Устройство для температурной термостабилизации многолетнемерзлых грунтов

Изобретение относится к теплотехнике в области строительства, а именно к индивидуальным сезонно-действующим охлаждающим устройствам - термостабилизаторам грунтов. Устройство для температурной термостабилизации многолетнемерзлых грунтов содержит термостабилизатор на основе двухфазного термосифона, включающего надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части, размещенные в гильзе с хладагентом, представляющей собой полый цилиндрический корпус с дном и герметизирующим элементом на верхнем конце с отверстием для установки термостабилизатора. Герметизирующий элемент представляет собой разъемное сальниковое уплотнение, которое состоит из опорного кольца, установленного на выполненную в гильзе круговую ступеньку, нажимного кольца и уплотнительных колец из терморасщиренного графита, зажатых между ними. Технический результат состоит в обеспечении расширения температурного диапазона выполнения монтажных работ термостабилизаторов, а также исключения попадания остатков уплотнительных материалов в полость гильзы, заполненную хладоносителем. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к теплотехнике в области строительства, более конкретно к области конструирования индивидуальных сезонно-действующих охлаждающих устройств - термостабилизаторов грунтов, в частности, размещенных в гильзе, которые могут быть использованы для термостабилизации многолетнемерзлых и слабонесущих грунтов. Область конкретного использования термостабилизаторов грунтов весьма широка: стабилизация грунта в основаниях фундаментов и сооружений, опор трубопроводов, линий электропередач, мостов, полотна железных дорог, создание противофильтрационных завес и др.

Применение искусственного охлаждения грунтов оснований позволяет существенно снизить сроки строительства сооружения, а также металлоемкость фундаментов за счет уменьшения длины и количества свай.

Термостабилизаторы предназначены для искусственного замораживания талых и охлаждения многолетнемерзлых грунтов, температурной стабилизации грунтов оснований с целью повышения несущей способности и обеспечения устойчивости и эксплуатационной надежности грунтовых и свайных оснований при строительстве, эксплуатации и ремонте трубопроводов, объектов нефте- и газотранспортных систем, обустройства нефтяных и газовых месторождений, и других сооружений промышленного и гражданского назначения в условиях криолитозоны.

Термостабилизаторы представляют собой герметичные конструкции из труб, заправленных хладагентом, состоящих из надземной части - конденсатора и подземной - испарителя. Надземная часть изделий всегда находится на открытом воздухе.

Эффективным способом поддержания или усиления мерзлого состояния грунта в основаниях сооружений является использование низких температур наружного воздуха с помощью парожидкостных термосифонов, называемых термостабилизаторами. Режим работы термостабилизаторов - сезонный, в зависимости от температуры окружающего воздуха.

Известен термосифон, содержащий конденсаторную секцию, испарительную секцию, расположенную с отрицательным наклоном, и рабочую жидкость в испарительной секции (патент США №4961463, опубликован 09.10.1990, МПК E02D 13/115). Данная конструкция погружается в грунт без гильзы.

По сравнению с существующими конструкциями термостабилизаторов применение гильзы позволяет производить замену термостабилизаторов без применения буровой техники.

Известен термостабилизатор, размещаемый в гильзе, которая представляет собой цилиндрический корпус с крышкой на верхнем конце и днищем на нижнем конце (Окунев С.Н. и др. Опыт проектирования систем температурной стабилизации грунтов при прокладке нефтепроводов «ВСТО» и «Ванкорское месторождение НПС ПУРПЕ», материалы международной конференции «Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлоотведения», стр. 139-141, г. Тюмень, 2008 г.).

Недостатком известного технического решения является необходимость применения расходных материалов (монтажной пены), имеющих ограничения по температуре окружающего воздуха при монтаже термостабилизатора в гильзу, а также необходимость удаления уплотнительных материалов и очистку внутренней поверхности гильзы при замене термостабилизатора во время эксплуатации.

Наиболее близким решением является устройство для термостабилизации, содержащее гильзу, полость которой заполнена незамерзающей жидкостью, а внутри гильзы установлены охлаждающие элементы, причем верхняя часть гильзы и охлаждающей трубы снабжена крышкой с отверстием для размещения охлаждающего элемента и заливной горловиной с пробкой (патент на RU №116871, опубликован 10.06.2012, E02D 3/115).

Задачей предлагаемого решения является расширение температурного диапазона выполнения монтажных работ термостабилизаторов, исключение попадания остатков уплотнительных материалов в полость гильзы, заполненную хладоносителем.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым решением, заключается в обеспечении возможности многократной замены термостабилизатора в гильзе при использовании одного и того же уплотнительного (герметизирующего) элемента, а также в расширении диапазона температур атмосферного воздуха при монтаже термостабилизатора в гильзу.

