冻结法1-2节

1-26
流出的氨量＝从低压机流入的氨量＋从节流阀流入的氨量
热交换平衡方程：
G3(h3-h8)=G1(h2-h3)+G1(h6-h7)
1-27
高、低压机的流量比：
K=G2/G1=(h2- h7) / (h3- h8)
33
根据流量平衡方程和热交换平衡方程，可得高、低压机的
理论容积比：
V高 1 1 1 { ， ，} V低 2 3 4
Pz
t0
tk
中间温度tZ 图1－11
35
四、制冷剂
1. 制冷剂
氨 、氟利昂、Co2、So2 等。 氨的特点： 有较好的热物理参数： 标准蒸发温度tk＝－33 ℃ ，最低可达－70 ℃ 制冷量大、容易获得、便宜。 有毒性、爆炸性和可燃性。可融入水。 氟利昂的特点： 无毒无味、不燃不爆、腐蚀小、稳定性好 易泄漏但不易发现，价格高、比重大 流动性差
L0＝Gl0＝0.18×252.38=45.43kw
G＝V/v1 = 0.1272 / 0.7076 = 0.18 kg/s v1—气缸入口处工质比容，查附表（按蒸发温度－23℃）
Q0＝Gq0＝0.18×1125.52=202.59kw
(6) 实际冷凝热量（冷凝器的热负荷）
(7) 电机总功率
Qk=Gqk=0.18×1377.9=248.02kw
29
N=k(Ni+Nf)/ηp＝1.2(55.4+9.04)/1=77.33＜95kw
3. 制冷循环中的过冷与过热现象
（1）过冷现象 为提高制冷效率，尽量降低节流 前工质的温度。将饱和液态氨由4点 再度冷却到4‘点。 减少了节流后的饱和蒸汽量 ，即 增加了蒸发器中的液氨量，从而提高 制冷系数。 方法：深井水源、冬季施工、加过 冷器等 （2）过热现象 管路绝热不好、环境温度过高，压缩机吸气温度过高导 致过热，使得单位容积制冷量下降，使制冷系数下降。 有害，应尽量避免。
3. 热参数计算
单位理论制冷量:
单位冷凝热量:
q0=h1- h10
qk=h4-h6
单位压缩理论功:
制冷系数:
l0=(h2-h1)+(h4-h3)
ε0= (h1- h10) / [(h2-h1)+(h4-h3)] K
34
4. 中间压力的确定
最佳效率法、查图法、插入法 以查图法最为简便。
30℃ －30℃
通知
本周六上午的课停上。
1
岩土工程 特殊施工
岩土与地下工程教研室 姜玉松 139-66466493 ysjiang@
2
绪论
★关于本课程：
• • • • • • • • 课程名称：岩土工程特殊施工 课程性质：指定选修课 学 分： 2 学 时： 28（10～16周，每周4学时） 试 验： 4 考核类型：考查 教 材：岩土工程特殊施工 内 容：冻结法、注浆法、钻井法、沉井法
1. 原理
冷却水循环
3 2
p
3
Pk，tk
2
调 节 阀
冷凝器 蒸发器
4 1
压缩机
4
P0，t0
1
h
盐水循环
（1）氨循环
单位理论制冷量：q0＝h1－h4
单位理论压缩功： l0＝h2－h1 单位冷凝热量： qk＝h2－h3 系统制冷效率： ε0＝（ h1－h4)/ （h2－h1）＝ q0 / l0
20
归纳
T0—绝对蒸发温度，273＋t0＝273＋（－23）
Tk—绝对冷凝温度，273＋tk ＝273＋23
28
（2）实际输气量 V＝λVh=0.81×0.157＝0.1272m3/s
（1—15）
式中，Vh—压缩机的理论容积，查压缩机的技术特征表 （p.20）得0.157m3/s。
（3）实际输气流量 (4) 实际制冷量（蒸发器的热负荷） (5) 实际压缩功
l0 ＋ h1 = q + h2
比热损耗：
比容 压力
q = （h1 －h2）＋ l0=△h＋ l0 （1－4）
单位理论压缩功， kJ/kg
14
q = （h1 －h2）＋ l0=△h＋ l0
即：等于进、出口工质的焓差与单位压缩理论功
之和。 讨论：
如果q＝0，气缸的热损耗很小，则 △h= l0 ，如压缩 机。 如果 l0=0，无压缩机对工质做功，则 △h=q ，如冷 凝器、蒸发器等换热器，单位换热量等于设备进出口的焓 差。 如果 l0=0， q＝0，则 △h=0, 系统中无热量损耗。如 节流阀，外包隔热层， q≈0，等焓过程。
起源：天然冻土 1862年，英国首先用于加固建筑基础施工 1883年，德国用于煤矿立井 1928年，前苏联开始使用 1955年，中国开始用于煤矿 首次：开滦林西风井，直径5m，深105m 目前，冻结深度达到650m（龙固副井）
三、冻结法凿井原理
制冷原理：利用物质由液态变为气态，即气化过程的吸热现象
气态————液态————气态 放热 吸热
6
§1 概述
一、冻结法的定义
利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，把 天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔 绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的 保护下进行井筒或地下工程掘砌施工的特殊施 工技术。
