CN104328821A - 一种井下电控抽水回灌两用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种井下电控抽水回灌两用装置，包括外管、内基管、环形步进电机、螺纹管、阀套装置，外管上开有竖向排列的阀口；内基管包括上内基管和下内基管；环形步进电机转子套设在上内管上可灵活转动，环形电机定子固定在外管内壁面上；环形电机输出轴与环形螺纹管连接，通过输出轴运动调节螺纹管垂直方向上下移动；阀套装置包括阀环、阀杆、堵头活塞，通过阀杆连接螺纹管、阀环、堵头活塞，阀套装置用于开启和关闭阀口和下内基管上水口。本发明通过环形步进电机控制阀套装置垂向运动调节抽水和回灌方式，并可精确连续调节回灌流量，本发明结构紧凑、自动控制程度高，具有良好的应用前景。

Description

一种井下电控抽水回灌两用装置
技术领域
本发明属于地下人工回灌控制装置技术领域，具体涉及一种井下电控抽水回灌两用装置。
背景技术
随着社会经济的快速发展，水资源供需矛盾十分突出，地下水过度开采，许多地区出现地下水位持续下降、地面沉降等一系列生态环境地质问题，面对上述问题，地下水人工补给是更为积极有效的策略，是维持地下水资源采补平衡的重要技术手段。目前地下水人工补给以井灌方式为主，如何提高井回灌质量和效率，达到抽水和回灌两用，其井下控制装置是关键环节之一。
以井回灌方式为主的传统方法为：区域内划分抽水井和回灌井类型，抽水井仅能抽水、回灌井仅能回灌，其工程造价高。除此之外，目前也有采用两根输水管线进行同井地下水抽取与回灌，其中，一根水管连接地下水抽水动力装置取水，而另一根直接伸入水井中用于回灌。该方式存在以下缺点：1.无法利用同一水管实现地下水回灌和抽取，成井口径大，工程造价高，尤其对于地下水埋深较大的水井；2.回灌水管往往不封闭，出水口压力变化大导致水中携带大量气泡易堵塞含水层；3.由于回灌管末端水作用力大，致使回灌水管摆动容易破损及井壁破坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种井下电控抽水回灌两用装置，以解决同井同水管抽水和回灌功能不能兼得的问题，以及回灌流量调节准确度的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种井下电控抽水回灌两用装置，包括外管、内基管、环形步进电机、螺纹管和阀套装置，所述外管壁上开设有竖向排列的阀口，环形步进电机位于外管与内基管形成的的环形腔体内，所述内基管包括上内基管和下内基管，环形步进电机的转子套设在上内基管上，环形步进电机的定子固定在外管内壁上，环形步进电机的输出轴与螺纹管连接，螺纹管位于环形步进电机转子下方，螺纹管套设于上内基管上，所述阀口上方的外管内壁上设有密封装置，螺纹管与密封装置紧密接触，螺纹管的底部通过阀套装置与下内基管连接，下内基管的底部设有上水口。
具体地，所述阀套装置包括阀环、阀杆和堵头活塞，螺纹管的底部通过阀杆与阀环连接，阀环通过阀杆与堵头活塞连接，堵头活塞位于下内基管内且可上下自由滑动，阀环紧密贴合在外管内壁上且可上下自由滑动。
具体地，所述环形步进电机通过螺纹管和阀杆带动阀环向上移动至将阀口密封时，堵头活塞从下内基管内向上抽出；所述阀环位于阀口下方时，堵头活塞位于下内基管内。
具体地，所述环形步进电机为三相步进电机，其转子为永磁式，定子为绕制线圈，其步距角为15°。
具体地，所述阀环与外管内壁之间设有密封圈。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明控制阀电驱动，内部集成，减少了地面相关配套装置，便于安装和操作；
2、调节阀套开启和关闭状态，实现同井同水管回灌和抽水两用功能；
3、调节阀口开度，可实现回灌流量准确调节，稳定回灌水压，防止气蚀现象，减小含水层堵塞程度；
4、能够方便获取阀套位置和阀口开度数据；
5、原理简单，结构紧凑，易于推广。
附图说明
图1是本发明井下电控抽水回灌两用装置回灌状态结构剖视图。
图2是本发明井下电控抽水回灌两用装置抽水状态结构剖视图。
图3是本发明井下电控抽水回灌两用装置阀口结构示意图。
图中，1、外管，2、定子，3、转子，4、上内基管，5、密封装置，6、螺纹管，7、阀口，8、阀杆，9、阀环，10、堵头活塞，11、下内基管，12、密封圈。
具体实施方式
如图1-3所示，一种井下电控抽水回灌两用装置，包括外管1、内基管、环形步进电机、螺纹管6和阀套装置，所述外管1壁上开设有竖向排列的阀口7，阀口7呈现竖向六排列长方形或者梯形状，回灌状态下，回灌水通过外管1阀口7回灌至含水层。
进一步的，环形步进电机位于外管1与内基管形成的的环形腔体内，所述内基管包括上内基管4和下内基管11，上内基管4和下内基管11分别与外管1两端螺纹连接，内基管分体设置，便于环形步进电机、螺纹管6以及阀套装置的安装。
进一步的，环形步进电机为三相步进电机，其转子3为永磁式，定子2为绕制线圈，其步距角为15°，环形步进电机在不通电状态下，电机转子3具有自身的锁定力矩的功能。
进一步的，环形步进电机的转子3套设在上内基管4上并可灵活转动，环形步进电机的定子2固定在外管1内壁上，环形步进电机的输出轴与螺纹管6连接，通过输出轴调节螺纹管6直线运动。
进一步的，螺纹管6位于环形步进电机转子3下方，螺纹管6套设于上内基管4上，所述阀口7上方的外管1内壁上设有密封装置5，螺纹管6与密封装置5紧密接触，通过密封装置5密封环形腔体，密封装置5包括电气密封和轴承密封，采用双层密封，严格防止环形腔体内进入水体以保护电机正常运行。
进一步的，螺纹管6的底部通过阀套装置与下内基管11连接，下内基管11作为抽水时的上水口，阀套装置用于开启和关闭外管1阀口7和下内基管11的上水口。具体地，阀套装置包括阀环9、阀杆8和堵头活塞10，螺纹管6的底部通过阀杆8与阀环9连接，阀环9通过阀杆8与堵头活塞10连接，堵头活塞10位于下内基管11内且具有一定的密封性可上下自由滑动，阀环9采用高硬度树脂材料，紧密贴合在外管1内壁上且可上下自由滑动，阀环9与外管1内壁之间设有密封圈12。当环形步进电机通过螺纹管6和阀杆8带动阀环9向上移动至将阀口7密封时，堵头活塞10从下内基管11内向上抽出；当阀环9位于阀口7下方时，堵头活塞10位于下内基管11内。
具体的下水回灌和抽水的控制过程如下：
(1)进行地下水回灌时，其结构剖视图如图1所示，根据当前阀口7开度，调节阀环9位置，以便控制回灌流量。步骤：假设阀口7完全关闭，启动电源，调整环形步进电机歩距角，利用环形步进电机转子3产生正向扭矩，并通过输出轴，驱动螺纹管6开始直线运动，进而推动阀环9向下移动，逐渐打开阀口7，同时，阀套装置上的堵头活塞10关闭下内基管11上水口，即可实现一次地下水回灌过程控制。若是回灌管内输水流量较大，可重复连续调整环形步进电机的步距角，改变阀口开度，调整回灌流量。
(2)进行地下水抽水时，其结构剖视图如图2所示，抽水过程控制比回灌过程控制相对简单，但是过程恰好相反，假设当前阀口7完全打开，连续反向调节环形步进电机歩距角，产生反向旋转扭矩，最终使得阀环9完全关闭外管1上的所有阀口7，即可将回灌模式转化为抽水模式。
本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (5)

