Способ замораживания грунта Советский патент 1982 года по МПК E02D3/115 E21D1/12 

(54) СПОСОБ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГРУНТА

Изобретение относится к строительству и касается замораживания грунта при вьшолнении строительных работ и проведении горных вьфаботок. Известен способ замораживания грунта путем циркуляции в замораживающей сети рассола, охлаждаемого в аммиачной машине. Замораживание осуществляют подачей рассола в колонки. Циркуляция рассола осуществляется насосом . Недостатками способа являются: -агрессивность рассола ко льду, что в случае повреждения колонок приводит к аварии в процессе проведения работ; - резкое увеличение вязкости рассола с понижением температуры, вследствие чего растут затраты на прокачку его в замораживающей сети и ухудшается теплопередача от рассола к замораживающей трубе колонки; -рассол сильно загрязняет испаритель и колонки (образуются отложения на их стенках), что приводит к ухудшению теплопередачи и непроизводительным потерям холода -рассол имеет ограниченный темпоратурный диапазон (эвтектическая точка ). Наиболее близким к изобретению является способ замораживания грунта путем циркул5щии в замораживающей сети предварительно охлажденного атмосферного воздуха. В замораживающие колонки подают атмосферный воздух вентилятором. Охлаждение воздуха осуществляют в аммиачной холодильной машине 2 . Однако известный способ замораживания пород обладает рядом существенных недостатков: - в результате оседания инея на поверхности испарителя холодильной машины (в процессе охлаждения влажного атмосферного воздуха) условия теплопередачи резко ухудшаются, а гидравлическое сопротивление испарителя существенно повышается;-ограниченная глубина замораживания (до 50 м); -непроизводительные затраты холода на конденсацию и в1дмораживание влаги; - малая объемная теплоемкость воз- духа требует больших количеств его, а отсюда, растут геометрические параметры системы замораживания и затраты энергии Ни НрОКАЧку воздуха в замораживающей сети. Все это приводит к удорожанию процесса замораживания, снижению эффектив ности замораживания, что в свою очеред вызывает значительное увеличение срока создания ледопородного массива, сниже- ние темпов строительства сооружений и повышение .сто 11МОСТИ работ. Целью изобретения является повьпцение эффективности замораживания. Псютавленная цель достигается тем, что согласно способу замораживания грунта путем циркуляции предварительно охлажденного газообразного хладоносителя в замораживающей сети, хладоносител перед подачей в замораживающую сеть осушают, а его циркуладию осуществляют при давлении 2О-100 бар, назначаемым в прямой зависимости от глубинь зоны замораживания грунта. На чертеже изображена приншшиальная схема расположения оборудования для осуществления предлагаемого способа заморадшвания грунта. Технологическая цепь содержит компрессор 1, маслязл 1й фильтр 2, фильтросушитель 3, ресивер 4 со змеевиком 5, запорный вентиль 6, обратный клапан 7, генератор 8 холода, теплообменник 9 распределитель , 10, замораживающую ко лонку 11, коллектор 12, насос 13, помещенный в кожух 14, а также угловой вентиль 15, емкость 16 для воды и регулирующий вентиль 17. Согласно предлагаемому способу замораживание осуществляют путем циркуляции газообразнотхэ хладоносителя в замораживающей сети по следующей схеме. Газообразный хладоноситель компрессором 1 сжимают, пропускают через масляный фильтр 2, фильтр-орущиюль 3, в котором производят частичное удаление влаги из газа, затем подают в ресивер 4 со. змеевиком 5, где вымораживается остаточная влага. Осушенный таким образом газ через запорный вентиль 6 и обратный клапан 7 подают в замораживающую систему. Предварительная осушка газа производится в фильтре-осущителе 3 при помощи силикагеля или песолита. Остаточную влагу из газа удаляют путем выморажива1шя, для чего отбирают часть хладагента, циркулирующего между генератором 8 холода и теплообменником 