强调两点：
▲是为了地下工程的掘砌安全顺利而采取的维护岩 土壁的一种措施 ▲是临时环
盐水箱 回路干管 盐水泵 集液圈 去路干管 冻结器 配液圈
正循环——盐水从供液管进入到冻结器底部，经供 液管与冻结管之间的环形空间返回到集液圈 反循环——与上相反
24
冻结站
25
（3）冷却水循环 水池、水泵、冷凝器、冷却塔
立式冷凝器
冷却水循环图 ▲过热蒸气被冷却成液态氨， 冷却水将温度传递给大气 ▲水温比冷凝温度低5～10度 ▲夏天要对冷却水降温
(4）求冷凝压力pk 查附表1或附图（23 ℃）得： pk =942.5kpa (5）单位理论制冷量q0 h1=1652.62(附表－23 ℃ ），h2=1905(查附图） h3= h4 =527.1(附表或附图，冷凝温度tk＝23 ℃ ） q0= h1－ h4 =1125.52kJ/kg (6)单位压缩理论功 l0=h2－ h1=1905-1652.62=252.38kJ/kg (7) 单位冷凝热量 qk=h2 － h3= 1905-527.1 = 1377.9 kJ/kg (8) 制冷系数 ε0 ＝（ h1－h4)/ （h2－h1） ＝ q0/ l0＝1125.52/252.38 ＝4.46 23
制冷工质：氨
8
冻结法凿井 的定义:
在井筒开挖之前， 用人工制冷的方法， 将井筒周围含水地层 冻结成一个封闭的不 透水的帷幕——冻结 壁，用以抵抗地压、 水压，隔绝地下水与 井筒之间的联系。而 后在其保护下进行掘 砌施工。
9
地层冻结原理：
•
在欲开挖工程周围钻一定量的冻结孔，孔内 安装冻结器，冷冻站制出的低温盐水（－25～ －35°C），经过去路盐水管到达供液管底部， 沿冻结管返回到冻结站。盐水在冻结管中流动， 吸收周围地层的热量，并将其带到盐水箱中，传 递给蒸发器中的液氨，使液氨变成饱和蒸汽氨， 进入压缩机，再变成过热蒸汽氨，经过冷却器， 将热量传递给冷却水。最后，将热量传给大气。 使地层降温、冻结、形成冻结壁，在其保护下进 行掘砌施工。 • 这个过程包含了三个循环： • 盐水循环、氨循环、冷却水循环
30
三、二级压缩制冷
冷 凝 器 高压机 低压机
氨液分 离器
蒸发器
油氨分 离器
中间冷 却器
节流阀
盐水泵
31
1. 原理
原理图 图1－9 二级压缩制冷原理
压－焓图
制冷系统图：见图1－13
32
2. 中间冷却器
饱和蒸气氨，再送到高压机吸收。
作用：冷却低压机排出的过热蒸气氨，变成具有中间温度的
流量平衡方程： G2=G1+G3
h=u + pν ＝ φ（t）
(1-3)
工质的比容，m3/kg 工质的压力，Pa 比内能，kJ/kg 物理意义：
活塞对单位工质做功。
13
u2 、 p2、 ν2
u1 、p1、ν1 q l0
单位理论压缩功
当流量为1kg/s时，输入、输出的能量守恒（略去动能和位 能） ：
l0＋（u1＋p1v1) = q + (u2＋p2v2)
3
★什么叫特殊施工？
在松散不稳定含水地层或在涌水量很大的稳 定裂隙岩层中，采用加固、堵水、超前支护或大 型钻机施工的技术。
两种意义上的特殊：
1. 挖掘方法：对于地下工程，尤其是矿井，指相对于采用钻
眼爆破法掘进而不采用其它辅助措施的方法
如钻井法，盾构法、淹水沉井法、掘进机法
2. 辅助性措施：挖掘仍然为人工或钻眼爆破法或机械 法，但需采取一些特殊的措施
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算例
某一级氨压缩制冷系统中，要求盐水温度为-20℃， 已知冷却水温度为18℃。所用压缩机型号为8AS－12.5 型，无过冷和过热现象。试求有关参数。 解:（1）求蒸发温度t0 设蒸发温度比盐水温度低3℃ ，则： t0＝－20－3＝－23 ℃ （2）求冷凝温度tk 设冷却水温度比氨的冷凝温度低5℃，则： tk＝18＋5＝23℃ (3) 求蒸发压力p0 查附表1 或附图（－23℃）得： p0＝166.2kpa 22
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2. 熵（s） 热工学参数。叫比熵。 单位：kJ/kg.k(千焦/千克.凯尔文度） 熵是一个状态参数，无简单的物理意义。 熵表示工质与外界热交换的方向性： 熵增加是吸热过程 熵减少是放热过程 熵不变是绝热过程——等熵过程
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3. 压－焓图（lgp－h图） 工质的状态函数：f( p, h, x, t, v, s )
P－氨的绝对压力，纵坐标； h － 焓, 横坐标 x － 干度。 x＝0，饱和液体线；x＝1，饱和蒸气线。 x＜0，液态区 ； 0≤x≤1，湿蒸气区 ； x＞1，过热蒸气区 t － 温度, 点划线，分三段 V －比容, 虚线，向右上方倾斜 S －熵， 细实线，倾斜