CN103290883A - 利用负压排除回灌水中空气提高地下水回灌效率的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用负压排除回灌水中空气提高地下水回灌效率的方法，目的是消除回灌水中气泡造成的砂类土空隙堵塞；本发明先制作一个回灌水排气装置，将该装置安装在地下水回灌井口旁；先向储水罐A注水，当罐体内水位上升到上限水位时，启动真空泵开启真空挡板阀对储水罐A抽真空，开启储水罐A底部的搅拌机，对储水罐A内的水进行搅拌，利用罐体内的压差，将气泡从水中排出；开启罐体A上的排水电磁阀，储水罐A中的回灌水通过排水泵经出水管和回灌水管向地下井回灌水；同时启动进水泵通过供水管向储水罐B中注水；储水罐B注水流程与储水罐A相同；储水罐A和储水罐B交替进行作业，保证地下水的连续回灌。

Description

利用负压排除回灌水中空气提高地下水回灌效率的方法
技术领域
本发明涉及一种利用负压排除回灌水中空气提高地下水回灌效率的方法，属地下水回灌技术领域。
背景技术
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方式再把它送回地下，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。然而地下水取水容易回灌难已成为各地利用地下水源热泵最大的制约瓶颈，困扰着浅层地热能的开发利用。地下水源热泵系统下水回灌中的一项技术难题是在回灌水中有大量细小气泡，极易造成砂类土空隙的堵塞而影响回灌效率；气泡内含有大量氧气使钢制回灌管生锈，影响管道使用年限，而且铁锈脱落还容易造成滤水管滤层堵塞而影响回灌效率。
发明内容：
本发明目的是为克服上述已有技术的不足，提供一种可消除回灌水中气泡造成的砂类土空隙堵塞、防止回灌管生锈的一种利用负压排除回灌水中空气的方法。
本发明方法是：
（1）制作一套专用的回灌水排气装置：该装置包括真空泵、进水泵、排水泵、供水管、出水管、回灌水管、压力传感器、电磁阀、真空挡板阀、抽真空管路、储水罐、搅拌机、单向气阀、电子水位计；储水罐上装有供水管、出水管、抽真空管路、单向气阀和上、下限电子水位计；供水管位于储水罐罐体高度的2/3处，上限电子水位计安装在供水管上方；供水管上安装有电磁阀；在储水罐上与供水管位置相对的另一侧罐体底部安装有出水管；下限电子水位计的位置略高于出水管位置；在储水罐顶部装有真空管和单向气阀，真空管上装有真空泵、真空挡板阀和压力传感器；搅拌机包括电机、联轴器、风叶；风叶通过联轴器安装在电机轴上，电机通过螺栓安装在储水罐底部外面，电机轴穿过储水罐底部伸入至罐体内，风叶位于罐体内底部位置；储水罐共有两个，分别是储水罐A和储水罐B，两个储水罐大小形状结构及配套设施均相同；
(2) 将上述回灌水排气装置安装在地下水回灌井口旁；通过进水泵及供水管先向储水罐A注水，当罐体内水位上升到上限水位时，关闭该供水管上电磁阀，停止向储水罐A供水，接着启动真空泵开启真空挡板阀对储水罐A抽真空，同时开启储水罐A底部的搅拌机，对储水罐A内的水进行搅拌，利用罐体内的压差，将气泡从水中排出；当压力传感器检测到罐体内压力值低于-60KPa时，关闭真空挡板阀和搅拌机；
（3）开启罐体A上的排水电磁阀A2，储水罐A中的回灌水通过排水泵经出水管和回灌水管向地下井回灌水；同时启动进水泵通过供水管向储水罐B中注水；储水罐B注水流程与储水罐A相同；当储水罐A底部的下限电子水位计检测到没有水时，自动关闭排水电磁阀A2，储水罐A停止向地下井回灌水；此时储水罐B已完成抽真空排气泡等一系列动作，并开启储水罐B上的排水电磁阀B2，储水罐B开始向地下井回灌水；同时，再次向储水罐A注水，开始下一个系统循环；
储水罐B向地下回灌水的工作流程与储水罐A相同；储水罐A和储水罐B交替进行作业，保证地下水的连续回灌。
储水罐为封闭的圆形桶状，罐体上预留有维修口。储水罐材质选用碳钢，罐体内表面做防锈处理。
