重力头及包含其的U型井打井机及U型井土壤储冷热系统技术方案

本申请提供重力头及包含其的U型井打井机及U型井土壤储冷热系统，包含重力头的U型井打井机，其特征在于包括重力头、卷扬机、供水源和控制系统；卷扬机吊索与重力头传动连接并能随时拉起重力头返回；重力头与井管传动连接；井管包括PEX管；重力头表面设置为减阻表面；减阻表面包括若干个出孔；令出孔输出水，出水使减阻表面的泥土浆料化，泥土的边界被出水冲刷不断后退，在泥土边界与减阻表面之间形成一个流体薄层；流体薄层降低泥土对重力头下沉的阻力；重力头利用其重力牵引井管下沉形成深入泥土的U型井；U型井由两个竖直段和一个半圆段组成。本实用新型专利技术的U型井土壤储冷热系统夏季减少大量开空调时间；夏季升温的土壤储冷热系统用太阳热能可大幅度增加热量供冬季使用。土壤源热泵供暖系统对气温不敏感。

【技术实现步骤摘要】
重力头及包含其的U型井打井机及U型井土壤储冷热系统
本技术涉及重力头及包含其的U型井打井机及U型井土壤储冷热系统。
技术介绍
用土壤储冷热系统提供低温热源和冷源的热泵供冷暖系统，相对于空气源热泵系统，具有冬季对气温变化不敏感、夏季具有大量冷能可直接供冷等优点。我国北方某住宅区采用开挖整体挖土十多米深、铺设地下换热管道并回填的方式在地下设置换热井。其换热效果好。但涉及大量土方的挖掘移送、对环境不友好，还受现场条件的制约包括不能在既有建筑下面和有大量地下管网通过的区段建造；并且随着开挖深度的增加，开挖难度加速增加；在地下水位高的地区挖10米也不容易。有一种开沟埋设铁管设置土壤源换热井的做法，其同样有大量土方挖掘和影响环境的问题。有一种设置土壤源换热井的做法：打直径130～150毫米、深度15米左右的直井，在直井中置入直径25的U型管子，譬如PE-X管，在直井中灌入细沙和所挖出的泥土的混合物，建造一个U型井；并以若干个此类U型井构建土壤源储冷暖系统，用于建造土壤源热泵供暖系统。初步试验有一定效果。但这种U型井相对于10米及以上深度的话，其两个竖直段之间距离就显得过短、热阻过小，导致严重的热短路；冷热能既难以输入也难以输出。土壤储冷热系统采用U型换热井的两根竖直段，其作为热媒的输入管道和输出管道，两者间距越大，热阻越大、热短路现象越轻；对于深度40米以上的U型井，要求其两根竖直段——热媒输入管道和热媒输出管道的间距大于等于1米，以减小热短路现象。在土壤中设置两根竖直段间距扩大至米级、热短路现象极小的U型换热井，采用打圆形截面的井涉及的土方量仍然过大，需要开发新的技术。
技术实现思路
本技术的目的之一是要提供一种包含重力头的U型井打井机。本技术的这个目的这样实现：制造一台包含重力头的U型井打井机，所述U型井打井机包括重力头、卷扬机、作业管线模块、井管箱、供水源和控制系统。令卷扬机通过吊索与重力头传动连接并能够随时拉起重力头返回；令重力头与井管传动连接，一部分重力头的重力通过井管传递到地面；重力头随时能够与井管脱离。作业管线模块收放作业管线；作业管线包括供水管和缆线；井管箱内存放有井管，井管能取出井管使用；将重力头的部分或者全部与泥土摩擦的表面设置为减阻表面；减阻表面包括若干个出孔；重力头并包括供水管网；供水管网连通出孔与供水管；出孔与供水管网、阀门、供水管和供水源顺序连通。供水源包括加压的水源或者气源；供水源默认为加压的水源。打井时，令所述出孔输出水，出水使减阻表面的泥土浆料化，泥土的边界被出水冲刷溃散不断后退，在泥土边界与减阻表面之间形成一个高流动性区域流体薄层；流体薄层降低泥土对重力头下沉的阻力；重力头利用其重力牵引井管下沉并最终形成一个深入泥土的U型井；所述U型井由两个竖直段和一个半圆段组成。部分构成流体薄层的浆料化的泥土即流体薄料，因为密度小于地下现场的泥土，在密度差和地下打井作业面的压力作用下，上涌到地面。所述流体薄料因为含水率下降需要时间，在短时期包括半小时内对返回的重力头仍然呈现较小的阻力。在一个可能的设计中，令作业管线并包括一根回浆管、重力头上所述各减阻表面还包括若干个进孔，重力头并包括连接各进孔与回浆管的回浆管网；现场部分或者全部流体薄料顺序通过进孔、回浆管网和回浆管返回地面。本专利技术的目的之二是要通过另一种一种包含重力头的U型井打井机。本专利技术的这个目的主要实现：制造一台包含重力头的U型井打井机，包括重力头、卷扬机、作业管线模块、井管箱、压机助推装置、供水源和控制系统。卷扬机通过吊索与重力头传动连接并能够随时拉起重力头返回；重力头与井管半圆段传动连接；一部分重力头的重力通过井管传递到地面；重力头能够随时与所述半圆段脱离。作业管线模块收放作业管线；作业管线包括供水管和缆线；井管箱内存放有井管。