Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Исследование и разработка проволочных фильтров скважин на воду

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Исследование и разработка проволочных фильтров скважин на воду"

ГОССТРОЙ СССР

Всесоюзный научно-исследовательский институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии

ВНИИ "ВОДГЕО"

На правах рукописи КЕСЕЛЬМАН Яков Ельхунонович

тслщовытз и разработка проволошж фильтров асши НА воду

(04.00.06 - гидрогеология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации ид соискание ученой стеЦени кандидата технических ¡тук

г .'Москва - 1981

Работа выполнена во Львовском ордена Ленина Политехническом ' институте, во Всесоюзном научно-исследовательском институте водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии (ВНИИ "ЮДГВО", г.Москва) и на Дрогобычском экспериментально-механическом заводе специального оборудования.

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор М.В.МВДВИДЬ.

кандидат техническйх наук, старший научный сотрудник В.С.АЛЕКСЕЕВ.

Официальные оппоненты: -

- доктор технических наук, профессор Д.Н.ВЛПЗиУГОВ

- кандидат технических наук В.И.Готовцев г

Ведущее предприятие: трест "Промб-урвод "Главспецпромстроя • Министерства монтажных и специальных , строительных работ СССР.

Залмта диссертации состоится " " ЗУВЯРЯ 19в£ г. в п1(/п час на заседании специализированного совета Д033.05.0? при ВНИИ "ЭОДГЕО'по адресу 119826, г.Москва,' Г-48,

Комсомольский проспект, 42

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИ "ВОДГЕО". Автореферат разослан "_" . _ 198* г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук, профессор

А.Ж.ЫУФТАХОВ

ОЕЦЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Л к т у а л- ь н о с т ь. При решении задач в области водоснабжения, орошения и мелиорации в Советском Союзе требуется ежегодно более 600 тысяч пог.м. фильтров сквалнн^общей стоимостью, превышающей 10 млн.рублей. Для удовлетворения этой потребности на Дрогобычском экспериментально-механическом зазоде специального оборудования Мингазлрома СССР при методическом руководство ВИНИ "ВОДГЕО" в 1972 году впервые в СССР организовано серийное производство фильтров. Совершенствование конструкций выпускаемых фильтров и технологии их изготовления осуществляется в процессе нара/цивания производственных мощностей. ■ ,

В основном, отечественной промьшенностьп выпускаются фильтры с каркасами из перфорированных труб и стержневши на опорных ■ кольцах. Первые, обладал недостаточной скважностью и не обеспечивая стабильной работы скважин, приводят к большому расходу дефицитных труб, вторые являются недостаточно прочными.

Выпускаемые фильтры подобны функционально и в значительной степени конструктивно. Совершенствование проволочных фильтров с > созданием конструкций на универсальной основе и использованием при этом единой технологии позволит значительно снизить материальные и трудовые затраты в производстве, сроки его технической подготовки, обеспечит стабильную,и высокоэффективную эксплуатацию скважин.

Для этого необходимо' провести ряд теоретических и экспериментальных исследований, конструкторские и технологические разработки. '

' Следовательно, решение актуальных вопросов разработки и исследования проволочных фильтров представляет теоретический интерес и практическую ценность.

Цель работа; исходя из требований, поставленных перед народным хозяйством,/разработать и исследовать унифицированные конструкции долговечных высококачественных фильтров, оптимальных с точки зрения минимальных затрат в производстве при заданной прочности, подготовить условия для их промышленного производства и внедрения в практику эксплуатации на универсальной конструктивной и единой технологической основе.

Общая м е'т о д и к а и с с л е д о в а н и ¡1. Работа включает теоретически:) и экспериментальные исследования, а также конструкторские и технологически«-разработки.

К теоретическим исследованиям относятся: классификация и анализ конструкций фильтров, отбор вариантов конструкций со стержневыми каркасами, разработка методики расчетов и оптимизации каркасов с внутренними опорнши поясами, как универсальной конструктивной основы фильтров; анализ проволочньпе фильтров со стеряневыми ксчркасами с точки зрения технологичности, гидравлических характеристик и прочности.

