CN216348967U - 一种地热井水位连续自动监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种地热井水位连续自动监测系统。包括上端带有顶部法兰盘、中下部带有安装支架的管道装置，在管道装置中上部的侧壁上设有窗口，在窗口的外侧安装固定有箱体，在箱体内安装有监测装置；监测装置包括前部设有支座的壳体，在支座的顶部安装有转轴，在转轴的中部安装有线辊，在转轴的端部安装有导电滑环，由线辊收放卷的、底部带有沉降测量端头的测线的端部与导电滑环的动组件连接，监测装置还包括驱动电机、将驱动电机的驱动传递给转轴的传动组件、长度计量组件和接线端子，长度计量组件、驱动电机和导电滑环均与接线端子连接。本实用新型的监测系统结构设计合理，实现对水位的连续式监测，对地热井运行无影响。

Description

一种地热井水位连续自动监测系统

技术领域

本实用新型属于地热设备技术领域，尤其涉及一种地热井水位连续自动监测系统。

背景技术

地热井是指开采地表以下热资源(主要为地热水、地热卤水等)的钻探井设施，所谓地热，就是能够经济地为人类所利用的地球内部的热资源。地热的典型应用场景为温泉洗浴、供暖以及发电等。通常情况下，在地热钻探井完成施工后，需要在井下设置地热深井泵，在地热深井泵上安装泵管，将地热热水从地热井内泵送出来。

对地热井内的水位进行监测对于地热水源利用系统的稳定运行有着十分重要的意义，通过对地热井水位的高度进行持续监控，及时获知井内水位的变化情况。现有的地热井水位监测一般由人工方式进行：人工将测量线缆下放至井下，当线缆下端的端头与井内液面接触时产生电信号，对接收到电信号时下方线缆的长度进行计量，得到井下水位高度值。上述地热井水位监测装置以及监测方法存在以下缺陷：首先，前述监测装置在执行水位测量的操作时需要打开地热井的井口装置，然后才能将测量线缆向井内下放，这导致操作十分繁琐，对于地热井的正常运行产生一定干扰；其次，前述监测装置无法实现对水位的连续式监测，若井下水位短时间内发生较大变化，此种非连续式监测系统无法及时掌握变化情况。

因此，需要对地热井水位监测系统的结构进行优化设计，以解决前述技术问题。

实用新型内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构设计合理、实现连续式监测、对地热井运行无影响的地热井水位连续自动监测系统。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种地热井水位连续自动监测系统包括上端带有顶部法兰盘、中下部带有安装支架的管道装置，在管道装置中上部的侧壁上设有窗口，在窗口的外侧安装固定有箱体，在箱体内安装有监测装置；监测装置包括前部设有支座的壳体，在支座的顶部安装有转轴，在转轴的中部安装有线辊，在转轴的端部安装有导电滑环，由线辊收放卷的、底部带有沉降测量端头的测线的端部与导电滑环的动组件连接，监测装置还包括驱动电机、将驱动电机的驱动传递给转轴的传动组件、长度计量组件和接线端子，长度计量组件、驱动电机和导电滑环均与接线端子连接。

本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型提供了一种结构设计合理的地热井水位连续自动监测系统，与现有的监测装置及监测方式相比，本实用新型中通过设置管道装置并且在管道装置的侧部设置箱体且在箱体内安装监测装置，实现了监测装置在内部的安装方式，因此本监测系统接入地热井设施之后，进行井下水位的监测时，无需再开启地热井的井口装置，因而有效避免了水位监测操作对于地热井自身运行的影响。

通过设置监测装置由驱动电机、传动组件、线辊等构成，令本自动监测系统能够进行连续式自行运转，运行时通过对测线进行收卷和放卷，实现对沉降测量端头进行提升或者下放，通过记录沉降测量端头与井下水位接触产生信号时测线下放的长度来计量井下水位的高度。本监测系统运行时不依赖人力操作，是一种自动运转的监测系统，与现有的监测装置相比，本实用新型中的监测系统能够实现井下水位高度的连续式、自动式方式获取，提升了井下水位高度获取的及时性，能够为地热水源系统提供良好的参考，保证地热水源系统运行的稳定性。

