CN206648985U - 一种岩土热物性测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种岩土热物性测试装置，包括岩土热物性测试机构、数据监测模块和控制模块，所述岩土热物性测试机构包括联通管、循环泵、加热器和静态平衡阀，所述联通管的进水端设置有定压补水机构，所述加热器上设置有排气阀；所述数据监测模块包括数据采集模块和传感器组件，所述控制模块包括控制器和无线通信模块，所述控制器通过无线通信模块与远程监控终端进行双向通信，所述控制器的输出端接有继电器模块，所述继电器模块包括第一继电器、第二继电器和第三继电器。本实用新型结构简单，实现对岩土热物性测试机构运行参数数据的自动采集及记录，且能及时切断岩土热物性测试机构，保证测试过程安全稳定，有效地防止安全事故发生。
Description
技术领域
本实用新型属于岩土热物性测试装置技术领域，尤其是涉及一种岩土热物性测试装置。
背景技术
近年来由于对建筑节能及减少环境污染，利用可再生的浅层地热能的地源热泵技术在建筑节能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利用水循环在夏季向岩土体释放热量、在冬季从岩土体吸收热量，并最终通过地源热泵机组实现对建筑物供冷供热。
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。因此在地源热泵系统工程设计之前必须进行岩土热物性测试，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。现有的岩土热物性测试装置很多，基本原理都是通过电加热管在仪器内部水箱加热循环水并利用水泵驱动与地埋管环路进行水循环，测量地埋管进出口循环水温度及流量，进而通过建立数学模型计算得出热物性参数。国家标准技术规范规定：岩土热物性测试应连续不间断，持续时间不宜少于48h；按照国际地源热泵协会推荐50～80W/m的加热功率，因此在实际测试过程(80m～120m钻孔深度)中加热功率一般在4kW～7kW范围之内，利用电加热管直接加热并持续48h运行过程中，因为岩土热物性测试具有很大的流动性，比如供电条件、循环水含杂质、地埋管钻孔的稳定情况都会变化，这容易导致出现水泵故障或接头漏水等情况，使得循环系统缺水，加热器干烧，不仅损坏岩土热物性测试装置，还可能出现高温爆炸甚至引发更严重的安全事故，因此保证测试装置的安全稳定运行显得尤为关键。另外，岩土热物性测试工作属于工程前期的阶段性工作，工程场地条件较差，不良天气时有出现，人为在现场48h实时旁观测试装置运行会耗时耗力。因此，现如今缺少一种结构简单、设计合理且操作便捷的岩土热物性测试装置，实现对运行参数数据的自动采集及记录，且出现故障时及时切断岩土热物性测试机构，保证测试过程安全稳定，有效地防止安全事故发生，降低人力成本，提高岩土热物性测试机构使用寿命
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种岩土热物性测试装置，其结构简单、设计合理且成本低，使用操作简便，实现对岩土热物性测试机构运行参数数据的自动采集及记录，且出现故障时及时切断岩土热物性测试机构，保证测试过程安全稳定，有效地防止安全事故发生，降低人力成本，提高岩土热物性测试机构使用寿命，实用性强，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种岩土热物性测试装置，其特征在于：包括与设置在钻孔内的地埋管连接且用于检测岩土热物性的岩土热物性测试机构、安装在所述岩土热物性测试机构上的数据监测模块和对所述岩土热物性测试机构进行控制的控制模块，所述岩土热物性测试机构包括与地埋管连接的联通管、设置联通管上的循环泵和加热器以及安装在所述联通管上且位于循环泵和加热器之间的静态平衡阀，所述联通管的进水端设置有定压补水机构，所述加热器上设置有排气阀；
