工業濾水器，工業自動濾水器軸向壓力變形如何解決？

在地下水資源的開發利用研究過程中發現，傳統的井用自動過濾器在使用過程中表現出種種缺陷，如普通鑄鐵管和鋼管自動過濾器存在加工和成井工藝復雜、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濾水器一樣需要在外壁上纏絲包棕網，容易銹蝕,壽命短，而且本身重量很大，容易產生斷管現象，施工安全性能差，且不能用于100m以上的深井。雖然“輕型井自動過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點,但由于力學性能很差也不能用于深井。

本項目是在研究了其它各種材質水井自動過濾器的基礎上進行的，目的在于克服目前國內使用的鑄鐵、鋼管、水泥及熱性塑料軟管等水井自動過濾器加工工藝復雜，生產效率低，價格昂貴，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，加工簡單、可工廠化生產,其成本低廉、濾水效率高、鑿井施工安全性好，完全可以取代現有的其他纏絲包棕網類自動過濾器,為城鄉供水和工業機井建設提供一種性能優良、安全可靠的全新的水井自動過濾器。據資料，全國每年要打農灌井300萬眼，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，為雙璧波紋塑料管用作深井自動濾水器提供了耐壓抗形變方面的理論依據。

1試驗目的與任務

雙壁波紋塑料管在井下，將會受到濾料自重產生的軸向壓力,特別是井深較大時因濾料高度較大，軸向壓力更大,甚至可能達到數噸以上，這一壓力將會使雙壁波紋塑料管受到軸向壓縮變形，甚至破壞;另一方面，當雙璧波紋管作為自動濾水器時，要沿圓周方向開一系列水平條縫，又進一步削弱管材的軸向抗壓能力。同時，由于產生縱向壓縮變形將會使條縫的寬度減小，降低了條縫的進水能力，增大了進水阻力。因此，無論從力學和濾水效能方面考慮，都必須研究雙壁波紋塑料管自動濾水器的軸向抗壓能力。具體試驗任務如下：雙壁波紋塑料管自動濾水器的軸向抗壓強度；開孔率大小對雙壁波紋塑料管自動濾水器管壓強度的影響；條縫在軸向壓縮下的尺寸變化。

2試驗設計

為達到上述試驗研究目的，對雙壁波紋管自動濾水器管材(以下簡稱管材)在壓力機上進行軸向抗壓試驗,觀測其在受壓過程中的變形，選擇幾種不同開孔率的管材進行壓力試驗，觀測開孔對抗壓強度的影響。試驗管材規格及開孔設計情況見表l。

3試驗設備及方法主要試驗設備為液壓萬能試驗機,型號為WE-10Ao

試驗方法基本同一般壓力試驗，不同之處在于加荷載的同時每隔一定時間測量管材的軸向壓縮變形一次。為方便起見,按管材的變形量確定觀測次數，即按每壓縮變形5mm時讀取變形量和相應的載荷重量;當變形量達到管材長度的30%時停止試驗，并記取總變形量和荷載重量。

4試驗結果

對5組試驗管材進行了壓力試驗，并對試驗資料進行了初步分析整理。4.1雙壁波紋管自動濾水器管材的變形特征雙璧波紋管自動濾水器試件(管材)加以軸向壓力后，變形過程有如下特征：軸向壓力遠小于破壞壓力時，管材不產生變形；軸向壓力達到破壞壓力時，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系

對幾組試件(用作試驗的管材)受壓時的壓力與變形觀測表明，試件受到壓力較小尚未達到破壞壓力時，隨著壓力增大，試件變形不多;而當試件受到破壞壓力時，變形量很快增大，試件也隨之破壞，見圖1。

圖1軸向壓力與變形關系曲線

4.3管材開孔率大小對軸向耐壓力的影響

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

利用表2所列試驗觀測值可繪制開孔率7與軸向耐壓力P關系曲線，見圖2。利用圖2可以查出0200雙壁波紋塑料管自動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25.2kN。利用不同開孔率下,管材軸向耐壓力試驗觀測值，可計算出開孔率對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，結果見表3。

利用表3可絵制開孔率V與耐壓力相對削減值關系曲線,見圖3。從圖3可以看出開孔率在約5%以內時，軸向耐壓力削減值較小，相對削減值為2%左右，單位開孔率的耐壓力相對削減值約0.5%；當開孔率增大到6.2%時，軸向耐壓力削減值明顯增大,相對削減值達6%。單位開孔率的耐壓力相對削減值為1.6%。

注：*為可婕的試驗觀測值。

圖37-P關系曲線4.4管材上水平條孔尺寸的變化試驗表明，當試驗管材受到的軸向壓力不大時，軸向壓縮變形甚微，條縫的寬度也沒有明顯變化。而當軸向壓力達到管材耐壓大值時，管材很快產生較大變形，先是條孔的寬度明顯減少，隨著變形的進一步增大,條孔被壓縮成一條縫，此時管材實際上已被壓壞。因此，保持條孔尺寸不變的基本條件是軸向壓力不要超過允許值。所以，控制軸向壓力不超過管材耐壓允許值，是保證濾水管正常工作的關鍵，在井的結構設計中應予以極大的注意。4.5不同規格自動濾水器管的軸向耐壓力估算值由于試驗設備等條件限制，未能對各種規格的管材進行軸向耐壓力試驗，但因這種管材系列具有幾何形狀和力學性能的相似性，故可利用0200管材的軸向耐壓力值，推算其它規格管材的軸向耐壓力值，見表4。推算過程如下。

計算其它規格管材的受壓面積，計算式為：

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

計算其它規格管材的軸向大耐壓力，計算式為：

Px=PawSx式中Px為計算管材的軸向大耐壓力，kN；其它符號意義同前。

其它規格管材的軸向大耐壓力計算結果列于表4中。

計算其它規格管材不同開孔率下的軸向大耐壓力，計算式為：

Pk=&\(kN)

式中Pk為計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;其它符號意義同前。

其它各規格管材不同開孔率的軸向大耐壓力計算結果列于表5中。

為了評價理論計算值與實際耐壓值的誤差，分別對0110和

0160雙壁波紋塑料管自動濾水器管的軸向耐壓力進行了實測，兩組試件實測值分別為9.26kN和12.95kN,理論計算值與實測值的相對誤差分別為0.3%和2.9%，說明理論計算值比較接近實際情況，可在實際應用中引用。

注：開孔率為％。

5試驗結論

由試驗觀測資料的初步整理，可得出如下結論：雙壁波紋塑料管自動濾水器在軸向壓力下的破壞過程是塑性一脆性破壞過程，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，軸向耐壓力將會減小,減小程度與開孔率大小有關，開孔率愈大，軸向耐壓力愈小。但開孔率在5%以內時，軸向耐壓力減小較少;開孔率超過5%時,軸向耐壓力削弱明顯。當管材承受的軸向壓力不超過允許值時，水平條孔的孔眼寬度不會減小。軸向壓力對水平條孔的長度沒有影響。建議按表4、5選取管材的軸向耐壓力時，釆用1.2-1.3安全系數。

三軸剪切試驗結果表明: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摩擦角。比較接近，說明有效內摩擦角甲'與吸力無關;②雙變量強度理論適用于此類非飽和土，且與吸力有關的摩擦角＜pb=10.1。