应用于青藏高原的耐候性制冷系统及多年冻土保护方法
2025-02-21 20:02
No.1342587378015150080
技术概要
PDF全文
本技术公开了一种应用于青藏高原的耐候性制冷系统及多年冻土保护方法,属于多年冻土保护技术领域,制冷系统包括地面上的若干个制冷机组和多年冻土内的若干个多年冻土输冷器,制冷机组设有高原环境性能提升组件,多年冻土输冷器与制冷机组相连;保护方法是根据多年冻土设计制冷系统,通过控制组件控制制冷机组对制冷剂降温后输送至多年冻土输冷器与多年冻土进行热交换,使多年冻土的温度降低。通过高原环境性能提升组件能够使制冷组件适应高原气候剧烈波动的环境,提高了制冷系统运行的耐候性;采用装配式结构的制冷系统方便运输及安装,同时具有针对高原气候与多年冻土地质环境的自适应调节功能,保证制冷量供需平衡与多年冻土保护效果。
背景技术
中国多年冻土主要分布在“第三极”青藏高原,面积约为1.15×106 km2 。青藏工程廊道分布着铁路、公路、输油管道、通讯光缆、电网等重大工程,穿越约700 km的多年冻土。青藏高原多年冻土成因是高海拔,因此冻土温度高、热融敏感性强,退化具有长期、隐蔽的特点,再加上气候变暖和工程活动的影响,部分多年冻土呈强烈的退化状态。多年冻土退化会引起铁路与公路路基、桥梁桩基础、桥台、输油管道、电力塔基等各类构筑物的不均匀沉降变形及损毁。“保护冻土”是多年冻土区工程建设的主要原则,主要遵循被动保温、主动降温、冷却地基的保护思路,具体措施包括高热阻保温材料、空气强制对流式气冷结构、太阳能辐射反射结构、热棒等结构措施。但是,在多年冻土剧烈退化及需要应急抢险的场景中,现有措施还无法做到快速地使多年冻土降温,尤其在暖季无法实时地保护多年冻土,导致路基、桥台、管线、塔基的沉降破坏。为此,开始引入主流的压缩式制冷技术,来对多年冻土进行主动输冷与降温。例如申请号CN201711190185.7的专利中公开了防治多年冻土退化的压缩式制冷系统,属于一种太阳能与风能联合驱动的制冷系统;申请号CN202311743133.3的专利中公开了一种多年冻土区全季热棒制冷装置及施工方法,属于由太阳能光伏发电驱动的、带有多个制冷段的压缩式制冷系统。 以上公开的两个专利文件中存在的主要问题有:对于压缩式制冷系统,设计时是根据一个额定工况环境条件,来进行部件选型和计算制冷剂充注量。但实际运行环境会偏离额定工况环境,当两者差别较大时,实际换热量波动幅度大,会使制冷剂相变率过低,发生冷凝器“泄气”和蒸发器“泄液”现象,进而引起冷凝器高压与蒸发器低压偏离额定工况设计值,最终导致制冷系统运行效率变差与压缩机“液击”故障。当应用于青藏高原多年冻土保护时,青藏高原平均海拔在4000米以上,气候多变,温度波动大,气温日较差可达20~30℃,多年冻土年平均温度在-2.6~0℃之间。这种变温幅度大、频次高的高原环境,会导致制冷系统的制冷效率低、故障率高、使用寿命低等耐候性问题;另一方面传统成套制冷系统的拆卸不便,检修难度大。可见,提高制冷系统的耐候性与检修便捷性是保证多年冻土制冷保护技术实用性的关键。
实现思路
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技术研发人员:
胡田飞  蔡德超  岳祖润  曹明星  刘备  孙铁成  张松  何涛帆
技术所属: 石家庄铁道大学
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