CN113446743B - 一种地热井开式换热内管 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种地热井开式换热内管，其设置在地热井内，包括泵室段，泵室段的上下两端分别连通有一保温钢管，其中位于泵室段上方的保温钢管为上保温钢管，位于泵室段下方的保温钢管为下保温钢管，下保温钢管下方还连通有取水管；取水管与下保温钢管之间还设置有钢塑接头,所述钢塑接头包括固接在保温钢管端部的连接管，连接管外侧套设有一PE套管，连接管的外侧壁上同轴固接有倒刺卡环，倒刺卡环截面为三角形，三角形正对连接管外侧壁的端角朝向保温钢管的方向倾斜设置并与PE套管的内壁卡位。本申请具有提高开式同轴套管换热系统工作的稳定性的效果。

Description

一种地热井开式换热内管
技术领域
本申请涉及地源热井施工的领域，尤其是涉及一种地热井开式换热内管。
背景技术
地热是一种来自地球内部的一种热能资源。由于其具有清洁环保、稳定性好、可循环利用等特点，是一种现实并具竞争力的可再生能源。
相关领域中，同轴换热系统是一种常见的地下热提取系统，同轴换热系统一般包括开式同轴套管换热和闭式同轴套管换热。开式地源热泵系统在施工过程中，需要将潜水泵下入到地热井内，并位于动水位以下，潜水泵安装在内管内，内管的下端向下深入地热井。出于保温性能、自重、经济因素等方面考虑，内管常采用PE、PP等材质，然而由于上述管材自身强度较低，潜水泵工作过程中稳定性不足，容易发生故障。
发明内容
为了提高开式同轴套管换热系统工作的稳定性，本申请提供一种地热井开式换热内管。
本申请提供的一种地热井开式换热内管采用如下的技术方案：
一种地热井开式换热内管，设置在地热井内，包括泵室段，泵室段的上下两端分别连通有一保温钢管，其中位于泵室段上方的保温钢管为上保温钢管，位于泵室段下方的保温钢管为下保温钢管，下保温钢管下方还连通有取水管；取水管与下保温钢管之间还设置有钢塑接头。
所述钢塑接头包括固接在保温钢管端部的连接管，连接管外侧套设有一PE套管，连接管的外侧壁上同轴固接有倒刺卡环，倒刺卡环截面为三角形，三角形正对连接管外侧壁的端角朝向保温钢管的方向倾斜设置并与PE套管的内壁卡位。
通过采用上述技术方案，保温钢管和泵室段采用钢材质，提高了内管的结构强度，从而提高了潜水泵下入井下后工作的稳定性，潜水泵下方采用的取水管伸入到地热井井下，从而使得潜水泵可以抽取地热井深处的地下热水。取水管可以采用PE管，取水管的设置一方面由于取水管质量较轻，从而减少了内管整体自重，减轻了保温钢管和泵室段的负担，提高了内管工作的稳定性；另一方面取水管造价较金属管更低，并且耐腐蚀性能好，导热系数低，与钢管相比无需额外进行保温处理和抗腐蚀处理，提高了施工的便捷性，并且降低了生产成本。
取水管和保温钢管与泵室段结合使用，技术难点在于保温钢管与取水管结合处不稳定，当潜水泵工作时，潜水泵产生的震动容易使取水管与下保温钢管脱离。钢塑接头的设置，PE套管经过加热软化并套设在连接管的外侧，PE套管回冷后与连接管外周面的倒刺卡环相互卡位，从而限制了PE套管与钢管之间的连接。工作人员可以分别将连接管与下保温钢管焊接或螺纹连接，将PE套管与取水管熔接或粘接，从而提高了取水管与下保温钢管之间连接的稳定性。
进一步的，取水管的下方还可以加装有配重，从而通过配重的设置，提高了当取水管密度小于地下水密度时，配重的加设可以抵消取水管除去自身重力外所受的额外浮力，钢塑接头处的受力更加均匀，提高了钢塑接头的耐用性。
可选的，连接管外侧套设有固定套管，PE套管插设在固定套管与连接管之间的环形空间内。
通过采用上述技术方案，固定套管的设置，一方面提高了PE套管填充在固定套管与连接管的密实性，从而PE套管与倒刺卡环之间相互卡位稳定性，另一方面，当PE套管与连接管受拉拔时，固定套管限制了PE套管自身扩张，从而提高了PE套管与倒刺卡环相互卡接固定的稳定性，减少了PE套管与连接管相互分离的情况。
可选的，所述连接管外周面上开设有一环槽，环槽位于倒刺卡环朝向保温钢管的一侧，对应固定套管的内壁上开设有一容纳槽，容纳槽开口正对环槽设置，容纳槽和环槽内同时设置有卡位环。
