回灌水井内负压消除装置的制作方法

1.本发明涉及一种地下水资源开发利用技术，具体地说是一种回灌水井内负压消除装置。


背景技术：

2.地下水回灌是人工补给地下水的一种技术措施。地下水回灌所用的水源中在通常情况下会含有少量的固态和气态物质。在回灌水经管道和回灌井向地下含水层运移的过程中，回灌水的压力和温度等会发生变化，导致水中的固态物质聚集和气态物质析出。
3.回灌水由回灌井进入地下含水层时，先要经过回灌井过滤器，再经井外滤料层后进入含水层。而回灌井过滤器、井外滤料层和含水层内的联通孔隙共同组成了地下水回灌的渗水通道。固态物质颗粒在渗水通道内聚集，会使渗水通道逐渐变小；而水中的气态物质的析出和聚集，会形成微气泡，微气泡集聚后逐渐形成较大的气泡，在井外滤料层或含水层的联通孔隙通道内形成气阻段。这些现象的出现，会导致回灌水的运移通道堵塞，降低回灌效率。
4.现有的地下水回灌工艺多是在回灌井外安装有回灌水除固、脱气装置，但是，回灌水在进入回灌井口后，其水压和水温会发生变化。特别是在回灌井内水面以上的部分，由于回灌水在重力作用下，受重力加速度的影响，流速逐渐增加；同时，进入井口水流量的增量较小，不能满足由于回灌水流速增加而保持原有水流密度所需要的水量，这就会使回灌水（柱）的内部出现负压，在负压状态下，水中含有的气态物质会不断地析出和聚集，并以微气泡的形式存在于回灌水中。
5.含有微气泡的回灌水在进入井内水面以下的管段后，随着深度的不断增加，所受压强逐渐增大；绝大多数情况，水温也会不断升高。在水温和水压的共同作用下，虽然有部分微气泡重新“溶解”于回灌水中，但还会有部分微气泡伴随着回灌水一起经渗水通道进入含水层中。回灌水在渗水通道中运移的过程中，水中的微气泡会沿途逐渐吸附于渗水通道的内壁面。当渗水通道的某个部位处吸附聚集的微气泡较多足以形成气阻段时，这一渗流通道就被堵塞，从而阻断回灌水的运移路径。
6.在现有地下水回灌工艺中，通常都没有考虑回灌水进入回灌井后，由于井内水位线以上管段内回灌水（柱）内部出现负压，进而导致渗水通道发生气体堵塞的问题，由此引发的渗流通道堵塞情况就会时有发生，从而影响回灌工作效率。


技术实现要素：

7.本发明的目的就是提供一种回灌水井内负压消除装置，以解决地下水回灌过程中因气态物质析出、堵塞渗流通道而影响回灌工作效率的问题。
8.本发明是这样实现的：一种回灌水井内负压消除装置，在回灌井内插接有回灌管，在所述回灌管内设置有浮子，在所述浮子的下端悬吊有锥斗封盖体，在所述回灌管的下端口处设置有用于防止锥斗封盖体脱出的缩口封挡边。
9.进一步地，所述锥斗封盖体的底面为球面，设置在所述回灌管下端口处的缩口封挡边为与锥斗封盖体底面弧度相合的环形球冠面。
10.进一步地，在所述缩口封挡边的环形球冠面上设置有密封带。
11.进一步地，在所述锥斗封盖体上接有若干向旁侧伸出的限位顶杆，在所述限位顶杆的外端部接有可在回灌管内壁上上下滑动的滑片。
12.进一步地，在所述浮子与所述锥斗封盖体之间接有垂吊连接体，在所述垂吊连接体上套接有环圈，所述环圈的中心通过连杆撑架在回灌管的轴心线上。
13.进一步地，在所述回灌管的上部设置有阻挡浮子从管内涌出的限位架或限位网。
14.本发明还可这样实现：一种回灌水井内负压消除装置，在回灌井内插接有回灌管，在所述回灌管内设置有浮子，所述浮子的下端悬吊有锥形上盖体，所述锥形上盖体遮盖在管口封挡体上，并通过伸缩连接件与管口封挡体相接，在回灌管的下端口处设置有用于防止管口封挡体脱出的缩口封挡边；在所述管口封挡体中开有若干斜向冲击排水通道，所述冲击排水通道的上端口开在管口封挡体的顶面，所述冲击排水通道的下端口开在管口封挡体的能由回灌管上的缩口封挡边封挡住的位置处；在所述管口封挡体的中部开有直立的排杂通道，排杂通道的下端通过斜向连通管与冲击排水通道相连通。
15.进一步地，所述伸缩连接件为连接在所述锥形上盖体与所述管口封挡体之间的软绳。
16.进一步地，所述伸缩连接件包括：连接在锥形上盖体底面中心位置处并下伸到排杂通道中的拉杆，连接在拉杆下端的吊球，以及设置在排杂通道管口内的限位环，所述限位环的内径小于所述吊球的直径。