在开启储水罐底部的搅拌机，对储水罐内的水进行搅拌排出水中气泡时，或者当压力传感器检测到罐体内压力值低于-60KPa时，关闭真空挡板阀和搅拌机；或者当系统抽真空时间达到系统设定的时间后，关闭真空挡板阀和搅拌机。系统抽真空时间可按照经验值来设定。
真空泵安装在两个储水罐中间位置，分别通过抽真空管路与罐体进行连接，真空管路连接在储水罐罐体顶部的中心位置；连接两个罐体的真空管路上分别安装有真空挡板阀和压力传感器，可以实现对每个罐体进行独立抽真空。
本发明回灌水排气装置安装在地下水回灌井口旁。本发明方法可以在地下水回灌前消除回灌水中存在的大量细小气泡，不易造成砂类土空隙的堵塞，提高了回灌效率；因为消除了气泡内含有大量氧气，还避免了钢制回灌管生锈及铁锈脱落造成滤水管滤层堵塞等情况，延长了管道的使用年限。试验表明，本发明方法比以往直接回灌水方法相比，回灌水效率提高了50%～80%，管路的使用年限提高了50%左右。
附图说明
图1为本发明回灌水排气装置的结构示意图。
图中：1、供水管A；2、电磁阀A1；3、抽真空管路A；4、压力传感器A；5、单向气阀A；6、真空挡板阀A；7、电子水位计A1；8、储水罐A；9、搅拌机A；10、电子水位计A2；11、电磁阀A2；12、出水管A；13、真空泵；14、出水管B；15、电磁阀B2；16、电子水位计B2；17、回灌水管；18、电子水位计B1；19、真空挡板阀B；20、单向气阀B；21、抽真空管路B；22、压力传感器B；23、供水管B；24、电磁阀B1；25、储水罐B；26、搅拌机B。
具体实施方式
（1）制作一套专用的回灌水排气装置：储水罐A(8)和储水罐B(25)均为封闭的圆形桶状，罐体材质选用碳钢，罐体内表面做防锈处理。储水罐A(8)上连接有供水管A(1)、出水管A(12)、抽真空管路A(3)、单向气阀A(5)和上限电子水位计A1(7) 和下限电子水位计A2(10)；供水管A(1)安装位置在储水罐罐体高度的2/3处，在此位置略上安装有上限电子水位计A1(7)；供水管A(1)上安装有进水电磁阀A1(2)；在储水罐A(8)上与供水管A(1)位置相对另一侧的罐体底部安装有出水管A(12)，下限电子水位计A2(10)的位置略高于出水管位置。在储水罐A(8)顶部装有抽真空管路A(3)和单向气阀A(5)，抽真空管路A(3)上连接有真空泵(13)、真空挡板阀A(6)和压力传感器A(4)，可以实现对每个罐体独立抽真空。搅拌机A(9)包括电机、联轴器、风叶；风叶通过联轴器安装在电机轴上，电机通过螺栓安装在储水罐底部外，电机轴穿过储水罐底部伸入至罐体内，风叶位于罐体内底部。储水罐包括储水罐A(8)和储水罐B(25)，两个罐体大小形状结构均相同。
(2) 将上述专用排气回灌水装置安装在地下水回灌井口旁；通过进水泵及供水管A(1)将回灌水注入储水罐A(8)，当储水罐A(8)内水位上升到上限水位时，系统自动关闭该供水管上电磁阀A1(2)，停止向储水罐A(8)供水，接着开启真空泵(13)和真空挡板阀A(6)对储水罐A(8)未注水腔体空间抽真空，同时开启储水罐A(8)底部的搅拌机A(9)，对储水罐A(8)内的水进行搅拌，利用水中气泡和罐体内的压差，将气泡从水中排出，确保抽真空过程中水中的气泡大部分被排出；当压力传感器A(4)检测到储水罐A(8)内压力值低于-60KPa时，或者系统抽真空时间达到系统设定时间时，关闭真空挡板阀A(6)|、真空泵(13)和搅拌机A(9)；
（3）开启储水罐A(8)上的排水电磁阀A2(11)，将储水罐A(8)中的回灌水通过排水水泵由出水管A(12)和回灌水管(17)向地下井回灌水，当储水罐A(8)底部的下限位电子水位计A2(10)检测到没有水时，自动关闭排水电磁阀A2(11)，储水罐A(8)停止向地下回灌水；在储水罐A(8)开排水电磁阀A2(11)的同时，向储水罐B(25)中注入回灌水，储水罐B(25)注水的工作流程与储水罐A(8)相同。
再次将回灌水注入储水罐A(8)，开始下一个系统循环；同时，储水罐B(25)完成注水，开始向地下回灌水；储水罐B(25)向地下回灌水的工作流程与储水罐A(8)相同。储水罐A(8)和储水罐B(25)交替进行注水搅拌和向地下回灌水；保证地下水的实时连续回灌。
