CN114791239A - 一种多年冻土区自抽吸单向风冷式管基础散热结构 - Google Patents
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Abstract
一种多年冻土区自抽吸单向风冷式管基础散热结构，管基础吸热管箱为U型中空结构，其一端口部连通单向引风管，另一端口部连通单向排风管而形成单向的流通通道；地埋输运管道紧贴布置于所述管基础吸热管箱的U型槽中；所述单向引风管内设置引风特斯拉阀，单向排风管内设置排风特斯拉阀；所述引风特斯拉阀和排风特斯拉阀的流向相反；通过热传导收集地埋输运管道散失热量加热管基础吸热管箱内空气，升温后的空气因单向引风管内的引风特斯拉阀的单向逆止作用只能经单向排风管及排风特斯拉阀排出外界大气。本发明可有效缓解地埋输运管道散热对其周围永久冻土造成的升温融沉，保护管道结构安全和冻土层稳定。
Description
技术领域
本发明涉及多年冻土区地埋式管道防治冻土融沉技术领域，尤其涉及一种多年冻土区自抽吸单向风冷式管基础散热结构。
背景技术
高寒地区由于海拔高，气候寒冷，常发育多年冻土。尤其青藏高原独特的气候条件和地理位置，使得各种介质的输运管道容易冻结均需采取一定的加热或保温措施。通常情况下，采用伴热方式对输运管道提供热量防止其在低温时被冻结，在此基础上，进一步对采用伴热的输运管道设计外保温，防止管道热量散失和管道冻结。
然而，在加热保温措施能保证输运管道不被冻结的情况下，会存在以下问题：对管道伴热加热时，维持管道避免冻结时所需热量和热源供热量精确匹配存在困难，因此，会出现管道供热量富裕，此时管道多余的热量会散失至周围冻土区。当周围土壤受到来自其周围管道散热影响，其土层在水、热、力、位移耦合作用下产生下沉，使周围多年冻土层大面积融化塌陷，不仅影响周围的生态环境，而且冻土地基融化下沉会导致输运管道断裂。
综上所述，如何有效减缓管道富裕热量散失至其周围冻土区成为伴热管道不被冻结之后的关键问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种多年冻土区自抽吸单向风冷式管基础散热结构；可实现冷空气自抽吸换热自然循环，进而减少输运管道传至冻土层中的热量，维持冻土温度稳定。
本发明所采用的技术方案是：
一种多年冻土区自抽吸单向风冷式管基础散热结构，管基础吸热管箱为U型中空结构，其一端口部连通单向引风管，另一端口部连通单向排风管而形成单向的流通通道；地埋输运管道紧贴布置于所述管基础吸热管箱的U型槽中；所述单向引风管内设置引风特斯拉阀，单向排风管内设置排风特斯拉阀；所述引风特斯拉阀和排风特斯拉阀的流向相反；通过热传导收集地埋输运管道散失热量加热管基础吸热管箱内空气，升温后的空气因单向引风管内的引风特斯拉阀的单向逆止作用只能经单向排风管及排风特斯拉阀排出外界大气；而管基础吸热管箱内被加热的空气与外界大气形成负压差，从而将外界冷空气从单向引风管内的引风特斯拉阀抽吸进入管基础吸热管箱与管壁进行热量交换。
在所述地埋输运管道上间隔布置所述单向引风管和连通单向排风管构成的单向的流通通道若干个。
所述地埋输运管道外底部设置有铝箔片，该铝箔片和管基础吸热管箱的U型槽底接触。
所述管基础吸热管箱的U型槽底设置有散热肋片，该散热肋片和所述地埋输运管道底部的铝箔片接触。
所述单向引风管和单向排风管的出口处通风帽。
所述管基础吸热管箱安装于管基础支架上。
本发明具有以下有益效果：
1.自抽吸单向风冷式管基础散热结构和防止冻土区公路沉陷采用热管传热技术相比，该风冷式管道内部是利用空气的自然对流作用降低管壁温度，不存在介质相变换热，换热介质粘度小，换热循环阻力小。因此，其换热循环作用动力远大于热管换热介质循环动力，具有高效的换热效果。
2.多年冻土区自抽吸单向风冷式管基础散热结构中的单向引风管和单向排风管分别与管基础U型吸热管箱进口端和出口端连接，可在在施工现场自由安装和拆卸，引风管和排风管可以分段拼接以适应不同地埋管道深度。