17.进一步地，在所述锥形上盖体上接有若干向旁侧伸出的限位顶杆，在所述限位顶杆的外端部接有可在回灌管内壁上上下滑动的滑片。
18.进一步地，在所述浮子与所述锥形上盖体之间接有垂吊连接体，在所述垂吊连接体上套接有环圈，所述环圈的中心通过连杆撑架在回灌管的轴心线上。
19.进一步地，在所述回灌管的上部设置有阻挡浮子从管内涌出的限位架或限位网。
20.本发明的实质是一种回灌井管内的水位自调节系统，其作用是能够根据回灌水量的多少，自行调节回灌管的管内水位，将管内水位的变化幅度控制在一定范围之内，这样，就可始终保持自下端口至井口段的回灌管内充满回灌水，使井外回灌水在进入回灌井口后的水温和水压变化放缓，由此就可最大限度地避免因管内水位的变幅加大而出现井内水位线以上的回灌管段内的回灌水（柱）内部出现负压的现象，从而相应减少回灌水中所含气态物质的析出，避免因气态物质析出而堵塞渗流通道的情况出现。
附图说明
21.图1是本发明实施例1的结构示意图。
22.图2是本发明实施例2的结构示意图。
23.图3是实施例2中的管口封挡体的顶面结构示意图。
24.图中：1、浮子，2、管内水位，3、回灌管，4、回灌井，5、封闭材料层，6、地层，7、过滤器，8、井外滤料层，9、地下含水层，10、井内水位线，11、锥形上盖体，12、管口封挡体，13、冲击排水通道，14、排杂通道，15、伸缩连接件，16、限位环，17、弹性密封带，18、缩口封挡边，
19、环圈，20、垂吊连接体，21、限位顶杆，22、滑片，23、限位架，24、锥斗封盖体。
具体实施方式
25.如图1、图2所示，在地层6中开挖出回灌井4，回灌井连通到地下含水层9，在回灌井4的井壁上附着有封闭材料层5，在连通地下含水层9的一段井壁上对应设置有井外滤料层8和过滤器7。在回灌井4中插入回灌管3，回灌管3的上端口通过支架固定在井口上，回灌管3的下端口没入井内水位线10以下。
26.实施例1：本发明回灌水负压消除装置安装在回灌管3中，其具体结构如下（图1）：在插入回灌井4的回灌管3内设置有浮子1，浮子1可以是任意形状的空心漂浮体，其既可以是单体，也可以是相互串联的多体组合，其横截面积不大于回灌管3上段横截面积的1/2。在浮子1的下端悬吊有锥斗封盖体24。锥斗封盖体24的上部为锥形结构，底面为球面；其主体的锥形结构是要保证其上浮时所受水的阻力最小。当然，锥斗封盖体24的上部也可以采用柱形体或曲面体等其他形状。在回灌管3的下端口处设置有用于防止管口封挡体12脱出的缩口封挡边18。在缩口封挡边18上可以设置密封带，在锥斗封盖体24落下时密封住回灌管3的下端口。锥斗封盖体24的重量应能够满足回灌管3内部的管内水位2在一定高度时，回灌管3内部的存水不至于渗漏。
27.在锥斗封盖体24上接有若干向旁侧伸出的限位顶杆21，在限位顶杆21的外端部接有可在回灌管内壁上上下滑动的滑片22。这样就可在锥斗封盖体24在回灌管3中的升降过程中，通过限位顶杆21将锥斗封盖体24始终限位在回灌管3的中心位置处。
28.在浮子1与锥斗封盖体24之间接有垂吊连接体20，在垂吊连接体20可以是井绳，也可以是直柄杆体。在垂吊连接体20上套接有环圈19，环圈19的中心通过连杆撑架在回灌管3的轴心线上。这样就可在回灌管3的轴心线上牵拉锥斗封盖体24，使锥斗封盖体24保持在回灌管内的中心位置。
29.在回灌管2的上部还设置有阻挡浮子1从回灌管内涌出的限位架23，也可采用限位网片等类似装置对浮子1进行限位，其作用是限制浮子1的上升高度。
30.当浮子1全部浸入水中时，其受到的浮力大于其自身重量和锥斗封盖体24以及其他附属部件的总重量，从而确保其所受浮力能够拉起锥斗封盖体24。浮子1的位置在一定变化幅度范围内，其上升高度越大，锥斗封盖体24的底面与回灌管3下端口之间的开度就越大，通过回灌管3进入回灌井4中的回灌水的流量就越大。即：使回灌水量与浮子1的位置相协调，这样就可确保回灌井的井内水位线10以上至井口段的回灌管3内部有充足的回灌水，尽可能保持回灌管3内的管内水位2的稳定。