9, и направляют его через регулирующий вентиль 17 в змеевик 5, наход5шщйся в ресивере 4. Из ресивера 4 поток хладагента направляется в генератор 8 холода. Конденсат, образуемый в прюцессе выморалсивания влаги, удаляют из ресивера 4 через угловой вентиль 15 в приемную емкость 16. Для предотвращения вьшадения инея на наружной поверхности змеевика 5 ее покрывают слоем гидрофобной труднозамерзающей смазки, например, ПМТ-8 или ПМС-5, Подачу газообразного хладоносителя в замораживающую сеть продолжают до получения расчетного давления газа в ней, после чего отключают компрессор 1 и закрывают вентиль 6. Давление газа в сети создают от 20 до 1ОО бар в зависимости от глубшяы замораживания. Первое относится к глубине замораживания до 200 м, второе - до 1000 м. Затем запускают насос 13, помещенный в кожух 14. В кожухе 14 создается давление, равное давлению газообразного хла- доносителя в замораживающей сети. Это необходимо для разгрузки корпуса насоса от давления газа - с одной стороны и решения вопроса уплотнения вала насоса - с другой стороны. Насос 13 осуществляет циркуляцию газообразного хладоносителя высокого давления в замкнутом контуре замораживающей сети по схеме теплообменник 9 - распределитель 1О - замораживающая колонка 11 - коллектор 12 - насос 13 - теплообменник 9. Таким образом технологическая цепочка замьпсается. В этом контуре распределитель 10 предназначен для раздачи глубокоохлажденного сжатого газа по сети замораживающих колонок, а коллектор 12 предназначен для сбора отработанного глубокоохлажденного сжатого газа после колонок. Тепло, отбираемое газообразным хладоносителем в замораживающей колонке, передается в теплообменнике 9 генератору 8 холода. При этом, в зависимости от типов замораншвания, выбирается и генератор холода: парокомпрессионная (одно- или многоступенчатая) холодильная машина, воздушная или газовая хо- лодильные машины, а также безмашинное охлаждение, например жидкий азот шш кислород, или установки, использующие эффект Пельтъе, и др. Подача хладоносителя в замораживаю щий контур под давлением бар обусловлена тем, что теплоемкость сжатых газов при их глубоком охлаждении имеет наиболее высокие показатели именно в этом диапазоне давлений. Следовательно, при одинаковых тепловых нагрузках при давлении в сети 20-100 бар расход газа в ней меньше, чем при давлении в сети меньше 20 бар или больше 100 бар. Таким образом, затраты энергии на циркуляцию хладонос теля в замораживающем контуре сокращаются в 4-9 раз. Применение газообразного хладоносит ля, например сжатого воздуха, азота, аргона и др., позволяет повысить надежность способа, существенно ускорить процесс образования ледопородного массива. Повышается безопасность работ, так как повреждение колонок в процессе производства работ не может вызвать аварии. Газообразные хладоносители инертные ко льду вещества. Перечисленные вьш1е газы не являют ся агрессивными хладоносителями и не загрязн5иот поверхность теплообменника, замораживающих труб и соединительных трубопроводов. Расширяется диапазон 9 86 применения глубокого замораживания грунта. Использование предлагаемого способа позволяет повысить теплоемкость хладоносителя и долговечность используемого оборудования, что обеспечивает снижение материальных затрат и сроков при соз Дании ледопородных массивов. Формула изобретения Способ замораживания грунта путем аиркул5аши предварительно охлажденного газообразного хладоносителя в замораживающей сети, отличающийся тем, что, с целью повьШ1ения эффективности замораживания, хладоноситель перед подачей в замораживающую сеть осушают, а его циркулацию осуществляют при давлении 2О-1ОО бар, назначаемым в прямой за симости от глубины зоны замораживания грунта. Источники информации, прШ1ятые во внимание при экспертизе 1.Трупак Н, Г. Специальные способы проведения горных выработок, М,, Недра, 1964, с. 272-273. 2.Трупак Н. Г. Замораживание грунтов в строительстве. М., Стройнздат, 19 7О, с. 23-24,