Поставленная задача решается тем, что устройство для температурной термостабилизации многолетнемерзлых грунтов содержит термостабилизатор на основе двухфазного термосифона, включающего надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части, размещенные в гильзе с хладагентом, представляющей собой полый цилиндрический корпус с дном и герметизирующим элементом на верхнем конце с отверстием для установки термостабилизатора, герметизирующий элемент представляет собой разъемное сальниковое уплотнение, которое состоит из опорного кольца, установленного на выполненную в гильзе круговую ступеньку, нажимного кольца и уплотнительных колец из терморасширенного графита, зажатых между ними.

На внутренней поверхности гильзы на верхнем конце выполнена внутренняя резьба для нажимной гайки, предназначенной для зажатия уплотнительных колец.

Уплотнительные кольца формируют из шнура терморасширенного графита квадратного сечения, размер стороны которого равен расстоянию между внешней стенкой испарительной секции и внутренней стенкой гильзы, при этом стыки уплотнительных колец расположены со смещением.

В устройство установлена термоизолирующая вставка в транспортной части.

Гильза заполнена хладагентом до уровня сезонного оттаивания грунта.

Решение поясняется чертежами, на фиг. 1 представлен общий вид устройства в продольном разрезе, на фиг. 2 - сальниковое уплотнение, где 1 - гильза, 2 - цилиндрический корпус, 3 - сальниковое уплотнение, 4 - днище, 5 - термостабилизатор, 6 - радиатор, 7 - хладоноситель (антифриз), 8 - опорное кольцо, 9 - нажимное кольцо, 10 - кольца из терморасширенного графита, 11 - нажимная гайка.

Устройство содержит гильзу 1, которая представляет собой цилиндрический корпус 2, снабженный сальниковым уплотнением 3 на верхнем конце и имеющий днище 4 на нижнем конце. Внутри корпуса 2 расположен термостабилизатор 5. На верхнем конце термостабилизатора 5 установлен радиатор 6. Термостабилизатор имеет нижнюю испарительную часть, среднюю транспортную и верхнюю конденсаторную. Гильза заполнена антифризом 7. Заливка антифриза (хладоносителя) осуществляется до уровня сезонного оттаивания грунта. Сальниковое уплотнение 3, расположенное в верхней части гильзы термостабилизатора, состоит из опорного кольца 8 и нажимного кольца 9 со сжатыми между ними двумя кольцами 10 из терморасширенного графита. Кольца терморасширенного графита 10 формируют из шнура квадратного сечения, размер стороны которого равен расстоянию между внешней стенкой испарительной секции термостабилизатора и внутренней стенкой гильзы. При этом места соединения торцов шнура (стыки колец) расположены со смещением относительно друг друга. Необходимое поджатие колец 10 осуществляется нажимной гайкой с внешней резьбой 11. На внутренней поверхности гильзы 1 выполнена ответная резьба для гайки. Под резьбой на гильзе выполнена круговая ступенька для размещения опорного кольца 8. Между конденсаторной и испарительной секциями в области транзитной части может быть размещена теплоизолирующая вставка в виде цилиндра из полимерной трубы большего диаметра, установленная с воздушным зазором между корпусом термостабилизатора и внутренней поверхностью вставки.

Устройство собирается следующим образом. На корпусе термостабилизатора предварительно последовательно устанавливают через конденсаторную часть нажимную гайку 11, нажимное кольцо 9 и опорное кольцо 8. После этого термостабилизатор 5 размещают в гильзе 1, при этом опорное кольцо 8 упирается в круговую ступеньку. Кольца из терморасширенного графита 10 устанавливаются между опорным кольцом 8 и нажимным кольцом 9, при этом стыки колец располагаются со сдвигом относительно друг друга. Герметизация сальникового уплотнения гильзы 1 осуществляется путем завинчивания нажимной гайки 11.

Работа термостабилизатора осуществляется при разности температур между грунтами и атмосферным воздухом, за счет фазовых превращений хладагента (перемещения под действием гравитационных сил «жидкость вниз - пар вверх», от конденсатора к испарителю и обратно). Хладагентами являются вещества, способные изменять свое физическое состояние «жидкость-пар» при наличии температурного градиента между атмосферным воздухом и грунтами в условиях наличия определенного давления внутри термостабилизатора.

