一种重力头的制作方法

本发明涉及重力头打u型井方法设备产品。

背景技术：

1、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；

2、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；

3、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；

4、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；

5、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；

6、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

1、本发明的目的之一是要提供一种重力头打u型井方法。

2、本发明的重力头打u型井方法：包括一台u型井打井机，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；

3、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；

4、作业管线模块收放作业管线；作业管线包括供水管和缆线；井管箱内能取出井管使用；

5、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；出孔与供水管网、阀门、供水管和供水源顺序连通；重力头并包括供水管网；供水管网连通出孔与供水管；

6、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；

7、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；部分构成流体薄层的浆料化的泥土即流体薄料向上涌至地面；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；

8、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。

9、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。

10、在一个可能的设计中，令所述打井机包括一台压机助推装置；压机助推装置包括两台压机、一组两根推杆和增减机械手；压机包括升降压板；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；

11、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；

12、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。

13、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。

14、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。

15、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。

16、有益效果：利用土壤储冷热的热泵供冷暖系统，以户均供冷暖面积100㎡、供冷暖期100天、热泵系统cop3.5、供暖功率70瓦/㎡计，供暖期间每天每㎡需要土壤蓄冷热体供热50瓦/㎡、热泵机组出力为20瓦/㎡、所述储冷热系统储冷热总量为4.32*1010j。以每m3土壤的容积比热2.35*106j(m2*k)(1.2～3.5*106j(m2*k的中位数)、换热井深50米、储热体吸放热温差16℃计，蓄冷热体的横截面约22.98㎡，即户均占地23㎡，适合高层住宅密集区。包括户均3口所述u型井、所述u型井的计算换热体横截面面积7.66㎡、u型井两竖直段的间距2米。(若将冷暖面积改为70㎡，供暖功率改为,100瓦/㎡，本段最终结论仍然成立)；

17、供冷季，以直接供冷温度0～12℃、总共100天供冷、户均供冷面积100㎡/户计，有约37.5瓦的冷量能够直接供冷除湿。如果按平均每天供冷16小时计，则这16小时有约56.25瓦/㎡的冷量可直接供冷。这里以非供暖季节使用热泵制热水额外产生的上百万大卡冷量抵扣所述u型井子系统的蓄冷热效率损失。采用u型井构建的土壤储冷热系统在夏季能够减少大量开空调时间，对削减夏季用电高峰很有效。对夏季用冷后升温的土壤储冷热系统采用太阳能输入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，寒潮时节能够确保供暖；以机组暂载率0.95计，所述热泵系统的电机功率仅为2105瓦、户均电功率以三相电机效率0.94计仅为约2.239千瓦；对电网极为友好。相比而言，在寒潮到来时，空供水源热泵系统的实际cop急剧下降，甚至低于2，因此此时对电能的需求倍增。但对整个地区而言仍达不到基本的供暖温度，因为整个中国一大半地区的电能供应不能成倍增加；

18、采用以u型井提供低温热源的热泵供冷暖系统，因为对寒潮降温不敏感，能够将户均取暖用电功率限定为如上述的2.4千瓦左右，这个要求目前我国95％以上地区的电力供应都能满足。户均2.4千瓦的取暖以及夏季很少使用电力空调的地区。将几乎不再有用电高峰，这样电网的效益就要好很多，温室气体排放也大幅度减少。

19、本发明的u型井土壤储冷热系统，还适用于非供暖地区的蓄冷空调系统。相比于冰蓄冷，u型井土壤储冷系统因为蓄冷体大、比表面积小、采用平均6℃蓄冷温度相比冰蓄冷温度差7.5℃可以提高制冷机组的效率约30％。以储冷热温差5℃计，上述一口u型井一个储冷周期蓄冷量4.5*109j。再以储冷系统效率80％和一天12小时每㎡每小时供冷负荷100瓦计，每口井可供冷833㎡；

20、以内径0.0276米的pe-x管，每米长度换热面积0.087㎡计，3口50米深的所述u型井的总换热面积26.88㎡。在100天供暖季节，u型井表面的换热负荷为185w/㎡；这里不深入讨论换热温差和换热效率。供冷季节，u型井表面的换热负荷相近；

21、本发明有望实现上述每口50米深的u型井材料费400元、3口井用户总共支付2100元。以电费0.6元/度、空调机组制冷cop＝3和蓄冷热效率0.9计，一个供冷季节省热泵电费2160元(4.32*1010*0.9/3/3600/1000*0.6)、冬季因为蓄冷热温度高节省热泵用电量以总蓄热量的20％和电费0.3元/度计节电2400度(4.32*1010*0.2/3600/1000*0.3)节省电费720元。以全年平均分摊约8.75个月(2100/2880)收回投资。冬季电费0.5元/度的地区，冬季供暖节省电费1200元；7.5个月收回投资；以全年电费1元/度计，4.2个月收回投资。

22、蓄冷空调系统，制冷cop＝3，白天16小时削峰78.125千瓦/井。u型井换热负荷：8718w/㎡(4.32*1010*5/16/3/3600/16/8.961)。偏大，并且夜间8小时换热负荷还要增加1倍。因此，要增加所述蓄冷热体的u型井换热面积，包括多打u型井或者打更深的u型井。以u型井井管长度数量增加到5倍计，白天16小时少用电1250千瓦时。以电费差价0.3元/度、蓄冷热效率0.9计，100天经济效益33750元(1250*0.9*0.3*100)；约9.64天收回打5口井3500元的投资。

23、本发明的u型井的两根竖直段间隔远大于100(130-30)毫米，包括达到2000毫米左右，即使所述u型井的深度达到100米左右，其热短路现象和储热体内部阻抗仍然可以忽略，其存取热能的效率可满足绝大部分用途的要求。

24、本发明带减阻表面的重力头能够在大部分土壤中以大于0.3米/分的速度下沉；能够令重力头不使用运动部件包括切削设施实现100米级深度的打井、其动土的空间极小接近于理论极限值；本发明的可翻动减阻表面令重力头具有直角形前端，打井速度更快、对小块石块的排斥能力更强；本发明带楔形开沙器件的u型井打井机无活动部件、对石块不敏感。

25、本发明u型井打井机的打一个50米深、两竖直段相距2米的u型井的作业成本低至59～100元，解决了社会亟需解决而又长期没有解决的建设无热短路u型井土壤源储热体系统的技术难题；

26、本发明的u型井土壤源储热体系统，不需要大量开挖、不影响地下既有物体包括地下管线；施工作业量小、对环境友好；

27、本发明的供水源包括加压的气源即采用气体代替水作为压力源来构建流体薄层减阻，气体能够使泥土松散化、令泥土界面后退、降低打井设施和井管下沉的阻力，具有能够在透水性强的沙石土壤中打u型井的有益效果，适用于漏水的土质或者水源紧缺的地区。