优选地：传动组件包括安装在壳体后部的、带有主动齿轮的主动轴和安装在壳体中部的、带有第一传动齿轮和第二传动齿轮的传动轴，在线辊的侧部设有辊侧齿轮，主动齿轮与第一传动齿轮啮合传动，第二传动齿轮与辊侧齿轮啮合传动。

优选地：在支座的底部安装有底板，底板采用螺栓与箱体的底壁固定连接。

优选地：在底板的前部设有线孔，长度计量组件安装在该线孔的上方，测线从该线孔穿过。

优选地：长度计量组件包括相对设置的两个带有线槽的夹辊，测线从两个夹辊之间穿过，在其中一个夹辊的辊轴外端还安装有回转计数器。

优选地：箱体的外端敞口，在该敞口上安装有盖板，接线端子安装在盖板上。

优选地：管道装置包括下部管道和上部管道，在两者之间安装有中部管壳，箱体位于上部管道的侧壁上，安装支架位于下部管道上。

优选地：在中部管壳上还安装有测线摆动组件，测线摆动组件包括安装在中部管壳内、带有丝母的丝杠，在丝母上安装有线环；丝杠的两端部从中部管壳穿出并分别对接安装有电驱组件和手驱组件。

优选地：电驱组件包括电机，电机的电机轴与丝杠的一端对接连接；手驱组件包括带有蜗轮蜗杆组件的外壳，在蜗轮蜗杆组件的蜗杆外端安装有手轮，蜗轮蜗杆组件的蜗轮轴与丝杠的另一端对接连接。

优选地：安装支架包括安装环板，下部管道位于安装环板中部的孔内，在下部管道与安装环板之间焊接安装有多个加强支板。

附图说明

图1是本实用新型的主视透视结构示意图；

图2是图1中中部管壳及其附属部件的俯视结构示意图；

图3是图1中监测装置的主视结构示意图；

图4是图1中监测装置的立体结构示意图；

图5是图1中监测装置的内部结构示意图；

图6是本实用新型工作状态的主视透视结构示意图。

图中：

1、下部管道；2、安装环板；3、丝杠；4、蜗轮蜗杆组件；5、外壳；6、手轮；7、上部管道；8、中部管壳；9、丝母；10、顶部法兰盘；11、箱体；12、接线端子；13、监测装置；13-1、主动轴；13-2、壳体；13-3、传动轴；13-4、导电滑环；13-5、线辊；13-6、转轴；13-7、支座；13-8、长度计量组件；13-9、底板；13-10、辊侧齿轮；13-11、线孔；13-12、第一传动齿轮；13-13、主动齿轮；13-14、第二传动齿轮；13-15、测线；13-16、沉降测量端头；14、盖板；15、电机；16、加强支板；17、水源管路；18、接口管路。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明。

请参见图1和图2，本实用新型的地热井水位连续自动监测系统包括上端带有顶部法兰盘10、中下部带有安装支架的管道装置，其中安装支架用于将本自动监测系统安装在地热井的井口位置，顶部法兰盘10用于管路的连接，因此本自动监测系统可以作为地热井设施的井口装置使用。

本实施例中，管道装置包括下部管道1和上部管道7，在两者之间安装有中部管壳8，安装支架位于下部管道7上。如图中所示，下部管道1的上端与中部管壳8的下部密封焊接固定，上部管道7的下端与中部管壳8的上部密封焊接固定，顶部法兰盘10安装固定在上部管道7的上端。

安装支架用于将本自动监测系统稳定地安装在地热井设施的井口地面上，本实施例中，安装支架包括安装环板2，下部管道1位于安装环板2中部的孔内，在下部管道1与安装环板2之间焊接安装有多个加强支板16，安装环板2的内缘与下部管道1的外壁之间也焊接固定。安装时，在地热井设施的井口地面上安装带有预埋件的固定座，在安装环板2上设有多个连接孔，固定座上的多个预埋件穿设在连接孔内并采用锁母进行锁定，下部管道1的下端插入到地热井设施的井口内。

在管道装置中上部的侧壁上设有窗口，在窗口的外侧安装固定有箱体11，在箱体11内安装有监测装置13，监测装置13用于实现具体的井下水位高度监测功能。本实施例中，如图中所示，箱体11位于上部管道7的侧壁上。