Функционирование устройства происходит естественным образом в зимний период за счет отрицательных температур воздуха, а в летнее время (при положительных температурах воздуха) переходит в состояние покоя вследствие прекращения циркуляции хладагента. Разъемное сальниковое уплотнение позволяет исключить попадание остатков уплотнительных материалов в полость гильзы, многократно использовать уплотнение, расширить диапазон температур окружающего воздуха при монтаже термостабилизатора в гильзу. При выходе из строя термостабилизатора он может быть заменен на новый с неоднократным использованием предложенного разъемного сальникового уплотнителя.

1. Устройство для температурной термостабилизации многолетнемерзлых грунтов, характеризующееся тем, что содержит термостабилизатор на основе двухфазного термосифона, включающего надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части, размещенные в гильзе с хладагентом, представляющей собой полый цилиндрический корпус с дном и герметизирующим элементом на верхнем конце с отверстием для установки термостабилизатора, при этом герметизирующий элемент представляет собой разъемное сальниковое уплотнение, которое состоит из опорного кольца, установленного на выполненную в гильзе круговую ступеньку, нажимного кольца и уплотнительных колец из терморасщиренного графита, зажатых между ними.

2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что на внутренней поверхности гильзы на верхнем конце выполнена внутренняя резьба для нажимной гайки, предназначенной для зажатия уплотнительных колец.

3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что уплотнительные кольца формируют из шнура терморасширенного графита квадратного сечения, размер стороны которого равен расстоянию между внешней стенкой испарительной секции и внутренней стенкой гильзы, при этом стыки уплотнительных колец расположены со смещением.

4. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что установлена термоизолирующая вставка в транспортной части.

5. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что гильза заполнена хладагентом до уровня сезонного оттаивания грунта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства в районах распространения многолетне-мерзлых грунтов и, конкретно, к устройствам, обеспечивающим мерзлое состояние грунтов оснований сооружений при проектном значении отрицательной температуры.

Изобретение относится к способу термостабилизации многолетнемерзлых и слабых грунтов и может быть использовано в производстве термосифонов (термостабилизаторов).

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при освоении и эксплуатации месторождений, расположенных в зоне многолетнемерзлых пород.

Изобретение относится к строительству гидротехнических сооружений и может быть применено для создания ограждающей конструкции, предназначенной для защиты добывающей платформы плавучего типа в ледовых условиях арктического шельфа.

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для глубинного охлаждения и замораживания грунтов оснований зданий и сооружений, возводимых на многолетнемерзлых грунтах.

Изобретение относится к устройствам регулируемой температурной стабилизации, охлаждения и замораживания грунта основания фундаментов, а также теплоснабжения сооружений на вечномерзлых грунтах (в условиях криолитозоны).

Изобретение относится к области строительства на многолетнемерзлых грунтах, в частности к подготовке замораживающих устройств - термостабилизаторов к эксплуатации.

Изобретение относится к области строительства на многолетнемерзлых и слабых грунтах и касается выполнения систем замораживания и термостабилизации грунтовых оснований сооружений.

Изобретение относится к устройствам для сезонного охлаждения и замораживания грунтов оснований зданий и сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов.

Изобретение относится к области строительства в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, а именно термостабилизации многолетнемерзлых и слабых грунтов.