所述数据监测模块包括数据采集模块和与所述数据采集模块连接且对所述岩土热物性测试机构运行参数进行监测的传感器组件，所述控制模块包括控制器以及与控制器相接的无线通信模块，所述控制器通过无线通信模块与远程监控终端进行双向通信，所述控制器的输出端接有继电器模块，所述继电器模块包括用于控制器加热器的第一继电器、用于控制循环泵的第二继电器和用于控制定压补水机构的第三继电器，所述数据采集模块与控制器相接，所述第一继电器、第二继电器、第三继电器、排气阀和静态平衡阀均由控制器进行控制。
上述的一种岩土热物性测试装置，其特征在于：所述控制模块还包括电源模块，所述电源模块包括依次相接的市电、降压电路和电压转换电路，所述电压转换电路与控制器相接。
上述的一种岩土热物性测试装置，其特征在于：所述远程监控终端为监控计算机或者手机。
上述的一种岩土热物性测试装置，其特征在于：所述控制器的输出端还接有阀门控制模块，所述阀门控制模块包括用于排气阀的第一阀门驱动器和用于控制器静态平衡阀的第二阀门驱动器，所述第一阀门驱动器和第二阀门驱动器的输入端均与控制器的输出端相接。
上述的一种岩土热物性测试装置，其特征在于：所述传感器组件包括设置在联通管进水口的第一温度传感器、设置在联通管出水口的第二温度传感器和用于检测联通管内流量与流速的流量计，以及用于检测联通管内压力的压力传感器和用于检测加热器有用功率的功率变送器，所述第一温度传感器、第二温度传感器、流量计、压力传感器和功率变送器均与数据采集模块相接。
上述的一种岩土热物性测试装置，其特征在于：所述流量计为电磁流量计。
上述的一种岩土热物性测试装置，其特征在于：所述定压补水机构通过进水管与联通管的进水端连接。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、所采用的数据监测模块和控制模块结构简单、设计合理且安装操作简便，投入成本较低。
2、所采用的数据监测模块，监测准确且及时，通过数据检测模块能对岩土热物性测试机构的运行参数进行实时监测并记录，实现对测试数据的自动采集并记录，使用操作简便，能实时、准确地对岩土热物性测试机构进行监测，且监测结果准确，降低工作人员现场查看记录的复杂度，不仅成本低，而且减少人力和时间耗费，提高监测效率。
3、所采用的控制模块对岩土热物性测试机构能进行控制，控制便捷，能在出现故障时及时切断岩土热物性测试机构，保证测试过程安全稳定，有效地防止安全事故发生，降低人力成本，提高岩土热物性测试机构使用寿命。
4、所采用的静态平衡阀用来调节联通管内部的整体阻力以便达到微调流量的作用，从而实现了对联通管内流量的量化调节，保证了在埋设现场特定电压和钻孔深度的情况下，且加热器在恒功率加热下，保证地埋管的进出口温度保持在合理的温差范围之内，提高测试数据的准确性。
5、所采用的加热器上具有排气阀，以便于释放岩土热物性测试机构内部的气体，使得联通管内部介质循环时为液体，提高了联通管内部流量测量的准确度。
6、所采用的数据监测模块和控制模块使用效果好、监测结果准确且控制便捷，第一，数据监测模块能对岩土热物性测试机构的运行参数进行实时检测，当岩土热物性测试机构的运行参数不满足安全警戒值时，控制模块通过继电器模块控制加热器和循环泵停止工作，有效地保护加热器自身安全，提高岩土热物性测试机构使用寿命，更加可靠地避免了安全事故的发生，大大地降低了人力成本；第二，由于增加无线通信模块，数据采集模块所采集到的运行参数数据传输至控制器后，控制器能无线传输至远程控制终端，便于测试者可以随时随地接收到岩土热物性测试机构的运行状况，保证岩土热物性测试机构全稳定运行；第三，通过远程控制终端，能发送远程控制命令至控制器，控制器接收控制命令并使加热器和循环泵停止工作，实现远程控制；第四、安装好数据监测模块和控制模块，不需要工作人员现场观察和控制，便能实时地或定时地对岩土热物性测试机构进行检测和控制，智能化程度高，提高了监控效率，且使得岩石热物性测试过程易于控制且实现方便。