重力头的部分或者全部与泥土摩擦的表面设置为减阻表面；减阻表面包括若干个出孔；出孔与供水管网、阀门、供水管和供水源顺序连通；重力头包括供水管网；供水管网连通出孔与供水管。供水源包括加压的水源或者气源；供水源默认为加压的水源。所述压机助推装置包括一组两根推杆、一台增减机械手和两台压机。推杆包括由若干个推杆件上下交叉连续相合通过连接界面连接组成；压机包括一块升降压板；推杆两端分别与升降压板和重力头传动连接，将升降压板的力传递给重力头，并能被升降压板拉起。打井时，令所述出孔输出水，出水使减阻表面的泥土浆料化，泥土的边界被出水冲刷溃散不断后退，在泥土边界与减阻表面之间形成一个流体薄层；流体薄层降低泥土对重力头下沉的阻力；部分构成流体薄层的浆料化的泥土即流体薄料从推杆内部向上涌至地面；并同时令两台压机切换到压下重力头的压下作业模式：令升降压板同步下降压下两根推杆并通过推杆将重力头压下一段，然后升降压板上升给增减机械手留出加装一个推杆件的作业空间；增减机械手增加两根推杆各一段推杆件；升降压板再次同步压下将两根推杆和重力头压下一段；如此重复实现重力头的持续下沉。重力头包括利用自身重力和压机的推力牵引井管下沉并最终形成一个深入泥土的U型井；U型井由两个竖直段和一个半圆段组成；重力头牵引U型井到达指定深度后，控制系统主机令两台压机切换到拉起重力头的上升作业模式：令升降压板与推杆传动连接并同步上升将两根推杆拉上一段；然后升降压板与推杆脱离传动连接并上升给推杆增减机械手留出拆卸一个推杆件的作业空间；增减机械手减少两根推杆各一段推杆件；升降压板再次与推杆传动连接并同步上升将两根推杆拉起一段，如此重复实现重力头的持续上升，并同时令卷扬机配合拉起重力头；或者，压机在拉起重力头的上升作业模式时，直接利用卷扬机拉起重力头，重力头与半圆段脱离并返回；然后，重力头边返回，增减机械手边拆卸推杆件。在一个可能的设计中，令重力头返回时，令出孔保持下沉时20～80%的出水量用于减阻。在一个可能的设计中，令打井机的作业管线并包括一根回浆管、重力头上所述各减阻表面并包括若干个进孔；重力头并包括连接各进孔与回浆管的回浆管网；现场部分或者全部流体薄料顺序通过进孔、回浆管网和回浆管返回地面。在一个可能的设计中，作业管线并包括缆线，缆线连通电源和重力头的用电负载，或者用于传输弱电。在一个可能的设计中，供水管向现场提供液压能；用于驱动重力头上的液压件。在一个可能的设计中，打井机包括一个设置于地面的一个负压源；在采用回浆管时；回浆管与负压源连通；负压源包括一个其底部和流体液面均低于地面的坑状物。本技术的目的之三是要提供一种U型井打井机的重力头。本技术的这一目的这样实现：制造一个重力头，用于制造牵引井管下沉建造与土壤换热的U型井装置，其包括减阻表面和供水管网；所述减阻表面包括若干个出孔；所述出孔与供水管网、阀门、供水管和供水源顺序连通；令所述各出孔输出水，出水使减阻表面的泥土浆料化，泥土的边界被出水冲刷溃散不断后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含重力头的U型井打井机，其特征在于包括重力头、卷扬机、作业管线模块、井管箱、供水源和控制系统；/n卷扬机通过吊索与重力头传动连接并能够随时拉起重力头返回；重力头与井管传动连接；一部分重力头的重力通过井管传递到地面；重力头能够随时与井管脱离；/n作业管线模块收放作业管线；作业管线包括供水管和缆线；井管箱内存放有井管；/n重力头的部分或者全部与泥土摩擦的表面设置为减阻表面；减阻表面包括若干个出孔；重力头包括供水管网；供水管网连通出孔与供水管；出孔与供水管网、阀门、供水管和供水源顺序连通；/n供水源包括加压的水源或者气源；供水源默认为加压的水源；/n重力头利用其重力牵引井管下沉并最终形成一个深入泥土的U型井；所述U型井由两个竖直段和一个半圆段组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种包含重力头的U型井打井机，其特征在于包括重力头、卷扬机、作业管线模块、井管箱、供水源和控制系统；
卷扬机通过吊索与重力头传动连接并能够随时拉起重力头返回；重力头与井管传动连接；一部分重力头的重力通过井管传递到地面；重力头能够随时与井管脱离；
作业管线模块收放作业管线；作业管线包括供水管和缆线；井管箱内存放有井管；
重力头的部分或者全部与泥土摩擦的表面设置为减阻表面；减阻表面包括若干个出孔；重力头包括供水管网；供水管网连通出孔与供水管；出孔与供水管网、阀门、供水管和供水源顺序连通；
供水源包括加压的水源或者气源；供水源默认为加压的水源；
重力头利用其重力牵引井管下沉并最终形成一个深入泥土的U型井；所述U型井由两个竖直段和一个半圆段组成。


