Способ замораживания грунта

Е 212 1/12 оо делам нзооретеннй и открмтнй(54) СПОСОБ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГРУНТА 1Изобретение относится к строительству и касается замораживания грунта при выполнении строительных работ и проведении горных выработок.Известен способ замораживания грунта путем циркуляции в замораживающей сети рассола, охлаждаемого в аммиачной машине. Замораживание осуществляют подачей рассола в колонки, циркуляция рассола осуществляется насосом 1 ,Наиболее близким к изобретению является способ замораживания грунта путем циркуляции 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 2 о (в процессе охлаждения влажного атмосферного воздуха) условия теплопередачи резко ухудшаются, а гидравлическое сопротивление испарителя существенно повышается; 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 потерямхолодав-рассол имеет ограниченный температурный диапазон (эвтектическая точка- ограниченная глубина замораживания- непроизводительные затраты холодана конденсацию и вымораживание влаги;- малая объемная теплоемкость воздуха требует больших количеств его, аотсюда, растут геометрические параметры системы замораживания и затратыэнергии на прокачку воздуха в замораживающей сети, ОВсе это приводит к удорожанию процесса замораживания, снижению эффективности замораживания, что, в свою очередь,вызывает значительное увеличение срокасоздания ледопородного массива, снижение темпов строительства сооружений иповышение.,стоимости работ,Белью изобретения является повышение эффективности замораживания.Поставленная цель достигается тем, 20что согласно способу замораживаниягрунта путем циркуляции предварительноохлажденного газообразного хладоносителя в замораживающей сети, хладоносительперед подачей в замораживающую сеть 2 Зосушают, а его циркуляцию осуществляют при давлении 20-100 бар, назначаемым в прямой зависимости от глубинызоны замораживания грунта.На чертеже изображена принципиальная схема расположения оборудованиядля осуществления предлагаемого способа замораживания грунта.Технологическая цепь содержит компрессор 3., масляный фильтр 2, фильтросущитель 3, ресивер 4 со змеевиком5, запорный вентиль 6, обратньп клапан7, генератор 8 холода, теплообмвнник 9,распределитель 10, замораживающую конлонку 11, коллектор 12, насос 13, помещенный в кожух 14, а также угловойвентиль 15, емкость 16 для воды и регулирующий вентиль 17.Согласно предлагаемому способу замораживание осуществпяют путем цирку 45.ляпни газообразного хладоносителя взамораживающей сети по следующей схеме.Газообразный хладоноситель компрессором 1 сжимают, пропускают черезмасляный фильтр 2, фильтр-,.осущитель 3, "в котором производят частичное удаление влаги из газа, затем подают в ресивер 4 со. змеевиком 5, где вымораживается остаточная влага. Осушенный такимобразом газ через запорный вентиль 6и обратный клапан 7 подают в замораживающую систему. Предварительнаяосушка газа производится в фильтре-осу 3 983188 1шителе 3 цри помощи силикагеля илипесолита. Остаточную влагу из газа удаляют путем вымораживания, для чего отбирают часть хладагента, циркулирующегомежду генератором 8 холода и теплообменником 9, и направляют его черезрегулирующий вентиль 17 в змеевик 5,находящийся в ресивере 4, Из ресивера4 поток хладагента направляется в генератор 8 холода,Конденсат, образуемый в процессевымораживания влаги, удаляют из ресивера 4 через угловой вентиль 15 в приемную емкость 16. Для предотвращениявыпадения инея на наружной поверхностизмеевика 5 ее покрывают споем гидрофобной труднозамерзаюшей смазки, например, ПМТили ПМС. Подачу газообразного хладоносителя в замораживающую сеть продолжают до получениярасчетного давления газа в ней, послечего отключают компрессор 1 и закрывают вентиль 6, Давление газа в сетисоздают от 20 до 100 бар в зависимости от глубины замораживания. Первоеотносится к глубине замораживания до200 м, второе - до 1000 м, Затемзапускают насос 13, помещенный в кожух 3.4, В кожухе 14 создается давление, равное давлению газообразного хладоносителя в замораживающей сети. Этонеобходимо для разгрузки корпуса насоса от давления газа - с одной стороныи решения вопроса уплотнения вала насоса - с другой стороны,Насос 13 осуществляет циркуляциюгазообразного хладоносителя высокогодавления в замкнутом контуре замораживающей сети по схеме теплообменник9 - распределитель 10 - замораживающая колонка 11 - коллектор 12 - насос 13 - теплообменник 9. Таким образом технологическая цепочка замыкается. В этом контуре распределитель 10предназначен 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 зависимостиот типов замораживания, выбирается игенератор холода: парокомпрессионнаяодно- или многоступенчатая) холодильная машина, воздушная или газовая холодильные машины, а также безмашинное9831 0 Формула изобретения 5охлаждение, например жидкий азот иликислород, или установки, использующиеэффект Пельтье, и др.Подача хладоносителя в замораживающий контур под давлением 20-100 бар 3обусловлена тем, что теплоемкость сжатых газов при их глубоком охлажденииимеет наиболее высокие показателиименно в этом диапазоне давлений.Следовательно, при одинаковых тепловых нагрузках при давлении в сети20-100 бар расход газа в ней меньше,чем при давлении в сети меньше 20 барили больше 100 бар. Таким образом,затраты энергии на циркуляцию хладоноси-фтеля в замораживающем контуре сокращаются в 4-9 раз,Применение газообразного хладоносителя, например сжатого воздуха, азота,аргона и др., позволяет повысить падеж- Оность способа, существенно ускоритьпроцесс образования ледопородного массива. Повышается безопасность работ,так как повреждение колонок в процессепроизводства работ не может вызвать фаварии. Газообразные хладоносителиинертные ко льду вещества.Перечисленные выше газы не являются агрессивными хладоносителями и незагрязняют поверхность теплообменника, эОзамораживающих труб и соединительныхтрубопроводов. Расширяется диапазон 88 6применения 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. Способ замораживания грунта путем циркуляции предварительно охлажденного газообразного хладоносителя в замораживающей сети, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности замораживания, хладоноситель перед подачей в замораживающую сеть осушают, а его циркулацию осуществляют при давлении 20-100 бар, назначаемым в прямой зависимости от глубины эоны замораживания грунта. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Трупак Н, Г. Специальные способы проведения горных выработок. М., фНедра", 1964, с. 272-273.2. Трупак Н. Г, Замораживание грунтОв в строительстве МеСтройиздат 1970, с. 23-24.983188 Составитель Г. ГавришукТехред К.Мыцьо Корректор Н. КороДжуг Подписное тета СССР 9853/33 Тираж 709 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и 13.3035, Москва, Ж, Рауш