專利名稱：液氮凍結(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種液氮凍結(jié)器，特別是指在巖土工程中使用的液氮 凍結(jié)器。
背景技術(shù)：
凍結(jié)法是一種利用人工制冷技術(shù)，使地層中的水凍結(jié)，把天然巖土變 成凍土，增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，隔絕地下水與地下工程的聯(lián)系，以便在凍 結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行井筒或地下工程挖砌施工的特殊施工技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是利 用人工制冷臨時(shí)改變巖土性質(zhì)以固結(jié)地層。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，液氮的蒸發(fā)溫度為-196'C，因此使用液氮作為冷凍劑可以達(dá)到普通凍結(jié)難以達(dá)到的低溫，快速凍結(jié)。巖土工程中的凍結(jié)操作為在需要凍結(jié)的地層中預(yù)先打好鉆孔，在鉆孔中放入專用凍結(jié)器，通液氮到專用的凍結(jié)器中，其在凍 結(jié)器中蒸發(fā)，帶走凍結(jié)器周圍土層中的大量熱量，使得土層急速凍結(jié)，其凍結(jié)速度是普通鹽水凍結(jié)的10倍以上?，F(xiàn)有的液氮凍結(jié)器結(jié)構(gòu)見圖l所示， 其供液管3只有一個(gè)底端開口，液氮從供液管3底端開口噴出時(shí)(見圖2)， 液氮l從凍結(jié)管底部向頂部流動(dòng)，吸收土層熱量，變成氣氮10從出氣管9排 出。因液氮凍結(jié)有超低溫、快速的特點(diǎn)，故供液管底端開口處的凍土發(fā)展 速度遠(yuǎn)大于其他部位，雖然能實(shí)現(xiàn)凍結(jié)土體的要求，但在工程上不能達(dá)到 土體均勻凍結(jié)的目的。此外，為了保證遠(yuǎn)離供液管底端開口處的凍土厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，就要增加凍結(jié)時(shí)間，此時(shí)供液管底端開口處的凍土厚度已
經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求，造成液氮很大浪費(fèi)，同時(shí)也帶來凍脹和融沉等一系 列問題。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種液氮凍結(jié)器，它能均勻凍結(jié) 凍結(jié)器周圍的土層，并減少液氮的使用量。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的液氮凍結(jié)器包括由凍結(jié)管、與凍 結(jié)管連為一體的凍結(jié)管底錐，設(shè)在凍結(jié)管內(nèi)的供液管和出氣管構(gòu)成，凍結(jié) 管內(nèi)設(shè)置的供液管長于出氣管，凍結(jié)管頂部設(shè)有第一密封板，底部設(shè)有第 二密封板，在凍結(jié)管內(nèi)的供液管上設(shè)有多個(gè)噴液孔；頂部封板和凍結(jié)管、 供液管和出氣管焊接為一個(gè)整體，底部封板和凍結(jié)管與底錐焊接為一個(gè)整 體。本實(shí)用新型液氮凍結(jié)器，由于在供液管上設(shè)多個(gè)噴液孔，同時(shí)將供液 管靠近凍結(jié)器底錐一側(cè)密封，使液氮從各噴液孔中均勻噴出，從而凍結(jié)過 程中液氮在凍結(jié)區(qū)內(nèi)得到均勻合理的分配，使得液氮凍結(jié)器在凍結(jié)段管壁 溫度保持比較均勻的低溫，使凍結(jié)區(qū)段內(nèi)凍結(jié)管壁和周圍介質(zhì)之間溫度梯 度保持一致，凍結(jié)段凍土發(fā)展速度均勻一致，從而減少設(shè)計(jì)范圍外不必要 的凍結(jié)區(qū)域，提高凍結(jié)質(zhì)量，節(jié)約液氮使用量，減少凍結(jié)時(shí)間，減少凍脹 量，而且制作簡(jiǎn)單、工藝性能好、成本低廉，具有廣泛的實(shí)用性。


以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明 圖1是現(xiàn)有技術(shù)液氮凍結(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)液氮凍結(jié)器供液循環(huán)示意圖3是本實(shí)用新型液氮凍結(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本實(shí)用新型液氮凍結(jié)器頂部的局部放大圖； 圖5是本實(shí)用新型液氮凍結(jié)器底部的局部放大圖； 圖6是本實(shí)用新型液氮凍結(jié)器供液循環(huán)示意圖。
