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CN112277335A - 3d打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的方法及结构 - Google Patents

3d打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的方法及结构 Download PDF

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CN112277335A CN202011103674.6A CN202011103674A CN112277335A CN 112277335 A CN112277335 A CN 112277335A CN 202011103674 A CN202011103674 A CN 202011103674A CN 112277335 A CN112277335 A CN 112277335A
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金鑫
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Abstract

本发明公开了一种3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的方法及结构，其方法包括步骤：利用3D建模技术建立适配于各含水层的贴砾层三维立体模型；利用3D打印方法按照贴砾层三维立体模型制作贴砾层，所述贴砾层包括对扣形成管状的第一弧形片和第二弧形片；将所述第一弧形片和所述第二弧形片对扣于对应的滤水管上形成所述贴砾过滤器。本发明可快速制作多个适用于不同深度含水层的颗粒粒径、孔隙分布、强度等均符合需求的贴砾层。

Description

3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的方法及结构
技术领域
本发明涉及降水工程技术领域，尤其涉及一种3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的方法及结构。
背景技术
贴砾过滤器起源于二十世纪70年代，在降水井成井过程中采用贴砾过滤器代替传统回填滤料(如各种级配的砂土、砾石等)，有如下几项优点：①取消了成井过程中的回填滤料工序，施工成本降低。②成井过程中代替滤料的贴砾层随井管准确下至含水层部位，成井质量可靠。③有利于洗井。过滤器与井壁间的环状间隙不用填任何充填物(不填砾成井时)，洗井过程中只要井管内外有一定的水位差，泥皮就容易垮塌。尽管贴砾过滤器在管井成井中具有上述优点，但传统的贴砾层均由合成树脂等粘结剂将一定粒径规格且具有较高磨圆度的石英砂、陶粒、塑料、磁砂等滤料颗粒粘贴到可透水的钢质或塑料管上制成，滤料颗粒的粒径大小和孔隙特征需要根据地层土体的颗粒级配来确定，针对突变渐变地层或者其他含水层、隔水层交替分布的复杂地层，则须按需制作多个适用于不同含水层的贴砾过滤器，如采用传统方法制作费事费力且成功率较低，制成的贴砾层往往存在综合孔隙率低、孔隙结构固定、力学性质较差等缺陷，阻沙滤水效果较差且在安装和成井过程中容易损坏，极大地限制了其在降水井领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的方法及结构，可快速制作多个适用于不同深度含水层的颗粒粒径、孔隙分布、强度等均符合需求的贴砾层。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的方法，利用3D建模技术建立适配于各含水层的贴砾层三维立体模型；
利用3D打印方法按照贴砾层三维立体模型制作贴砾层，所述贴砾层包括对扣形成管状的第一弧形片和第二弧形片；
将所述第一弧形片和所述第二弧形片对扣于对应的滤水管上形成所述贴砾过滤器。
可选地，在建立贴砾层三维立体模型的步骤之前，还包括步骤：
检测地层中含水层的分布情况；
根据各含水层土体的颗粒级配确定匹配各含水层所需的贴砾过滤器外层贴砾层的颗粒粒径、空隙分布。
可选地，所述3D打印方法包括以下一种或多种：选择性激光烧结法、选择性激光熔化法、电子束熔化法、三维印刷法。
可选地，所述第一弧形片对扣于所述第二弧形片的连接端部设有凸榫，所述第二弧形片对扣于所述第一弧形片的连接端部设有供所述凸榫卡接的凹槽。
可选地，在利用3D打印方法按照贴砾层三维立体模型制作贴砾层的步骤中所用的打印材料包括以下一种或多种：粉末状的聚合物、陶瓷、复合材料。
以及，一种3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的结构，包括：
两端开口的滤水管，包括管体以及设于所述管体上的多个透水孔；
利用3D打印方法制成且设于所述滤水管外层呈多孔结构状的贴砾层，包括对扣形成管状的第一弧形片和第二弧形片。
可选地，所述第一弧形片对扣于所述第二弧形片的连接端部设有凸榫，所述第二弧形片对扣于所述第一弧形片的连接端部设有供所述凸榫卡接的凹槽。
可选地，所述贴砾层由粉末状的聚合物、陶瓷以及复合材料中的一种或多种制成。
可选地，所述透水孔呈圆形或竖长条形设置。
可选地，所述滤水管为塑料管或钢管。
本发明由于采用上述技术方案，使其具有以下有益效果：通过3D打印技术可快速制作多个适用于不同深度含水层的颗粒粒径、孔隙分布、强度等均符合需求的贴砾层，并通过扣合的方式紧贴于滤水管上形成贴砾过滤器，可以解决传统方法费事费力，成功率低，制成的贴砾层综合孔隙率低、孔隙结构固定、力学性质较差等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明降水井贴砾过滤器的使用状态示意图。
图2示出了图1中A处的局部结构示意图。
图3示出了本发明降水井贴砾过滤器中滤水管的结构示意图。
图4示出了本发明降水井贴砾过滤器中贴砾层的俯视结构示意图。
图5示出了本发明降水井贴砾过滤器中贴砾层的侧面剖视结构示意图。
图6示出了本发明降水井贴砾过滤器中贴砾层组装后的立体结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明实施例的3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的方法，用于基坑降水工程，尤其是突变渐变地层或其他含水层、隔水层交替分布的复杂地层情况，包括以下步骤：
S1：检测地层中含水层的分布情况，确定含水层的层数、深度、厚度以及土体的颗粒级配。
S2：根据各含水层土体的颗粒级配确定匹配各含水层所需的贴砾过滤器外层贴砾层2的颗粒粒径、空隙分布。
S3：利用3D建模技术建立适配于各含水层的贴砾层三维立体模型。
三维立体模型的模型信息包括：
对应步骤S2中确定的贴砾层2沿径向变化的颗粒粒径和孔隙分布特征；
与各含水层的厚度匹配的贴砾层2的长度；
贴砾层2的厚度。
S4：利用3D打印方法按照贴砾层三维立体模型制作贴砾层2，所述贴砾层2包括对扣形成管状的第一弧形片和第二弧形片。
其中，所述3D打印方法包括以下一种或多种：选择性激光烧结法(SLS)、选择性激光熔化法(SLM)、电子束熔化法(EBM)、三维印刷法(3DP)。
在利用3D打印方法按照贴砾层2三维立体模型制作贴砾层2的步骤中所用的打印材料包括以下一种或多种：粉末状的聚合物、陶瓷、复合材料，从而打印出与含水层土体的颗粒级配对应的贴砾层2从而达到透水过滤效果。
所述第一弧形片对扣于所述第二弧形片的连接端部设有凸榫21，所述第二弧形片对扣于所述第一弧形片的连接端部设有供所述凸榫21卡接的凹槽22，凹槽22的形状以及大小与凸榫21的形状以及大小匹配。通过拆分成第一弧形片和第二弧形片状的提前制作好的贴砾层2可较为方便的安装至滤水管1上。
在实际操作中，选择合适的3D打印方法、打印材料、打印设备，计算机控制完成贴砾层模型制作。
S5：将所述第一弧形片和所述第二弧形片对扣于对应的滤水管1上形成所述贴砾过滤器。
其中，滤水管1包括与贴砾层2长度对应的管体11以及设于所述管体11上的多个透水孔12。将第一弧形片和第二弧形片对扣时，凸榫21卡接于凹槽22内，由于凹槽22的形状以及大小与凸榫21的形状以及大小匹配，从而使第一弧形片和第二弧形片可稳固地连接。
最后将贴砾过滤器与井壁管焊接形成完整井管，应用于成井钻孔中，将其置于对应的含水层的深度位置，如图1所示。
如图2-6所示，本发明实施例的3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的结构，包括两端开口的滤水管1以及设于所述滤水管1外层呈多孔结构状的贴砾层2，贴砾层利用3D打印方法制成。
滤水管1包括与含水层的高度对应的管体11以及设于所述管体11上的多个透水孔12，所述透水孔12呈圆形或竖长条形设置，达到透水效果。所述滤水管1为塑料管或钢管，塑料管可选用PVC-U塑料管。
贴砾层2包括与含水层的高度对应且对扣形成管状的第一弧形片和第二弧形片，所述第一弧形片对扣于所述第二弧形片的连接端部设有凸榫21，所述第二弧形片对扣于所述第一弧形片的连接端部设有供所述凸榫21卡接的凹槽22。
所述贴砾层2由粉末状的聚合物、陶瓷以及复合材料中的一种或多种制成，在支座贴砾层2之前，需检测地层中含水层的分布情况，确定含水层的层数、深度、厚度以及土体的颗粒级配，从而选择合适的材料制作与含水层适配的贴砾层2。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用3D建模技术建立适配于各含水层的贴砾层三维立体模型；
利用3D打印方法按照贴砾层三维立体模型制作贴砾层，所述贴砾层包括对扣形成管状的第一弧形片和第二弧形片；
将所述第一弧形片和所述第二弧形片对扣于对应的滤水管上形成所述贴砾过滤器。
2.如权利要求1所述的3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的方法，其特征在于，在建立贴砾层三维立体模型的步骤之前，还包括步骤：
检测地层中含水层的分布情况；
根据各含水层土体的颗粒级配确定匹配各含水层所需的贴砾过滤器外层贴砾层的颗粒粒径、空隙分布。
3.如权利要求1所述的3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的方法，其特征在于，所述3D打印方法包括以下一种或多种：选择性激光烧结法、选择性激光熔化法、电子束熔化法、三维印刷法。
4.如权利要求1所述的3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的方法，其特征在于，所述第一弧形片对扣于所述第二弧形片的连接端部设有凸榫，所述第二弧形片对扣于所述第一弧形片的连接端部设有供所述凸榫卡接的凹槽。
5.如权利要求1所述的3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的方法，其特征在于，在利用3D打印方法按照贴砾层三维立体模型制作贴砾层的步骤中所用的打印材料包括以下一种或多种：粉末状的聚合物、陶瓷、复合材料。
6.一种3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的结构，其特征在于，包括：
两端开口的滤水管，包括管体以及设于所述管体上的多个透水孔；
利用3D打印方法制成且设于所述滤水管外层呈多孔结构状的贴砾层，包括对扣形成管状的第一弧形片和第二弧形片。
7.如权利要求6所述的3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的结构，其特征在于，所述第一弧形片对扣于所述第二弧形片的连接端部设有凸榫，所述第二弧形片对扣于所述第一弧形片的连接端部设有供所述凸榫卡接的凹槽。
8.如权利要求6所述的3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的结构，其特征在于，所述贴砾层由粉末状的聚合物、陶瓷以及复合材料中的一种或多种制成。
9.如权利要求6所述的3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的结构，其特征在于，所述透水孔呈圆形或竖长条形设置。
10.如权利要求6所述的3D打印技术形成对扣式降水井贴砾过滤器的结构，其特征在于，所述滤水管为塑料管或钢管。
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