CN111623557B - 一种地源热泵地下温度检测传感器布设装置及布设方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地源热泵地下温度检测传感器布设装置及布设方法，属于新能源领域。包括竖管组件、扶正机构、发射管巢组件和若干测温传感组件，本发明扶正机构定位竖管组件，保证竖管组件在换热孔中相对稳定，发射管巢组件设置在竖管组件一侧且与竖管组件垂直，测温传感组件通过发射管巢组件射入岩土中，上述结构避免换热孔间密集打孔造成的串孔；具体的，竖管组件包括竖直外壳和固定在竖直外壳内的若干导线导轮，若干导线导轮可使测温传感组件的导线实现顺滑抽拉活动，避免测温传感组件发射时测温传感组件的导线产生缠绕。
Description
技术领域
本发明涉及一种地源热泵地下温度检测传感器布设装置及布设方法，属于新能源领域。
背景技术
地源热泵地埋管系统在施工回填完成后，需要获取在运行过程中地下岩土温度是如何变化的数据，并通过计算机仿真模拟换热孔周围岩土温度梯度。因为数学模型和实际地质情况相去甚远，很难准确体现地下岩土的温度场分布，而且只在换热孔中布设传感器，只能反映换热孔内的单点温度分布，无法反映换热孔周围岩土温度梯度数据。
通过在换热孔之间进行打孔布设测温传感组件有以下缺陷：一是在换热孔中间打孔布设测温传感组件钻孔费用高昂，二是由于技术条件限制，这种打孔布设测温传感组件的方式决定了在两个换热孔中间只能钻一个孔，若要钻两个或两个以上的孔施工难度大，孔的垂直度难以保证，可能导致传感器布设孔和换热孔形成交叉造成串孔，难以测准换热孔周围岩土温度梯度。
针对上述问题，本发明可以低成本在两个换热孔间布设两道或两道以上测线，力求尽可能密集地测得换热孔周围岩土温度，求准换热孔周围岩土温度梯度，以更准确地反映地下温度场分布，指导地源热泵系统的运行工况。
发明内容
对于现有技术中所存在的问题，本发明提供的一种地源热泵地下温度检测传感器布设装置及布设方法，实现了地源热泵地下岩土温度监测系统的密集、低成本布设。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种地源热泵地下温度检测传感器布设装置，包括竖管组件、扶正机构、发射管巢组件和若干测温传感组件，所述扶正机构定位所述竖管组件，所述发射管巢组件设置在竖管组件一侧，所述测温传感组件通过所述发射管巢组件射入岩土中；
所述竖管组件包括竖直外壳和固定在竖直外壳内的若干导线导轮，若干所述导线导轮可使若干测温传感组件的导线实现顺滑抽拉活动。
作为优选的技术方案，所述发射管巢组件包括发射管巢、点火装置和若干发射管，所述发射管巢设置在所述竖直外壳一侧并与所述竖直外壳轴向垂直，若干所述发射管设置在所述发射管巢中，所述点火装置设置在所述发射管根部并与所述竖直外壳固定连接。
作为优选的技术方案，所述发射管设有五个，五个所述发射管呈斜线布置。
作为优选的技术方案，所述竖管组件还包括设置在竖直外壳内的顶盖以及设置在竖直外壳一侧的可开合的侧盖，所述侧盖位置与所述发射管巢相对，所述顶盖设置在竖直外壳的上方，所述顶盖上设有若干导线穿孔，所述导线穿孔数量与所述发射管数量相同，所述顶盖上设有主控模块。
作为优选的技术方案，所述主控模块包括机械控制模块和点火模块，所述机械控制模块可以控制扶正机构动作，所述点火模块可以控制点火装置发出高压电脉冲形成高压电火花，引燃发射管内的发射药柱。
作为优选的技术方案，所述扶正机构包括上扶正器和下扶正器，所述上扶正器和下扶正器均分别设有三个支脚，所述支脚的开合通过电动齿轮结构实现。
作为优选的技术方案，所述测温传感组件包括尖锥形钢制外壳、测温传感器和导线，所述测温传感器设置在所述尖锥形钢制外壳腔体内，所述导线与所述测温传感器连接对温度数据进行传输。
作为优选的技术方案，所述竖直外壳内还设有若干盘圈筒，所述导线设有一段盘圈，所述盘圈设置在盘圈筒中且导线可穿过盘圈筒，所述盘圈的导线长度大于所述测温传感器射入地层的深度。