综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且成本低，使用操作简便，实现对运行参数数据的自动采集及记录，且出现故障时及时切断岩土热物性测试机构，保证测试过程安全稳定，有效地防止安全事故发生，降低人力成本，提高岩土热物性测试机构使用寿命，实用性强，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型岩土热物性测试机构的结构示意图。
图3为本实用新型数据监测模块和控制模块电路原理框图。
附图标记说明:
1—循环泵； 2—第二阀门驱动器； 3—静态平衡阀；
4—第一阀门驱动器； 5—加热器； 6—排气阀；
7—进水管； 8—流量计； 9—压力传感器；
10—第二温度传感器； 11—第一温度传感器； 12—联通管；
13—功率变送器； 14—定压补水机构； 15—数据采集模块；
16—控制器； 17-1—第一继电器； 17-2—第二继电器；
17-3—第三继电器； 18—无线通信模块； 19-1—市电；
19-2—降压电路； 19-3—电压转换电路； 20—远程监控终端。
21—岩土热物性测试机构； 22—地埋管；
23—钻孔。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本实用新型包括与设置在钻孔23内的地埋管22连接且用于检测岩土热物性的岩土热物性测试机构21、安装在所述岩土热物性测试机构21上的数据监测模块和对所述岩土热物性测试机构21进行控制的控制模块，所述岩土热物性测试机构21包括与地埋管22连接的联通管12、设置联通管12上的循环泵1和加热器5以及安装在所述联通管12上且位于循环泵1和加热器5之间的静态平衡阀3，所述联通管12的进水端设置有定压补水机构14，所述加热器5上设置有排气阀6；
所述数据监测模块包括数据采集模块15和与所述数据采集模块15连接且对所述岩土热物性测试机构21运行参数进行监测的传感器组件，所述控制模块包括控制器16以及与控制器16相接的无线通信模块18，所述控制器16通过无线通信模块18与远程监控终端20进行双向通信，所述控制器16的输出端接有继电器模块，所述继电器模块包括用于控制器加热器5的第一继电器17-1、用于控制循环泵1的第二继电器17-2和用于控制定压补水机构14的第三继电器17-3，所述数据采集模块15与控制器16相接，所述第一继电器17-1、第二继电器17-2、第三继电器17-3、排气阀6和静态平衡阀3均由控制器16进行控制。
本实施例中，通过设置所述数据监测模块和所述控制模块，使用效果好、监测结果准确且控制便捷，第一，所述数据监测模块能对岩土热物性测试机构21的运行参数进行实时检测，当岩土热物性测试机构21的运行参数不满足安全警戒值时，所述控制模块通过继电器模块控制加热器5和循环泵1停止工作，有效地保护加热器5自身安全，提高岩土热物性测试机构21使用寿命，更加可靠地避免了安全事故的发生，大大地降低了人力成本；第二，由于增加无线通信模块18，数据采集模块15所采集到的运行参数数据传输至控制器16后，控制器16能无线传输至远程控制终端20，便于测试者可以随时随地接收到岩土热物性测试机构21的运行状况，以便于测试人员及时到场地处理故障，保证岩土热物性测试机构全稳定运行；第三，通过远程控制终端21，能发送远程控制命令至控制器16，控制器16接收控制命令并使加热器5和循环泵1停止工作，实现远程控制；第四、安装好所述数据监测模块和所述控制模块，不需要工作人员现场观察和控制，便能实时地或定时地对岩土热物性测试机构21进行检测和控制，智能化程度高，提高了监控效率，且使得岩石热物性测试过程易于控制且实现方便。
本实施例中，所述加热器5上具有排气阀6，控制器16通过第一阀门驱动器4控制排气阀6打开，以便于释放岩土热物性测试机构21内部的气体，使得联通管12内部介质循环时为液体，提高了联通管12内部流量测量的准确度。
实际使用过程中，由于地埋管22的埋设场地属于可行性阶段研究工作，每个埋设场地的地质条件均不同，在相应的钻探实施和埋管过程中，往往出现不同的钻孔深度，这就决定了实际测试时地埋管22的系统阻力均不相同。另外由于循环泵1工作电压不同，循环泵1的扬程也发生了改变，所以需要设置静态平衡阀3，可以微调联通管12内部的阻力，使岩土热物性测试机构21在不同深度钻孔测试时，岩土热物性测试机构中联通管12的流量保持相同。
