Скважинный фильтр Советский патент 1992 года по МПК E21B43/08 

СП

ь.

00

Использование: при оснащении водозаборных, водопонизительных и гидрогеологических скважин. Сущность изобретения: скважинный фильтр представляет собой цилиндрический блок, собираемый из пластмассовых штампованных дуговых элементов-желобов. Дуговой желоб состоит из поперечных пластин клиновидного сечения двух модификаций, смещенных одна от- носительно другой в радиальном направлении от 1/3 до 1/2 длины. Жесткость элемента обеспечена продольными и поперечными ребрами жесткости. Фильтрационные отверстия предстаёляют собой образующиеся между дуговыми пластинами щели, укороченные по направлению движения фильтруемой жидкости за счет радиального смещения пластин и расширяющиеся от наружной поверхности к внутренней под углом 8-12° Зти конструктивные особенности проходных щелей обеспечивают снижение гидравлических потерь, а также снижение механической и химической коль- матации, В цилиндрический фильтровый блок элементы-желоба собирают посредством анкерного стыка, осуществляемого введением анкерных головок, расположенных на торце одного элемента, в отверстия, образованные дуговыми захватами, расположенными на торце другого элемента. Конструкция анкерного стыка элементов- желобов друг с другом исключает использование металлических соединительных стержней. Цилиндрические блоки в фильт- ровузо колонну соединяют посредством контактной сварки.3 ил. (Л

Изобретение относится к водоснабжению, а именно к фильтрующим устройствам и их элементам, и может быть использовано при оснащении водозаборных, водопонизительных и гидрологических скважин.

Известны фильтры из сборных пластмассовых элементов, представляющих собой кольца с отверстиями для металлических вертикальных стержней, При сборке колец в фильтровую колонну между кольцами образуются щели приемной поверхности фильтра. Кольца клиновидного сечения с вертикальными радиальными канавками образуют наружную приемную поверхность фильтра с горизонтальными и вертикальными фильтрационными щелями, расширяющимися к внутренней поверхности фильтра.

Наличие вертикальный канавок увеличивает скважность приемной поверхности, что повышает производительность фильтра, однако угол расширения щелей превышает

1 - 15°, а вертикальный канавки выполнены под углом, близким к 45°, что способствует отрыву фильтрационного потока от стенок щели и образованию зон обратного течения и, следовательно, приводит к увеличению гидравлического сопротивления, торможению проникающих частиц породы у сгеиок щели, их накапливанию и забиванию проходных отверстий.

Известен также кольцевой фильтр на трубчатом каркасе, имеющий повышенную скважность приемной поверхности за счет того, ч го кольца имеют ребра в виде радиальных пластин.

Плоские щелевые отверстия, образуемые радиальными вертикальными пластинами, забивают 1 проникающими механическими примесями, двойная приемная поверхность (кольцевая и внутренней трубы-каркаса) имеет большое гидравлическое сопротивление, что снижает производительность фильтра

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому -является сборный фильтр Сборные элементы, изготавливаемые штамповкой из полипропилена, по форме представляют собой вырезанные из полой сферы дуговые пластины определенной длины, на концах которых имеются соединительные кольца с отверстиями для анкерных болтов. В собранном виде пластины образуют фильтр с горизонтальными щелями между пластинами. Ребрами жесткости Е таком фильтре являются анкерные стержни и металлические кольца (шайбы), вставляемые при сборке между пластинами через определенные промежутки.

К недостаткам такого фильтра относятся большое несоответствие ширины входного отверстия щели к ее длине в радиальном направлении и недостаточный угол расширения проходных щелей, обусловливает линейный режим движения фильтрационного потока в щели, при котором велики гидравлические сопротивления и интенсивен процесс накопления механических осадков в проходных отверстиях, за счет замедления потока у стенок.

Цель изобретения - повышение эффективности фильтрации за счет уменьшения степени кольматации.