请参见图3、图4和图5，可以看出：

监测装置13包括前部设有支座13-7的壳体13-2，在支座13-7的顶部安装有转轴13-6，在转轴13-6的中部安装有线辊13-5，在转轴13-6的端部安装有导电滑环13-4，由线辊13-5收放卷的、底部带有沉降测量端头13-16的测线13-15的端部与导电滑环13-4的动组件连接。如图中所示，线辊13-5能够以转轴13-6为中心转动，在线辊13-5的中部设有线槽，测线13-15绕设在线槽内部，通过驱动线辊13-5作正向或者反向转动，实现对测线13-15的收卷和放卷动作，测线13-15被收卷时沉降测量端头13-16被提升，测线13-15被放卷时沉降测量端头13-16被下放。

本实施例中，在支座13-7的底部安装有底板13-9，底板13-9采用螺栓与箱体11的底壁固定连接。

本实施例中，箱体11的外端敞口，在该敞口上安装有盖板14，设置箱体11外端敞口并采用盖板14封堵的结构，其优点是提升对监测装置13进行安装和维护的便利性。通过打开盖板14，能够对监测装置13进行便捷的拆装。

测线13-15的内部带有两根芯线，沉降测量端头13-16的底部设有两个电极且这两个电极分别与两根芯线连接，这样当沉降测量端头13-16被下放到井下水位位置时，随着两个电极与液面的接触，两个电极接通因而两根芯线接通，这样通过计量两根芯线的通断状态(与液面接触时电路导通、不予液面接触时电路断开)实现对沉降测量端头13-16是否下降至井下液面进行判断。沉降测量端头13-16自身具备一定的重量，这样能够对测线13-15产生一定的竖直向下的牵拉作用，令测线13-15在被收卷和放卷的过程中保持绷直状态，避免由于测线13-15弯曲导致的深度测量不准确问题。

导电滑环13-4加装在转轴13-6与支座13-7之间，在转轴13-6转动时用于将测线13-15与外界导通。导电滑环13-4为现有市售部件，通过市购获取，结构上包括配合连接的动组件和静组件，安装时动组件与转轴13-6的端部固定连接，静组件安装固定在支座13-7上。动组件与转轴13-6同步转动，静组件不转动，因而动组件与静组件两者发生相对转动。在动组件和静组件上均设有接线，两者的接线通过内部设置的滑线接触结构导通，即在动组件转动的过程中，两者的接线能够保持持续的导通状态。

测线13-15的端部与导电滑环13-4的动组件的接线连接，导电滑环13-4的静组件的接线作为信号引出线。

监测装置13还包括驱动电机(图中未示出)、将驱动电机的驱动传递给转轴13-6的传动组件、长度计量组件13-8和接线端子12，长度计量组件13-8、驱动电机和导电滑环13-4均与接线端子连接。其中，驱动电机安装在壳体13-2的侧部，通过传动组件向转轴13-6和线辊13-5传递动力，长度计量组件13-8用于计量测线13-15被放卷和收卷时移动的长度，接线端子12用于提升电源线和信号线连接的便利性。

本实施例中，接线端子12安装在盖板14上，接线端子12包括驱动电机的电源接线端子以及长度计量组件13-8和导电滑环13-4两者的信号线端子。连接时，驱动电机的电源线、长度计量组件13-8和导电滑环13-4两者的信号线均连接至接线端子12，接线端子12通过外置的电源线束和信号线束连接至系统控制器。

传动组件包括安装在壳体13-2后部的、带有主动齿轮13-13的主动轴13-1和安装在壳体13-2中部的、带有第一传动齿轮13-12和第二传动齿轮13-14的传动轴13-3，在线辊13-5的侧部设有辊侧齿轮13-10，主动齿轮13-13与第一传动齿轮13-12啮合传动，第二传动齿轮13-14与辊侧齿轮13-10啮合传动，驱动电机的电机轴与主动轴13-1对接连接。这样，驱动电机驱动主动轴13-1转动，主动轴13-1的转动传递给传动轴13-3，传动轴13-3的转动传递给线辊13-5，通过控制驱动电机正转或者反转，实现对线辊13-5的正向驱动或反相驱动。

