工业滤水器，工业自动滤水器轴向压力变形如何解决？

在地下水资源的开发利用研究过程中发现，传统的井用自动过滤器在使用过程中表现出种种缺陷，如普通铸铁管和钢管自动过滤器存在加工和成井工艺复杂、成本高、滤水效率低，其外壁上所缠的铁丝很容易锈蚀，一般使用寿命多为10-15a,使用性能很差等，而且在外壁包棕网以后其透水性能很差，滤水效率低下。而水泥管虽然容易加工，成本较低，但仍然与铸铁管自动滤水器一样需要在外壁上缠丝包棕网，容易锈蚀,寿命短，而且本身重量很大，容易产生断管现象，施工安全性能差，且不能用于100m以上的深井。虽然“轻型井自动过滤器为热性塑料螺纹软管，有容易加工，成本较低,耐腐蚀，加工和成井比较容易等优点,但由于力学性能很差也不能用于深井。

本项目是在研究了其它各种材质水井自动过滤器的基础上进行的，目的在于克服目前国内使用的铸铁、钢管、水泥及热性塑料软管等水井自动过滤器加工工艺复杂，生产效率低，价格昂贵，施工安全性差，容易锈蚀等种种不同缺陷，研究出一种全新的不缠丝、不包棕,而是在双璧波纹塑料管上开缝造孔，加工简单、可工厂化生产,其成本低廉、滤水效率高、凿井施工安全性好，完全可以取代现有的其他纏丝包棕网类自动过滤器,为城乡供水和工业机井建设提供一种性能优良、安全可靠的全新的水井自动过滤器。据资料，全国每年要打农灌井300万眼，每年还在以3%的速率递增，其中老化病毁需要更新的约占10%。本次试验，为双璧波纹塑料管用作深井自动滤水器提供了耐压抗形变方面的理论依据。

1试验目的与任务

双壁波纹塑料管在井下，将会受到滤料自重产生的轴向压力,特别是井深较大时因滤料高度较大，轴向压力更大,甚至可能达到数吨以上，这一压力将会使双壁波纹塑料管受到轴向压缩变形，甚至破坏;另一方面，当双璧波纹管作为自动滤水器时，要沿圆周方向开一系列水平条缝，又进一步削弱管材的轴向抗压能力。同时，由于产生纵向压缩变形将会使条缝的宽度减小，降低了条缝的进水能力，增大了进水阻力。因此，无论从力学和滤水效能方面考虑，都必须研究双壁波纹塑料管自动滤水器的轴向抗压能力。具体试验任务如下：双壁波纹塑料管自动滤水器的轴向抗压强度；开孔率大小对双壁波纹塑料管自动滤水器管压强度的影响；条缝在轴向压缩下的尺寸变化。

2试验设计

为达到上述试验研究目的，对双壁波纹管自动滤水器管材(以下简称管材)在压力机上进行轴向抗压试验,观测其在受压过程中的变形，选择几种不同开孔率的管材进行压力试验，观测开孔对抗压强度的影响。试验管材规格及开孔设计情况见表l。

3试验设备及方法主要试验设备为液压万能试验机,型号为WE-10Ao

试验方法基本同一般压力试验，不同之处在于加荷载的同时每隔一定时间测量管材的轴向压缩变形一次。为方便起见,按管材的变形量确定观测次数，即按每压缩变形5mm时读取变形量和相应的载荷重量;当变形量达到管材长度的30%时停止试验，并记取总变形量和荷载重量。

4试验结果

对5组试验管材进行了压力试验，并对试验资料进行了初步分析整理。4.1双壁波纹管自动滤水器管材的变形特征双璧波纹管自动滤水器试件(管材)加以轴向压力后，变形过程有如下特征：轴向压力远小于破坏压力时，管材不产生变形；轴向压力达到破坏压力时，急剧变形,破坏；变形先从波纹管低槽部位的条缝处开始，即条缝先变窄，以至消失，进一步变形，则波纹管槽被压缩变窄,以至相邻两槽接触，管材已被压坏。

4.2轴向压力与变形的关系

对几组试件(用作试验的管材)受压时的压力与变形观测表明，试件受到压力较小尚未达到破坏压力时，随着压力增大，试件变形不多;而当试件受到破坏压力时，变形量很快增大，试件也随之破坏，见图1。