本实施例中，控制器16通过第二阀门驱动器2控制静态平衡阀3工作，来调节联通管12内部的整体阻力以便达到微调流量的作用，从而实现了对联通管12内流量的量化调节，保证了在埋设现场特定电压和钻孔深度的情况下，且加热器5在恒功率加热下，保证地埋管21的进出口温度保持在合理的温差范围之内，提高测试数据的准确性。
如图3所示，本实施例中，所述控制模块还包括电源模块，所述电源模块包括依次相接的市电19-1、降压电路19-2和电压转换电路19-3，所述电压转换电路19-3与控制器16相接。
本实施例中，所述远程监控终端20为监控计算机或者手机。
如图3所示，本实施例中，所述控制器16的输出端还接有阀门控制模块，所述阀门控制模块包括用于排气阀6的第一阀门驱动器4和用于控制器静态平衡阀3的第二阀门驱动器2，所述第一阀门驱动器4和第二阀门驱动器2的输入端均与控制器16的输出端相接。
如图3所示，本实施例中，所述传感器组件包括设置在联通管12进水口的第一温度传感器11、设置在联通管12出水口的第二温度传感器10和用于检测联通管12内流量与流速的流量计8，以及用于检测联通管12内压力的压力传感器9和用于检测加热器5有用功率的功率变送器13，所述第一温度传感器11、第二温度传感器10、流量计8、压力传感器9和功率变送器13均与数据采集模块15相接。
本实施例中，所述流量计8为电磁流量计。
如图2所示，本实施例中，所述定压补水机构14通过进水管7与联通管12的进水端连接。
本实施例中，通过设置定压补水机构14，来维持联通管12和所述埋设管22整体环路的水源有效补给及压力的恒定。
本实用新型具体实施时，将所述岩土热物性测试机构21与地埋管22连接，所述联通管12的进水口端与所述地埋管22的一端连接，同时联通管12的出水口端与所述地埋管22的另一端连接，所述岩土热物性测试机构21安装完成后为联通管12通水，市电19-1依次经过降压电路19-2和电压转换电路19-3转换为控制器16所需电源，控制器16进入工作，控制器16通过第二继电器17-2控制循环泵1工作，同时，控制器16通过第一继电器17-1控制加热器5工作，第一温度传感器11对联通管12进水口的温度进行实时监测，并将所检测到的进水口温度发送至数据采集模块15，第二温度传感器10对联通管12出水口的温度进行实时监测，并将所检测到的出水口温度发送至数据采集模块15，压力传感器9对联通管12内的压力进行实时监测，并将所检测到的压力发送至数据采集模块15，流量计8对联通管12内的流量与流速进行实时监测，并将所检测到的流量与流速发送至数据采集模块15，功率变送器13对加热器5的有功功率进行实时监测，并将所检测的有功功率至数据采集模块15，数据采集模块15按采集时间先后顺序将采集到的进水口温度、出水口温度、压力、有功功率以及流量与流速等运行参数发送至控制器16，控制器16将接收到的进水口温度、出水口温度、压力、有功功率以及流量与流速等运行参数进行数据处理，经过对进水口温度、出水口温度以及流量与流速进行分析得到岩土热物性参数，控制器16并通过无线通信模块18将接收到的进水口温度、出水口温度、压力、有功功率以及流量与流速等运行参数发送至远程监控终端20，远程监控终端20根据接收到的进水口温度、出水口温度、压力、有功功率以及流量与流速运行参数进行远程操作，当压力传感器9检测到的压力不符合压力设定值时，通过远程监控终端20发送定压补水命令，控制器16经过无线通信模块18接收到定压补水命令，控制器16通过第三继电器17-3控制定压补水机构14工作，补水机构14通过进水管7给联通管12补水，来维持联通管12和所述埋设管22整体环路的水源有效补给及压力的恒定；当功率变送器13检测到的有功功率不符合有功功率设定值时，控制器16通过第一继电器17-1控制加热器5恒功率加热，从而使地埋管22的进出口水温保持在