本实施例中，长度计量组件13-8包括相对设置的两个带有线槽的夹辊，测线13-15从两个夹辊之间穿过，在其中一个夹辊的辊轴外端还安装有回转计数器。当测线13-15被收卷或放卷时，由于两个夹辊对其的夹持作用，两个夹辊在摩擦作用下发生同步转动，测线13-15的移动速度等于夹辊边缘的线速度。回转计数器为现有部件，通过市购获取，结构上可以包括触点开关和安装在夹辊辊轴端部侧壁上的触点，这样当夹辊转动时，每转动一周，触点对触点开关产生一次拨动触发动作，则记录转动一周，相应地测线13-15移动了夹辊外圆周周长的距离。

本实施例中，在底板13-9的前部设有线孔13-11，长度计量组件13-8安装在该线孔13-11的上方，测线13-15从该线孔13-11穿过。

考虑到在一些情况下，监测装置13的沉降测量端头13-16在地热井的管井内可能发生卡阻问题(即沉降测量端头13-16无法顺利地升降)，此时若强行通过线辊13-5进行收卷提升，将有可能令测线13-15产生过量的张力，出现绷断等事故。因此，本实施例中，在中部管壳8上还安装有测线摆动组件，测线摆动组件用于对测线13-15进行左右摆动，令测线13-15对沉降测量端头13-16的提升力的方向发生一定角度的摆动动作，促进发生卡阻问题的沉降测量端头13-16的松动(当然，发生卡死问题时通常只能强行收线，测线13-15断裂后进行系统的维护)。如图中所示，测线摆动组件包括安装在中部管壳8内、带有丝母9的丝杠3，在丝母9上安装有线环，测线13-15从该线环中穿过。

测线摆动组件通过驱动装置进行驱动动作，丝杠3的两端部从中部管壳8穿出并分别对接安装有电驱组件和手驱组件。其中，电驱组件对丝杠3提供电动驱动作用，手驱组件对丝杠3提供手动驱动作用，手驱组件作为电驱组件的备用，在系统掉电电驱组件无法正常工作时采用手驱组件操作。

电驱组件包括电机15，电机15的电机轴与丝杠3的一端对接连接；手驱组件包括带有蜗轮蜗杆组件4的外壳5，在蜗轮蜗杆组件4的蜗杆外端安装有手轮6，蜗轮蜗杆组件4的蜗轮轴与丝杠3的另一端对接连接。这样，通过电机15和手轮6都能够驱动丝杠3作正向或者反向转动。电机15与系统控制器连接，接收系统控制器发送的指令。

系统控制器可以设置在地热井设施的控制室内，包括基于PLC芯片搭建的处理器单元以及与处理器单元连接的模数转换单元和电机驱动单元，电机15和驱动电机与电机驱动单元连接，长度计量组件13-8和导电滑环13-4与模数转换单元连接，还包括必要的显示屏用于显示井下液面深度值供参考。

工作方式：

请参见图6，将本自动监测系统安装固定在地热井设施的井口位置，作为地热井的井口装置使用；在顶部法兰盘10上安装接口管路18，接口管路18向侧部弯折以便于连接管路，在接口管路18的内端连接有水源管路17，水源管路17由多节拼接而成，延伸至井底产水区；

系统启动后，驱动电机动作控制线辊13-5正向转动对测线13-15进行放卷，在放卷的过程中，长度计量组件13-8持续计量测线13-15放卷移动的长度，当沉降测量端头13-16下降至井下液面位置时，其两个电极接通(地热水由于离子含量较高而具备导电性)，此时长度计量组件13-8计量得到的长度值就是监测装置13与液面之间的高度值，完成水位计量；

之后，系统控制器定时控制驱动电机动作响应；当水位下降时，由于沉降测量端头13-16与液面相脱离，则驱动电机控制线辊13-5正转直至沉降测量端头13-16再次与液面接触，此时水位深度为上一深度值与本次测线13-15移动距离之和；当水位上升时，由于于沉降测量端头13-16与液面一直保持接触，因此驱动电机控制线辊13-5反转直至沉降测量端头13-16与液面脱离，之后再次正转放卷直至沉降测量端头13-16再次与液面接触，此时水位深度为上一深度值与本次测线13-15的两个移动距离之和(下行距离为正值，上行距离为负值)；因此，本自动监测系统在工作时，每次动作之后沉降测量端头13-16均与井下液面平齐；

