III.2.3.б. Эжекторные иглофильтры

Для вакуумирования скважин и водопонижения в грунтах с небольшим коэффициентом фильтрации и при близком залегании водоупора от дна котлована используются эжекторные иглофильтры. Находят применение эжекторные установки типа ЭИ-2,5, ЭИ-4 и ЭИ-6, но наибольшее распространение получили установки ЭИ-2,5. При большом притоке воды используют установки типа ЭИ-4 и ЭИ-6.

Эжекторные иглофильтровые установки состоят из иглофильтров с эжекторными водоподъемниками, распределительного трубопровода (коллектора) и центробежных насосов. Эжекторные водоподъемники, помещенные внутри иглофильтров, приводятся в действие струей воды, нагнетаемой в них насосом через коллектор.

Схема эжекторной установки с циркуляционным резервуаром показана на рис. III-12. По этой схеме вода, выбрасываемая из иглофильтра, поступает в лоток и за тем сливается в циркуляционный резервуар. Из резервуара часть воды вновь засасывается насосом, остальная часть сбрасывается насосом или отводится самотеком за пределы строительной площадки.

Схема эжекторной установки без циркуляционного резервуара показана на рис. III-13.

Схема эжекторной установки с циркуляционным резервуаром
Рис. III-12. Схема эжекторной установки с циркуляционным резервуаром
1 — центробежный насос низкого давления; 2 — циркуляционный резервуар; 3 — распределительный трубопровод; 4 — сборный лоток; 5 — центробежный напорный насос; 6 — напорный рукав; 7 — эжекторный иглофильтр
Эжекторная установка без циркуляционного резервуара
Рис. III-13. Эжекторная установка без циркуляционного резервуара
а — общая схема установки; б — схема коммуникаций; 1 — низководонапорный насос; 2 — напорный трубопровод; 3 — высоконапорный насос; 4 — всасывающий коллектор; 5 — выбросной шланг; 6 — соединительный шланг; 7 — распределительный трубопровод: 8 — эжекторный иглофильтр

В этой схеме вода из иглофильтра поступает во всасывающий трубопровод, соединенный с высоконапорным насосом. Избыток воды сбрасывается по трубопроводу, а циркуляционный расход подается низконапорным насосом под некоторым давлением высоконапорному насосу, который повышает давление до необходимой величины и нагнетает воду в распределительный трубопровод.

Эжекторный иглофильтр состоит из надфильтровых труб (рис. III-14) диаметром 2 1/2 (ЭИ-2,5) или 4 дюйма (ЭИ-4), фильтрового звена, из внутренних колонн водоподъемных труб, к нижнему концу которых прикреплен эжекторный водоподъемник, состоящий из насадки и диффузора. Наружная колонна труб погружается в грунт с помощью напорной струи воды, подаваемой от насоса по шлангу.

Эжекторный иглофильтр
Рис. III-14. Эжекторный иглофильтр
а — фильтровое звено с эжектором; б — наружная колонна труб, погружаемая в грунт подрывом и иглофильтр в собранном виде; 1 — насадка эжектора; 2 — полость для прохода откачиваемой воды; 3 — скоба; 4 — патрубок; 5 — сетка; 6 — опорное кольцо; 7 — седло; 8 — каркас фильтра; 9 — водоподъемная труба; 10 — фильтровая труба; 11 — резиновый диффузор; 12 — окна для пуска воды в эжектор; 13 — патрубок с окнами; 14 — приемный патрубок; 15 — кольцевой канал; 16 — седло шарового клапана; 17 — шаровой клапан; 18 — винтовая лопасть; 19 — наконечник; 20 — муфта с клапаном; 21 — шланг для погружения иглофильтров; 22 — гофрированная оболочка; 23 — фильтровое звено; 24 — наружная труба фильтрового звена; 25 — стяжной болт; 26 — хомут; 27 — сальник; 28 — внутренняя колонна труб; 29 — наружная колонна труб; 30 — внутренняя труба.

Фильтровое звено, показанное на рис. III-14, позволяет устанавливать эжекторный водоподъемник в нижней части фильтра. Фильтровое звено состоит из трубы и нанизанных на нее цилиндров из гофрированных листов оцинкованной стали, представляющих собой каркас, по которому натянута фильтрационная сетка. В нижнем конце трубы вварено седло, на которое через опорное кольцо опирается колонна водоподъемных труб с эжекторным водоподъемником. К седлу приварен патрубок для подачи струи воды, нагнетаемой при гидравлическом погружении иглофильтра. Фильтровое звено оканчивается наконечником с зубчатой коронкой, на наружной поверхности которого приварены лопасти, обеспечивающие рыхление грунта при погружении иглофильтра.

Внутри наконечника (в его верхней части) вварено седло, в которое снизу упирается плавающий шаровой клапан, представляющий собой деревянное ядро в резиновой оболочке. Сверху на скошенной поверхности седла лежит легкий кольцевой клапан.

Струя воды, нагнетаемая при гидравлическом погружении иглофильтра, отбрасывает шаровой клапан и выходит через наконечник в грунт, при этом кольцо давлением отраженной струи воды прижимается к торцу патрубка, закрывает кольцевое пространство между патрубком и трубой и предотвращает утечку нагнетаемой воды через окна, которые предназначены для пропуска воды, засасываемой из грунта во время работы установки.

В тех случаях когда нет необходимости опускать эжекторный водоподъемник в нижний конец фильтрового звена (например, в ЭИ-2,5), применяется несколько иная конструкция иглофильтра. В этой конструкции седло для упора водоподъемной колонны труб образовано конической расточкой в муфте, соединяющей фильтровое звено с надфильтровой колонной.

Откачка воды из эжекторных иглофильтров при эксплуатации установки производится струей воды, нагнетаемой через кольцевой зазор между водоподъемной колонной и наружными трубами иглофильтра. Кольцевая полость сверху уплотнена сальниками, а снизу — упорным кольцом.

Вода, нагнетаемая через кольцевую полость, поступает в окна (см. рис. III-14), вырезанные с двух сторон в стенках патрубка. В вырезы вставлена и приварена к стенкам трубы скоба, в верхнем конце которой укреплен корпус насадки эжектора.

Поток рабочей воды, поступающей в полость скобы, устремляется в насадку, и, выходя из нее с большой скоростью, создает разряжение, под действием которого через свободное сечение патрубка засасывается грунтовая вода, прошедшая предварительно через фильтр. Дальше оба потока воды поступают в камеру смешения и диффузор, в котором скорость движущегося потока постепенно уменьшается, а давление соответственно возрастает. Поднявшись по водоподъемной колонне, вода изливается в лоток или коллектор.

В конструкции эжекторного водоподъемника, показанного на рис. III-14, камера смешения и диффузор образуются одной общей деталью, изготовленной из резины. Стальные диффузоры подвержены коррозии, ухудшающей работу эжектора, диффузоры же из латуни требуют значительного расхода дефицитного металла. Поэтому, как правило, рекомендуется применять диффузоры из резины.

Отдельные иглофильтры водопонизительной установки соединяются с распределительным трубопроводом резиновыми шлангами, на концах которых укреплены фланцы. Один конец шланга присоединяется к фланцу задвижки, устанавливаемой соответствующими патрубками коллектора и шлангом, а другой — к тройнику иглофильтра.

Распределительный (напорный) трубопровод собирают из звеньев стальных водопроводных труб с приваренными патрубками для присоединения иглофильтров и высоконапорного насоса.

При большом количестве иглофильтров рекомендуется распределительный трубопровод делать переменного сечения с уменьшением диаметра по мере удаления от насоса точек присоединения иглофильтров.

Для подачи рабочей воды в иглофильтровые установки применяются центробежные насосы НДВ, НДС и МС. Для сброса воды из циркуляционного резервуара или для подачи воды в распределительный трубопровод используются центробежные консольные насосы типа К.

Отвод откачиваемой воды осуществляется трубопроводом из фанерных труб, водоотводящими деревянными лотками и в особых случаях напорным трубопроводом из стальных труб.

Серийного производства эжекторных установок нет. Установки изготовляются небольшими партиями предприятиями строительной индустрии для строительных организаций, выполняющих водопонизительные работы по индивидуальным проектам водопонижения.

Краткая характеристика эжекторов приведена в табл. III-5.

Таблица III-5

Основные технические данные эжекторных иглофильтров ЭИ

Показатель Марка иглофильтра
ЭИ-2,5 ЭИ-4
Иглофильтр:
   диаметр, дюйм
   длина фильтрового звена, м
 
2,5
1
 
4
4—6
Эжектор иглофильтра:
диаметр сопла, мм
 
7
 
12
Расход рабочей воды при напоре 0,6—1 МПа, л/с 1,2—1,6 3,6—4,6
Производительность при напоре рабочей воды 0,6—1 МПа, л/с 1—1,8 2,9—5,1

Смородинов М.И. Справочник по общестроительным работам. Основания и фундаменты