Экспериментальные исследования имели целью проверку результатов теоретических исследований и фактического напряженного состояния деталей проволочных фильтров со стержневыми каркасами, их прочности, гидравлических характеристик и эксплуатационных параметров. Конструкторские и технологические разработки включают: разработку ряда оптимальных конструкций фильтров со стержневыми каркасами, типовых технологических марирутов ж изготовления, спецоборудования и оснастки для целей производства и проведения экспериментов, стандарта предприятия для этих конструкций фильтров.

Научная новизна:

Разработана конструкция .спирально-проволочного фильтра сква-нин на воду, применяемая в широком диапазоне гидрогеологических условий дл,я оборудования эксплуатационных .опытных и наблюдательных скважин,и при этом:

- установлены зависимости для расчета параметров каркасов заданной прочности при равных напряжениях в стержнях и кольцах;

- разработана методика оптимизации конструктивных параметров стержневых каркасов заданной прочности при минимальных суммарных материальных и трудовых затратах в производстве $ аналитически выражены целевая функция и ограничения для этих расчетов ;

- экспериментально исследовано'напряженное состояние деталей проволочных фильтров в процессе намотки и остаточное; выявлено, что' за счет податливости деталей каркаса его нагрузка при намотке проволоки уменьшается на 15,5% в сравнении .с расчетной ;

- установлено влияние величины натяжения проволочной намотки и ее параметров на несущую способность фильтров;

.. - гидравлическими исследованиями индикаторньм методом проволочных фильтров со стержневыми каркасами на спиральной основе оп- . ределоно, что при одинаковой скважности их коэффициент водопроницаемости' выше, чем у фильтров других .конструкций.

Практическая ценность. Работа направлена на выполнение государственного задания по массовому производству

фильтров в СССР. Проведенные исследования позволили разработать оптимальные конструюдии фильтров, обосновать и разработать устройства для автоматической сборки-сварки стержневых каркасов. Годоеой экономический эффект от внедрения результатов работы только на Дро-гобычском заводе' составляет 77 тыс.рублей.

Реализация работ'ы. Межведомственная комиссия провела испытания и рекомендовала каркасно-стержневые фильтры на спиральной основе к серийному выпуску. Результаты работы частично внедряются в производство на Дрогобычском окспериментольно-механи- • ческом заводе спецоборудования и в тресте "Промбурвод".

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 статей, получено 5 авторских свидетельств.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, 9 табличных и текстовых приложений и списка использованной' литераТуры. Материал изложен на 154 страницах машинописного текста, включающего 34 рисунка, 9 таблиц, перечень литературы из 119 наименований (в том числе 29 иностранных). В приложениях на 21 странице приведены таблицы с материалами о прочностных испытаниях, типовой технологический маршрут'изготовления металлических стержневых каркасов, а также стандарт предприятия, акты испытаний, справка об экономическом эффекте, и описание работы устройства для-сборки и точечной сварки стержневых каркасов.

Объектом исследований' являлись фильтры водозаборных скважин, Их основные конструктивно-технологические параметры и, особенно, Ьрочностные, гидравлические ; способы производства ¿1 эксплуатационные показатели проволочных фильтров со стержкевьшм каркасами на спиральной основе.

Структура работы обусловлена кеобхддимость>ю единства исследований: на основании теоретических исследований и экспериментов последовательно проведена разработка, освоение производства и внедрение в эксплуатацию проволочных фильтров со стерглевши каркасами (!& спиральной основе, их гидравлические исследования и.полевые испытания. ,

Апробация работы. Основные' положения диссертации доложены на научно-технических конференциях во Львовском ордена Ленина политехническом институте (1973, 1974, 1976 г.г.), на Дрогобычском экспериментально-механическом заводе ( 1973 год), на

научно-технической конференции Львовской области (дрогобыч, 1975 г.), во ВШШ "ВОДГЕО" на Всесоюзном совещании по качеству фильтров (Москва, 1975 г.), на Всесоюзном Совещании по фильтрам (Дрогобыч, 1960 г.).

. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

(

Во введении охарактеризована актуальность проблемы серийного производства рациональных конструкции фильтров скважин на воду,-обеспечивающего их унификацию и стандартизацию. Это в свою очередь существенно упрощает проектирование водозаборных и дренажных соору-кений, позволяет более качественно решать вопросы строительства и эксплуатации скважин в различных гидрогеологических условиях. Для выбора наиболее перспективных конструкций оказалось необходимым проанализировать отечественные'и зарубежные фильтры, условия и режимы их эксплуатации, провести исследования по определению основных конструктивно-технологических,- гидравлических и ¡эксплуатационных параметров фильтров, а также решить ряд других вопросов, связанных с разработкой, испытаниями, освоением промышленного производства и внедрением их в эксплуатацию.

