CN104950011A - 一种定流量调整的高精度岩土热物性测试仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种定流量调整的高精度岩土热物性测试仪。主要包括：循环泵，循环泵的进水口与进水管相连通，循环泵的出水口通过第一联通管与加热器连通，加热器依次通过第二联通管、第一变径接头和变径进水管与流量计的进水口相连通，流量计的出水口通过变径出水管、第二变径接头与出水管相连通；其中，所述进水管、第一联通管、第二联通管和出水管的内径相同；变径进水管和变径出水管内径相同且小于出水管的内径，来使得通过流量计的水的流速与流量计自身相适配。本发明所提供的测试仪，通过改变与流量计的进水口和出水口相连接的管的内径，增加流量计内流速，使得测试仪器与流量计整体更佳适配，且不影响仪器整体阻力，确保了测试效果。
Description
技术领域
本发明涉及能源设备领域，具体的说，是涉及一种定流量调整的高精度岩土热物性测试仪。
背景技术
近年来由于对建筑节能及减少大气雾霾等环境问题的关注，利用可再生的浅层地热能的地源热泵技术在建筑空调领域得到了迅速发展。其中地埋管地源热泵技术利用大地热容量巨大且地下岩土体温度相对稳定的特性，通过闭环式地埋管换热器夏季向岩土体释放热量、冬季从岩土体吸收热量，实现地源热泵对建筑物供冷供热。
地埋管分项投资通常占整个地源热泵系统初投资的1/2～1/3。科学合理地设计地埋管是地源热泵系统的关键。地埋管区域地质综合热物性参数是设计地埋管的主要参数，然而地下地质结构复杂，地层岩性和地下水条件各异，热物性参数相差也比较大。如果热物性参数选择不准确，则可能导致设计的地埋管部分不能满足负荷要求，系统运行效率降低甚至无法正常运行，或可能导致地埋管分项规模过大而增加初投资。
因此必须在地源热泵系统工程设计之前进行岩土热物性测试，最佳的是在场地进行原位测试，以获得准确的热物性参数，为地源热泵系统工程设计提供依据。
现有装置当中，进行岩土热物性测试的仪器已经有很多了。通常分为便携式、箱柜式和车载式三类。便携式测试仪器相对而言加热功率较小，在地层内不足引起足够强度的热响应，国际地源热泵协会推荐50～80w/m的加热功率，在实际测试过程中，很难达到要求。车载式测试仪器虽然加热功率及各项参数均满足要求，但是车辆需要良好的场地条件。但是测试属于工程前期的阶段性工作，通行情况较差，就会导致经常出现大幅改变钻孔测试位置、等候优良天气时间甚至无法测试等多种问题。
在流量调整方面，普通的便携式测试仪器一般不具有流量调节功能，基本是在特定的电压和钻孔深度条件下的自然流量，与实际地源热泵系统地源侧单孔流量有所差异，因此并非最佳流量。仪器进出口温差也不一定在合理温差范围之内，因此测试数据无法得到保证，测试精度较低。箱柜式测试仪器多通过设置三通及阀门进行流量调节，而三通加阀门的结构设计时非常复杂，并需要占用过多的空间，在调节过程中无法实现量化调节，整体调节精度较差。
在流量测量精度方面，一般测试仪器均采用较大口径的流量计，而测试仪整体的流速范围不一定在最佳流速参数之内，或者当其流速范围达到在测量最佳流速参数范围之内时，仪器的整体流量较大，不在实际地源热泵系统地源侧单孔流量范围之内，也影响到测试仪器进出口温差和加热功率的设定。因此较大口径的流量计其一般测量精度较低。
综上所述，如何设计一种结构简单，携带方便，计量准确的岩土热物性测量仪器，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种定流量调整的高精度岩土热物性测试仪。本发明所提供的测试仪，通过改变与流量计的进水口和出水口相连接的管的内径，使得测试仪器与流量计整体更佳适配，且基本不影响仪器整体阻力，确保了测试效果。
为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种定流量调整的高精度岩土热物性测试仪，包括：循环泵，循环泵的进水口与进水管相连通，循环泵的出水口通过第一联通管与加热器连通，加热器依次通过第二联通管、第一变径接头和变径进水管与流量计的进水口相连通，流量计的出水口通过变径出水管、第二变径接头与出水管相连通；
