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同心式射流泵在深層井點降水中的應用

更新時間：2020-09-01　點擊量：1569

1.井點降水技術的發展隨著地下建筑迅猛發展,深基坑作業與日俱增,而且深度逐漸增加。首先要解決的問題往往是如何把地下水位降到坑底標高以下,通過預排水,給地下工程提供安全和干燥的開挖環境,且增加開挖基坑的邊坡穩定性,防止基坑底部巖土隆起或翻漿。對于6～8m淺層砂、粘土地層基坑降水,七、八十年代以來,已廣泛地采用噴射泵輕型井點降水系統,由于地下工程(如地鐵、地下交通線路)和高層建筑對地基基礎、建筑功能、和抗震等的要求不同,一般設計2～3層地下建筑,基礎埋深達到9～15m,對于這種深大地下工程,輕型井點射流泵降水深度常常不能滿足降深要求。

　　目前,在8m以下深基坑降水作業中,采用的方法主要有以下形式:①管井降水或輻射井降水。其降水效果與管井直徑和井深有直接關系,地層滯留水與井內集水水位必須有一定的高度差,才能在重力作用下流入井內,因此,管井比要開挖的基坑深,直徑大,井內集水效果才好,再考慮安裝潛水泵或深井泵的空間,一般下內徑Φ300mm水泥井管,施工Φ600mm鉆孔,8～10m的基坑需14～18m井深,由于孔深和直徑較大,不象輕型井點,可用長螺旋鉆機快速施工井點孔,施工周期長,成本較高,通過潛水泵或深井泵抽水來降低地下水位,管井內的水位變化大,易損壞潛水泵,易受施工場地的限制,降水速度較慢,現場管理復雜;②多級輕型井點噴射泵降水系統,增加基坑的開挖規模,降水設備多,施工場地大、周期長。因此,開發深基坑降水設備來滿足生產需要是有現實意義的。對于降深大(8～20m),而又無法布置多級井點或管井降水系統的地下工程,可采用射流泵深層降水系統,它基本上是一深埋于地下的高壓射流泵裝置,在井底可以形成較高的負壓,集水效果較好。根據輸送液流管路的相互位置,射流泵深層降水系統分為同心式和并列式兩種,如圖1所示,并列式深層降水射流泵(圖1b)雖結構簡單,但經埋入降水鉆孔,再次起拔時,有的無法拔出,有的拔出已損壞,設備廢損率高,通過調研,我室研制的同心式射流泵(圖1a)深層降水系統,不僅解決了并列式深層降水射流泵拔出時廢損率高的問題,而且與潛水泵或深井泵降水試驗對比,表明性能優異,如表1,在抽吸地層滯留水時,比現有潛水泵、深井泵抽水效率高五倍以上,而且利用真空集水,相對基坑深度而言,施工降水孔,直徑小、孔淺,采用Φ400mm長螺旋鉆機成孔,施工周期短,效益好。特別適用于8～20m以下滲透系數(011～20mΠd)較小的砂、粘土地層中干擾降水,成功地用于首都機場新航站樓基坑降水工程。

　　2 單管同心式噴射泵的研制

　　211 單管同心式噴射泵結構和應用特點

　　設備由孔口雙壁管、雙壁管、射流泵、單向閥及濾水管等組成(圖1a)。雙壁管分6m、3m長2種,可以組合成3m間隔的不同長度,可以根據工程需要連結成不同長度,以適應不同的降水深度;尺寸小,重量輕,外形為簡單的圓柱形,起拔阻力小,工程完后容易從地層中拔出,以重復使用。

　　雙壁管由外管、內管及接頭組成,內外管由接頭連結在一起,內管之間插接,并用“0”形膠圈密封,密封可靠;外管與外管通過錐螺紋相互連接,自密封且裝卸方便;內外管之間的環狀空間為高壓水流通道,內管為回水管通道,流道設計合理,沿程阻力損失小,提高了效率;由于井底的噴射器下設計了多道濾網,避免水流中雜物阻塞噴嘴及流道。將井底射流泵及單向閥設計成一個獨立的部件,可以在制造廠完成組裝及性能測試,從而避免了在施工現場進行組裝及試驗,簡化了使用過程,保證了產品質量。