作为优选的技术方案，所述盘圈筒底部设有筒穿孔，所述导线导轮设置在盘圈筒底部，导线穿过筒穿孔与导线导轮配合后与测温传感器连接。
一种地源热泵地下温度检测传感器布设方法，包括如下步骤：
(1)将导线中间一段盘成盘圈，盘圈的导线长度应大于测温传感器射入地层的深度，打开侧盖，盘好的盘圈放入竖直外壳内部的盘圈筒内，导线穿过盘圈筒底部的导线穿孔，通过导线导轮进入发射管，将导线和测温传感器连接；
(2)将发射药柱从点火装置处装填到发射管中，关闭点火装置；
(3)将测温传感组件装填到发射管中，测温传感组件将发射药柱往后顶使得点火装置和发射药柱紧密接触；
(4)装填完成后，将装置下入换热孔中预定深度，打开扶正机构，以减小发射的后坐力对装置的影响，启动点火装置，将尾部带着导线的测温传感器以高速度发射出去并打入地层预定深度，完成测温传感器的布设；
(5)将装置按测温传感器预设间隔高度上提，依次进行点火发射，完成作业。
本发明的有益效果是：
1.本发明可以在换热孔间比较密集地布设竖直方向的测温测线，可以比较准确地测得地源热泵地埋管系统在运行过程中换热孔周围岩土温度梯度，可以更全面掌握地下温度场的分布，从而可以更好地指导地源热泵系统运行。
2.本发明通过发射管巢组件将测温传感器打入岩层中，不需要额外打孔，可以节省大量费用，避免了换热孔间密集打孔造成的串孔。
附图说明
图1为一种地源热泵地下温度检测传感器布设装置示意图；
图2为本发明发射管巢组件正视图；
图3为本发明内部正视示意图；
图4为本发明顶盖俯视示意图；
图5为本发明主控模块俯视图；
图6为本发明测温传感组件示意图；
图7为本发明扶正器结构示意图；
图8为本发明扶正器打开状态下俯视图。
图中，1、发射管巢组件，2、竖管组件，3、主控模块，4、扶正机构，5、发射药柱，6、测温传感组件，7、电缆，8、导线，101、发射管巢，102、点火装置，103、发射管，201、竖直外壳，202、导线导轮，203、顶盖，204、侧盖，205、盘圈筒，301、点火模块，302、机械控制模块，401、上扶正器，402、下扶正器，601、尖锥形钢制外壳，602、测温传感器，603、粘合剂，801、盘圈，2031、导线穿孔，2032、电缆穿孔。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面对本发明作进一步的说明。
如图1至图8所示，一种地源热泵地下温度检测传感器布设装置，包括竖管组件2、扶正机构4、发射管巢组件1和若干测温传感组件6，本发明扶正机构4定位竖管组件2，保证竖管组件2在换热孔中相对稳定，发射管巢组件1设置在竖管组件2一侧且与竖管组件2垂直，测温传感组件6通过发射管巢组件1射入岩土中，避免换热孔间密集打孔造成的串孔；
具体的，竖管组件2包括竖直外壳201和固定在竖直外壳201内的若干导线导轮202，若干导线导轮202可使测温传感组件6的导线8实现顺滑抽拉活动，避免测温传感组件6发射时测温传感组件6的导线8产生缠绕。
本发明发射管巢组件1包括发射管巢101、点火装置102和若干发射管103，发射管103内装填发射药柱5，发射药柱5是特制的固体火药柱，呈圆柱形，直径略小于发射管103的口径，发射药柱5长度根据所要将测温传感组件6打入地层深度来确定，当然不同种类不同力学性质的地层岩石，打入相同深度需要的发射药柱5长度是不同的，通过大量实验确定验证。发射管103优选设有五个，五个发射管103呈斜线布置，发射管巢101设置在竖直外壳201一侧并与竖直外壳201轴向垂直，若干发射管103设置在发射管巢101中，点火装置102设置在发射管103根部并与竖直外壳201固定连接，点火装置102边缘有个小豁口，以便导线8通过，同时尽可能减少引燃发射药柱5形成的高温燃气进入竖直外壳201内，本发明点火装置102可发出一个高压电脉冲，发射管103里装填好发射药柱5会在高压电脉冲下点燃。