值得说明的是，通常情况下对于井下水位的计量并不要求十分精确，监测系统主要反映井下水位的变化情况，这个变化情况对于地热水源系统的运转是重要的。

Claims (10)

1.一种地热井水位连续自动监测系统，其特征是：包括上端带有顶部法兰盘(10)、中下部带有安装支架的管道装置，在管道装置中上部的侧壁上设有窗口，在窗口的外侧安装固定有箱体(11)，在箱体(11)内安装有监测装置(13)；监测装置(13)包括前部设有支座(13-7)的壳体(13-2)，在支座(13-7)的顶部安装有转轴(13-6)，在转轴(13-6)的中部安装有线辊(13-5)，在转轴(13-6)的端部安装有导电滑环(13-4)，由线辊(13-5)收放卷的、底部带有沉降测量端头(13-16)的测线(13-15)的端部与导电滑环(13-4)的动组件连接，监测装置(13)还包括驱动电机、将驱动电机的驱动传递给转轴(13-6)的传动组件、长度计量组件(13-8)和接线端子(12)，长度计量组件(13-8)、驱动电机和导电滑环(13-4)均与接线端子(12)连接。

2.如权利要求1所述的地热井水位连续自动监测系统，其特征是：传动组件包括安装在壳体(13-2)后部的、带有主动齿轮(13-13)的主动轴(13-1)和安装在壳体(13-2)中部的、带有第一传动齿轮(13-12)和第二传动齿轮(13-14)的传动轴(13-3)，在线辊(13-5)的侧部设有辊侧齿轮(13-10)，主动齿轮(13-13)与第一传动齿轮(13-12)啮合传动，第二传动齿轮(13-14)与辊侧齿轮(13-10)啮合传动。

3.如权利要求2所述的地热井水位连续自动监测系统，其特征是：在支座(13-7)的底部安装有底板(13-9)，底板(13-9)采用螺栓与箱体(11)的底壁固定连接。

4.如权利要求3所述的地热井水位连续自动监测系统，其特征是：在底板(13-9)的前部设有线孔(13-11)，长度计量组件(13-8)安装在该线孔(13-11)的上方，测线(13-15)从该线孔(13-11)穿过。

5.如权利要求4所述的地热井水位连续自动监测系统，其特征是：长度计量组件(13-8)包括相对设置的两个带有线槽的夹辊，测线(13-15)从两个夹辊之间穿过，在其中一个夹辊的辊轴外端还安装有回转计数器。

6.如权利要求5所述的地热井水位连续自动监测系统，其特征是：箱体(11)的外端敞口，在该敞口上安装有盖板(14)，接线端子(12)安装在盖板(14)上。

7.如权利要求6所述的地热井水位连续自动监测系统，其特征是：管道装置包括下部管道(1)和上部管道(7)，在两者之间安装有中部管壳(8)，箱体(11)位于上部管道(7)的侧壁上，安装支架位于下部管道(1)上。

8.如权利要求7所述的地热井水位连续自动监测系统，其特征是：在中部管壳(8)上还安装有测线摆动组件，测线摆动组件包括安装在中部管壳(8)内、带有丝母(9)的丝杠(3)，在丝母(9)上安装有线环；丝杠(3)的两端部从中部管壳(8)穿出并分别对接安装有电驱组件和手驱组件。

9.如权利要求8所述的地热井水位连续自动监测系统，其特征是：电驱组件包括电机(15)，电机(15)的电机轴与丝杠(3)的一端对接连接；手驱组件包括带有蜗轮蜗杆组件(4)的外壳(5)，在蜗轮蜗杆组件(4)的蜗杆外端安装有手轮(6)，蜗轮蜗杆组件(4)的蜗轮轴与丝杠(3)的另一端对接连接。

10.如权利要求9所述的地热井水位连续自动监测系统，其特征是：安装支架包括安装环板(2)，下部管道(1)位于安装环板(2)中部的孔内，在下部管道(1)与安装环板(2)之间焊接安装有多个加强支板(16)。

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