Глава' I. Конструкции фильтров скважин на воду, технологичность их изготовления, .гидравлика и задачи исследования.

Шильтры скважин на воду являются объектом интенсивных исследований при технологическом обеспечении гидрогеологических работ, поскольку эффективность действия водозаборных и дренажных соору- » жений, а такие их эксплуатационная надежность,главным образом, определяется видом водоприемной части скважин. Патентные исслед&ва-ния и рассмотрение конструкций фильтров, подробно охарактеризованных в работах С,К,Абрамова, В.С.Алексеева, Д.И.Башкатова, гЬД.Бессонова, В.М.Гаврилко, И.А.Караибирова, Г,II,Панкратовой, Я.С.Сурсньян-ца, В,Л,Рогового, Э.Виске, Д.Кло.тца и других, свидетельствуют о большом разнообразии Конструкций, причем это обычно не связано с действительными потребностями гидрогеологической практики. Очевидно, что в промышленном производстве следует ориентироваться на ограниченный диапазон конструкций, который сочетал бы учет требований при проектировании и строительстве скважин на воду и технологичность их изготовления.

Фильтр буровой скважины сострит из двух частей: несущей и рабочей (водоприемной), кандая. из частей включает отдельные конструктивные группы. Несущей частью фильтра явлдется корпус, состоящий -из каркаса и соединений. Рабочая(водоприе;лная) часть фильтра кон-

тактирует • с породой. Она может быть представлена проволочной обмоткой, сеткой или блочным элементом.

В скважинах с гравийной обсыпкой, в крупнозернистых отложениях, а также в неоднородных породах, когда в процессе прокачки в прифильтровой зоне может быть сформирован естественный фильтр, предотвращающий суффозионнне процессы при последующей эксплуатации скважин, каркас может совмещать функции несущей и рабочей частей фильтра.

соответствии с нормативными документами на проектирование водозаборов подземных вод (СНиП П-31-74) в большинстве гидрогеологических условий могут быть использованы фильтры-каркасы на основе труб и стержневых конструкций, а ограничения1в применении менее металлоемких стеркневых и аналогичных им (фильтров связаны с предполагаемой'малой их прочностью. Поэтому формулирование требований к пр-чч'стным характеристикам фильтров в зависимости от глубины скважины и реальных условий их работы в скважинах представляет самостоятельную и весьма вампую задачу.

Наилучшие гидравлические показатели скванин обеспечиваются при оборудовании их фильтрами с горизонтальными щелями, что реализуется в'проволочных конструкциях.

Различные модификации этих фильтров включают известные каркас-но-стержневые конструкции В.М.Гаврилко, фильтры фирм Джонсон и Кук (США). Первые из упомянутых весьма трудно поддаются технологично-" ну промьиленному производству, в фильтрах Дконсона и Кука величина проходных отверстий, скважность и прочность взаимосвязаны.

Для разработки относительно более универсальных конструкций • была поставлена задача такого сочетания несущей чаоти и водоприемной поверхности, при которых каркас можно выполнить с заданной прочностью, а проволочную водоприемную поверхность с заданной сквал-ностью. "

Анализ существующих расчетов ¡фочности проволочных фильтров со стержневыми каркасами.(Лилеев А.Ф., Миллер В.Я. и.др.) показал, 'что существующая методика расчета таких конструкций требует уточнения, а способы их расчета при заданной прочности с учетом минимальных затрат в производстве и влияния проволочной намотки на прочность -каркасов не разработаны.

Процессы изготовления фильтров со стержневыми каркасами рассматриваем как совокупность соответствующих процессов изготовления и сборки их конструктивных групп, наиболее специфическим из

которых является техпроцесс изготовления стержневого каркаса. / При гидравлическим обосновании параметров водоприемной поверхности использованы результаты исследований В.С.Алексеева и Ю.М.Волкова по сравнительной оценке коэффициента водопроницаемости конструкций методом индикаторных опытов в фильтрационном лотке.

Из них следует, что наиболее благоприятные гидравлические характеристики имеют фильтры каркасно"-пр>оволочного типа, водопроницаемость которых в несколько раз выше водопроницаемости щелевых, фильтров с открытой'перфорацией и с огклонителями гравия и существенно ' выше водопроницаемости сетчатых и блочных фильтров.