　　212 單管同心式噴射泵工作原理

　　由離心泵輸出的高壓水通過高壓膠管、供水總管輸入內外管之間的環狀空間,經射流泵噴嘴形成高速射流,在噴口周圍形成低壓區,真空度高可達10m水柱,這個低壓區與濾水管是連通的,因此地下水將被吸入,經濾水管、單向閥進入射流泵內,與噴嘴射出的高速水流相遇,在射流泵喉管內經過能量交換,進入擴壓管,此時速度降低,壓力增加,混合后的水經內管,回水膠管、內水管路進入水箱內,地層中吸出的水將經水箱溢水口流走,圖1所示,噴射泵吸入口真空集水和排出口壓力提升地下水,集水效果好,降水深度大。

　　213 單管同心式噴射泵性能參數

　　主要技術參數: 抽吸真空度:10m水柱;降水深度:30m(包括吸程,如用戶需要,可以加深);配套離心泵揚程:80～100m;每套噴射器所需水量:2176m3 /h;外形尺寸:直徑 Φ80×長度(降水深度+3m);重量:雙壁管1115kg/m(射流泵及濾水管重33kg)

　　3 同心式噴射泵在深層井點降水中的應用

　　首都機場新航站樓基坑降水工程,位于首都機場候機樓東側,主樓南北長74717m,中部寬123m,兩側寬48m,總建筑面積約300km2 ,為亞洲基坑之一,地層為粘質粉砂質土。本工程屬于北京市少見的超大型基坑降水工程,首先開挖3m,施工一級輕型井點(對一般-815m槽深),對深基坑部分(-1512m)采用同心式噴射泵降水方案,否定二級輕型井點降水方案,大量節約了工程成本,加快了施工進度。降水施工采用長螺旋鉆機成孔,口徑Φ300/400(輕型/噴射),孔深10m/1815m(輕型/噴射)。共投入輕型井點34組,噴射井點(同心式噴射泵井點)6組。在距離孔軸線5m處的觀測孔顯示,從1996年1月4日至2月4日,水位由8182m(初始水位)降至12158m,至96年3月24日降至槽底,基坑開挖后槽底為干槽,解決了在細顆粒地層深層降水效果不好的問題,該工程的成功為我國在超大型基坑降水方面提供了范例,并且*在北京地區推出同心式射流泵井點應用于大型基坑降水。此外,在靜安中心地下停車場基坑降水工程中也采用該設備。該停車場地下室基礎埋深為自然地坪下9105m,局部埋深為1010m,工程已順利完工。采用了這種同心式射流泵井點設備,取得了細顆粒的地區進行深層降水的預期效果。通過成功的工程經驗,說明深層射流泵井點降水在北京地區應用前景廣闊。

　　4 結論

　　(1)降水速度較快,出水量穩定。根據首都機場工程實際使用,顆粒細地層,每組出水量中后期012m3 /d左右,降水效果明顯。

　　(2)裝卸方便、下管時間短。因為此設備外管通過錐螺紋相互連接,內管之間插接,所以節省了下管時間。

　　(3)噴嘴使用壽命長。噴嘴用合金鋼淬火制成,極少磨損,根據設備搶修實測,噴嘴磨損只有0102mm。

　　(4)設備緊湊,質量可靠,因可拆卸成6m長/根, 便于運輸,減輕工人勞動強度。

　　(5)起拔時,設備毀損率低。在機場60眼井降水施工中,設備已全部從地層拔出,可重復利用。

　　(6)因利用射流泵排出口正壓與吸入口真空工作,噴射泵揚程大,可以獲得較大的降水深度,根據地層涌水不同,可進行系列化設計,價格比同類產品低。

　　(7)利用噴射泵吸入口真空集水,施工降水孔與管井比較,直徑小,孔深淺。可以采用長螺旋鉆機成孔,施工周期短,效益好。特別適用于8～20m以下滲透系數較小的砂、粘土地層中干擾降水。

全自動野外地溫監測系統/凍土地溫自動監測系統

地源熱泵分布式溫度集中測控系統

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TD-016C型地源熱泵能耗監控測溫系統

產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫，淺層地溫在線監測系統，分布式地溫監測系統

此款系統專門為地源熱泵生產企業，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節能環保產業等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監測并保存數據，為優化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統系統功能：

1、溫度在線監測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監測，本系統的可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：
　　為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守。可對熱泵系統的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

3）室外環境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

2、自動監測平臺建成以后可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線；

3）開采井井內水位監測及變化曲線；

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同心式射流泵在深層井點降水中的應用

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