Изобретение относится к устройствам для теплообмена в дренажной системе, а также на строительной площадке. Устройство для теплообмена в дренажной системе содержит теплообменный компонент, имеющий наружный канал и внутренний канал, причем внутренний канал расположен внутри наружного канала. Соединительный компонент, который обеспечивает соединение с возможностью обмена текучей средой между теплообменным компонентом, первым приспособлением для присоединения канала для текучей среды и вторым приспособлением для присоединения канала для текучей среды. Соединительный компонент содержит наружные соединительные средства для присоединения теплообменного компонента к указанному второму приспособлению и внутренние соединительные средства для присоединения теплообменного компонента к указанному первому приспособлению. Наружный канал имеет первый конец, присоединенный к наружным соединительным средствам, и второй, закрытый конец. Внутренний канал имеет первый конец, присоединенный к внутренним соединительным средствам, и второй, открытый конец. Причем указанное устройство выполнено так, что теплообменная среда проходит через указанное первое приспособление, внутренний канал, наружный канал и указанное второе приспособление. Наружный канал содержит по меньшей мере одну трубку, которая выполнена искривленной или угловой, и по меньшей мере одну трубку, которая выполнена, по существу, цилиндрической, а внутренний канал содержит гибкую трубку. Технический результат состоит в обеспечении эффективного теплообмена в дренажной системе. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области строительства на многолетнемерзлых грунтах с искусственным охлаждением грунтов основания и одновременным обогревом сооружения с помощью теплового насоса. В поверхностном фундаменте сооружения, обеспечивающем сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии с одновременным обогревом сооружения с помощью теплового насоса, согласно изобретению охлаждающий и греющий контуры теплового насоса расположены в самом фундаменте и разделены теплоизоляцией. Технический результат состоит в обеспечении надежной ремонтопригодной конструкции фундамента полной заводской готовности, обеспечивающей сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии вне зависимости от изменения климата. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области строительства в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями и может быть использовано для термостабилизации многолетнемерзлых и замораживания слабых пластичномерзлых грунтов. Способ монтажа облегченных охлаждающих устройств для температурной стабилизации многолетнемерзлых грунтов включает бурение сквозной пологонаклонной скважины, протяжку охлаждающего устройства, снабженного трубами испарителя и конденсатора, соединенными сильфонными рукавами, защищенными бандажами, в скважину до проектного положения, монтаж охлаждающих элементов на конденсаторные трубы охлаждающего устройства. Охлаждающее устройство заранее укладывают в защитную обойму, состоящую из обсадных труб муфтового соединения, оба торца которой снабжены амортизирующими прокладками и завинчены крышками, протягивают в скважину до проектной отметки с одновременным расширением скважины. Конденсаторные участки труб охлаждающего устройства освобождают от защитной обоймы, крепят их за анкеры. В зазор между защитной обоймой и стенками скважины устанавливают цементировочную трубу и извлекают буровым станком защитную обойму с одновременной подачей цементного раствора с водоцементным соотношением В:Ц=0,5 в зазор между охлаждающим устройством и стенками скважины. Технический результат состоит в повышении несущей способности грунтовых оснований, снижение нагрузок от сооружений на облегченные конструкции термостабилизаторов, снижении материалоемкости строительно-монтажных работ. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к строительству промышленных и гражданских объектов в криолитозоне с целью обеспечения их надежности. Термосифон включает конденсатор, испаритель и транзитный участок между ними в виде круглой с обеих сторон заглушенной трубы, вертикально установленной и погруженной на глубину испарителя в грунт, из полости трубы откачан воздух, взамен полость заправлена аммиаком, часть полости заполнена жидким аммиаком, остальной объем - насыщенным паром аммиака. Диаметр трубы составляет 33,7×3,5 мм, в испарителе по оси симметрии трубы коаксиально установлена внутренняя труба диаметром 20×2 мм из материала с низким коэффициентом теплопроводности. Степень заполнения термосифона аммиаком составляет 0,45-0,85 (отношение объема жидкости к общему внутреннему объему трубы). Внизу внутренняя труба на длине 600 мм перфорирована шестью отверстиями диаметром 10 мм, длина термосифона 10-16 м, уровень аммиака в испарителе выше торца внутренней трубы не менее 0,1 м, конденсатор с площадью теплообменной поверхности оребрения 2,44 м2, длина оребренной трубы 1,18 м, диаметр оребрения 67 мм. Технический результат состоит в повышении надежности работы термосифона заполненного аммиаком, обеспечении более низких температур охлаждаемого грунта и интенсивности теплообмена при простоте конструктивного исполнения. 1 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к строительству в зонах вечной мерзлоты, а именно к термостабилизаторам грунта для замораживания фундаментов. Термостабилизатор грунта содержит герметичный вертикально расположенный корпус с теплоносителем, в верхней и нижних частях которого расположены зоны теплообмена. При этом по меньшей мере в одной зоне теплообмена установлена кольцеобразная вставка, имеющая повышенную удельную поверхность. Наружная поверхность вставки контактирует с внутренней поверхностью корпуса в зоне теплообмена. Площадь поперечного сечения кольцеобразной вставки не превышает 20% площади поперечного сечения полости корпуса. Технический результат состоит в повышении теплопередающих характеристик при сохранении компактности термостабилизатора, а также повышении эффективности работы термостабилизатора грунта. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам, используемым при термомелиорации грунтов основания фундаментов сооружений, возводимых в районах распространения вечной и сезонной мерзлоты. Охлаждающее устройство для термостабилизации грунтов оснований зданий и сооружений содержит вертикальный двухфазный термостабилизатор, подземная часть которого помещена в футляр, заполненный теплопроводящей жидкостью, и закреплена с помощью радиального и упорного подшипников, обеспечивающих свободное вращение корпуса термостабилизатора вокруг вертикальной оси, за счет силы ветра, набегающего на чашки-лопасти ветроколеса, закрепленные на надземной части термостабилизатора под углом 120 градусов относительно друг друга. Технический результат состоит в обеспечении равномерного распределения теплового потока в системе грунт-футляр-термотабилизатор за счет обеспечения истечения хладагента из зоны конденсации к зоне испарения в виде тонкой кольцевой пленки по внутреннему периметру корпуса термостабилизатора, а также создания вынужденной конвекции теплоносителя в футляре, повышении эффективности работы устройства. 2 ил.