本发明竖管组件2还包括设置在竖直外壳201内的顶盖203以及设置在竖直外壳201一侧的可开合的侧盖204，侧盖204位置与所述发射管巢101相对，侧盖204可开合，从而方便将发射药柱5以及导线8等进行布置，顶盖203设置在竖直外壳201的上方，顶盖203上设有若干导线穿孔2031，导线穿孔2031数量与发射管103数量相同，当然本发明顶盖203上还设有电缆穿孔2032，顶盖203上设有主控模块3，电缆穿孔2032内设有电缆7其与主控模块3连接，一方面为主控模块3提供电能，另一方面也起到信号传输的作用。
本发明主控模块3包括机械控制模块302和点火模块301，机械控制模块302可以控制扶正机构4动作，扶正机构4包括上扶正器401和下扶正器402，上扶正器401和下扶正器402均分别设有三个支脚，支脚的开合通过电动齿轮结构实现，机械控制模块302可以通过控制电动齿轮实现三个支脚不同角度的开合，本发明点火模块301可以控制点火装置102发出高压电脉冲形成高压电火花，引燃发射管103内的发射药柱5。
本发明测温传感组件6包括尖锥形钢制外壳601、测温传感器602和导线8，尖锥形钢制外壳601可以保证其有效穿射入地层中，而测温传感器602利用粘合剂603设置在尖锥形钢制外壳601腔体内，粘合剂603具有良好的减震、导热作用，导线8与测温传感器602连接对温度数据进行传输，点燃后的发射药柱5会将导线8和测温传感器602以很高的速度发射出去并打入地层预定深度，从而完成一个测温传感器602的布设。为避免因瞬时力过大导线8无法跟随测温传感器602射出，本发明在竖直外壳201内还设有若干盘圈筒205，具体的导线8设有一段盘圈801，盘圈801设置在盘圈筒205中且导线8可穿过盘圈筒205，盘圈筒205底部设有筒穿孔，导线导轮202设置在盘圈筒205底部，导线8穿过筒穿孔与导线导轮202配合后与测温传感器602连接，盘圈801的导线8长度大于测温传感器602射入地层的深度，另一方面本发明导线8可承受较大瞬时拉力，其次在其外皮涂有耐高温材料，可以承受短时间高温烧灼。
一种地源热泵地下温度检测传感器布设方法，包括如下步骤：
(1)将导线8中间一段盘成盘圈801，盘圈801的导线8长度应大于测温传感器602射入地层的深度，打开侧盖204，盘好的盘圈801放入竖直外壳201内部的盘圈筒205内，导线8穿过盘圈筒205底部的导线穿孔2031，通过导线导轮202进入发射管103，将导线8和测温传感器602连接；
(2)将发射药柱5从点火装置102处装填到发射管103中，关闭点火装置102；
(3)将测温传感组件6装填到发射管103中，测温传感组件6将发射药柱5往后顶使得点火装置102和发射药柱5紧密接触；
(4)装填完成后，将装置下入换热孔中预定深度，打开扶正机构4，以减小发射的后坐力对装置的影响，启动点火装置102，将尾部带着导线8的测温传感器602以高速度发射出去并打入地层预定深度，完成测温传感器602的布设；
(5)将装置按测温传感器602预设间隔高度上提，依次进行点火发射，完成作业。
对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种地源热泵地下温度检测传感器布设装置，其特征在于：包括竖管组件、扶正机构、发射管巢组件和若干测温传感组件，所述扶正机构定位所述竖管组件，所述发射管巢组件设置在竖管组件一侧，所述测温传感组件通过所述发射管巢组件射入岩土中；
所述竖管组件包括竖直外壳和固定在竖直外壳内的若干导线导轮，若干所述导线导轮可使若干测温传感组件的导线实现顺滑抽拉活动；
所述发射管巢组件包括发射管巢、点火装置和若干发射管，所述发射管巢设置在所述竖直外壳一侧并与所述竖直外壳轴向垂直，若干所述发射管设置在所述发射管巢中，所述点火装置设置在所述发射管根部并与所述竖直外壳固定连接；
所述扶正机构包括上扶正器和下扶正器，所述上扶正器和下扶正器均分别设有三个支脚，所述支脚的开合通过电动齿轮结构实现；