Указанная цель достигается тем, что фильтр имеет продольные ребра и дополни- тел0ные дуговые пластины, при этом основные и дополнительные дуговые пластины установлены поочереднб с возможностью образования щелевого желоба, основные пластины в поперечном сечении имеют форму трапеции, а дополнительные пластины сдвинуты относительно основных в сторону

наружных граней в пределах 1/3 - 1/2 длины поперечного сечения и их выдвинутая часть в поперечном сечении имеет форму прямоугольника, а часть, образующая щель

с основной пластиной, имеет форму трапеции, при этом фильтрационные щели, образованные боковыми скошенными гранями пластин, расширяются под углом 8 - 12° от наружной поверхности желоба к внутренней, щелевые желобы, образованные основ- ными и дополнительными дуговыми пластинами, соединенными продольными ребрами, имеют крепежные элементы, выполненные в виде анкерных головок на одном продольном торце и дуговых захватов на другом продольном торце, при помощи которых соединяются друг с другом в фильтровый цилиндрический блок.

Угол расширения фильтрационных щелей, принятый в пределах изменения 8 - 12°, является необходимым для формирования режима движения взвесенесущей воды, характеризующегося повышенной пульсацией у стенок и возникновением неустойчивых вихрей, что уменьшает возможность прилипания проникающих частиц грунта на стенки щелей фильтра и замедляет кольма- тацию фильтрационных отверстий. Сдвиг дополнительных пластин относительно основных в наружном направлении от 1/3 до 1 /2 длины их поперечного сечения позволяет сократить длину фильтрационной щели для формирования оптимального гидравлического режима фильтруемой жидкости при

принятом угле расширения, замедляющего процесс кольматации.

В совокупности указанные конструктивные особенности обеспечивают замедление процесса кольматации и позволяют повысить эффективность работы фильтра

Сущность изобретения заключается в повышении эффективности работы фильтра, включающего фильтрующий элемент в виде дуговых пластин, соединенных крепежными элементами и образующих расширяющиеся фильтрационные щели, путем замедления процесса кольматации фильтрационных отверстий посредством уменьшения длины фильтрационных щелей и

выбора угла их расширения, обеспечивающего формирование гидравлического режимапротекающейжидкости, характеризующегося высокой степенью пульсаций у стенок щели при минимальных

гидравлических потерях.

Выполнение фильтрующего элемента в виде щелевого желоба с анкерными головками на одном торце и дуговыми захватами на Другом является необходимым для осуществления скрепления элементов друг с

другом в цилиндрический фильтровый блок. Это обеспечивает жесткость конструкции и исключает трудоемкость сборки мелких элементов в прототипе.

Щелевой желоб образуют соединенные друг с другом продольными ребрами дуговые пластины двух видов, расположенные поочередно по длине желоба, при этом основные дуговые пластины имеют трапецеидальное поперечное сечение, а дополнительные дуговые пластины сдвинуты в сторону наружных граней желоба в пределах 1/3 и 1/2 длины поперечного сечения основных пластин. Такой сдвиг пластин необходим для того, чтобы сократить длину фильтрационной щели для обеспечения формирования оптимального гидравлического режима фильтруемой жидкости при принятом диапазоне угла расширения стенок щели с целью обеспечения снижения процесса кольматации в сравнении с прототипом, где однотипные пластины образуют длинные узкие фильтрационные щели, быстро забиваемые проникающими частицами. Следовательно, это обстоятельство является существенным для обеспечения эффективности работы предлагаемой конструкции скважинного фильтра.

Угол расширения фильтрационных щелей принят 8 - 12°, что является необходимым условием формирования режима движения взвесенесущей воды, характеризующегося возникновением повышенной пульсации и неустойчивых вихрей у стенок, что исключает налипание проницающих ча- стиц породы ha стенки щелей и, следовательно, замедляет .кольматацию фильтрационных отверстий. Это обстоятельство обуславливает стабильность работы фильтра по сравнению с прототипом, где угол расширения стенок проходной щели около 5°, и является существенным в предлагаемой конструкции фильтра.

В. совокупности указанные конструктивные особенности обеспечивают сниже- ние гидравлических потерь и замедление процесса кольматации.

На фиг.1 показан элемент фильтра (желоб), поперечный разрез вдоль фильтрационной щели; на фиг.2 - сечение А - А на фиг.1; на фиг.З - фильтровый блок из жело- бовых элементов, общий вид.