, Определение коэффшиента водопроницаемости фильтра - важное■ нормативное испытание, позволяющее определить пути совершенствования конструкции, предназначенной для серийного выпуска.

Глава.2.. Исследования по определению основных конструктивно-технологических параметров фильтров.

Цель этих исследований - разработать кдассификащио фильтров для унификации их конструктивных групп с воэыояшостью изготовления последних на единой технологической основе; определить основные показатели качества фильтров ; определить прочностные характеристики конструктивных групп проволочных фильтров со с.терлиевыш каркасами и разработать методику расчета параметров оптимальных конструкций стержневых каркасов с учетом их. материале- и трудоемкости.

Наиболее общей и целесообразной представляется классификация . фильтров на базе "Высших классификационных группировок" общесоюзного классификатора промышленной и сельскохозяйственной продукции, Фильтры различают по исполнению водоприемной поверхности, контактирующей с породой. Полагая, что помимо её исполнения.и формы конструктивных' групп фильтров, характерными признаками классификации должны быть их тип, материал, антикоррозийное покрытие и исполнение соединений, предложена классификация и кодирование фильтров.

Кодирование позволяет.представить сокращенную информацию о любом фильтре в виде комплекса, из 10 последовательных цифр, которые дополняются данными о. типе каркаса, сквалшети и прочности. •

Классификация фильтров и их конструктивных групп позволяет разделить множество этих изделий на такие геометрически подобные сово-" купности, для изготовления которых могут.быть поставлены идентивдые технологические задачи. Она позволяет 'выделить наиболее технологичные конструктивные группы и унифицировать 'их.

К основным конструктивным параметрам фильтров можно отнести: форму; размеры, расположение проходных отверстий и скважность фильтров ; прочность каркасов и соединений.

При определении оптимальных параметров стержневых каркасов для различных нагрузок решены задачи определения максималышх нагрузок, допускаемых применительно к конструкциям каркасов с заданными параметрами; оценки параметров конструкций каркасов, обеспечивающих снижение расхода материала При одновременном, повышении их прочности; расчета параметров оптимальных конструкций каркасов для-эксплуатации при заданных нагрузках, исходя из- условий минимальных суммарных материальных и трудовых.затрат в производстве.

Полагая, что каркас нагружен равномерно распределенным по водоприемной поверхности давлением и напряжения в И ст стержнях диаметром d ст и кольцах диаметром Дт и высотой k одинаковы, рассматриваем каждый стержень, расположенный'на пь кольцах и 2 патрубках, как многопролетную неразрезную балку. Рассчитывая ее по предельным нагрузкам, для выражения взаимосвязи ме;кду основными размерами стержневого кэркаоа получаем следующую зависимость:

' S в 0,256, ^rd'crßr-hjfmti)--(1)

. Дт' Lcph- w

где Ь г-щирина кольца; Lcp - длина'каркаса.

Для. стержневого каркаса из данного материала (плотность • YM - const ) с известным П от и размерами Дт," k , Lcp , при постоянной "S " можно- найти экстремум Функции массы каркаса. ■

»K - 1 ••( -Ш - 0 *

' а также соответствующие значения других величин, зависящих от d ст.

По данным расчета на ЭВМ получен график,-позволяющий опреде-.лить размеры облегченного прочного' стержневого1 каркаса. ■

По. этим данным 'проведены расчеты на1 ЭВМ, построены графики зависимости Мк от d ст, m , предельных нагрузок [&у] и трудоемкости изготовления каркаса. В определенном диапазоне значений d ст графики отражают возможность повышения ] с уменьшением Мк, но при этом растет трудоемкость, пропорциональная'*,величине п. ст ( т. +2) .

Оптимальные конструктивные параметры стержневых каркасов ■ для эксплуатации при заданных нагрузках раанитывались с использованием следующих зависимостей:

бсг = G^(dr-¿dcr)ez--2I000 4 0 ( (2)

1,6 n-crdá

Gk = (Лг + % clCT)(Дт-fl) _ 2IG00 4 0 (3)

2ДгЫг

где t - расстояние между серединами опорных колец, Ser ^ -напряжения в стержне и кольце.