合理的温差范围之内，提高测试数据的准确性；当第一温度传感器11检测到的进水口温度高于温度安全警戒值、第二温度传感器10检测到的出水口温度高于温度安全警戒值或者流量计8检测到的流量与流速低于流量与流速安全警戒值时，通过远程监控终端20发送切断加热器和切断循环泵控制命令，控制器16经过无线通信模块18接收到切断加热器和切断循环泵控制命令，控制器16通过第二继电器17-2控制循环泵1停止工作，同时，控制器16通过第一继电器17-1控制加热器5停止工作，有效地防止安全事故发生，证测试过程安全稳定，降低人力成本，提高岩土热物性测试机构使用寿命，实用性强。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种岩土热物性测试装置，其特征在于：包括与设置在钻孔(23)内的地埋管(22)连接且用于检测岩土热物性的岩土热物性测试机构(21)、安装在所述岩土热物性测试机构(21)上的数据监测模块和对所述岩土热物性测试机构(21)进行控制的控制模块，所述岩土热物性测试机构(21)包括与地埋管(22)连接的联通管(12)、设置联通管(12)上的循环泵(1)和加热器(5)以及安装在所述联通管(12)上且位于循环泵(1)和加热器(5)之间的静态平衡阀(3)，所述联通管(12)的进水端设置有定压补水机构(14)，所述加热器(5)上设置有排气阀(6)；
所述数据监测模块包括数据采集模块(15)和与所述数据采集模块(15)连接且对所述岩土热物性测试机构(21)运行参数进行监测的传感器组件，所述控制模块包括控制器(16)以及与控制器(16)相接的无线通信模块(18)，所述控制器(16)通过无线通信模块(18)与远程监控终端(20)进行双向通信，所述控制器(16)的输出端接有继电器模块，所述继电器模块包括用于控制器加热器(5)的第一继电器(17-1)、用于控制循环泵(1)的第二继电器(17-2)和用于控制定压补水机构(14)的第三继电器(17-3)，所述数据采集模块(15)与控制器(16)相接，所述第一继电器(17-1)、第二继电器(17-2)、第三继电器(17-3)、排气阀(6)和静态平衡阀(3)均由控制器(16)进行控制。
2.按照权利要求1所述的一种岩土热物性测试装置，其特征在于：所述控制模块还包括电源模块，所述电源模块包括依次相接的市电(19-1)、降压电路(19-2)和电压转换电路(19-3)，所述电压转换电路(19-3)与控制器(16)相接。
3.按照权利要求1或2所述的一种岩土热物性测试装置，其特征在于：所述远程监控终端(20)为监控计算机或者手机。
4.按照权利要求1或2所述的一种岩土热物性测试装置，其特征在于：所述控制器(16)的输出端还接有阀门控制模块，所述阀门控制模块包括用于排气阀(6)的第一阀门驱动器(4)和用于控制器静态平衡阀(3)的第二阀门驱动器(2)，所述第一阀门驱动器(4)和第二阀门驱动器(2)的输入端均与控制器(16)的输出端相接。
5.按照权利要求1或2所述的一种岩土热物性测试装置，其特征在于：所述传感器组件包括设置在联通管(12)进水口的第一温度传感器(11)、设置在联通管(12)出水口的第二温度传感器(10)和用于检测联通管(12)内流量与流速的流量计(8)，以及用于检测联通管(12)内压力的压力传感器(9)和用于检测加热器(5)有用功率的功率变送器(13)，所述第一温度传感器(11)、第二温度传感器(10)、流量计(8)、压力传感器(9)和功率变送器(13)均与数据采集模块(15)相接。
6.按照权利要求5所述的一种岩土热物性测试装置，其特征在于：所述流量计(8)为电磁流量计。
7.按照权利要求1或2所述的一种岩土热物性测试装置，其特征在于：所述定压补水机构(14)通过进水管(7)与联通管(12)的进水端连接。
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2017
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