其中，所述进水管、第一联通管、第二联通管和出水管的内径相同；变径进水管和变径出水管的内径均小于出水管的内径，来使得通过流量计的水的流速与流量计自身相适配。
优选的，所述加热器上具有排气阀。
优选的，所述联通管上安装有静态平衡阀。
优选的，所述加热器和循环泵均被同一配电装置供电。
优选的，所述变径进水管和变径出水管的内径相同，其长度满足流量计安装要求。
优选的，所述进水管上设有温度传感器，该温度传感器将温度信号反馈至数据采集与记录仪。
优选的，所述出水管上也设有温度传感器，该温度传感器将温度信号反馈至数据采集与记录仪。
优选的，所述数据采集与记录仪与流量计相连接。
优选的，所述数据采集与记录仪与加热器及其功率变送器相连接。
优选的，所述进水管还与定压补水装置相连通。
本发明的有益效果是：
(1)流量计两端的进水管与出水管的直径均小于测试仪当中其他管路的内径，使得本装置能够基本不改变整体阻力的情况下提高了经过流量计的水流的流速，则流量计测试数据与实际数据更加接近；
(2)通过设置排气阀来使得测试仪当中循环的介质均为液态，保证了流量测量的准确性；
(3)虽然本装置整体为箱柜式形式，但通过设置静态平衡阀来实现定量化调整仪器整体流量。相对于现有的三通加阀门的结构而言，可大幅减小设计复杂程度与设备体积，使得本测试仪体积与质量均较小，接近于便携式，便于被人工携带移动，实现原位测量，基本不受测试场地通行情况的限制。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的应用状态图；
图中：1、循环泵，2、静态平衡阀，3、排气阀，4、加热器，5、流量计，6、第一变径接头，7、第二变径接头，8、进水温度传感器，9、出水温度传感器，10、配电装置，11、数据采集与记录仪，12、定压补水装置，13、进水管，14、第一联通管，15、第二联通管，16、变径进水管，17、变径出水管，18、出水管，19、钻孔，20、定流量调整的高精度岩土热物性测试仪，21、地埋管。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行详细说明。
实施例1：一种定流量调整的高精度岩土热物性测试仪20，其结构如图1所示，包括：循环泵1，循环泵1的进水口与进水管13相连通，循环泵1的出水口通过第一联通管14与加热器4连通，加热器4依次通过第二联通管15、第一变径接头6和变径进水管16与流量计5的进水口相连通，流量计5的出水口通过变径出水管17、第二变径接头7与出水管18相连通；
其中，进水管13、第一联通管14、第二联通管15和出水管18的内径与外径均相同；变径进水管16和变径出水管17的内径相同且小于出水管18的内径，来使得通过流量计5的热水的流速加快，与流量计5自身相适配。
流量计5可选择电磁流量计。
所述加热器4上具有排气阀3，以便于放出测试仪内部的气体。
所述第一联通管14上安装有静态平衡阀2，来调节测试仪内部的整体阻力。
加热器4和循环泵1均被同一配电装置10供电。
所述变径进水管16和变径出水管17的内径相同且小于出水管18内径。
作为另一种选择，所述变径进水管16和变径出水管17的外径也可以相同。
所述进水管13上设有进水温度传感器8，进水温度传感器8将进水温度信号反馈至数据采集与记录仪11。
所述出水管18上设有出水温度传感器9，出水温度传感器9将出水温度信号反馈至数据采集与记录仪11。
所述数据采集与记录仪11与流量计5相连接，用于记录流量计5流量信号。
所述数据采集与记录仪11与加热器4相连接，用于记录加热器4的有功功率信号(配有功率变送器)
为了保证测试过程中的压力，进水管13还与定压补水装置12相连通，来维持整体压力的恒定。