3.自抽吸单向风冷式管基础散热结构中的引风、排风特斯拉阀是一种被动止回阀，无需任何可移动组件，这意味着它是一个没有任何开关的阀门，具有更高的耐磨性、耐用性和可靠性；而且通过引风特斯拉阀和排风特斯拉阀能自主完成外界冷空气吸入和管内热空气排出的自然循环换热过程，无需任何外界驱动力作用。因而是一种结构简单，操作简便、经济节能地散热结构。
4.管基础U型吸热管箱紧贴冻土地埋管并布置于地埋管道底部，是一种具有针对性、具有组织地将输运管道热量通过风冷方式带走，可有效防止地埋管热量大量散失至冻土层中。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为图1的断面示意图；
图3为本发明引、排风特斯拉阀结构示意图；
图4 为本发明管基础吸热管箱结构示意图 ；
其中，1-地埋输运管道、2-管基础吸热管箱、3-单向引风管、4-单向排风管、5-引风管特斯拉阀、6-排风管特斯拉阀、7-通风帽、8-冻土、9-铝箔片、10-管基础支架、11-螺栓连接。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
参见图1，图2，一种多年冻土区自抽吸单向风冷式管基础散热结构，主要包括单向引风管3、单向排风管4和管基础吸热管箱2。该管基础吸热管箱2为U型中空结构，其一端口部连通单向引风管3，另一端口部连通单向排风管4而形成单向的流通通道；地埋输运管道1紧贴布置于所述管基础吸热管箱2的U型槽底；所述单向引风管3内设置引风特斯拉阀5，单向排风管4内设置排风特斯拉阀6；所述引风特斯拉阀5和排风特斯拉阀6的流向相反；通过热传导收集地埋输运管道1散失热量加热管基础吸热管箱2内空气，升温后的空气因单向引风管3内的引风特斯拉阀5的单向逆止作用只能经单向排风管4及排风特斯拉阀6排出外界大气；而管基础吸热管箱2内被加热的空气与外界大气形成负压差，从而将外界冷空气从单向引风管3内的引风特斯拉阀5抽吸进入管基础吸热管箱2与管壁进行热量交换。上述过程不断重复，实现冷空气自抽吸换热循环，进而减少地埋输运管1传至冻土层中的热量，维持冻土温度稳定。
所述管基础吸热管箱2是利用扁钢加工制作的一种横截面呈中空的U型结构。
所述单向引风管3和单向排风管4是利用特斯拉阀门原理，进行固定几何形状设计的一种只允许气体单向流动，不能逆向流动的结构形式。
参见图3，为引、排风特斯拉阀的结构示意图，所述引风特斯拉阀5具有单向逆止作用，具体表现为只允许外界冷空气进入引风管而阻止管内空气向外方向流出；排风特斯拉阀6具有单向逆止作用，具体表现为只允许管内空气向外排出而阻止外界冷空气流入管内。
将引风特斯拉阀5通过螺栓11安装在钢板上，再将固定有引风特斯拉阀5的钢板制作成能与单向引风管3匹配的带有单向特斯拉阀的风管，并将该段风管通过变径、法兰与单向引风管3连接为一体。
将排风特斯拉阀6通过螺栓11固定在钢板上，再将固定有排风特斯拉阀6的钢板制作成能与单向排风管4匹配的带有单向特斯拉阀的风管，并将该段风管通过变径、法兰与单向引风管4连接为一体。
引风特斯拉阀5和排风特斯拉阀6的逆止方向不同。引风特斯拉阀5允许进入管道的外界空气顺利通过但对管内空气反向流动逆止；排风特斯拉阀6允许经过管基础吸热管箱2加热的热空气顺利流出但对外界空气反向流入管道逆止。从而单向引风管3和单向排风管4共同构建了空气单向流通通道。
单向引风管3和单向排风管4分别与管基础吸热管箱2进口端和出口端连接，可在在施工现场自由安装和拆卸，单向引风管3和单向排风管4可以分段拼接以适应不同地埋输运管道深度。
参照图1，在所述地埋输运管道1上间隔布置述所述单向的流通通道若干个。地埋输运管1通过底部散失至其周围冻土8热量较多，因而将管基础吸热管箱2，每隔一段距离布置于冻土区地埋输运管1底部，是一种针对性较强，高效有组织防止地埋输运管道1热量大量向冻土层扩散的结构形式。
