществ по сравнению с насосами типа АНТ: отсутствует приводной вал, что снижа­ет массу, трудоемкость монтажных и демонтажных работ, а также стоимость насосной установки; представляется воз­можным использование их в искривленных скважинах; более простой монтаж и демонтаж насосной установки; упрощается автоматизация работы насосной установки.

Рабочая часть погружных установок состоит из одно- или многоступенчатого насоса с вертикальным расположением ва­ла и электрического привода. В качестве привода используют асинхронные электродвигатели типа ПЭДВ [П — погружной; ЭД — электродвигатель; В — водозаполненный; цифрами обо­значаются мощность (кВт) и наименьший диаметр электродви­гателя (мм)]. Насос расположен над электродвигателем и со­единен с ним жесткой муфтой сцепления. Спускают рабочую часть насосной установки в скважину на водоподъемных тру­бах, которые закрепляют на нижней части опорной плиты.

Кроме перечисленных элементов в комплект установки вхо­дят: колено с фланцем и манометром, задвижка и станция автоматического управления, система, обеспечивающая автоматическое и ручное управление работой электронасоса, а также защиту электродвигателя и цепи управления от токов короткого замыкания и перегрузки.

Насосы типа ЭЦВ работают с подпором, величина которого для большинства моделей равна 1 м. Лишь для насосов ЭЦВ12-210-25 и ЭЦВ12-210-55 требуемая величина подпора составляет 2 м.

Погружные насосы имеют ряд преимуществ по сравнению с насосами типа АНТ: отсутствует приводной вал, что снижа­ет массу, трудоемкость монтажных и демонтажных работ, а также стоимость насосной установки; представляется воз­можным использование их в искривленных скважинах; более простой монтаж и демонтаж насосной установки; упрощается автоматизация работы насосной установки.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: