CN103290829A

CN103290829A - 一种利用波动水流提高地下水回灌效率的方法

Info

Publication number: CN103290829A
Application number: CN2013101745214A
Authority: CN
Inventors: 秦作栋; 王国利; 韩栋梁; 杨永刚; 刘勇
Original assignee: 秦作栋
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-05-13
Also published as: CN103290829B

Abstract

一种利用波动水流提高地下水回灌效率的方法，目的是快速方便地消除地下水流各部位气泡阻塞问题；本发明方法是先制作一套波动能量发生器，该波动能量发生器包括超生波发生器和能量转换器；超生波发生器为一个输出频率连续可调的中频信号源；能量转换器包括U形共振腔、压电陶瓷片、固定架和外壳；将超生波发生器安装在地面上靠近回灌水管道处，能量转换器外壳上端口与回灌水管道最下端连接；通过水泵将回灌水泵入回灌水管道中，同时启动超生波发生器发出高频振荡信号，在回灌水管道下方水域内产生高频率的脉动水流，将地下各种不稳定阻塞气泡破坏，保证水流的畅通，提高回灌效率。

Description

一种利用波动水流提高地下水回灌效率的方法

技术领域

本发明涉及一种通过利用波动水流提高地下水回灌效率的方法，属地下水回灌技术领域。

技术背景

地下水蕴含有丰富的地热能资源，地下水源热泵是开发利用浅层地热能最经济的一种工程措施，凡在地下水源热泵适宜的地区利用地下水换热方式无疑应是首选方案。地下水同时又是一种可再生能力有限的自然资源，在取用了它的热能之后必须通过回灌再把它送回地下，与地温进行热交换后再次抽出来取用其热能，循环往复，地下水就成了一种利用浅层地热能的取之不尽用之不竭的良好媒介。如无可靠的回灌，将会引发严重的后果。地下水大量开采引起的地面沉降、地裂缝、地面塌陷等地质问题日渐显著。然而，地下水取水容易回灌难，这已成为各地利用地下水源热泵最大的制约瓶颈，其主要的制约问题是回灌阻塞问题，因此可能出现地下水直接地表排放的情况。回灌经验表明，真空回灌时，对于第四纪松散沉积层来说，颗粒细的含水层的回灌量一般为开采量的l/3~1/2，而颗粒粗的含水层则约为1/2~2/3。回灌井堵塞的原因之一是气泡阻塞，回灌入井时，在一定的流动情况下，水中可能夹带大量气泡，同时水中的溶解性气体可能因温度、压力的变化而释放出来。此外，也可能因生化反应而生成气体物质，最典型的如反硝化反应会生成氮气和氮氧化物。气泡的生成在潜水含水层中并不成问题，因为气泡可自行溢出；但在承压含水层中，就会对水流形成较大的阻力。一般的除防止注入水夹带气泡之外，对其他原因产生的气体还应进行特殊处理。

发明内容

本发明的目的是为克服上述已有技术存在的问题，提出一种可快速方便地消除地下水流各部位气泡阻塞问题的利用波动水流提高地下水回灌效率的方法。

本发明方法是：

（1）先制作一套波动能量发生器：该波动能量发生器包括超生波发生器和能量转换器；超生波发生器为一个输出频率连续可调的中频信号源；能量转换器包括U形共振腔、压电陶瓷片、固定架和外壳；外壳为具有上下端口的圆桶装，两端口设有方便与管道连接的螺纹接口；U形共振腔为一个U形金属不锈钢构件，U形共振腔的开口位于外壳上端口处，两侧翼片的中心线与外壳轴线平行，U形共振腔底部通过固定架装在外壳内壁上；压电陶瓷片共有两片，两个压电陶瓷片的负极相连并与超声波发生器的输出负极连接，两个压电陶瓷片的正极相连并与超声波发生器的输出正极连接，压电陶瓷片正极通过导电胶与U形共振腔的两侧翼片胶合连接；

（2）将超生波发生器安装在地面上靠近回灌水管道处，能量转换器外壳上端口与回灌水管道最下端连接；

（3）通过水泵将回灌水泵入回灌水管道中，同时启动超生波发生器，超生波发生器发出高频振荡信号，高频振荡信号通过连接电缆传递到能量转换器并转换成高频机械振荡能量，在回灌水管道最下端下方的水域内产生高频率的脉动水流，脉动能量通过脉动水流将地下砾石、沙石、以及土壤颗粒之间形成的各种不稳定阻塞气泡破坏，保证水流的畅通，提高回灌效率。

超生波发生器中频信号源的功率为5kw，频率输出范围为10～60kHz。超生波发生器的输出频率与能量转换器U形共振腔的固有频率相一致，形成谐振频率时的效率最高。U形共振腔底部的固定架包括一个竖杆和与竖杆垂直的十字杆，十字杆的四端焊接固定在外壳上。