Элемент скважинного Фильтра выполнен в виде щелевого желоба (фиг.1 - 3), состоящего из основных дуговых пластин 1, имеющих трапецеидальное поперечное сечение, дополнительных дуговых пластин 1. сдвинутых в наружную сторону на 1/3 - 1/2 длины поперечного сечения основной пластины 1, при этом выдвинутая часть пла5

0

0 5 0

5 0

5

0

5

стины 1 имеет прямоугольное сечение, а часть, образующая щель, имеет трапецеидальное сечение, дуговые пластины 1 и 1 расположены поочередно по длине желоба и соединены продольными ребрами 2, обеспечивающими жестко сть конструкции. Отверстия, образуемые скошенными сторонами дуговых пластин 1 и 1, представляют собой расширяющиеся под углом

а (8° а 12°) фильтрационные щели 3. Один продольный торец желоба выполнен в виде анкерных головок 4, а другой продольный торец - в виде плоских дуговых захватов 5, расположенных поочередно с наружной и внутренней поверхностей желоба. Щелевые желобы при помощи крепежных элементов 4 и 5 собирают в цилиндрический блок скважинного фильтра (фиг.З). Продольный торец с анкерными головками 4 элемента II (фиг.З) вставлен сверху вниз в отверстие, образованное захватами 5 элемента I; продольный торец с анкерными головками4 элемента III вставлен сверху вниз в захватные устройства элемента II; элемент IV выполнен так, что его анкерные головки 4 входят в отверстия, образованные захватами 5 элемент a III, а анкерные головки 5 элемента входят в отверстия элемента IV.

Фильтр работает следующим образом

При давлении воды наружной поверхности элемента, большем, чем по его внутренней поверхности, вода через фильтрационные щели 3 протекает из зоны повышенного давления в зону пониженного давления. При этом твердые частицы водоносной породы, имеющие линейный размер, меньшей ширины щели 3 на наружной стороне фильтра, проходят в фильтрационную щель, расширяющуюся вдоль траекто- рий осредненного движения этих частиц.

При расширении фильтрационных щелей под углом а , равным 8 - 12°, и длине щелей, принимаемой по условию щ 9h8x (где 1Щ - длина щели; hBx - ширина входного отверстия щели) и достигаемой необходимой величины путем смещения дополнительных пластин 1 на 1/3 - 1/2 длины сечения основных пластин 11, в фильтрационной щели формируется режим движения взвесенесущей воды, соответствующий минимальным гидравлическим потерям, при котором возникают интенсивная пульсация и неустойчивые вихри у стенок, что делает невозможным прилипание проникающих частиц на стенки щелей и замедляет процесс кольматации фильтрационных отверстий.

Таким образом, в предлагаемом сква- жинном фильтре достигаются снижение

гидравлических потерь, уменьшение степени кольматации. и, следовательно, увеличение производительности и продолжительности работы между регенерациями. ,

Формула изобретения

Скважин ный фильтр, включающий фильтрующий элемент в виде основных дуговых пластин с фильтрующими щелями, соединенных крепежными элементами, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности фильтрации за счет уменьшения степени кольматации, он снабжен продольными ребрами и дополнительными дуговыми пластинами, при этом основные и дополнительные дуговые пластины установлены поочередно с возможностью образоФиг. 1

вания желоба, основные пластины в поперечном сечении имеют форму трапеции, а дополнительные пластины сдвинуты относительно основных в сторону наружных граней желоба в пределах 1/3 - 1/2 длины поперечного сечения и их выдвинутая часть в поперечном сечении имеет форму прямоугольника, а часть, образующая щель с основной пластиной, имеет в поперечном

сечении форму трапеции, при этом фильтрующие щели образованы боковыми сторонами трапеций основных и дополнительных пластин и имеют угол 8 - 12°. крепежные элементы выполнены в виде анкерной головки на одном торце желоба и дуговых захва- тов на другом, а продольные ребра жесткости соединены с основными и дуговыми пластинами в желобе.

IV

--J ел -Јi

оэ со

-Ь.