Изобретение относится к области строительства в северных районах и предназначено для возведения ледяных инженерных сооружений, аккумуляции холода и образования сводчатых ледяных сооружений для хранения на (не)плавучих ледяных или ледопородных платформах на шельфах морей. Технический результат - повышение надежности ледяного сооружения, который достигается тем, что в способе возведения ледяного сооружения, включающем разработку площадки, на которой устанавливают надувные конструкции с последующим их демонтажом и перемещением по мере необходимости, заполнение их воздухом, послойное намораживание пайкерита путем набрызга или послойного полива водяной пульпы. Она содержит древесные опилки или какого-либо другого вида древесную массу, дополнительно перед намораживанием пайкерита надувные конструкции покрывают геоматериалом в виде водопроницаемого геосинтетического материала: геосетки или георешетки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к теплотехнике в области строительства, а именно к термостабилизации грунтовых оснований свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки, расположенных на многолетнемерзлых грунтах. Способ термостабилизации грунтов оснований свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки заключается в том, что производят выемку льдистых грунтов в основаниях свайных фундаментов опор трубопровода, трубопроводов подземной прокладки и укладку в выемку композитного материала, установку по меньшей мере двух термостабилизаторов грунта по краям выемки, при этом композитный материал имеет состав при соотношении компонентов, мас. %: гравелистый песчаный грунт 60-70, вспененный модифицированный полимер 20-25, жидкий теплоноситель 5-20 или крупный песчаный грунт 70-80, вспененный модифицированный полимер 10-15, жидкий теплоноситель 5-20. Для пропитки полимера выбирают жидкий теплоноситель, характеризующийся высокой теплоемкостью и низкой температурой замерзания до -25°C. Технический результат состоит в повышении надежности конструкции при строительстве свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки, расположенных на многолетнемерзлых грунтах, обеспечении безопасной эксплуатации магистральных нефтепроводов на проектных режимах в течение заданного срока на территории распространения многолетнемерзлых грунтов. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области строительства трубопроводов подземной прокладки и может быть использовано для обеспечения термостабилизации грунтов при подземной прокладке трубопроводов на многолетнемерзлых и слабых грунтах. Устройство термостабилизации многолетнемерзлых грунтов содержит по меньшей мере два термостабилизатора грунта на основе двухфазных термосифонов, включающих надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части, и по меньшей мере один теплопроводящий элемент, выполненный в виде пластины из теплорассеивающего материала с коэффициентом теплопроводности не менее 5 Вт/м⋅К. По меньшей мере два термостабилизатора грунта установлены по обе стороны от трубопровода подземной прокладки, а по меньшей мере один теплопроводящий элемент установлен под теплоизоляционным материалом, отделяющим трубопровод подземной прокладки от кровли многолетнемерзлых грунтов, и имеет отверстия для соединения с испарительными частями по меньшей мере двух термостабилизаторов грунта. Технический результат состоит в повышении эффективности сохранения многолетнемерзлых грунтов или замораживания слабых грунтов оснований объектов трубопроводной системы для обеспечения безопасности в течение назначенного срока эксплуатации на проектных режимах. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, а именно к термостабилизации многолетнемерзлых и слабых грунтов. Способ установки термостабилизаторов в проветриваемом подполье эксплуатируемых зданий включает бурение, по крайней мере, одной вертикальной скважины в проветриваемом подполье без нарушения перекрытий здания. Установку в скважине термостабилизатора, содержащего заправленную хладагентом трубу испарителя и конденсатор, причем труба выполнена с возможностью изгиба, радиус которого не превышает высоту проветриваемого подполья. Глубина установки термостабилизатора при этом такова, что конденсатор расположен выше уровня грунта в проветриваемом подполье. Технический результат состоит в упрощении процедуры монтажа термостабилизаторов под эксплуатируемым зданием, улучшении ремонтопригодности системы охлаждения грунта и упрощении ее обслуживания, увеличении несущей способности грунтов основания за счет их охлаждения по всей площади проветриваемого подполья эксплуатируемого здания при одновременном уменьшении количества используемых термостабилизаторов и освобождении прилегающей территории за счет размещения охлаждающих элементов в проветриваемом подполье. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх