工業(yè)濾水器，工業(yè)自動(dòng)濾水器軸向壓力變形如何解決？

在地下水資源的開發(fā)利用研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的井用自動(dòng)過(guò)濾器在使用過(guò)程中表現(xiàn)出種種缺陷，如普通鑄鐵管和鋼管自動(dòng)過(guò)濾器存在加工和成井工藝復(fù)雜、成本高、濾水效率低，其外壁上所纏的鐵絲很容易銹蝕，一般使用壽命多為10-15a,使用性能很差等，而且在外壁包棕網(wǎng)以后其透水性能很差，濾水效率低下。而水泥管雖然容易加工，成本較低，但仍然與鑄鐵管自動(dòng)濾水器一樣需要在外壁上纏絲包棕網(wǎng)，容易銹蝕,壽命短，而且本身重量很大，容易產(chǎn)生斷管現(xiàn)象，施工安全性能差，且不能用于100m以上的深井。雖然“輕型井自動(dòng)過(guò)濾器為熱性塑料螺紋軟管，有容易加工，成本較低,耐腐蝕，加工和成井比較容易等優(yōu)點(diǎn),但由于力學(xué)性能很差也不能用于深井。

本項(xiàng)目是在研究了其它各種材質(zhì)水井自動(dòng)過(guò)濾器的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，目的在于克服目前國(guó)內(nèi)使用的鑄鐵、鋼管、水泥及熱性塑料軟管等水井自動(dòng)過(guò)濾器加工工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，價(jià)格昂貴，施工安全性差，容易銹蝕等種種不同缺陷，研究出一種全新的不纏絲、不包棕,而是在雙璧波紋塑料管上開縫造孔，加工簡(jiǎn)單、可工廠化生產(chǎn),其成本低廉、濾水效率高、鑿井施工安全性好，完全可以取代現(xiàn)有的其他纏絲包棕網(wǎng)類自動(dòng)過(guò)濾器,為城鄉(xiāng)供水和工業(yè)機(jī)井建設(shè)提供一種性能優(yōu)良、安全可靠的全新的水井自動(dòng)過(guò)濾器。據(jù)資料，全國(guó)每年要打農(nóng)灌井300萬(wàn)眼，每年還在以3%的速率遞增，其中老化病毀需要更新的約占10%。本次試驗(yàn)，為雙璧波紋塑料管用作深井自動(dòng)濾水器提供了耐壓抗形變方面的理論依據(jù)。

1試驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)

雙壁波紋塑料管在井下，將會(huì)受到濾料自重產(chǎn)生的軸向壓力,特別是井深較大時(shí)因?yàn)V料高度較大，軸向壓力更大,甚至可能達(dá)到數(shù)噸以上，這一壓力將會(huì)使雙壁波紋塑料管受到軸向壓縮變形，甚至破壞;另一方面，當(dāng)雙璧波紋管作為自動(dòng)濾水器時(shí)，要沿圓周方向開一系列水平條縫，又進(jìn)一步削弱管材的軸向抗壓能力。同時(shí)，由于產(chǎn)生縱向壓縮變形將會(huì)使條縫的寬度減小，降低了條縫的進(jìn)水能力，增大了進(jìn)水阻力。因此，無(wú)論從力學(xué)和濾水效能方面考慮，都必須研究雙壁波紋塑料管自動(dòng)濾水器的軸向抗壓能力。具體試驗(yàn)任務(wù)如下：雙壁波紋塑料管自動(dòng)濾水器的軸向抗壓強(qiáng)度；開孔率大小對(duì)雙壁波紋塑料管自動(dòng)濾水器管壓強(qiáng)度的影響；條縫在軸向壓縮下的尺寸變化。

2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為達(dá)到上述試驗(yàn)研究目的，對(duì)雙壁波紋管自動(dòng)濾水器管材(以下簡(jiǎn)稱管材)在壓力機(jī)上進(jìn)行軸向抗壓試驗(yàn),觀測(cè)其在受壓過(guò)程中的變形，選擇幾種不同開孔率的管材進(jìn)行壓力試驗(yàn)，觀測(cè)開孔對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)管材規(guī)格及開孔設(shè)計(jì)情況見(jiàn)表l。

3試驗(yàn)設(shè)備及方法主要試驗(yàn)設(shè)備為液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī),型號(hào)為WE-10Ao

試驗(yàn)方法基本同一般壓力試驗(yàn)，不同之處在于加荷載的同時(shí)每隔一定時(shí)間測(cè)量管材的軸向壓縮變形一次。為方便起見(jiàn),按管材的變形量確定觀測(cè)次數(shù)，即按每壓縮變形5mm時(shí)讀取變形量和相應(yīng)的載荷重量;當(dāng)變形量達(dá)到管材長(zhǎng)度的30%時(shí)停止試驗(yàn)，并記取總變形量和荷載重量。

4試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)5組試驗(yàn)管材進(jìn)行了壓力試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)資料進(jìn)行了初步分析整理。4.1雙壁波紋管自動(dòng)濾水器管材的變形特征雙璧波紋管自動(dòng)濾水器試件(管材)加以軸向壓力后，變形過(guò)程有如下特征：軸向壓力遠(yuǎn)小于破壞壓力時(shí)，管材不產(chǎn)生變形；軸向壓力達(dá)到破壞壓力時(shí)，急劇變形,破壞；變形先從波紋管低槽部位的條縫處開始，即條縫先變窄，以至消失，進(jìn)一步變形，則波紋管槽被壓縮變窄,以至相鄰兩槽接觸，管材已被壓壞。

4.2軸向壓力與變形的關(guān)系

對(duì)幾組試件(用作試驗(yàn)的管材)受壓時(shí)的壓力與變形觀測(cè)表明，試件受到壓力較小尚未達(dá)到破壞壓力時(shí)，隨著壓力增大，試件變形不多;而當(dāng)試件受到破壞壓力時(shí)，變形量很快增大，試件也隨之破壞，見(jiàn)圖1。

圖1軸向壓力與變形關(guān)系曲線

4.3管材開孔率大小對(duì)軸向耐壓力的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明:不同開孔率的試驗(yàn)管材軸向耐壓力不同，未開孔的試驗(yàn)管件耐壓力大，開孔率越大，耐壓力越小。幾種開孔率管材的試驗(yàn)結(jié)果如表2。

利用表2所列試驗(yàn)觀測(cè)值可繪制開孔率7與軸向耐壓力P關(guān)系曲線，見(jiàn)圖2。利用圖2可以查出0200雙壁波紋塑料管自動(dòng)濾水器管材在某些開孔率下的耐壓力大小。曲線表明這種管材的軸向大耐壓力不超過(guò)25.2kN。利用不同開孔率下,管材軸向耐壓力試驗(yàn)觀測(cè)值，可計(jì)算出開孔率對(duì)軸向耐壓力的削減值及單位開孔率的軸向耐壓力削減值，為選擇適宜的開孔率提供依據(jù)，結(jié)果見(jiàn)表3。

利用表3可絵制開孔率V與耐壓力相對(duì)削減值關(guān)系曲線,見(jiàn)圖3。從圖3可以看出開孔率在約5%以內(nèi)時(shí)，軸向耐壓力削減值較小，相對(duì)削減值為2%左右，單位開孔率的耐壓力相對(duì)削減值約0.5%；當(dāng)開孔率增大到6.2%時(shí)，軸向耐壓力削減值明顯增大,相對(duì)削減值達(dá)6%。單位開孔率的耐壓力相對(duì)削減值為1.6%。

注：*為可婕的試驗(yàn)觀測(cè)值。

圖37-P關(guān)系曲線4.4管材上水平條孔尺寸的變化試驗(yàn)表明，當(dāng)試驗(yàn)管材受到的軸向壓力不大時(shí)，軸向壓縮變形甚微，條縫的寬度也沒(méi)有明顯變化。而當(dāng)軸向壓力達(dá)到管材耐壓大值時(shí)，管材很快產(chǎn)生較大變形，先是條孔的寬度明顯減少，隨著變形的進(jìn)一步增大,條孔被壓縮成一條縫，此時(shí)管材實(shí)際上已被壓壞。因此，保持條孔尺寸不變的基本條件是軸向壓力不要超過(guò)允許值。所以，控制軸向壓力不超過(guò)管材耐壓允許值，是保證濾水管正常工作的關(guān)鍵，在井的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)予以極大的注意。4.5不同規(guī)格自動(dòng)濾水器管的軸向耐壓力估算值由于試驗(yàn)設(shè)備等條件限制，未能對(duì)各種規(guī)格的管材進(jìn)行軸向耐壓力試驗(yàn)，但因這種管材系列具有幾何形狀和力學(xué)性能的相似性，故可利用0200管材的軸向耐壓力值，推算其它規(guī)格管材的軸向耐壓力值，見(jiàn)表4。推算過(guò)程如下。

計(jì)算其它規(guī)格管材的受壓面積，計(jì)算式為：

s,=齊d気-d：內(nèi))式中&樸為管材的外徑(波紋槽中的外徑),cm;&內(nèi)為計(jì)算管材的內(nèi)徑,cm。

計(jì)算其它規(guī)格管材的軸向大耐壓力，計(jì)算式為：

Px=PawSx式中Px為計(jì)算管材的軸向大耐壓力，kN；其它符號(hào)意義同前。

其它規(guī)格管材的軸向大耐壓力計(jì)算結(jié)果列于表4中。

計(jì)算其它規(guī)格管材不同開孔率下的軸向大耐壓力，計(jì)算式為：

Pk=&\(kN)

式中Pk為計(jì)算管材在不同開孔率下的軸向大耐壓力；△為0200管材不同開孔率的軸向耐壓力削減值;其它符號(hào)意義同前。

其它各規(guī)格管材不同開孔率的軸向大耐壓力計(jì)算結(jié)果列于表5中。

為了評(píng)價(jià)理論計(jì)算值與實(shí)際耐壓值的誤差，分別對(duì)0110和

0160雙壁波紋塑料管自動(dòng)濾水器管的軸向耐壓力進(jìn)行了實(shí)測(cè)，兩組試件實(shí)測(cè)值分別為9.26kN和12.95kN,理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差分別為0.3%和2.9%，說(shuō)明理論計(jì)算值比較接近實(shí)際情況，可在實(shí)際應(yīng)用中引用。

注：開孔率為％。

5試驗(yàn)結(jié)論

由試驗(yàn)觀測(cè)資料的初步整理，可得出如下結(jié)論：雙壁波紋塑料管自動(dòng)濾水器在軸向壓力下的破壞過(guò)程是塑性一脆性破壞過(guò)程，變形先從管壁較薄處、孔眼分布處等薄弱部位開始。管材上若開水平條孔時(shí)，軸向耐壓力將會(huì)減小,減小程度與開孔率大小有關(guān)，開孔率愈大，軸向耐壓力愈小。但開孔率在5%以內(nèi)時(shí)，軸向耐壓力減小較少;開孔率超過(guò)5%時(shí),軸向耐壓力削弱明顯。當(dāng)管材承受的軸向壓力不超過(guò)允許值時(shí)，水平條孔的孔眼寬度不會(huì)減小。軸向壓力對(duì)水平條孔的長(zhǎng)度沒(méi)有影響。建議按表4、5選取管材的軸向耐壓力時(shí)，釆用1.2-1.3安全系數(shù)。

三軸剪切試驗(yàn)結(jié)果表明:①此心墻堆石壩填料非飽和土在不同吸力下得到的有效內(nèi)摩擦角。比較接近，說(shuō)明有效內(nèi)摩擦角甲'與吸力無(wú)關(guān);②雙變量強(qiáng)度理論適用于此類非飽和土，且與吸力有關(guān)的摩擦角＜pb=10.1。