一种帐篷式土体防冻系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种帐篷式土体防冻系统及其控制方法，该系统包括帐篷式空气罩（5），产生热空气的高温空气发生器（1）以及将热空气向空气罩（5）内部传送的高速送风机（3）；空气罩（5）包括收放式支撑架（54）和篷布（51），篷布（51）上设有可开闭的排气口。本申请防冻系统通过热空气与防冻对象间的热对流和热传导来加热防冻对象表面，加热效率高、防冻效果好、使用方便且可实现大面积连续区域的升温防冻；收放式的支撑架使得帐篷式空气罩的使用更为方便灵活。控制方法包括根据罩内温度与预设维持温度范围的关系控制高温空气发生器和高速送风机的工作状态，进一步提升了防冻效果，同时也避免了防冻系统持续工作造成热能和电能的浪费。

【技术实现步骤摘要】
一种帐篷式土体防冻系统及其控制方法
本专利技术涉及土体表层冻结防控
，尤其涉及一种帐篷式土体防冻系统及其控制方法。
技术介绍
冻土在我国分布范围较广，尤其在东北和西北存在大面积的多年冻土和季节冻土，除此之外在一些高海拔山区也存在冻土。冻土是一类特殊土类，其性质与温度密切相关，温度降低含冰量增大，会阻塞土体中水分迁移孔道，使土体导热性及渗透性发生变化，又因为同质量冰体积大于水体积，造成土体发生冻胀；相反如果温度升高含冰量减小，土体又会融化并沉降。在时间背景下，土体温度随季节周期性变化，则冻土就会发生冻融循环，进而改变土体内部结构，使土体热物理性质及力学性质发生改变，最终发生土体破坏。近年来，随着西部大开发的积极推进和“一带一路”的战略发展，长大隧道、高速铁路、高速公路及大型水利设施逐渐在西部山区和高寒地区投建实施。有时工期较紧，难免在冻结期施工，伴随而来的是如何保证在冻结期施工过程中土料及施工作业面（即土体防冻对象，简称防冻对象）不发生冻结。目前，施工现场土料和施工作业面的防冻措施大多采用直接覆盖棉被、草帘或者土工布等方法，但由于这些措施不能对防冻对象进行主动加热，没法保证防冻对象确实没有冻结，特别是当防冻对象已经发生冻结时，其更是没法实现快速结冻，防冻效果差。另外，施工现场往往都是大量土料和大面积施工作业面，需要进行大规模大范围的防控，显然上述现有的防冻措施需要耗费大量的人力物力，工作效率低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种防冻效果好、使用方便的帐篷式土体防冻系统，同时进一步提供该系统的控制方法。为解决上述问题，本专利技术所述的一种帐篷式土体防冻系统，其特征在于，该系统包括放置在防冻对象上的帐篷式空气罩，产生热空气的高温空气发生器以及将所述热空气以一定速度和压力向所述空气罩内部传送的高速送风机；所述空气罩包括收放式支撑架和设在所述支撑架上的篷布，所述篷布上设有可开闭的排气口。优选的，所述支撑架包括数根纵向分布且整体与所述空气罩外形相适应的收缩杆，设在所述收缩杆前后两端对其起支撑作用的气压缸和收放连杆；其中，所述气压缸和收放连杆的根部通过活动铰连接在一起，所述气压缸头部设在上方所述收缩杆端部，所述收放连杆头部设在底部两根所述收缩杆端部；所述篷布内侧具有供所述收缩杆、所述气压缸和所述收放连杆穿过的穿越通道。优选的，所述支撑架还包括并排设在其中一根所述收放连杆外侧的引导连杆，所述引导连杆一端连接设在所述活动铰上的主动轮，另一端连接设在这根收放连杆头部的从动轮。优选的，所述空气罩还包括数根横向均匀分布在所述篷布内侧的柔性张力条以及与之配套使用的拉扣；所述柔性张力条的两端开设有数个供所述拉扣穿入并实现固定的固定孔，所述篷布内侧具有供所述柔性张力条穿过的穿越通道。优选的，该防冻系统还包括围设在所述空气罩底部的自重式压膜。优选的，所述高温空气发生器出风口与所述高速送风机进风口之间由高温聚热防护罩实现连接。优选的，所述高速送风机出风口与所述空气罩进风口之间由螺纹送风管实现连接。优选的，该防冻系统还包括温度控制器和设在所述空气罩内用来测量罩内温度的温度传感器；所述温度控制器能够根据所述罩内温度与预设维持温度范围的关系控制所述高温空气发生器和所述高速送风机的工作状态，以进一步提升防冻效果同时避免防冻系统持续工作造成热能和电能的浪费。相应地，本专利技术还提供了一种帐篷式土体防冻系统的控制方法，其特征在于，该方法包括：获取帐篷式空气罩的罩内温度，所述罩内温度由设在所述空气罩内的温度传感器测量所得；根据所述罩内温度与预设维持温度范围的关系控制所述高温空气发生器和所述高速送风机的工作状态，以进一步提升防冻效果同时避免防冻系统持续工作造成热能和电能的浪费。优选的，所述根据所述罩内温度与预设维持温度范围的关系控制所述高温空气发生器和所述高速送风机的工作状态，包括：判断Tc与Tmin、Tmax的大小关系，其中，Tc为当前的罩内温度，Tmin为预设维持温度下限值，Tmax为预设维持温度上限值；当Tc≤Tmin时，控制所述高速送风机和所述高温空气发生器均处于运行状态，并使所述高温空气发生器满电压运行；当Tc≥Tmax时,控制所述高速送风机和所述高温空气发生器均处于休息状态；当Tmin<Tc<Tmax时，控制所述高速送风机和所述高温空气发生器均处于运行状态，并且Tc相较Tmin每升高D/10℃控制所述高温空气发生器的电枢电压占空比降低10%；其中，D=Tmax-Tmin。