通过采用上述技术方案，卡位环同时卡设在容纳槽和环槽内，从而卡位环将固定套管限位在连接管的外侧。卡位环的设置，限制了固定套管与连接管沿连接管轴向之间的滑移，提高了PE套管套设在连接管外侧的稳定性。
可选的，所述固定套管的外壁向内侧开设有定位孔，定位孔内螺纹连接有定位螺栓。
通过采用上述技术方案，定位螺栓与定位孔螺纹连接，并且定位螺栓端部顶触在卡位环上，卡位环挤压连接管外壁，进而连接管与固定套管相互固定，提高了钢塑接头整体的稳定性。
可选的，所述泵室段包括泵室管，泵室管的两端分别螺纹连接有安装管，安装管上螺纹连接有转换接头，转换接头的两端分别与泵室管或保温钢管连接，泵室管的外侧套设有保温套。
通过采用上述技术方案，保温套的设置，减少了泵室管内外热量的交换，从而提高了泵室管抽出热水的温度，从而提高了地热的利用率。
可选的，所述保温套包括保护管，泵室管和保护管之间填充有保温棉，保温棉的两端分别设置有防水胶，防水胶同时粘接在泵室管的外侧和保护管的内侧。
通过采用上述技术方案，保护管对保温棉进行包裹，从而减少了运输过程中的保温棉磨损的情况，防水胶粘接在保温钢管的两端，从而将保温棉封闭在泵室管与保护管内，减少了由于保温棉吸水而影响保温性能的情况。
可选的，泵室管同轴设置有若干个，若干泵室管之间设置有延长扣件，延长扣件的两端分别与两个泵室管螺纹连接。
通过采用上述技术方案，延长扣件的设置，使得工作人员可以根据现场地热井的具体规格选择合适的泵室段长度，从而减少了潜水泵下入水位的深度，降低了泵耗，节约了能源。
可选的，位于顶部的安装管内同轴固接有一安装法兰，所述安装法兰朝向转换接头的一面同轴固接有一密封管，密封管的外周面为锥面，并且锥面的小头端远离安装法兰设置，对应连接接头上开设有一密封锥孔。
通过采用上述技术方案，当上转换接头螺纹旋入泵室管内部时，密封管的小头端逐渐插入密封锥孔内，并且随着上转换接头继续旋入泵室管内部，密封管外侧面与密封锥孔抵接密封。密封管的设置，一方面提高了潜水泵的出水端与上转换接头连接的准确性，另一方面还对上转换接头与密封管之间的连接进行了密封，减少了由于潜水泵工作时震动而导致潜水泵与上转换接头连接处漏水的情况。提高了潜水泵工作的稳定性；密封管与上转换接头的设置，同时还对潜水泵进行了辅助固定的作用，进一步的提高了潜水泵工作的稳定性。
可选的，所述保温钢管包括同轴设置的保温外管和保温内管，保温外管与保温内管之间填充有保温层。
通过采用上述技术方案，保温钢管分为保温外管与保温内管的设置，降低了保温钢管内外的热交换，提高了出水温度。
可选的，所述保温外管靠近一端的内壁开设有内螺纹，另一端的外壁开设有与相邻保温外管上内螺纹配合的外螺纹。
通过采用上述技术方案，若干保温外管可以依次承插，并通过螺纹连接，从而工作人员可以根据场地需要调整保温钢管的长度，从而调节潜水泵下入井内的深度，提高了施工的便捷性。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.地热井开式换热内管采用钢结构与取水管结合的方式，既提高了潜水泵下入井下的稳定性，还降低了内管整体的自重，提高了潜水泵工作的稳定性；
2.钢塑接头的设置，提高了钢结构部与取水管相互连接固定的稳定性，从而提高了内管整体的强度；
3.保温钢管的设置，降低了保温钢管内外的热交换，提高了出水温度，内管在将地热水从在2000m地热井井底到地面温度降低为近1℃，提高了地热利用率。
附图说明
图1是本申请实施例地热井开式换热内管的整体结构示意图；
图2是体现泵室段的结构示意图；
图3是体现保温钢管相互连接的结构示意图；
图4是体现钢塑接头的结构示意图。
图5是体现卡位环的结构示意图。
附图标记说明：1、保温钢管；11a、上保温钢管；11b、下保温钢管；12、保温外管；13、保温内管；14、保温层；2、泵室段；21、泵室管；22、延长扣件；23、上转换接头；231、密封锥孔；24、下转换接头；25、安装管；26、安装法兰；27、密封管；3、保温套；31、保护管；32、保温棉；33、防水胶；4、取水管；5、配重；6、钢塑接头；61、连接管；611、环槽；62、倒刺卡环；63、卡位环；631、固定槽；632、加强筋；64、固定套管；641、容纳槽；642、定位螺栓；65、PE套管； 7、潜水泵。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种地热井开式换热内管。参照图1，地热井开式换热内管包括用于安装潜水泵 7的泵室段2，泵室段2的两端分别连接有一保温钢管1，其中安装在泵室段2上方的为上保温钢管11a，安装在泵室段2下方的为下保温钢管11b。下保温钢管11b的下端安装有取水管4。取水管4的周面上开设有若干容纳取水管4外地下水进入取水管4内部的射孔，取水管4的下端还设置有配重5。