¿cr^O; 0 ; ¿> 0; «сг> 0, целочисленное ; Ь > 0. (4)

Ч7Г cL'

2L. пст- & ¿0, (5)

где

5 = T' 4 . 9,5 + 2,1' > 46

6V-- 4

4

•¿от Л ст

17,5,

- 3m - 20 > С6)

ЗГ

25>/гсг> -——- , (7)

izrc CCS -Лт-açT

Лт+cLcr , ^

„ /i,- 0,0306^7- < 0 . ■ (8)

Условием (5) задавалось необходимое сечение стержней ; условием (6) - необходимое для устойчивости конструкции количество точек сварки на стерннях. Ограничения (7) и (8) получены расчетным путем: (7) - из условия возможности образования /t ст - угольника при намотке проволоки с огранкой, (8) - из условия работы колец в пределах упругости.

При условиях (2-8) определено минимальное значение суммарных материальных и трудовых затрат в производстве стержневых каркасов (Зк) из зависимости: ' " 1

Зк = Мк-См + ТСт : (9)

где: Т - трудоемкость изготовления стержневого каркаса, См -средняя стоимость единицы массы материалов каркаса, Ст - средняя стоимость одного ноцмо-часа. Для различных нагрузок были рассчитаны на ЭВМ М-220М в МИШ оптимальные параметры технологичных-конструкций стержневых каркасов, представленные в виде таблиц,' а также построены графики Зк = ( Зу ).,

Характеристики проволочных фильтров оказывают большое влияние на их прочность и скважность. Для упрощения'расчетов приведен график линий равной скважности для проволочных водоприемных поверхностей.

п.,

Определено также влияние параметров проволочных водоприемных поверхностей и величины натяжения проволоки при намотке на прочность фильтров со стержневыми каркасами.

Для определения влияния технологических факторов на прочность проволочной фильтрационной перегородки проводились измерения усилий натяжения проволоки при намотке с огранкой.

Путем тензометрированил определялись остаточные напряжения в деталях стержневого каркаса, нагруженного усилиями равномерного радиального сжатия. Данные экспериментов подтвердили правильность предпосылок, положенных в основу расчета этих каркасов.

Для получения данных об остаточном натяжении проволоки после намотки на стержневой каркас и деформациях деталей каркаса был спроектирован и изготовлен специальный стенд с использованием машины К;<1—50—I. При намотке проволоки с постоянным натяжением инди- ' катерами чг.ссвого типа замерялись -деформации деталей каркаса, установленного на стенде, а тенэодатчиками сопротивления контролировались изменения усилий в проволоке по мере намотки. По результатам экспериментов строились графики деформаций колец и стержней в процессе намотки, а также было выявлено, что за счет податливости деталей каркаса его нагрузка проволочной обмоткой уменьшается на 15,5/о в сравнении с расчетной.

Прочнооть отдельных конструктивных элементов и различных фильтров определялась на специальном стенде и машине УММ-50. Было выявлено; что проволочные фильтры на стержневых каркасах обладают в сравнении со стержневыми каркасами меньшей на 14,4% продольной устойчивостью и большей (до 2,2 раз) прочностью при равномерном радиальном сжатии 'в зависимости от величины остаточного натяжения в проволочной намотке и ее параметров.

Результаты этих испытаний подтвердили правильность полученных расчетных зависимостей.

Глава 3. Разработка, освоение промышленного производства и внедрение в эксплуатацию проволочных фильтров со стержневыми каркасами на спиральной основе..

На основе проведенных исследований разработан параметрически!, ряд фильтров заданной прочности с универсальной конструктивной основой - стальными стержневыми каркасами, снабженными стержнями, располагающимися на опорной' спирали, оптимальных с точки зрения минимальных суммарных материальных и трудовых затрат, в производстве.

Кроме того, разработан вариант соединений, сопрягаемых со спиральной основой каркаса, типовые технологические маршруты и.специальное автоматическое сборочно-сварочное оборудование для изготовлёния каркасов. Изготовлено, испытано и находится в эксплуатации устрой- . ство для их сборки и точечной сварки. -

Для производства фильтров использовались технологические маршруты изготовления унифицированных конструктивных групп,,составляющих данный фильтр. ,

Рдц предлагаемых технологических и конструктивных решений защищен авторским! сввдетельствоми.

Для повышения технологичности и качества выпускаемых фильтров были переработаны чертежи и технологические процессы, разработан

А

стандарт Предприятия на расчет параметров стержневых каркасов.. .