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：（1）本专利技术防冻系统中，高温空气发生器产生热空气，高速送风机将热空气以一定速度和压力向空气罩内部传送，实现点-线-面一体的热流扩散模式，防冻效果好且使用方便：弥散的热空气在防冻对象上方形成一层热空气隔离层，通过热空气与防冻对象间的热对流和热传导来加热防冻对象表面，使防冻对象温度处于冻结温度以上以此保证防冻对象不发生冻结，加热效率高、防冻效果好且可实现大面积连续区域的升温防冻。另外，本申请帐篷式空气罩的支撑架为收放式，使用更为方便灵活。（2）本专利技术防冻系统能够实现大面积全范围的防冻，并能够灵活移动、拆装方便，对确保工程质量、缩短工程周期、降低工程造价具有重要的现实意义。（3）本专利技术控制方法中，控制器能够根据当前的罩内温度自动化控制高温空气发生器和高速送风机的工作状态，进一步提升了防冻效果，同时也避免了防冻系统持续工作造成热能和电能的浪费。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为本专利技术帐篷式土体防冻系统的结构示意图。图2为本专利技术空气罩的结构示意图。图3为本专利技术支撑架的结构示意图。图4为本专利技术帐篷式土体防冻系统的现场试验数据对比图。图中：1—高温空气发生器，2—高温聚热防护罩，3—高速送风机，4—螺纹送风管，5—空气罩，51—篷布，52—柔性张力条，53—拉扣，54—支撑架，541—收缩杆，542—气压缸，543—收放连杆，544—引导连杆，6—自重式压膜。具体实施方式参考图1，本申请帐篷式土体防冻系统具体包括顺序连通的高温空气发生器1、高速送风机3和帐篷式空气罩5。其中，高温空气发生器1用于产生热空气的高温空气，其动力能源可以为燃料或电能，具体可选择便携式燃油暖风机或其他加热的能源设备构成，热空气的温度范围在50-150℃之间；高速送风机3用于将热空气以一定速度和压力向空气罩5内部传送，其可以由220V或380V电力驱动的高速轴流式风机或离心式风机构成；传送热空气的速度和压力没有特殊限定，与高速轴流式风机或离心式风机本身所能实现的速度和压力相适应即可。本申请防冻系统还包括围设在空气罩5底部内侧的自重式压膜6，其可以由自重较大、柔性良好、抗老化的硅胶材料制成，使得充入热空气的空气罩5紧贴在防冻对象表面，隔绝罩内外环境。空气罩5在使用时放置在防冻对象上，其整体形状可以像图1所示的半圆柱型也可以是矩形或者其它类似形状，在结构上它可以由收放式支撑架54和设在支撑架54上的篷布51构成，篷布51具体可由韧性好、耐磨损、不透水、不吸湿、散热性能较差的牛津布或尼龙布制成，篷布51上设有可开闭的排气口，用于热空气进入初始排出罩内的冷空气或者其它任何需要排出罩内空气的时候。进一步地，空气罩5还包括数根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种帐篷式土体防冻系统，其特征在于，该系统包括放置在防冻对象上的帐篷式空气罩（5），产生热空气的高温空气发生器（1）以及将所述热空气以一定速度和压力向所述空气罩（5）内部传送的高速送风机（3）；所述空气罩（5）包括收放式支撑架（54）和设在所述支撑架（54）上的篷布（51），所述篷布（51）上设有可开闭的排气口。

【技术特征摘要】
1.一种帐篷式土体防冻系统，其特征在于，该系统包括放置在防冻对象上的帐篷式空气罩（5），产生热空气的高温空气发生器（1）以及将所述热空气以一定速度和压力向所述空气罩（5）内部传送的高速送风机（3）；所述空气罩（5）包括收放式支撑架（54）和设在所述支撑架（54）上的篷布（51），所述篷布（51）上设有可开闭的排气口。2.如权利要求1所述的防冻系统，其特征在于，所述支撑架（54）包括数根纵向分布且整体与所述空气罩（5）外形相适应的收缩杆（541），设在所述收缩杆（541）前后两端对其起支撑作用的气压缸（542）和收放连杆（543）；其中，所述气压缸（542）和收放连杆（543）的根部通过活动铰连接在一起，所述气压缸（542）头部设在上方所述收缩杆（541）端部，所述收放连杆（543）头部设在底部两根所述收缩杆（541）端部；所述篷布（51）内侧具有供所述收缩杆（541）、所述气压缸（542）和所述收放连杆（543）穿过的穿越通道。3.如权利要求2所述的防冻系统，其特征在于，所述支撑架（54）还包括并排设在其中一根所述收放连杆（543）外侧的引导连杆（544），所述引导连杆（544）一端连接设在所述活动铰上的主动轮，另一端连接设在这根收放连杆（543）头部的从动轮。4.如权利要求1所述的防冻系统，其特征在于，所述空气罩（5）还包括数根横向均匀分布在所述篷布（51）内侧的柔性张力条（52）以及与之配套使用的拉扣（53）；所述柔性张力条（52）的两端开设有数个供所述拉扣（53）穿入并实现固定的固定孔，所述篷布（51）内侧具有供所述柔性张力条（52）穿过的穿越通道。5.如权利要求1所述的防冻系统，其特征在于，该防冻系统还包括围设在所述空气罩（5）底部的自重式压膜（6）。6.如权利要求1所述的防冻系统，其特征在于，所述高温空气发生器（1）出风口与所述高速...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞祁浩，罗晓晓，郭磊，游艳辉，
申请(专利权)人：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62