所述测温传感组件包括尖锥形钢制外壳、测温传感器和导线，所述测温传感器设置在所述尖锥形钢制外壳腔体内，所述导线与所述测温传感器连接对温度数据进行传输。
2.如权利要求1所述的一种地源热泵地下温度检测传感器布设装置，其特征在于：所述发射管设有五个，五个所述发射管呈斜线布置。
3.如权利要求1所述的一种地源热泵地下温度检测传感器布设装置，其特征在于：所述竖管组件还包括设置在竖直外壳内的顶盖以及设置在竖直外壳一侧的可开合的侧盖，所述侧盖位置与所述发射管巢相对，所述顶盖设置在竖直外壳的上方，所述顶盖上设有若干导线穿孔，所述导线穿孔数量与所述发射管数量相同，所述顶盖上设有主控模块。
4.如权利要求3所述的一种地源热泵地下温度检测传感器布设装置，其特征在于：所述主控模块包括机械控制模块和点火模块，所述机械控制模块可以控制扶正机构动作，所述点火模块可以控制点火装置发出高压电脉冲形成高压电火花，引燃发射管内的发射药柱。
5.如权利要求1所述的一种地源热泵地下温度检测传感器布设装置，其特征在于：所述竖直外壳内还设有若干盘圈筒，所述导线设有一段盘圈，所述盘圈设置在盘圈筒中且导线可穿过盘圈筒，所述盘圈的导线长度大于所述测温传感器射入地层的深度。
6.如权利要求5所述的一种地源热泵地下温度检测传感器布设装置，其特征在于：所述盘圈筒底部设有筒穿孔，所述导线导轮设置在盘圈筒底部，导线穿过筒穿孔与导线导轮配合后与测温传感器连接。
7.一种地源热泵地下温度检测传感器布设方法，其特征在于：应用一种地源热泵地下温度检测传感器布设装置实现，所述地源热泵地下温度检测传感器布设装置包括竖管组件、扶正机构、发射管巢组件和若干测温传感组件，所述扶正机构定位所述竖管组件，所述发射管巢组件设置在竖管组件一侧，所述测温传感组件通过所述发射管巢组件射入岩土中；
所述竖管组件包括竖直外壳和固定在竖直外壳内的若干导线导轮，若干所述导线导轮可使若干测温传感组件的导线实现顺滑抽拉活动；
所述发射管巢组件包括发射管巢、点火装置和若干发射管，所述发射管巢设置在所述竖直外壳一侧并与所述竖直外壳轴向垂直，若干所述发射管设置在所述发射管巢中，所述点火装置设置在所述发射管根部并与所述竖直外壳固定连接；
所述扶正机构包括上扶正器和下扶正器，所述上扶正器和下扶正器均分别设有三个支脚，所述支脚的开合通过电动齿轮结构实现；
所述测温传感组件包括尖锥形钢制外壳、测温传感器和导线，所述测温传感器设置在所述尖锥形钢制外壳腔体内，所述导线与所述测温传感器连接对温度数据进行传输；
所述竖管组件还包括设置在竖直外壳内的顶盖以及设置在竖直外壳一侧的可开合的侧盖，所述侧盖位置与所述发射管巢相对，所述顶盖设置在竖直外壳的上方，所述顶盖上设有若干导线穿孔，所述导线穿孔数量与所述发射管数量相同，所述顶盖上设有主控模块；
所述竖直外壳内还设有若干盘圈筒，所述导线设有一段盘圈，所述盘圈设置在盘圈筒中且导线可穿过盘圈筒，所述盘圈的导线长度大于所述测温传感器射入地层的深度；
所述盘圈筒底部设有筒穿孔，所述导线导轮设置在盘圈筒底部，导线穿过筒穿孔与导线导轮配合后与测温传感器连接；
具体包括如下步骤：
（1）将导线中间一段盘成盘圈，盘圈的导线长度应大于测温传感器射入地层的深度，打开侧盖，盘好的盘圈放入竖直外壳内部的盘圈筒内，导线穿过盘圈筒底部的导线穿孔，通过导线导轮进入发射管，将导线和测温传感器连接；
（2）将发射药柱从点火装置处装填到发射管中，关闭点火装置；
（3）将测温传感组件装填到发射管中，测温传感组件将发射药柱往后顶使得点火装置和发射药柱紧密接触；
（4）装填完成后，将装置下入换热孔中预定深度，打开扶正机构，以减小发射的后坐力对装置的影响，启动点火装置，将尾部带着导线的测温传感器以高速度发射出去并打入地层预定深度，完成测温传感器的布设；
（5）将装置按测温传感器预设间隔高度上提，依次进行点火发射，完成作业。
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