Глава 4. Гидравлические исследования и полевые испытания спирально-проволочных фильтров. .

.Гидравлические исследования 'проводились с образцами проволочных фильтров со стержневыми каркасами на спиральной основе. При этом на каркасе определенного размера была выполнена проволочная

намотка с различными'параметрами.• • .....

Для оценки гидравлических параметров фильтров в лабораторных условиях использовался метод индикаторных исследований в лотке, . загруженном 1 крупнозернистым 'песком. В .фильтр запускали в качестве' индикатора хлористый натрий. Изменение концентрации, индикатора, фиксировалось уменьшением электропроводности с помощью резисгиви-метра. ■ ■ , " . ^

' Гидравлические" исследования проволочных фильтров со стержневыми каркасами на спиральной основе показали, что их коэффициент ■" водопроницаемости выше, чем у/аналогичных модификаций.

Полевые испытания спирально-проволочных фильтров проводились в сравнении с трубчатыми на водопанизительных скважинах строящегося участка Киевского метрополитена, а также в г.Москве при оборудовании водозаборной скважины. Они свидетельствовали о достаточной ' прочности, возможности установки фильтров на глубину до 200 м. Отмечены более высокие расходы и меньшие сопротивления у скважин со спирально-проволочными фильтрами в сравнении со скважинами, оборудованными проволочными фильтрами на перфорированном трубчатом каркасе. Эти конструкции рекомендованы межведомственной комиссией к сррийному выпуску.

Глава 5. Технико-экономическая эффективность применения фильтров- с проволочными стержневыми каркасами.

Суммарные материальные и трудовые затраты (Зк) на" изготовление каркасов разной прочности бу представлены в гиде графиков 3 = / ( ). Эти функции- для различных диаметров каркасов

являются монотонно возрастающими, обращенными выпуклостью вверх

что свидетельствует об уменьшении относительного при-,ращения затрат наизготовлегав фильтров с ростом расчетной прочности.

Данные завода-изготовителя по выпускаемой продукции, отработки фильтров на технологичность с цельго снижения материале- и трудо -емкости (ГОСТ 14201-73) и проведенные расчеты позволили представить сравнительную характеристику стержневых каркасов, с определением конкретных величин уменьшения массы, затрат и увеличения прочности, различных типоразмеров конструкций. /

Расчеты по "Методике определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники ..." (М., 1977) показали, что снижение затрат Зк на каждом фильтре со спиральной основой в сравнении с фильтром, па опор!шх кольцах того пе размера и прочности составляет не,менее 3,47 руб. и что при эксплуатации только двух устройств для изготосленияпррволочннх стериневьк каркасов годовой экономический эффбкт составляет 77 тыс.рублей, в том числе достигается экономия 940 т стального проката.

Экономический, эффект от выпуска фильтров на спиральной основе составляет более-300 тыс.рублей в год.

■ ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РВД0ЖЩЛЦШ1 - '

1. В результате экспериментальных и теоретических исследова-'ний разработан ряд оптимальных конструкций проволочных фильтров со стерлшеЕыми каркасами на спиральной основе, технология и устройст-

.ва для их изготовления, что является весьма актуальным в связи с возрастающим использованием подземных, вод. Изготовление предлагаем.« конструкций дает возможность значительно снизить материальные и трудовые затраты в производстве, а их применение взамен трубчатых позволяет улучшить эксплуатационнные параметры, обеспечить стабиль-., ную и высокоэффективную эксплуатацию скважин.

2. Предложена- и реализована методика оптимизации конструктивных параметров каркасов тремя последовательными этапами:

- установлены и аналитически 'выражены зависимости для расчет параметров каркасов заданной прочности при равных напряжениях в .стержнях и кольцах ; •

14. х

- исследована-зависимость массы каркаса от его прочности и определены параметры каркасов, обеспечивающие снижение расхода материалов при одновременном повышении прочности каркасов, проведена оптимизация каркасов по этому критерию;

—аналитически выражены целевая фуищия и ограничения для расчетов параметров стержневых каркасов заданной прочности при минимальных суммарных материальных и трудовых затратах в производстве.

3. Установлены параметры разработанных конструкций проволочных фильтров с универсальной основой в виде каркаса со стержнями • на опорной спирали. Эти параметры оптимизированы по минимуму сум- • марных материальных и трудовых затрат э производстве. Они значительно улучшены в сравнении с выпускающимися аналогами.

