CZ16281U1 - Filtr z plastového drátu pro čerpací pažené zemní vrty - Google Patents

Description

Filtr z plastového drátu pro čerpací pažené zemní vrty

Oblast techniky

Technické řešení se týká vrtů, především pro čerpání vody z větších hloubek. Jedná se o vrty, kde ve vrtu je vytvořeno pažení, utěsněné proti průniku vod jak v axiálním směru, tedy přes vrtem provrtané nepropustné vrstvy, tak i v radiálním směru, tedy z pažení do horniny nebo obráceně, pouze s výjimkou záměrného prostupu do pažení v místě, resp. v rozsahu hloubek, odpovídajících požadovanému odběru vody, resp. odčerpávání této vody. Speciálně se pak technické řešení týká filtrů, umisťovaných do místa záměrného prostupu vody do dutiny v pažení, kteréžto filtry brání vstupu nečistot do vnitřního prostoru v pažení a tím i do čerpadla, zpravidla v takovém pažení čerpacího vrtu umístěného.

Dosavadní stav techniky

V současnosti jsou známy vrty, též pro odběr vody, a to jak pitné vody, tak i vody kontaminované, kde se odčerpává taková voda z důvodu sanace kontaminovaných geologických vrstev. Takové vrty jsou vytvářeny následujícím způsobem. Vyvrtá se studna o potřebné hloubce, přičemž z důvodu ochrany čerpadla, pro možnost čerpání a pro možnost utěsnění se do vrtu spouští potrubí. Takové potrubí, v současnosti používané, se vyrábí z nerezových slitin, kde je zaručena dlouhodobá odolnost proti vodě, včetně agresivních vod, případně i kontaminovaných kyselinami, apod. S tím jsou ovšem spojeny určité nevýhody. Především nerezové potrubí je poměrně drahé, což je závažnou vadou zejména v situaci, kdy je třeba hloubit vrty poměrně hluboké a současně ve vel20 kém počtu. Dále vychází, za obvyklých požadavků na pevnost takového potrubí, u potrubí spouštěného do vrtu poměrně vysoká hmotnost. Proto v takovém případě je nutno používat jak k dopravě, tak i k manipulaci na místě montáže, především však ke spouštění postupně spojovaných kusů potrubí do vrtu, těžkou dopravní a manipulační techniku, což je velmi nákladné. Dále pak jsou tu problémy se spojováním nerezových trubek, neboť jejich svařování je náročné a je25 jich spojování šroubením je spojeno také s různými problémy, jako je nevhodný povrch obrobené plochy na závitu nerezových trubek, nebo i problém s únosností a s těsností závitových spojů na nerezových trubkách. Naproti tomu je sice známo použití plastových trubek pro vedení vody, ovšem většina plastů nemá potřebnou odolnost a životnost v agresivním prostředí, jiné plasty zase nelze spolehlivě spojovat lepením, což je důvodem, proč dosud pro uvedené speciální účely nebylo plastů použito. Tak bylo vytvořeno pažení, sestavené sešroubováním, nebo ještě lépe svařením z dílčích polyetylénových trubek. Na těchto trubkách pak vznikl problém, jak jednoduše a levně vytvořit filtrační zónu, pracující ale s vysokou odolností, životností a spolehlivostí. V současnosti bylo známo vytváření filtrační zóny tak, že se v určitém úseku použily provrtané nebo zvenčí přímo prořezané trubky. Takto vytvořený filtr byl sice poměrně levný a odolný me35 chanicky, ale vykazoval při menších otvorech poměrně velký pasivní odpor a rychlé ucpávání, nebo při větších otvorech zase příliš velkou prostupnost pro nečistoty. Bylo sice známo použití též oválných nebo obdélníkových otvorů, ale takto tvarované otvory bylo velmi obtížné vytvářet do trubek, které měly z jednoho pohledu příliš velké rozměry na uložení na obvyklé obráběcí stroje, z jiného pohledu ale příliš malé rozměry na zavedení obráběcího stroje nebo alespoň jeho nástroje dovnitř do takové trubky, přičemž pro vhodné tvarování bylo nutné obrábět právě zevnitř. Známo je sice také vytváření filtrů na principu nosné kovové kostry, opatřené pláštěm z navinutého kovového drátu, ovšem aplikace takové konstrukce by u zemních vrtů znamenala buď vytvoření filtru z materiálu málo odolného proti agresivní vodě a nebo vytvoření filtru z nerezového materiálu, jehož problematičnost z pohledu obrábění byla již výše zmíněna a kde i svařová45 ní představuje nadstandardní technologickou komplikaci.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody se v podstatné míře řeší a vytvoření technologicky i cenově výhodných pažených vrtů, především do větších hloubek, a speciálně vytvoření optimálních filtrů pro tyto pažené

-1 CZ 16281 Ul vrty, se dosahuje u filtru z plastového drátu pro čerpací pažené vrty, podle předkládaného technického řešení, kde podstata spočívá v tom, že pažení pro uvedené vrty sestává z polyetylénové, na tupo svařované nebo postupně sešroubovávané trubky, opatřené dole pevným dolním uzávěrem a vykazujícím perforovanou filtrační zónu, nad kterou je provedena dočasná technologická zátka, přičemž filtrační zóna je s výhodou tvořena otvory o ploše 20 až 80 % plochy příslušné části pažení, vytvořenými v trubce, tvořící pažení, a překrytými filtračním pláštěm se štěrbinami, které se rozšiřují směrem do dutiny v trubce, a to pod vrcholovým úhlem od 15 do 90 úhlových stupňů, a kde filtrační plášť je vytvořen z polyetylénového drátu o tloušťce od 3 do 8 mm, přičemž tento polyetylénový drát je v oblasti filtrační zóny navinut na trubku, tvořící pažení vrtu, s ío otvory, přičemž prostupy mezi závity polyetylénového drátu jsou vytvořeny jako rozšiřující se štěrbiny, a to vzniklé v souladu s tvarem příčného řezu polyetylénovým drátem. S výhodou polyetylénový drát, tvořící filtrační plášť, je zvenčí upevněn do místa filtrační zóny, na polyetylénovou trubku s otvory, přičemž upevnění je provedeno přivařením k povrchu trubky, tvořící pažení vrtu. Upevnění na trubku může výhodně být provedeno přes výztužná žebra, přivařená v podélném směru na trubku, tvořící pažení vrtu ve filtrační zóně. S výhodou potom v podélných výztužných žebrech jsou na vnější straně vytvořeny zářezy, a to s profilem, odpovídajícím tvaru alespoň spodní části příčného řezu polyetylénového drátu. Výhodou je přitom, jestliže štěrbiny mají podlouhlý tvar, přičemž šířka štěrbiny na vnější, vstupní ploše je od 1,4 do 2,5 mm a současně plocha štěrbin na této vnější, vstupní ploše tvoří od 5 do 20 % vnější plochy trubky ve filtrační zóně. Výhodné je také, jestliže trubka je opatřena, alespoň v oblasti filtrační zóny, distančními výstupky. S výhodou jsou distanční výstupky vytvořeny na této trubce odspodu po alespoň 90 % délky té části trubky, která se spouští do zemního vrtu v té spodní oblasti, kde tento zemní vrt vykazuje nerozšířený průměr. Distanční výstupky jsou s výhodou provedeny jako na tupo v radiálním směru navařená křídla, mající lichoběžníkový tvar, kde k trubce doléhá delší strana lichoběžníku. Distanční výstupky jsou výhodně umístěny na trubce vždy po obvodě, v pravidelných bočních odstupech, a to v počtu 3 až 4 distanční výstupky v jedné výškové úrovni, přičemž odstup, ve směru osy trubky, mezi jednotlivými místy s distančními výstupky je 1 až 10 metrů. S výhodou distanční výstupky jsou při průchodu nad plastovým drátem vytvořeny s vnitřním vybráním.

Tím se dosáhne vytvoření paženého vrtu, použitelného pro čerpání pitné i kontaminované a dokonce i agresivní vody, příkladně s obsahem kyselin, přičemž takový způsob, vedle toho, že při vytváření takového pažení je postup relativně rychlý a levný a současně životnost i spolehlivost funkce takového paženého vrtu je velmi vysoká, dosahuje zejména toho, že se získává i funkce s dlouhodobě stabilní filtrací, která se na jedné straně minimálně zanáší a přitom velmi účinně chrání čerpadlo ve vrtu před opotřebením od průchodu nezfiltrovaných abrazivních částic. Vytvoření filtru pomocí navinutí a přivaření plastového drátu je pak technologicky výhodnou alternativou, kde i velikost prostupů a tloušťku filtru lze snadno volit, a to pouze volbou druhu drátu a volbou rozestupů při navinutí. Použití distančních prvků na trubce přináší výhodu nejen pro zajištění vedení trubky uprostřed vrtu, ale zejména v oblasti filtrační zóny pomáhá tuto zónu chránit před poškozením, zvláště při spouštění trubky do vrtu a po spuštění, díky zaručenému vycentrování, se zaručuje i po obsypání filtrační zóny štěrkem pravidelná vrstva štěrkového filtru okolo celé trubky.

Přehled obrázků na výkresech

Předkládané technické řešení je dále podrobněji popsáno a vysvětleno na příkladném provedení, též s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je, v příčném svislém řezu, patrný vrt s pažením, ve shodě se situací, vhodnou k aplikaci předkládaného technického řešení, načež na obr. 2 je v detailu, v nárysu, část trubky s filtračními otvory a konečně na obr. 3 je tatáž část trubky s filtračními otvory, a to v příčném vodorovném řezu, přičemž je připojen ještě obr. 5, ukazující detail opláštění trubky ve filtrační zóně, a to ve svislém řezu přes místo se štěrbinami, resp. s prostupy mezi plastovými dráty.

-2CZ 16281 Ul

Příklad provedení technického řešení

Celé zařízení, podle předkládaného technického řešení, je patrné na obr. 1, kde je znázorněn samotný vrt 6, opatřený již pažením v podobě polyetylénové trubky 60, kde pažení sestává z odkalovací zóny 61, z filtrační zóny 62 a z plné zóny 63. Dno pažení je provedeno jako zaslepení polyetylénové trubky 60 dolním pevným uzávěrem 611, provedeným jako deska eliptického tvaru, přivařená na tavném principu na šikmo seříznutý dolní konec polyetylénové trubky 60. Mimořádně důležitá a výhodná je existence dočasné technologické zátky 631, vevařené do trubky 60 v průběhu jejího navařování a spouštění, a to na spodním konci plné zóny 63. Tato dočasná technologická zátka 631 slouží k uzavření trubky 60 pro natlakování během cementace ío mezikruží a následně je odvrtána. Ke kontrole tlaku a k uzavření trubky 60 pro zmíněné natlakování je ještě na horním konci nejvyšší trubky 60 navařen dočasný horní uzávěr 632, který obsahuje tlakoměr a uzavírací ventil, přičemž posledně jmenované součástky jsou obvyklé konstrukce a nejsou na výkrese pro jednoduchost znázorněny. Tento dočasný horní uzávěr 632 se také po skončené cementaci mezikruží odřezává. Na obr. 2 a 3 je pak ještě patrný detail trubky 60 ve filtrační zóně 62, kde trubka 60 má po svém obvodu vytvořeny otvory 621, zde obdélníkových tvarů, překryté po celém obvodu filtračním pláštěm 622 z polyetylénového drátu 620 o tloušťce 6 mm, navinutém na trubku 60 přes podélná výztužná žebra 624, ve kterých jsou vyfrézovány zářezy 6241. Návin je proveden s odstupy o velikosti 2 mm, přičemž polyetylénový drát 620 má profil, který se ke středu trubky 60 zužuje pod vrcholovým úhlem 30 úhlových stupňů. V tomto příkladném provedení je vytvořen zemní vrt o průměru 500 mm, v horních 20 metrech navíc rozšířený na průměr 1000 mm. Horní zvětšený průměr je předběžně pažen ocelovým pláštěm 9 a jinak trubky 60, které tvoří pažení vrtu 6 po celé jeho délce, mají zde vnější průměr 250 mm a tloušťku stěny 23 mm, čímž vnitřní průměr vychází s rezervou na svary, apod., na 200 mm. Na obr. 4 je ještě patrný příčný profil prostupů mezi polyetylénovými dráty 620, a tedy i profil takto vzniklých štěrbin 623, kde v tomto příkladném provedení štěrbiny 623 mají šířku na vstupu o velikosti 2 mm, jak již výše uvedeno, rozšiřují se směrem do dutiny v trubce 60, a to zde pod vrcholovým úhlem právě 30 úhlových stupňů. Celá trubka 60 je opatřena distančními výstupky 601, v podobě lichoběžníkových v radiálním směru na vnější povrch trubky 60 na tupo navařených křídel, a to podélně v odstupech 6 m, přičemž v každé takovéto výškové úrovni jsou vytvo30 řeny, obvodově vždy po 90 úhlových stupních, 4 takovéto distanční výstupky 601, které jsou provedeny z polyetylénu, z desky o tloušťce 6 mm, přičemž jejich lichoběžníkový tvar vytváří zkosení pro usnadnění spouštění o náběžném úhlu 45 úhlových stupňů.

Funkce zařízení, v příkladném provedení, při vytváření paženého vrtu, ve shodě s předkládaným technickým řešením, je následující. Nejprve se vyvrtá běžnou vrtací soupravou zemní vrt 6, dále se z úložiště na vrtném pracovišti ručně, nebo s lehkou mechanizací, odebírají trubky 60, vyrobené z polyetylénu, pomocí svěrky se navěšují na zdvihací lano lehké vrtné věže, načež se zdvihají do výše a do svislé polohy, spouštějí se ke spojovacímu a svářecímu ústrojí, zde se, s výjimkou první trubky 60, svářejí vždy s předchozí trubkou 60, načež se spouštějí do vrtu 6, přičemž jako první se spouštějí trubky 60 s odkalovacím, dole zaslepeným prostorem, dále pak trubky 60 s filtračními štěrbinami 623 na stěnách, tvořícími současně filtrační zónu 62, a konečně trubky 60 s plnými stěnami, přičemž první z trubek 60 s plnými stěnami je dole opatřena dočasnou technologickou zátkou 631, provedenou jako zaslepení uvedené trubky 60 vevařenou kruhovou deskou, a poslední z plných trubek 60 je nahoře opatřena prozatímním horním uzávěrem 632, kde po spuštění celého potrubí se toto potrubí do výše, přesahující výši filtračních otvorů, obsy45 pává štěrkem, načež po natlakování na přetlak, o velikosti zde konkrétně 0,5 MPa, se provádí zalití prostoru okolo potrubí směsí 10 vody a cementu, načež nakonec, po ztvrdnutí této směsi 10, se uvolní natlakování, odřezává se prozatímní horní uzávěr 632, běžnou vrtnou technikou se prořezává dočasná technologická zátka 631, tedy kruhová vevařená deska, potrubí se promývá vodou a nakonec se do potrubí spouští čerpací armatura, zde neznázoměná. Před pažením vrtu 6 plastovými trubkami 60 se provádí v horní části vrtu 6 pažení ocelovými vložkami, které tak vytvoří ocelový plášť 9, a to v rozsahu vrtu 6, provedeném předtím o větším průměru. Zalití směsí 10 cementu s vodou se provádí postupně, a to v krocích o výšce 50 metrů. Před spouštěním

-3CZ 16281 Ul se všechny trubky 60 opatří distančními vnějšími výstupky 601. Natlakování potrubí před cementací mezikruží, tedy prostoru mezi polyetylénovým svařeným a do vrtu 6 spuštěným potrubím, se zde provádí při zaplnění potrubí vodou, a to pochopitelně od dočasné technologické zátky 631 vzhůru.

Hospodářská využitelnost

Pažené zemní vrty, podle předkládaného technického řešení jsou použitelné především pro vytváření více hlubších vrtů, příkladně o hloubce několika set metrů, a to pro odčerpávání kontaminovaných vod z podzemí. Použití je ovšem možné i pro vrty, použité jako studny na pitnou vodu.

Claims (10)

1. NÁROKY NA OCHRANU ίο 1. Filtr z plastového drátu pro čerpací pažené vrty, kde pažení pro uvedené vrty sestává z polyetylénové, na tupo svařované nebo postupně sešroubovávané trubky, opatřené dole pevným dolním uzávěrem a vykazujícím perforovanou filtrační zónu, nad kterou je provedena dočasná technologická zátka, vyznačený tím, že filtrační zóna (62) je tvořena otvory (621) o ploše 20 až 80 % plochy příslušné části filtrační zóny (62) v pažení, vytvořenými v trubce (60),

   15 tvořící pažení, a překrytými filtračním pláštěm (622) se štěrbinami (623), které se rozšiřují směrem do dutiny v trubce (60), a to pod vrcholovým úhlem od 15 do 90 úhlových stupňů, a kde filtrační plášť (622) je vytvořen z polyetylénového drátu (620) o tloušťce od 3 do 8 mm, přičemž tento polyetylénový drát (620) je v oblasti filtrační zóny (62) navinut na trubku (60), tvořící pažení vrtu, s otvory (621), přičemž prostupy mezi závity polyetylénového drátu (620) jsou vy20 tvořeny jako rozšiřující se štěrbiny (623), a to vzniklé v souladu s tvarem příčného řezu polyetylénovým drátem (620).
2. 2. Filtr z plastového drátu, podle nároku 1, vyznačený tím, že polyetylénový drát (620), tvořící filtrační plášť (622), je zvenčí upevněn do místa filtrační zóny (62), na polyetylénovou trubku (60) s otvory, přičemž upevnění je provedeno přivařením k povrchu trubky (60),

   25 tvořící pažení vrtu (6).
3. 3. Filtr z plastového drátu, podle nároků 1 a 2, vyznačený tím, že polyetylénový drát (620), tvořící filtrační plášť (622), je k trubce (60) přivařen přes podélná výztužná žebra (624).
4. 4. Filtr z plastového drátu, podle nároku 3, vyznačený tím, že v podélných výztuž30 ných žebrech (624) jsou na vnější straně vytvořeny zářezy (6241), a to s profilem, odpovídajícím tvaru alespoň spodní části příčného řezu polyetylénového drátu (620).
5. 5. Filtr z plastového drátu, podle nároků 1 až 4, vyznačený tím, že štěrbiny (623) mají podlouhlý tvar, přičemž šířka štěrbiny (623) na vnější, vstupní ploše je od 1,4 do 2,5 mm a současně plocha štěrbin (623) na této vnější, vstupní ploše tvoří od 5 do 20 % vnější plochy pa35 žení ve filtrační zóně (62).
6. 6. Filtr z plastového drátu, podle nároků 1 až 5, vyznačený tím, že trubka (60) je opatřena, alespoň v oblasti filtrační zóny (62), distančními výstupky (601).
7. 7. Filtr z plastového drátu, podle nároku 6, vyznačený tím, že distanční výstupky (601) jsou vytvořeny na trubce (60) odspodu, po alespoň 90 % délky té části trubky (60), která se

   40 spouští do zemního vrtu (6) v té spodní oblasti, kde tento zemní vrt (6) vykazuje nerozšířený průměr.

   -4CZ 16281 Ul
8. 8. Filtr z plastového drátu, podle nároků 6a 7, vyznačený tím, že distanční výstupky (601) jsou provedeny jako na tupo v radiálním směru navařená křídla, mající lichoběžníkový tvar, kde k trubce (60) doléhá delší strana lichoběžníku.
9. 9. Filtr z plastového drátu, podle nároků 6 až 8, vyznačený tím, že distanční vý5 stupky (601) jsou umístěny na trubce (60) vždy po obvodě, v pravidelných bočních odstupech, a to v počtu 3 až 4 distanční výstupky (601) v jedné výškové úrovni, přičemž odstup, ve směru osy trubky (60), mezijednotlivými místy s distančními výstupky (601) je 1 až 10 metrů.
10. 10. Filtr z plastového drátu, podle nároků 6 až 9, vyznačený tím, že distanční výstupky (601) jsou při průchodu nad plastovým drátem (620) vytvořeny s vnitřním vybráním.