由超生波发生器发出的中频振荡信号，加载到能量转换器上，转换成机械能，机械能以一种波的形式在水流中传递，其能量主要在能量转换器纵向方向向前传播，实现波与水流的纵向叠加，增加了水流的冲击力。通过波动产生的水脉动对地下阻塞部位形成冲击，其强大的冲击力有助于对以上六种堵塞情况进行疏通，从而达到打通堵塞增强回灌能力的目的。

本发明方法利用波动水流改善地下水回灌效率，可快速方便地消除地下各部位气泡阻塞问题，同时也提升了回灌井的使用年限。在相同功率的水泵作用下，使用本发明专利回灌水效率可提高30%～70%。

附图说明：

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明能量转换器结构示意图；

图3为本发明能量转换器电原理图。

图中：1、回灌水连接管道；2、电缆转接器；3、电缆线；4、超生波发生器；5、电缆线；6、回灌水管道；7、砾石；8、沙石；9、土壤颗粒；10、能量转换器；11、U形共振腔；12、压电陶瓷片；13、竖杆；14、外壳；15、十字杆。

具体实施方式

（1）先制作一套波动能量发生器。波动能量发生器包括超生波发生器4和能量转换器10；能量转换器包括U形共振腔11、压电陶瓷片12、固定架和外壳14；外壳14为具有上下端口的圆桶装，两端口设有方便与管道连接的螺纹接口；U形共振腔11为一个U形金属不锈钢构件，开口位于外壳14上端口处，两侧翼片的中心线与外壳14轴线平行，U形共振腔11底部通过固定架焊接固定在外壳14内壁上；两个压电陶瓷片12的负极相连并与超声波发生器4的输出负极连接，两个压电陶瓷片12的正极相连并与超声波发生器4的输出正极连接，压电陶瓷片12正极通过导电胶与U形共振腔11的两侧翼片胶合连接；

（2）将超生波发生器4安装在地面上靠近回灌水管道6处，能量转换器外壳14上端口连接在回灌水管道6最下端；

（3）通过水泵将回灌水泵入回灌水管道6，同时启动超生波发生器4发出高频振荡信号，高频振荡信号通过连接电缆线3、5传递到能量转换器10并转换成高频机械振荡能量，在回灌水管道6最下端下方的水域内产生高频率的脉动水流，脉动能量通过脉动水流将地下砾石7、沙石8、以及土壤颗粒9之间形成的各种不稳定阻塞气泡破坏，保证水流的畅通，提高回灌效率。

超生波发生器4提供频率跟踪信号，其功率为5ｋＷ，频率输出范围为10～60kHz。当工作在谐振频率点时其效率最高，工作最稳定，超生波发生器4最终输出频率大小由U形共振腔11的固有频率决定，先将两个压电陶瓷片12的正负极并联连接到频率计上，实际测得U形共振腔11的固有频率。然后将超生波发生器4的输出频率调整为U形共振腔的固有频率。

常用的回灌水管道6管径为3寸，其公称直径为80mm。外壳14的直径为80mm，与回灌水管道6管径相同，U形共振腔11高度为60~70mm，开口度为30~40mm。U形共振腔11的厚度为2.5~3mm，宽度为30~35mm。

Claims

1.一种利用波动水流提高地下水回灌效率的方法，其特征是：

（1）先制作一套波动能量发生器：该波动能量发生器包括超生波发生器和能量转换器；超生波发生器为一个输出频率连续可调的中频信号源；能量转换器包括U形共振腔、压电陶瓷片、固定架和外壳；外壳为具有上下端口的圆桶装，两端口设有方便与管道连接的螺纹接口；U形共振腔为一个U形金属不锈钢构件，U形共振腔的开口位于外壳上端口处，两侧翼片的中心线与外壳轴线平行，U形共振腔底部通过固定架装在外壳内壁；压电陶瓷片共有两片，两个压电陶瓷片的负极相连并与超声波发生器的输出负极连接，两个压电陶瓷片的正极相连并与超声波发生器的输出正极连接，压电陶瓷片正极通过导电胶与U形共振腔的两侧翼片胶合连接；

2.如权利要求1所述的利用波动水流提高地下水回灌效率的方法，其特征是超生波发生器中频信号源的功率为5ｋＷ，频率输出范围为10～60kHz。

3.如权利要求1所述的利用波动水流提高地下水回灌效率的方法，其特征是U形共振腔底部的固定架包括一个竖杆和与竖杆垂直的十字杆，十字杆的四端焊接固定在外壳上。

4.如权利要求1所述的利用波动水流提高地下水回灌效率的方法，其特征是超生波发生器的输出频率与能量转换器U形共振腔的固有频率相一致。