31.实施例2如图2所示，在插入回灌井4的回灌管3内设置有浮子1，浮子1的具体结构与实施例1的相同。在浮子1的下端悬吊有锥形上盖体11，锥形上盖体11通过伸缩连接件15连接管口封挡体12，并遮盖在管口封挡体12的顶面。锥形上盖体11的锥形结构是要保证其上浮时所受水的阻力最小。在回灌管3的下端口处设置有用于防止管口封挡体12脱出的缩口封挡边18。在缩口封挡边18上可以设置密封带，在管口封挡体12落下时密封回灌管3的下端口。管口封挡体12的重量应能够满足回灌管3内部的管内水位2在一定高度时，回灌管3内部的存
水不至于渗漏。
32.管口封挡体12为锥台形结构体，其上表面呈凹形弧面，与锥形上盖体11下表面的弧度一致，使二者能够相吻合；其底部为球面形。在管口封挡体12中开有若干斜向的冲击排水通道13，冲击排水通道13的上端口开在管口封挡体12的顶面（图3），冲击排水通道13的下端口开在管口封挡体12的底部边缘，具体是开在能由回灌管3上的缩口封挡边18封挡住的位置处（图2）。冲击排水通道13有多个，其单管直径不小于2 cm，且不大于连接冲击排水通道中心所形成圆直径的0.4倍。
33.冲击排水通道13下口的中心轴线与回灌管末端上表面指向回灌管中心的法线呈大角度相交，相交的角度大于90
°
。在冲击排水通道13的下端口为楔形开口，楔形开口的中心轴线指向管口封挡体12的下表面中心，楔形开口的横截面呈扇形，扇形的圆心与冲击排水通道13下口的中心一致，扇形的外边呈凹状弧形，凹状弧形边的两端首尾相接，形成圆形，其半径大于回灌管3的末端开口圆半径的5~10%。楔形开口的作用是当锥形上盖体11向上移动时，回灌管3内的水通过冲击排水通道13向下流动，在楔形开口空间内形成水压带。在锥形上盖体11向上移动，带动管口封挡体12向上移动的瞬间，楔形开口空间内的水压可以辅助管口封挡体12向上移动。
34.在管口封挡体12的中部开有直立的排杂通道14，排杂通道14的下端通过斜向连通管与冲击排水通道13相连通。排杂通道14的作用，一方面是能够及时排掉锥形上盖体11与管口封挡体12之间的杂物，另一方面是保证伸缩连接件15在其内部能够自由活动。
35.伸缩连接件15可以是连接在锥形上盖体11与管口封挡体12之间软绳；还可以采用图示的结构，具体包括有拉杆、吊球和限位环16等，拉杆连接在锥形上盖体11的底面中心位置处，并可下伸到管口封挡体12上的排杂通道14中，吊球连接在拉杆的下端，限位环16设置在排杂通道14的管口内，限位环16的内径小于吊球的直径，以便在浮子1上提锥形上盖体11时，可以带动管口封挡体12上浮。
36.伸缩连接件15的作用，一是在锥形上盖体11被浮子1向上拉起到一定高度时，能够拉动管口封挡体12向上移动；二是当回灌管3内的管内水位2下降时，浮子1向下移动，锥形上盖体11与管口封挡体12同时向下移动。当管口封挡体12与回灌管3的缩口封挡边相接触时，管口封挡体12停止移动。此时，锥形上盖体11受伸缩连接件15的控制，继续向下移动直到与管口封挡体12相吻合。
37.在锥形上盖体11的底面周边可设置一定宽度的弹性密封带17。弹性密封带17由相互啮合的两部分组成，其中的一部分安装于锥形上盖体11的底面，另一部分安装于管口封挡体12的上表面。啮合体的形状不限，以实现最大的密封程度为准。
38.在锥形上盖体11上接有若干向旁侧伸出的限位顶杆21，在限位顶杆21的外端部接有可在回灌管内壁上上下滑动的滑片22。这样就可在锥形上盖体11在回灌管3中的升降过程中，通过限位顶杆21将锥形上盖体11始终限位在回灌管3的中心位置处。
39.在浮子1与锥形上盖体11之间接有垂吊连接体20，在垂吊连接体20可以是井绳，也可以是直柄杆体。在垂吊连接体20上套接有环圈19，环圈19的中心通过连杆撑架在回灌管3的轴心线上。这样就可在回灌管3的轴心线上牵拉锥形上盖体11，使锥形上盖体11保持在回灌管内的中心位置。
40.在回灌管2的上部也设置有阻挡浮子1从回灌管内涌出的限位架23或限位网片，以
限制浮子1的上升高度。