参照图1和图2，泵室段2包括泵室管21，泵室管21同轴设置有多个，本实施例中设置有两个。两个泵室管21之间设置有延长扣件22，延长扣件22的两端均开设有内螺纹，对应泵室管21靠近延长扣件22的端部开设有与延长扣件22内螺纹相互配合的外螺纹。从而延长扣件22与泵室管21可以通过螺纹相互连接。两根泵室管21的上下两端分别设置有一转换接头，具体的，转换接头为一圆管，并且转换接头背离泵室管21一端面的外圈边沿开设有倒角。位于泵室管21上方的转换接头为上转换接头23，用于与上保温钢管11a相互连接；位于泵室管21下方的转换接头为下转换接头24，用于与下保温钢管11b相互连接。泵室段2的两端分别设置有一安装管25，安装管25套设在对应的泵室管21上并且安装管25与泵室管21螺纹连接。
上转换接头23一端插入安装管25内部，并与安装管25螺纹连接，上转换接头23另一端套设在上保温钢管11a的端部并与上保温钢管11a螺纹连接，从而上保温钢管11a与泵室段2相互固定。
下转换接头24的一端同样插设在安装管25内部，并与安装管25螺纹连接，下转换接头24的另一端插入下保温钢管11b内，并与下保温钢管11b螺纹连接。
如图2所示，与上转换接头23相互连接的安装管25内还同轴固接有一安装法兰26，安装法兰26下方固接有潜水泵 7。安装法兰26的上方同轴固接一密封管27，密封管27与潜水泵 7的出水端相互连通，密封管27的外侧壁为锥面，并且密封管27的小头端远离安装法兰26设置。上转换接头23的下表面同轴开设有与密封管27外侧面相互配合密封锥孔231。当上转换接头23螺纹旋入泵室管21内部时，密封管27的小头端逐渐插入密封锥孔231内，并且随着上转换接头23继续旋入泵室管21内部，密封管27外侧面与密封锥孔231抵接密封。密封管27的设置，一方面提高了潜水泵 7的出水端与上转换接头23连接的准确性，另一方面还对上转换接头23与密封管27之间的连接进行了密封，减少了由于潜水泵 7工作时震动而导致潜水泵 7与上转换接头23连接处漏水的情况。提高了潜水泵 7工作的稳定性；密封管27与上转换接头23的设置，同时还对潜水泵 7起到了辅助固定的作用，进一步的提高了潜水泵 7工作的稳定性。延长扣件22的设置，使得工作人员可以根据实际需要调整泵室段2的长度，提高了施工的便捷性并且降低了材料加工，以及材料运输时的成本。
如图2所示，为了减少热水在泵室管21内部流动时的热量损失，泵室管21的外周面还套设有一保温套3。保温套3包括同轴套设在保温钢管1外侧的保护管31，保护管31与泵室管21之间还填充有保温棉32，保护管31的两端还设置有一防水胶33，防水胶33同时粘设在泵室管21的外周面以及保护管31的内周面，从而对保护管31以及泵室管21之间的环形区域进行密封，减少了水分进入保温棉32内影响保温效果的情况。
延长扣件22的外周面同样有保温结构设计，具体可参考保温套3，在此不在赘述。
如图3所示，上保温钢管11a与下保温钢管11b的结构相同，在此以上保温钢管11a进行介绍，上保温钢管11a包括同轴插设的保温外管12和保温内管13，保温外管12与保温内管13之间填充有保温层14，保温内管13的两端与保温内管13内壁通过焊接相互固定。保温外管12的一端长出于保温内管13，并且保温外管12长出的部分内周面上开设有内螺纹，保温外管12的另一端开设有外螺纹，从而若干保温钢管1可以依次承插并通过保温外管12两端内外螺纹的相互连接，进而使得保温钢管1的整体长度得以延伸，工作人员在实际施工时可以根据场地勘测情况，针对不同的地热井调节保温钢管1的长度，进而提高了施工的便捷性。