2.按照权利要求1所述的U型井打井机，其特征在于作业管线并包括一根回浆管、重力头上所述各减阻表面还包括若干个进孔，重力头并包括连接各进孔与回浆管的回浆管网；现场部分或者全部流体薄料顺序通过进孔、回浆管网和回浆管返回地面。


3.一种包含重力头的U型井打井机，其特征在于包括重力头、卷扬机、作业管线模块、井管箱、压机助推装置、供水源和控制系统；
卷扬机通过吊索与重力头传动连接并能够随时拉起重力头返回；重力头与井管半圆段传动连接；一部分重力头的重力通过井管传递到地面；重力头能够随时与所述半圆段脱离；
作业管线模块收放作业管线；作业管线包括供水管和缆线；井管箱内存放有井管；
重力头的部分或者全部与泥土摩擦的表面设置为减阻表面；减阻表面包括若干个出孔；出孔与供水管网、阀门、供水管和供水源顺序连通；重力头包括供水管网；供水管网连通出孔与供水管；
供水源包括加压的水源或者气源；供水源默认为加压的水源；
压机助推装置包括一组两根推杆、一台增减机械手和两台压机；
推杆包括由若干个推杆件上下交叉连续相合通过连接界面连接组成；压机包括一块升降压板；推杆与升降压板和重力头传动连接，将升降压板的力传递给重力头，并能被升降压板拉起；
重力头包括利用自身重力和压机的推力牵引井管下沉并最终形成一个深入泥土的U型井；U型井由两个竖直段和一个半圆段组成。


4.按照权利要求3所述的包含重力头的U型井打井机，其特征在于作业管线并包括一根回浆管、重力头上所述各减阻表面还包括若干个进孔，重力头并包括连接各进孔与回浆管的回浆管网；现场部分或者全部流体薄料顺序通过进孔、回浆管网和回浆管返回地面。


5.一种重力头，用于制造牵引井管下沉建造与土壤换热的U型井装置，其特征在于包括减阻表面和供水管网；所述减阻表面包括若干个出孔；所述出孔与供水管网、阀门、供水管和供水源顺序连通；令所述各出孔输出水，出水使减阻表面的泥土浆料化，泥土的边界被出水冲刷溃散不断后退，出水在减阻表面处形成一个流体薄层；所述流体薄层减小重力头在泥土中的行进阻力；重力头包括与井管半圆段的连接界面；通过所述连接界面实现与所述井管半圆段的传动连接，并牵引井管下沉。


6.按照权利要求5所述的重力头，其特征在于
供水源输出高压气体，出气使使减阻表面的泥土松散化；泥土的边界被出气冲刷溃散不断后退，在泥土边界与减阻表面之间形成一个流体薄层；流体薄层降低泥土对重力头下沉的阻力；出气扩散到环境；重力头包括与井管半圆段的连接界面；通过所述连接界面实现与所述井管半圆段的传动连接，并牵引井管下沉并最终形成一个深入泥土的U型井；或者
所述各减阻表面包括若干个进孔；所述进孔通过回浆管网与回浆管连通；或者，
至少包括一组两片鳍片；所述鳍片通过一维转动副机构与重力头连接并与各自的驱动机构传动连接；重力头在泥沙中的状态根据所述鳍片状态的变化而变化；或者，
包括一个侧面推出井管半圆段的重力头，包括设置于其表面或者与其表面一体制作的减阻表面、一个井管半圆段嵌槽、若干块弹性板、若干个设置于半圆段嵌槽端面处的活动栅栏和电动栅栏插孔；减阻表面包括若干个出孔；半圆段嵌槽中置入半圆段；弹性板沿半圆段嵌槽的底边一侧布置并至少占据一半半圆段嵌槽位置；弹性板是一块弓形的板，中间用铆接件与重力头连接；活动栅栏通过半圆段将弹性板压平；活动栅栏的底端用一维转动副机构与重力头连接，活动栅栏具有两种稳定状态：1）活动栅栏插入电动栅栏插孔的锁定状态和，2）活动栅栏脱离电动栅栏插孔的开启状态；或者
包括设置于重力头底部的若干组、每组两个反方向旋转的螺旋推进器。


7.一种U型井土壤储冷热系统，其特征在于包括一个以上U型井；所述U型井包括两个竖直段和一个半圆段；所述两个竖直段之间的距离范围在0.5～3米；U型井95%以上伸入泥土中；以所述U型井两根竖直...

【专利技术属性】
技术研发人员：施国樑，
申请(专利权)人：台州长天能源技术有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33