41.当浮子1全部浸入水中时，其受到的浮力大于其自身重量、锥形上盖体11、管口封挡体12、伸缩连接体20以及其他附属部件的总重量，从而确保其所受浮力能够拉起锥形上盖体11和管口封挡体12。浮子1的位置在一定变化幅度范围内，其上升高度越大，管口封挡体12的下表面与回灌管3下端口之间的开度就越大，通过回灌管3进入回灌井4中的回灌水的流量就越大。即：使回灌水量与浮子1的位置相协调，这样就可确保回灌井的井内水位线10以上至井口段的回灌管3内部有充足的回灌水，尽可能保持回灌管3内的管内水位2的稳定。
42.在浮子1的上部或顶端可设置起吊部件，以便于对本发明回灌水井内负压消除装置的安装与检修。根据井内水位线10的埋深和回灌井口径的不同，浮子1可安装于回灌井4的井口地面以上或将回灌井4上部井管的内径局部增大，便于浮子1的安装和运行时的上下移动。
43.根据回灌井4的结构和回灌水量的大小，在回灌管3下端部可制成以下两种形状：一是与回灌管3上部一致的直筒圆管；二是直径大于回灌管3上部直径的变径圆管，即大肚管，但其外径要小于回灌井4的内径，以保证能够顺利安装在回灌井4内。
44.本发明回灌水负压消除装置的安装方式如下：（1）在井口地面固定临时起重装置；（2）将锥形上盖体11和管口封挡体12等相关部件组装在一起，形成封闭组合体；（3）将回灌管3吊起，置于回灌井4的井口内，临时固定，使其不致滑落；（4）将封闭组合体（11、12）起吊，置于回灌管3内部；（5）依次起吊安装其他回灌管段、垂吊连接体20、环圈19等部件；回灌管3各段之间采用焊接或其他固定连接方式予以固定；（6）最后起吊安装浮子1和限位架23。
45.回灌管3及相关部件的安装长度以封闭组合体（11、12）没入井内水位线10以下为宜。井内水位线10的埋深越大，封闭组合体（11、12）没入井内水位线10以下的深度就越大。
46.本发明回灌水负压消除装置的启动运行方式如下：开启回灌水阀或回灌水泵，向回灌管3内注水，使管内水位2逐渐上升。当管内水位2上升到与浮子1相接触时，浮子1开始受回灌水的浮力作用。随着管内水位2的逐渐升高，浮子1所受的浮力逐渐增大。当浮子1受到的浮力大于其自身重量、锥形上盖体11、管口封挡体12、垂吊连接体20以及其他附属部件的总重量时，开始向上拉起锥形上盖体11。此时，回灌管3内的回灌水通过锥形上盖体11与管口封挡体12之间的空隙，沿冲击排水通道13和排杂通道14向下流动，充满管口封挡体12和回灌管3末端之间的扇形空间。管内水位2继续升高，浮子1继续上升，拉动锥形上盖体11上升到伸缩连接件15与限位环16相接触时，开始拉动管口封挡体12向上移动，使管口封挡体12和回灌管3的下端口分开，产生空隙，回灌管3内的回灌水进入回灌井内，顺着回灌井的井管继续下移，向含水层9的位置运移。管口封挡体12上升的高度越大，管口封挡体12与回灌管下端口之间的空隙就越大，回灌水进入回灌井4的水量就越多。
47.正常情况下，进入回灌管3的回灌水量基本保持恒定不变或变化甚微，管内水位2保持基本不变，浮子1及封闭组合体（11、12）的位置也基本不变，使进入回灌井4的水量恒
定。
48.当进入回灌管3的回灌水量减小时，在初始时刻，由回灌管3进入回灌井4的水量不变或略有减小，即由回灌管3进入回灌井4的水量大于由井外进入回灌管3的回灌水量，管内水位2下降，浮子1及封闭组合体（11、12）的位置随之下降，使回灌管3进入回灌井4的水量减小。当由回灌管3进入回灌井4的水量的减小量等于由井外进入回灌管3的回灌水的减小量时，管内水位2稳定在某一位置，浮子1及封闭组合体（11、12）的位置也相对稳定不变。
49.当进入回灌管3的回灌水量增大时，在初始时刻，由回灌管3进入回灌井4的水量不变或有微小增量，即由回灌管3进入回灌井4的水量小于进入回灌管3的回灌水量，管内水位2上升，浮子1及封闭组合体（11、12）的位置随之上升，使回灌管3进入回灌井4的水量增大。当由回灌管3进入回灌井4的水量的增加量等于进入回灌管3的回灌水的增加量时，管内水位2维持在某一位置，浮子1及封闭组合体（11、12）的位置也相对稳定不变。