4. Разработана классификация фильтров и их конструктивных групп, дозволяющая разделить множество этих изделий на такие геометрически подобные совокупности, для изготовления которых могут быть поставлены идентичные технологические задачи, вццелить наиболее технологичные группы и их унифицировать.

Пров^очные водоприемные поверхности, обеспечивающие необходимые размеры проходных отверстий, в .комбинации со стержневыми каркасами на спиральной основе позволяют получать фильтры заданной прочности и скважности. •,•.•'

5. Установлено фактическое напряженное состояние деталей стерж- . невых каркасов при равномерном радиальном сжатии и подтверждена предпосылка о возможности рассмотрения стержней, как многоопорных не$3аз-резных балок, г . •

Методом тензометрирования впервые определены остаточное натяжение проволоки при намотке на стержневой каркас и деформации деталей каркаса.. Выявлена зависимость допускаемых усилий натяжения проволоки от параметров стержневого каркаса и его . прочности. Установлено,, что за счет податливости деталей каркаса его нагрузка при намотке проволоки уменьшается на 15,555 в сравнении с расчетной.

6. Выявлены технологические особенности намотки проволог.г на стержневые каркасы со спиррьной основой <? учетом их жесткости. Установлено, что предельные напряжения в проволоке должны б.лть

0,68 СГ т. '

7. Установлена зависимость допускаемых нагрузок на фильтр от величины остаточного натяжения в проволочной намотке и ее параметров. Доказало,что проволочные фильтры на стержневых каркасах обладают в сравнении со стержневыми каркасами большей (до 120,%) прочностью

при равномерно« радиальном сжатии.

8..Серийный выпуск проволочных фильтров должен осуществляться на единой технологической основе, базироваться на разработанных типовых технологических маршрутах, для которых с целью повышения эффективности производства и качества продущии можно рекомендовать ряд.новых решений: автоматическую сборку и точечную сварку стержневых каркасов на специальных стендах контактной сварки ; гкдровэрывное формование труб с винтовыми гофрами ; способ и агрегат для нанесения антикоррозийных покрытий.

9. Определено влияние характеристик проволочной водоприемной поверхности на водопроницаемость фильтров со .стержневыми каркасами.

Гидравлические исследования проволочных фильтров со стеркне-внми каркасами на спиральной основе индикаторным методом определили, что при одинаковой скважности их, коэффициент водопроницаемое-ти выше, чем у фильтров других конструкций,

Гидравлические исследования, лабораторные и полевые испытания свидетельствуют о высокой эффективности разработанных конст-.1 рукций проволочных фильтров и достаточно широкой области их применения.

10. Результаты выполненные исследований:

разработанные фильтры на каркасах со спиральной основой рекомендованы, межведомственной комиссией к серийному производству и . внедрены ДрогобычсЬим экспериментально-механическим заводом на опытной партии фильтров с экономическим эффектом в 76984 руб. (в .том числе 940 т.' стального проката) ; освоено серийное изгртов-ление варианта стержневого каркаса со спиральной основой диаметром 219 мм,•который в сравнении с выпускаемой конструкцией на опорных кольцах позволяет повысить прочность в 6,85. раза и при .этом в 2,2 раза снизить расход материала, и затраты на 19,проволочные фильтры на стертгевых каркасах со спиральной основой внедряются трестой "Промбурвод" Главспецпромстроя.Министерства монтажных и специальных строительных работ СССР.

11. Экономический эффект от выпуска разработанных конструкций проволочньк фильтров превышает 300 тыс.руб. в год..

ПУБЛИКАЦИИ

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Кесельман Я.Е., Чубрикова Н.3>. Фильтры для водозаборных скважин, выпускаемые Дрогобычеким заводом. М., "Гидротехника и мелиорация", № 8,, 1973.

2. Гаврилко В.М., Кесельман'Я.Е.Рекомендации по промышленному производству фильтров для буровых скважин на воду. М., ВНИИ "ВОДГЕО", 1974. ■

3. Гаврилко В.М., Кесельман Я.Е. Фильтры для водяных скважин в нефтегазовой промышленности. Р11ТС "Машины и нефтяное оборудование", Л' 10, ВНШОЭНГ, 1973.