如图4所示，取水管4连接在下保温钢管11b的下端，取水管4可以选用具有较高硬度，较低导热系数的PE管。取水管4与下保温钢管11b之间设置钢塑接头6。
取水管6与外管之间所成的环形空间截面积大于取水管6内圈的截面积，具体的环形空间截面积与取水管6内圈截面之比为1.5-3:1。从而使得取水管6内侧的流速大于取水管6外侧的流速，一方面提高了外管冷水与地下热源的换热时长，另一方面减少了取水管6内侧热水的流动时间，降低了热量的损失。
如图4所示，钢塑接头6包括同轴固接在下保温钢管11b下端的连接管61，连接管61与下保温钢管11b的连接方式具体可以采用螺接或焊接。连接管61外周面上开设有一环槽611，环槽611内设置嵌设有一卡位环63，卡位环63的厚度大于环槽611的深度， 从而卡位环63部分突出于连接管61的外周面设置。连接管61的外侧还套设有一固定套管64。固定套管64内周面上开设有一容纳槽641，容纳槽641的开口正对环槽611设置，卡位环63突出于连接管61外周面的部分可以卡入进容纳槽641内。卡位环63同时卡设在容纳槽641和环槽611内，从而卡位环63将固定套管64限位在连接管61的外侧。连接管61周面上还开设有一阶梯槽，阶梯槽位于环槽611背离下保温钢管11b的一侧。阶梯槽远离下保温钢管11b的侧壁与连接管61远离下保温钢管11b的端面齐平。阶梯槽与固定套管64之间的环形空间内还插设有PE套管65，阶梯槽底壁上固接有倒刺卡环62，倒刺卡环62与连接管61同轴设置，倒刺卡环62的截面为三角形，并且三角形上正对连接管61的一个端角向环槽611方向倾斜设置。
当工作人员在将PE套管65固定在连接管61上时，首先工作人员加热PE套管65， PE套管65受热软化，然后将PE套管65套设在阶梯槽外侧，沿连接管61轴线将PE套管65向连接管61方向挤压，使得PE套管65充满固定套管64与阶梯槽之间的环形空间，最后等待PE套管65冷却变硬后，PE套管65与倒刺卡环62相互卡位，从而PE套管65与连接管61相互固定。工作人员可以在PE套管65远离连接管61的一端通过熔接或粘接等方式安装取水管4，取水管4伸入地热井深处，并抽取位于深处的地下热水。钢塑转环接头的设置，使得保温钢管1的钢结构与取水管4的PE结构相互之间可以稳定连接，从而减少了由于潜水泵 7工作时震动，而导致PE结构与钢结构相互松动的情况。
固定套管64的设置，一方面提高了PE套管65填充在阶梯槽内部的密实性，从而PE套管65与倒刺卡环62之间相互卡位稳定性，另一方面，当PE套管65与连接管61受拉拔时，固定套管64限制了PE套管65自身扩张，从而提高了PE套管65与倒刺卡环62相互卡接固定的稳定性，减少了PE套管65与连接管61相互分离的情况。
卡位环63的设置，限制了固定套管64与连接管61沿连接管61轴向的滑移，提高了PE套管65套设在阶梯槽外侧时的稳定性。进一步，卡位环63可以选择具有弹性的橡胶材质，从而卡位环63套设在连接管61上并与环槽611相互卡位，同时也方便了固定套管64套设在连接管61的外侧。固定套筒的外周面向容纳槽641方向开设有定位孔，定位孔沿固定套筒周向均匀分布有多个。定位孔内螺纹穿设有定位螺栓642。卡位环63外周面还开设有一环形的固定槽631，定位螺栓642端部卡入固定槽631内并顶触在固定槽631的底壁上。通过定位螺栓642与定位孔之间的螺纹配合，使得固定套筒与卡位环63之间相互固定，并且由于定位螺栓642端部挤压卡位环63，进一步的压力传导到环槽611底壁上，从而增大了连接管61与卡位环63之间的摩擦力，卡位环63与连接管61固定，从而固定套管64与连接管61之间相互固定。提高了钢塑接头6整体的稳定性。
如图5所示，在本申请的其他实施例中，进一步的卡位环63内部还可以穿设有若干加强筋632，加强筋632的长度方向平行于卡位环63的轴线设置。若干加强筋632绕卡位环63轴线呈圆周状均匀分布。加强筋632的设置，提高了卡位环63沿轴线的抗挤压强度，减少了卡位环63受到沿轴线方向的挤压时的形变程度，从而可以更加稳定的卡设在环槽611与容纳槽641内，并限制固定套管64沿连接管61轴向的滑移，从而提高了PE套管65在插入阶梯槽与固定套管64之间空隙时的稳定性。