参考图2所示，进行测试时，将本装置与预先埋置在钻孔19内的地埋管21相连通，然后通水通电即可。因本装置提及较小，所以加热器4在选择时，可选择小型加热器，加热量达到6kw时，即可满足50w/m的加热功率。
本发明当中：
(1)由于测试属于可行性阶段研究工作，每个场地的地质条件均不同，在相应的钻探工艺实时和埋管过程中，往往出现不同的钻孔深度，这就决定了实际测试时除仪器之外的地埋管的系统阻力均不相同。由于受不同的工作电压，循环泵1的扬程也发生了改变，通过设置静态平衡阀2，可以微调仪器内部的阻力，使本仪器在不同深度钻孔测试时，流量基本相同。流量调节的原理是：通过旋转手柄，使阀门过流断面逐渐发生变化，由此形成的局部阻力也发生改变，系统阻力随之改变。阻力变化后，循环泵1的流量也发生改变，达到调节的目的。
另外，静态平衡阀2对应每个开度都有对应的KV值，测试中只要测试出静态平衡阀2两端的压差，即可方便的用压力传感器测量并计算出经过静态平衡阀2的流量，来与流量计实时显示的数值进行比较。
因此，通过设置静态平衡阀2，实现了测试仪内部的量化流量调节，保证了在现场特定电压和钻孔深度的情况下，且在恒功率加热的情况下，使地埋管21的进出口水温保持在合理的温差范围之内，来提高测试数据的准确性。
(2)在与流量计5相连通的变径进水管16和变径出水管17的内径均小于测试仪内部其他管路的内径，使钻孔合理流量区间对应下的测试仪管路流速与所采用的流量计5的最佳测量参数相适配。因为缩小了内径的管路在测试仪当中仅有两段，所以对测试仪整体产生的阻力变化可以忽略不计，又使得两个变径管内部的流速增加并达到了流量计4的正常流速区间，保证了流量测量的准确性。
(3)排气阀3的设置可以使得装置内部介质循环时均为液体，提高了流量测量的准确度。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种定流量调整的高精度岩土热物性测试仪，其特征在于，包括：循环泵，循环泵的进水口与进水管相连通，循环泵的出水口通过第一联通管与加热器连通，加热器依次通过第二联通管、第一变径接头和变径进水管与流量计的进水口相连通，流量计的出水口通过变径出水管、第二变径接头与出水管相连通；
其中，所述进水管、第一联通管、第二联通管和出水管的内径相同；变径进水管和变径出水管内径相同且小于出水管的内径，来使得通过流量计的水的流速与流量计自身相适配。
2.根据权利要求1所述的定流量调整的高精度岩土热物性测试仪，其特征在于，所述加热器上具有排气阀。
3.根据权利要求1所述的定流量调整的高精度岩土热物性测试仪，其特征在于，所述第一联通管上安装有静态平衡阀。
4.根据权利要求1所述的定流量调整的高精度岩土热物性测试仪，其特征在于，所述加热器和循环泵均被同一配电装置供电。
5.根据权利要求1所述的定流量调整的高精度岩土热物性测试仪，其特征在于，所述变径进水管和变径出水管的内径相同。
6.根据权利要求1所述的定流量调整的高精度岩土热物性测试仪，其特征在于，所述进水管上设有温度传感器，该温度传感器将温度信号反馈至数据采集与记录仪。
7.根据权利要求6所述的定流量调整的高精度岩土热物性测试仪，其特征在于，所述出水管上也设有温度传感器，该温度传感器将温度信号反馈至数据采集与记录仪。
8.根据权利要求6所述的定流量调整的高精度岩土热物性测试仪，其特征在于，所述数据采集与记录仪与流量计相连接。
9.根据权利要求6所述的定流量调整的高精度岩土热物性测试仪，其特征在于，所述数据采集与记录仪与加热器相连接。
10.根据权利要求1所述的定流量调整的高精度岩土热物性测试仪，其特征在于，所述进水管还与定压补水装置相连通。
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| CN204789427U (zh) * | 2015-06-30 | 2015-11-18 | 山东中瑞新能源科技有限公司 | 一种定流量调整的高精度岩土热物性测试仪 |
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