具體實(shí)施方式
圖3為本實(shí)用新型液氮凍結(jié)器一較佳實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，該液氮凍結(jié)器包括有凍結(jié)管2、供液管3、凍結(jié)管底錐7和出氣管9構(gòu)成，凍結(jié)管 底錐7可以單獨(dú)與凍結(jié)管2焊接為一體，也可和凍結(jié)管2直接做成一體。 凍結(jié)管2為凍結(jié)器主體，凍結(jié)管2頂部設(shè)有第一密封板8，底部設(shè)有第二 密封板6，其高度為實(shí)際工程需要凍結(jié)的范圍。整個(gè)凍結(jié)器2為無縫鋼管 或不銹鋼管，內(nèi)部放置一長一短2根材質(zhì)為鋼、不銹鋼或銅的細(xì)管并伸向 凍結(jié)管外，長管為供液管3，比凍結(jié)管稍短，液氮l從供液管進(jìn)入；短管 為出氣管9,液氮1在凍結(jié)管內(nèi)吸熱蒸發(fā)后變成氣氮或氣液混合物10后 從此管排出。供液管3和出氣管9穿過第一密封板8并通過焊接密封固定 在第一密封板8上(見圖4)，第一密封板8焊接在凍結(jié)管2頂部。設(shè)在 凍結(jié)管2內(nèi)的供液管3上設(shè)有多個(gè)噴液孔4 (見圖5)，噴液孔4可設(shè)2 6個(gè)，也可視供液管的長度而定，噴液孔至下而上均勻排列，其孔徑隨供 液管3的管徑大小不同而改變，供液管徑大，相應(yīng)的噴液孔徑也會(huì)大些， 一般為2mm 5mra,供液管3靠近凍結(jié)管底錐一側(cè)設(shè)有封頭裝置5，可通過 預(yù)制封頭管、螺帽封頭或焊接封頭實(shí)現(xiàn)。當(dāng)進(jìn)行凍結(jié)時(shí)(見圖6),在一定壓力作用下液氮1從供液管3內(nèi)流 入凍結(jié)管2，并通過沿供液管3上各組均勻分布的噴液孔4噴出，通過多
孔噴出形式使液氮1在整個(gè)凍結(jié)管2內(nèi)均勻擴(kuò)散，蒸發(fā)吸熱，由于液氮在 整個(gè)凍結(jié)管2內(nèi)均勻蒸發(fā)吸熱，使得凍結(jié)管壁能夠保持比較均勻的低溫， 從而使凍結(jié)區(qū)段內(nèi)凍結(jié)管壁和周圍介質(zhì)之間溫度梯度保持一致，凍結(jié)壁發(fā) 展速度保持相同，最終形成設(shè)計(jì)要求的均勻凍結(jié)區(qū)域。
權(quán)利要求1、一種液氮凍結(jié)器，該液氮凍結(jié)器包括有凍結(jié)管(2)，與凍結(jié)管連為一體的凍結(jié)管底錐(7)，設(shè)在凍結(jié)管內(nèi)并伸出凍結(jié)管的供液管(3)和出氣管(9)構(gòu)成，凍結(jié)管頂部設(shè)有第一密封板(8)，底部設(shè)有第二密封板(6)，其特征在于所述供液管(3)在凍結(jié)管內(nèi)的長度大于所述出氣管(9)在凍結(jié)管內(nèi)的長度，所述供液管(3)上設(shè)有多個(gè)噴液孔(4)。
2、 按照權(quán)利要求1所述的液氮凍結(jié)器，其特征在于所述噴液孔(4) 至下而上均勻排列。
3、 按照權(quán)利要求1或2所述的液氮凍結(jié)器，其特征在于所述噴液 孔(4)的孔徑為2腿 5mm。
4、 按照權(quán)利要求1所述的液氮凍結(jié)器，其特征在于所述供液管(3) 靠近所述凍結(jié)管底錐(7) —側(cè)設(shè)有封頭裝置(5)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種液氮凍結(jié)器，該液氮凍結(jié)器主要由凍結(jié)管，與凍結(jié)管連為一體的凍結(jié)管底錐，設(shè)在凍結(jié)管內(nèi)并伸出凍結(jié)管的供液管和出氣管構(gòu)成，供液管在凍結(jié)管內(nèi)的長度大于出氣管在凍結(jié)管內(nèi)的長度，凍結(jié)管頂部設(shè)有第一密封板，底部設(shè)有第二密封板，在凍結(jié)管內(nèi)的供液管上設(shè)有多個(gè)噴液孔，至下而上均勻排列，供液管靠近凍結(jié)管底錐一側(cè)用密封裝置進(jìn)行密封，使在進(jìn)行凍結(jié)操作時(shí)液氮從各噴液孔中均勻噴出，節(jié)省液氮用量并實(shí)現(xiàn)均勻凍結(jié)需凍結(jié)區(qū)的巖土的目的，可在人工制冷技術(shù)中廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)E02D3/00GK201031387SQ20072006904
公開日2008年3月5日 申請(qǐng)日期2007年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月18日
發(fā)明者祎 夏, 岳豐田, 旭 張, 旺 熊, 王如路 申請(qǐng)人:上海地鐵運(yùn)營有限公司;中國礦業(yè)大學(xué)