由于地热井开式换热内管整体采用了钢结构与PE结构混合的情况，钢结构对潜水泵 7进行了固定，并提高了内管的整体结构强度，从而使得潜水泵 7稳定的下入地热井内，并位于动水位以下，提高了潜水泵 7正常工作的稳定性。取水管4选用PE管，对钢结构管道进行了延长，使得潜水泵 7可以抽出地热井深处的地下热水，从而提高地热井抽出的热水的温度。PE管质轻并且造价更低，从而一方面降低了钢结构部分承重，提高了内管整体的稳定性，另一方面降低了内管的成本。
如图1所示，取水管4的下端还连接有配重5，配重5可以按照取水管4的长度以及地下水的密度的不同而选择不同重量规格，从而抵消取水管4所受的超出自身重量部分以外的浮力，从而减小了钢塑接头6所受的拉力，提高了地热井开式换热内管工作的稳定性。配重5可以通过钢塑接头6与取水管4相互连接，还可以通过法兰与取水管4相互连接。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种地热井开式换热内管，设置在地热井内，其特征在于：包括泵室段(2)，泵室段(2)的上下两端分别连通有一保温钢管(1)，其中位于泵室段(2)上方的保温钢管(1)为上保温钢管(11a)，位于泵室段(2)下方的保温钢管(1)为下保温钢管(11b)，下保温钢管(11b)下方还连通有取水管(4)；取水管(4)与下保温钢管(11b)之间还设置有钢塑接头(6)，
所述钢塑接头(6)包括固接在保温钢管(1)端部的连接管(61)，连接管(61)外侧套设有一PE套管(65)，连接管(61)的外侧壁上同轴固接有倒刺卡环(62)，倒刺卡环(62)截面为三角形，三角形正对连接管(61)外侧壁的端角朝向保温钢管(1)的方向倾斜设置并与PE套管(65)的内壁卡位；
连接管(61)外侧套设有固定套管(64)，PE套管(65)插设在固定套管(64)与连接管(61)之间的环形空间内。
2.根据权利要求1所述的一种地热井开式换热内管，其特征在于：所述连接管(61)外周面上开设有一环槽(611)，环槽(611)位于倒刺卡环(62)朝向保温钢管(1)的一侧，对应固定套管(64)的内壁上开设有一容纳槽(641)，容纳槽(641)开口正对环槽(611)设置，容纳槽(641)和环槽(611)内同时设置有卡位环(63)。
3.根据权利要求2所述的一种地热井开式换热内管，其特征在于：所述固定套管(64)的外壁向内侧开设有定位孔，定位孔内螺纹连接有定位螺栓(642)。
4.根据权利要求1所述的一种地热井开式换热内管，其特征在于：所述泵室段(2)包括泵室管(21)，泵室管(21)的两端分别螺纹连接有安装管(25)，安装管(25)上螺纹连接有转换接头，转换接头的两端分别与泵室管(21)或保温钢管(1)连接，泵室管(21)的外侧套设有保温套(3)。
5.根据权利要求4所述的一种地热井开式换热内管，其特征在于：所述保温套(3)包括保护管(31)，泵室管(21)和保护管(31)之间填充有保温棉(32)，保护管(31)的两端分别设置有防水胶(33)，防水胶(33)同时粘接在泵室管(21)的外侧和保护管(31)的内侧。
6.根据权利要求4所述的一种地热井开式换热内管，其特征在于：泵室管(21)同轴设置有若干个，若干泵室管(21)之间设置有延长扣件(22)，延长扣件(22)的两端分别与两个泵室管(21)螺纹连接。
7.根据权利要求4所述的一种地热井开式换热内管，其特征在于：位于顶部的安装管(25)内同轴固接有一安装法兰(26)，所述安装法兰(26)朝向转换接头的一面同轴固接有一密封管(27)，密封管(27)的外周面为锥面，并且锥面的小头端远离安装法兰(26)设置，对应连接接头上开设有一密封锥孔(231)。
8.根据权利要求1所述的一种地热井开式换热内管，其特征在于：所述保温钢管(1)包括同轴设置的保温外管(12)和保温内管(13)，保温外管(12)与保温内管(13)之间填充有保温层(14)。
9.根据权利要求8所述的一种地热井开式换热内管，其特征在于：所述保温外管(12)靠近一端的内壁开设有内螺纹，另一端的外壁开设有与相邻保温外管(12)上内螺纹配合的外螺纹。
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