4. Кесельман Я.Е. Противокоррозийное покрытие фильтров водозаборных скважин крепмнийорганическими материалами, РНТС. "Коррозия

и защита в нефтегазовой промышленности", № 5, М., ВНШОЭНГ, 1974.

5. Кесельман Я.Е. Чубриков В.М. К расчету на прочность каркасов стержневых фильтров. М., "Гидротехника и.мелиорация", № 8, 1973.

6. Кесельман Я.Е. Расчет_конструктивных размеров каркасно-сгержневых фильтров. Ы., "Гидротехника и мелиорация", № 10, 1974,

7. Кесельман Я.Е;, Белкин Н.Л., Лопаткин Ю.В. Обеспечение качества продукции на Дрогобычском экспериментально-механическом . заводе спецоборудования. Изд. стандартов. "Качество, стандартизация, метрология". Экспресс-стандарт, вып.51 /537/, М., ВНИШЫАМ, ВШШШ, 1974.'

8. Гаврилко В.Ы., Кесельман Я.Е. Рациональные муфтовые соединения для фильтров водозаборных скважин. Экспресс-информация, сер.,3, вып.6, М'.', ЦБНТИ ¡Динводхоза СССР, 1975.9. Медвидь М.В., Кесельман Я.Е. О сокращении расхода проката при изготовлении каркасов стержневых фильтров.. РНТС "Машины

и нефтяное оборудование", » II, М.-, ВНГОЮЭНГ; 1975.

10. кесельман Я.Е., Лопаткин Ю.В. О стандартизации показате- * лей качества и надежности фильтров для'водяных скважин. "Методы оценки надежности технических сийтем", М., Госстандарт СССР, ВНИП1ЫЛП1, "руды института, вып.Ш, 1975.

II. Кесельман Я.Е., Лопаткин В.В. Львовская система на Дрогобычском экспериментальном заводе спецоборудовмния и газовой апрарату^ы. Экспресс-информация "Стандарт", знп.П (617), М., BlUUiHr.Llil, ВШМКИ, 1976.

12. Изготовление резьбовых соединений труб каркасов фильтров импульсными нагрузками. М., "Кузнечно-шгампопочное производство", Г» 8, 1975, Авторы Мишин В.В., Прокопенко С.II., Кесельман Я.Е. и

др.

13. Кесельман Я.Е. Фильтры водозаборных скважин. Экспресс-информация: "Геология, бурепио и разработка газовых месторождений", № 18 / 42 /, Ы., ВНЙНЭГАЗЯРОМ, 1977.

14. Кесельман Я.Е. Промышленные исследования коррозионной стойкости фильтров водозаборных скважин. Реферативный сборник "Коррозия и защита трубопроводов, скваяин, газопромыслового и газоперерабатывающего оборудования", вып.1, М., ВШШЭГА311Р0М, 1978.

15. Изготовление резьбовых элементов соединений труб каркасов фильтров гидрогеологических скважин. Реферативная информация о J НИР в вузах УССР "Угольная и горнорудная промышленность", был.12, Киев, "Вйща школа", 1978. Авторы: Мишин В.В., Кесельман Я.Е., Прокопенко С,,П и др.

Авторские свидетельства:

16. Способ нанесения антикоррозийных покрытий. Авторское свидетельство № 508277. Бюллетень изобретений Гг> 12, 1976.'

Авторы: Синицын М.В., Чухров В,А,, Кесельман Я.Е. и другие.

17. Агрегат д^я нанесения антикоррозийных покрытий.материалами типа полиэтилен. Авторское свидетельство №'508276. Бюллетень изобретений $ 12, 1976. Авторы: Синицын М.В., Чухров В.А., Кесельман Я.Е. и другие.

18.. Глаголев H.A., Кононёц Б.И., Берзин А.Н., Гаврилко В.М., Кесельман Я.Е. Машина для сборки и точечной сварки* Авторское свидетельство '№ '522016. Бюллетень изобретений № 27, 1976..

19. Устройство для получения гофров-на трубах. A.c. № 586949. Бюллетень изобретений № I, 1978. Авторы: Винницкий Б.И., Кесельман Я.Е. и др.

20. Винницкий-Б..И., Кесельман Я.Е., ¡Еафлей P.M., Антонив Я.В. Устройство для сборки и точечной сварки пространстгенных арматурных каркасов. Авторское свидетельство № 60621I. Бюллетень № 7, 1961в,