1.一种井下电控抽水回灌两用装置，其特征在于，包括外管、内基管、环形步进电机、螺纹管和阀套装置，所述外管壁上开设有竖向排列的阀口，环形步进电机位于外管与内基管形成的的环形腔体内，所述内基管包括上内基管和下内基管，环形步进电机的转子套设在上内基管上，环形步进电机的定子固定在外管内壁上，环形步进电机的输出轴与螺纹管连接，螺纹管位于环形步进电机转子下方，螺纹管套设于上内基管上，所述阀口上方的外管内壁上设有密封装置，螺纹管与密封装置紧密接触，螺纹管的底部通过阀套装置与下内基管连接，下内基管的底部设有上水口。
2.根据权利要求1所述的井下电控抽水回灌两用装置，其特征在于，所述阀套装置包括阀环、阀杆和堵头活塞，螺纹管的底部通过阀杆与阀环连接，阀环通过阀杆与堵头活塞连接，堵头活塞位于下内基管内且可上下自由滑动，阀环紧密贴合在外管内壁上且可上下自由滑动。
3.根据权利要求1所述的井下电控抽水回灌两用装置，其特征在于，所述环形步进电机通过螺纹管和阀杆带动阀环向上移动至将阀口密封时，堵头活塞从下内基管内向上抽出；所述阀环位于阀口下方时，堵头活塞位于下内基管内。
4.根据权利要求1所述的井下电控抽水回灌两用装置，其特征在于，所述环形步进电机为三相步进电机，其转子为永磁式，定子为绕制线圈，其步距角为15°。
5.根据权利要求2所述的井下电控抽水回灌两用装置，其特征在于，所述阀环与外管内壁之间设有密封圈。
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