CN108361038A - 一种新型斜井节能冻结器 - Google Patents

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张泽沛
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Abstract

本发明公开一种新型斜井节能冻结器。利用在冻结管和进液管管壁中空区域充填保温材料，减缓回液在非冻结区域与地层的热交换，以及进液在进液管上部与回液的热交换，从而实现节省制冷能量的目的。本发明主要应用于斜井冻结法凿井施工过程中的冻结施工领域。

Description

一种新型斜井节能冻结器
技术领域：
本发明是一种新型斜井节能冻结器，适用于斜井冻结法凿井施工过程中的冻结施工领域。
背景技术：
冻结法凿井施工是利用人工冻结技术将井筒周围含水土体冻结形成冻结壁，以抵抗地层的水土压力，保证井筒的安全施工。在斜井冻结法凿井施工过程中，将一定长度的冻结器下放至斜井井筒附近，冻结器的底部会比斜井井筒底板深5m左右，利用冻结器中的低温盐水与斜井井筒周围含水土体进行热交换，进而在井筒周围5m左右的范围内形成一圈封闭的冻结帷幕，即冻结壁。不同于立井冻结法凿井施工，斜井冻结壁通常不需要将井筒冻结壁上部至地表的土体全部冻结，现有专利斜井冻结保温方法中介绍了利用上冻结管、保温管、下冻结管等实现斜井井筒局部冻结，实现了一定程度的节省冷量。但该发明的冻结器外径不一致，在直径一定的冻结孔中存在不稳定性，且不能减缓进液与回液在冻结器中的热交换，以及回液与地层在冻结器上部非冻结区域的热交换，导致冷量损失，不能节省制冷能量。
发明内容：
为克服斜井冻结施工过程中，冻结器存在冷量损失，浪费制冷能量的技术问题，本发明利用导热系数小的保温材料充填在进液管和非冻结区域的冻结管中，形成一种新型斜井节能冻结器。一方面保证冻结器冻结管的外径一致，使冻结器在冻结孔中紧贴孔壁，保证冻结器的稳定性，另一方面，进液管中的保温材料减缓了进液与回液的热交换，而冻结管非冻结区域中的保温材料减缓了回液与不需要冻结地层的热交换。仅在冻结管的下部，使冻结盐水与地层形成热交换，冻结井筒周围的土体，从而实现精准冻结，节省制冷能量。
本发明解决现有冻结器冷量损失、浪费能量技术问题所采用的技术方案是，非冻结区域冻结管的管壁为中空，其中充填保温材料，以减缓回液在流经非冻结区域时与地层的热交换，保留较多的冷量，从而减小冻结站循环制冷时消耗的能量；冻结器下部冻结区域范围内的冻结管管壁为实心，由于冻结管为不锈钢材质，具有较高的强度和导热性能，可以快速向冻结区域内的土体释放冷量，从而在斜井井筒周围形成冻结壁。进液管的管壁为中空，其中充填保温材料，以减缓进液在流经冻结器进液管上部时与冻结管中回液的热交换，从而保证进液在到达冻结区域时仍保留较多的冷量；在进液管的下部较短范围内保持实心，以维持冻结管的一体性。此外，冻结管上部管壁上设置回液出口，用于回收冻结盐水，在冻结站重新循环制冷降温后，从进液管中注入重复使用。为配合冻结管管壁在非冻结区域为中空的特征，冻结器冻结管的盖板向下凸出一个凸台，以嵌入并固定在冻结管上部中空管壁内，盖板中部为圆孔，用于定位和固定进液管。
本发明的有益效果是，新型斜井节能冻结器冻结管的外径一致，能够紧贴冻结孔的孔壁，保证冻结器在地层中的稳定性，冻结管和进液管管壁中空部分充填的保温材料，可以减缓无效的热交换，实现节省制冷能量的效果。
附图说明：
图1是本发明的整体效果图；
图2是本发明的整体装配图，图2中标号名称：1、冻结管，2、进液管，3、盖板，4、进液，5、回液，6、保温材料，A-A、B-B、C-C和D-D为冻结器剖面图；
图3是本发明的冻结管零件图，图3中标号名称：1、回液出口，2、中空管壁，3、实心管壁，A-A为冻结管剖面图，B为非冻结区域，C为冻结区域；
图4是本发明的进液管零件图；
图5是本发明的盖板零件图，图5中标号名称：A-A为盖板剖面图；
图6是本发明的工作示意图，图6中标号名称：1、本新型斜井节能冻结器，2、地面，3、斜井井筒轴线，4、冻结区域，5、非冻结区域。
具体实施方式：
1、在斜井上方的地面打竖向钻孔，形成冻结孔，下放图3所示的冻结管(1)，使冻结管(1)的实心管壁范围斜井井筒冻结区域重合，向冻结管(1)的中空管壁内充填保温材料，然后在冻结管(1)的顶部安装图5所示的盖板(3)。将如图4所示的进液管(2)从盖板(3)中间的圆孔下放至冻结管(1)中，并向进液管(2)的中空管壁内充填保温材料，从而形成新型斜井节能冻结器，整体效果和装配如图1～2所示。冻结器的工作示意图如图6所示。
2、在地面向进液管(2)中注入冻结盐水，进液与回液之间由进液管(2)管壁中的保温材料减缓热交换。冻结盐水在冻结管(1)底部向上返回时，由于冻结区域范围内的冻结管(1)管壁为实心，具有较高导热性能，可以快速向冻结区域内的土体释放冷量，从而在斜井井筒周围形成冻结壁。回液在流经冻结管(1)非冻结区域时，受管壁中保温材料的制约，。回液与井筒上部非冻结区域的热交换较少，保留了较多的冷量，从而减小冻结站循环制冷时消耗的能量。

Claims (2)

1.一种新型斜井节能冻结器，利用冻结管、进液管和盖板形成一种节省制冷能量的斜井冻结器，其特征是：非冻结区域冻结管的管壁为中空，其中充填保温材料，冻结器下部冻结区域范围内的冻结管管壁为实心，其中，所述盖板向下凸出一个凸台，盖板中部为圆孔。
2.根据权利要求1所述的斜井节能冻结器，其特征是：进液管的管壁为中空，其中充填保温材料，进液管的下部较短范围内保持实心。
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