参照图2，所述地埋输运管道1外底部设置有铝箔片9，该铝箔片9和管基础吸热管箱2的U型槽底接触。所述铝箔片9沿地埋输运管道1长度方向铺设，能快速将地埋输运管道1底部热量带走。可将收集的热量通过铝箔片9和管基础吸热管箱2的接触导热传递至管基础U型吸热管箱2壁面，加强地埋输运管道1和管基础吸热管箱2之间的换热效果。
参照图4，所述管基础吸热管箱2的U型槽底设置有肋片12，该肋片12和所述地埋输运管道1底部的有铝箔片9接触。可将收集的热量通过铝箔片9和管基础吸热管箱2上肋片12的接触导热传递至管基础吸热管箱2壁面，最大限度降低管道散热对冻土8的温度扰动。
所述单向引风管3和单向排风管4的出口处通风帽7。防止引入空气时异物、杂质等进入管基础吸热管箱2内，堵塞管路，影响气流循环畅通性。
所述管基础吸热管箱2安装于管基础支架10上，进一步隔离管道与冻土层接触。
本发明的工作原理：
当地埋运输管道1内介质热量富裕时，介质热量同时会加热地埋运输管道1壁面，随着地埋输运管道1壁面受热后，大部分热量会通过地埋输运管道1底部铝箔片9散失至管基础吸热管箱2上。管基础吸热管箱2壁面受热后，其热量通过对流换热形式传递至管箱内的空气，此时会加热管基础吸热管箱2内空气使空气温度上升，使管箱内空气膨胀增压，驱动空气流动。升温后的空气由于其密度变小，内外冷热空气密度差为外界冷空气进入引风管提供了驱动力，为有组织气流和换热提供稳定动力。因而能够在与管基础吸热管箱2连接的引风管3和排风管4组成的管道系统中上升运动。当该部分升温空气上升到引风管特斯拉阀5和排风管特斯拉阀6处，此时在引风管特斯拉阀5只允许外界空气进入管内，管内空气不允许逆向流出外界的作用下，升温后的气体只能通过排风管特斯拉阀6排至外界大气，因此外界冷空气被源源不断抽吸进入单向引风管，形成冷空气自抽吸换热循环。
Claims (6)
1.一种多年冻土区自抽吸单向风冷式管基础散热结构，其特征是，管基础吸热管箱（2）为U型中空结构，其一端口部连通单向引风管（3），另一端口部连通单向排风管（4）而形成单向的流通通道；地埋输运管道（1）紧贴布置于所述管基础吸热管箱（2）的U型槽中；所述单向引风管（3）内设置引风特斯拉阀（5），单向排风管（4）内设置排风特斯拉阀（6）；所述引风特斯拉阀（5）和排风特斯拉阀（6）的流向相反；通过热传导收集地埋输运管道（1）散失热量加热管基础吸热管箱（2）内空气，升温后的空气因单向引风管（3）内的引风特斯拉阀（5）的单向逆止作用只能经单向排风管（4）及排风特斯拉阀（6）排出外界大气；而管基础吸热管箱（2）内被加热的空气与外界大气形成负压差，从而将外界冷空气从单向引风管（3）内的引风特斯拉阀（5）抽吸进入管基础吸热管箱（2）与管壁进行热量交换。
2.根据权利要求1所述的一种多年冻土区自抽吸单向风冷式管基础散热结构，其特征是，在所述地埋输运管道（1）上间隔布置所述单向引风管（3）和连通单向排风管（4）构成的单向的流通通道若干个。
3.根据权利要求1所述的一种多年冻土区自抽吸单向风冷式管基础散热结构，其特征是，所述地埋输运管道（1）外底部设置有铝箔片（9），该铝箔片（9）和管基础吸热管箱（2）的U型槽底接触。
4.根据权利要求1所述的一种多年冻土区自抽吸单向风冷式管基础散热结构，其特征是，所述管基础吸热管箱（2）的U型槽底设置有散热肋片（12），该散热肋片（12）和所述地埋输运管道（1）底部的铝箔片（9）接触。
5.根据权利要求1所述的一种多年冻土区自抽吸单向风冷式管基础散热结构，其特征是，所述单向引风管（3）和单向排风管（4）的出口处通风帽（7），安装特斯拉阀6出口处分别与外界大气接触处设置防止杂物、雨雪等进入风冷式管道系统内的通风帽7。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种多年冻土区自抽吸单向风冷式管基础散热结构，其特征是，所述管基础吸热管箱（2）安装于管基础支架（10）上。
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