为方便计，储水罐A(8)、B(25)体积均为15 m3，罐体直径为2m，罐体最大高度为4.78米。罐体中储水体积为罐体体积的2/3；一个工作时间周期5min，即罐体的排水时间为5min，进水时间为2min，剩余抽真空和搅拌时间为3min。系统抽真空时间的经验值为3min。
根据常规的选型，真空泵（13）的抽速为3m3/min；真空泵（13）进气口径为65mm；对应的抽真空管路A(3）、抽真空管路B（21）、真空挡板阀A(6)和真空挡板阀B(19)的接口口径均选用65mm；排水泵流量2 m3/min, 进水泵流量5 m3/min，供水管A(1)、出水管A(12)、出水管B(14)及回灌水管(17)选用管径为3寸（公称直径为80mm）的碳钢水管，电磁阀A1(2)、电磁阀A2(11)、电磁阀B1(24)及电磁阀B2(15)口径为3寸；上限电子水位计A1(7)|、B1(18)的安装位置为距离罐体底部3.18m处，罐体底部下限电子水位计A2(10)、B2(16)的安装位置为0.2m处；搅拌机A(9)和搅拌机B(26)均选用功率为3kW的交流电机，加载至搅拌叶片上的转速为330rpm左右时，搅拌效果最佳，搅拌叶片直径为300mm。

Claims (5)

1.一种利用负压排除回灌水中空气提高地下水回灌效率的方法，其特征是：
（1）制作回灌水排气装置：该装置包括真空泵、进水泵、排水泵、供水管、出水管、回灌水管、压力传感器、电磁阀、真空挡板阀、抽真空管路、储水罐、搅拌机、单向气阀、电子水位计；储水罐上装有供水管、出水管、抽真空管路、单向气阀和上、下限电子水位计；供水管位于储水罐罐体高度的2/3处，上限电子水位计安装在供水管上方；供水管上安装有电磁阀；在储水罐上与供水管位置相对的另一侧罐体底部安装有出水管；下限电子水位计的位置略高于出水管位置；在储水罐顶部装有真空管和单向气阀，真空管上装有真空泵、真空挡板阀和压力传感器；搅拌机包括电机、联轴器、风叶；风叶通过联轴器安装在电机轴上，电机通过螺栓安装在储水罐底部外面，电机轴穿过储水罐底部伸入至罐体内，风叶位于罐体内底部位置；储水罐共有两个，分别是储水罐A和储水罐B，两个储水罐大小形状结构及配套设施均相同；
(2) 将上述回灌水排气装置安装在地下水回灌井口旁；通过进水泵及供水管先向储水罐A注水，当罐体内水位上升到上限水位时，关闭该供水管上电磁阀，停止向储水罐A供水，接着启动真空泵开启真空挡板阀对储水罐A抽真空，同时开启储水罐A底部的搅拌机，对储水罐A内的水进行搅拌，利用罐体内的压差，将气泡从水中排出；当压力传感器检测到罐体内压力值低于-60KPa时，关闭真空挡板阀和搅拌机；
（3）开启罐体A上的排水电磁阀，储水罐A中的回灌水通过排水泵经出水管和回灌水管向地下井回灌水；同时启动进水泵通过供水管向储水罐B中注水；储水罐B注水流程与储水罐A相同；当储水罐A底部的下限电子水位计检测到没有水时，自动关闭罐体A上的排水电磁阀，储水罐A停止向地下井回灌水；此时储水罐B已完成抽真空排气泡等一系列动作，并开启储水罐B上的排水电磁阀，储水罐B开始向地下井回灌水；同时，再次向储水罐A注水，开始下一个系统循环；
储水罐B向地下回灌水的工作流程与储水罐A相同；储水罐A和储水罐B交替进行作业，保证地下水的连续回灌。
2.如权利要求1所述的利用负压排除回灌水中空气提高地下水回灌效率的方法，其特征是储水罐为封闭的圆形桶状，罐体上预留有维修口。
3.如权利要求1或2所述的利用负压排除回灌水中空气提高地下水回灌效率的方法，其特征是储水罐材质选用碳钢，罐体内表面做防锈处理。
4.如权利要求1所述的利用负压排除回灌水中空气提高地下水回灌效率的方法，其特征是在开启储水罐底部的搅拌机，对储水罐内的水进行搅拌排出水中气泡时，当系统抽真空时间达到系统设定的时间后，关闭真空挡板阀和搅拌机。
5.如权利要求1或4所述的利用负压排除回灌水中空气提高地下水回灌效率的方法，其特征是系统抽真空时间按照经验值来设定。
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