图1轴向压力与变形关系曲线

4.3管材开孔率大小对轴向耐压力的影响

试验结果表明:不同开孔率的试验管材轴向耐压力不同，未开孔的试验管件耐压力大，开孔率越大，耐压力越小。几种开孔率管材的试验结果如表2。

利用表2所列试验观测值可绘制开孔率7与轴向耐压力P关系曲线，见图2。利用图2可以查出0200双壁波纹塑料管自动滤水器管材在某些开孔率下的耐压力大小。曲线表明这种管材的轴向大耐压力不超过25.2kN。利用不同开孔率下,管材轴向耐压力试验观测值，可计算出开孔率对轴向耐压力的削减值及单位开孔率的轴向耐压力削减值，为选择适宜的开孔率提供依据，结果见表3。

利用表3可絵制开孔率V与耐压力相对削减值关系曲线,见图3。从图3可以看出开孔率在约5%以内时，轴向耐压力削减值较小，相对削减值为2%左右，单位开孔率的耐压力相对削减值约0.5%；当开孔率增大到6.2%时，轴向耐压力削减值明显增大,相对削减值达6%。单位开孔率的耐压力相对削减值为1.6%。

注：*为可婕的试验观测值。

图37-P关系曲线4.4管材上水平条孔尺寸的变化试验表明，当试验管材受到的轴向压力不大时，轴向压缩变形甚微，条缝的宽度也没有明显变化。而当轴向压力达到管材耐压大值时，管材很快产生较大变形，先是条孔的宽度明显减少，随着变形的进一步增大,条孔被压缩成一条缝，此时管材实际上已被压坏。因此，保持条孔尺寸不变的基本条件是轴向压力不要超过允许值。所以，控制轴向压力不超过管材耐压允许值，是保证滤水管正常工作的关键，在井的结构设计中应予以极大的注意。4.5不同规格自动滤水器管的轴向耐压力估算值由于试验设备等条件限制，未能对各种规格的管材进行轴向耐压力试验，但因这种管材系列具有几何形状和力学性能的相似性，故可利用0200管材的轴向耐压力值，推算其它规格管材的轴向耐压力值，见表4。推算过程如下。

计算其它规格管材的受压面积，计算式为：

s,=齐d気-d：内)式中&朴为管材的外径(波纹槽中的外径),cm;&内为计算管材的内径,cm。

计算其它规格管材的轴向大耐压力，计算式为：

Px=PawSx式中Px为计算管材的轴向大耐压力，kN；其它符号意义同前。

其它规格管材的轴向大耐压力计算结果列于表4中。

计算其它规格管材不同开孔率下的轴向大耐压力，计算式为：

Pk=&\(kN)

式中Pk为计算管材在不同开孔率下的轴向大耐压力；△为0200管材不同开孔率的轴向耐压力削减值;其它符号意义同前。

其它各规格管材不同开孔率的轴向大耐压力计算结果列于表5中。

为了评价理论计算值与实际耐压值的误差，分别对0110和

0160双壁波纹塑料管自动滤水器管的轴向耐压力进行了实测，两组试件实测值分别为9.26kN和12.95kN,理论计算值与实测值的相对误差分别为0.3%和2.9%，说明理论计算值比较接近实际情况，可在实际应用中引用。

注：开孔率为％。

5试验结论

由试验观测资料的初步整理，可得出如下结论：双壁波纹塑料管自动滤水器在轴向压力下的破坏过程是塑性一脆性破坏过程，变形先从管壁较薄处、孔眼分布处等薄弱部位开始。管材上若开水平条孔时，轴向耐压力将会减小,减小程度与开孔率大小有关，开孔率愈大，轴向耐压力愈小。但开孔率在5%以内时，轴向耐压力减小较少;开孔率超过5%时,轴向耐压力削弱明显。当管材承受的轴向压力不超过允许值时，水平条孔的孔眼宽度不会减小。轴向压力对水平条孔的长度没有影响。建议按表4、5选取管材的轴向耐压力时，釆用1.2-1.3安全系数。

三轴剪切试验结果表明:①此心墙堆石坝填料非饱和土在不同吸力下得到的有效内摩擦角。比较接近，说明有效内摩擦角甲'与吸力无关;②双变量强度理论适用于此类非饱和土，且与吸力有关的摩擦角＜pb=10.1。