Охлаждающее устройство для термостабилизации грунтов оснований зданий и сооружений

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 строительству, а именно к устройствам, используемым при термомелиорации грунтов основания фундаментов сооружений, возводимых в районах распространения вечной и сезонной мерзлоты.

Известны охлаждающие устройства для замораживания грунтов оснований зданий и сооружений в криолитозоне, выполненные по принципу гравитационных тепловых труб, состоящие из цилиндрического корпуса, содержащего зону испарения жидкого хладагента, располагаемую подземно, зону конденсации, располагаемую надземно, выполненную с оребрением (например, патенты Российской Федерации №2327940, опубл. 27.06.2008 г.; №2382972, опубл. 27.02.2010 г.; №2527969, опубл. 10.09.2014 г.).

Недостатком известных устройств является неравномерное распределение потока сконденсированного хладагента по стенке цилиндрического корпуса термостабилизатора. В идеальных условиях, принимаемых при произведении тепловых расчетов такого типа устройств, считается, что конденсат хладагента, стекающий из зоны конденсации в зону испарения, распределяется равномерно в виде тонкой кольцевой пленки по внутреннему периметру корпуса термостабилизатора. На практике добиться такого режима истечения жидкости в трубе не представляется возможным в силу особенностей процесса монтажа устройств, допускающего отклонение корпуса термостабилизатора на несколько градусов относительно вертикальной оси. Для устранения этого недостатка при производстве термостабилизаторов применяются различные методы создания искусственной капиллярной структуры в виде канавок или спиралей на внутренней стороне корпуса термостабилизатора.

При отсутствии внутренней капиллярной структуры конденсат стекает в виде локального ручья, что ведет к образованию сухого участка и существенно влияет на теплотехнические характеристики устройства, приводя к неравномерному распределению теплового потока в системе грунт-термостабилизатор, образуя область замороженного грунта неправильной овальной формы, вместо ожидаемого цилиндра.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции является устройство для замораживания грунта, выполненное по принципу «труба в трубе», когда вертикальный термостабилизатор помещается в полугерметичную гильзу, заполненную жидким теплоносителем (Галкин М.Л., Рукавишников A.M., Генель Л.С. Термостабилизация вечномерзлых грунтов // Холодильная техника. №10. - М.: Изд. дом «Холодильная техника», 2013. - С. 44-47).

Недостатком такого устройства является неравномерность распределения теплового потока в системе грунт-гильза-термостабилизатор, обусловленная естественной конвекцией.

Задачей изобретения является создание охлаждающего устройства для термостабилизации грунтов оснований зданий и сооружений с достижением следующего технического результата - повышение эффективности работы устройства за счет равномерного распределения потока хладагента по площади внутренней стенки термостабилизатора.

Поставленная задача решается тем, что 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.

Обеспечение равномерного распределения теплового потока в системе грунт-футляр-термотабилизатор достигается 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.

На фиг. 1 показана конструкция устройства, на фиг. 2 - сечение А-А.

Термоустройство для охлаждения и замораживания грунта включает известное устройство вертикального двухфазного термостабилизатора, подземная часть которого с помощью подшипников закреплена в футляре, заполненном теплопроводящей жидкостью, а надземная часть снабжена чашечными лопастями и выполняет роль ветроколеса, обеспечивая вращение термостабилизатора.

Устройство содержит чашки-лопасти ветроколеса 1, закрепленные на надземной части вертикального термостабилизатора 2 под углом 120 градусов относительно друг друга, радиальный подшипник 3, цилиндрический футляр 4, заполненный теплопроводящей жидкостью, упорный подшипник 5.

Устройство работает следующим образом. Воздушный поток, набегающий на лопасти ветроколеса 1 при скорости ветра от 3 м/с, создает вращающий момент, достаточный для преодоления моментов инерции корпуса термостабилизатора 2, подшипников 4, 5 и теплопроводящей жидкости в футляре 3, обеспечивая вращательное движение корпуса термостабилизатора 2 вокруг вертикальной оси. Вращение обеспечивает равномерное распределение хладагента, стекающего по внутренней стенке термостабилизатора из зоны конденсации к зоне испарения в виде тонкой кольцевой пленки. Момент инерции теплопроводящей жидкости в футляре, возникающий при вращении корпуса термостабилизатора, способствует возникновению вынужденной конвекции.

Таким образом, предложенная конструкция охлаждающего устройства обеспечивает равномерное распределение теплового потока в системе грунт-футляр-термостабилизатор.

Охлаждающее устройство для термостабилизации грунтов оснований зданий и сооружений, содержащее 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.



 

Похожие патенты:

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.

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.

Изобретение относится к области строительства в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями и может быть использовано для термостабилизации многолетнемерзлых и замораживания слабых пластичномерзлых грунтов.

Изобретение относится к области строительства на многолетнемерзлых грунтах с искусственным охлаждением грунтов основания и одновременным обогревом сооружения с помощью теплового насоса.

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.

Изобретение относится к теплотехнике в области строительства, а именно к индивидуальным сезонно-действующим охлаждающим устройствам - термостабилизаторам грунтов.

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 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.

Изобретение относится к области строительства сооружений в сложных инженерно-геологических условиях криолитозоны. Изобретение направлено на создание глубинных термосифонов со сверхглубокими подземными испарителями, порядка 50-100 м и более, с равномерным распределением температуры по поверхности испарителя, расположенного в грунте, что позволяет более эффективно использовать его потенциальную мощность по выносу тепла из грунта и увеличить энергетическую эффективность применяемого устройства. По первому варианту термосифон вместе с гильзой погружают вертикально в грунт на глубину 50 м. Термосифон содержит герметичный трубчатый корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной между ними. Конденсатор в зоне конденсации выполнен в виде центральной трубы большого диаметра и восьми патрубков меньшего диаметра с внешним оребрением из алюминия, расположенных вокруг центральной трубы. Патрубки соединены с отверстиями в ней, а в нижней части центральной трубы размещен сепаратор со сквозными патрубками для прохода парокапельной смеси хладагента (аммиака в первом варианте или углекислого газа - во втором) из испарителя в конденсатор и стока конденсата аммиака из конденсатора. Сквозные патрубки смонтированы на трубной доске. К патрубку для стока конденсата, расположенного по центру доски, снизу подсоединена внутренняя полиэтиленовая труба, которая опущена до низа трубы корпуса испарителя. В нижней части полиэтиленовой трубы выполнены отверстия для перетока жидкого хладагента в межкольцевое пространство, образованное стенками труб корпуса испарителя и внутренней трубы. По первому варианту (хладагент - аммиак) термосифон погружен в гильзу, заполненную 25-30%-ной аммиачной водой. Степень заполнения термосифона жидким аммиаком ε=0,47-0,52 при 0°С. По второму варианту термосифон заполняют углекислым газом и погружают вертикально в грунт без гильзы, степень заполнения жидким углекислым газом ε=0,45-0,47. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 пр.

Изобретение относится к области строительства в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, где применяется термостабилизация многолетнемерзлых и пластично-мерзлых грунтов, и может быть использовано для поддержания их мерзлого состояния или замораживания, в том числе и в скважинах, неустойчивых в стенках и склонных к оползанию и обвалообразованию. Способ включает бурение вертикальной скважины полой шнековой колонной (ПШ) до проектной отметки с последующим извлечением съемного центрального долота, установку на верхнюю часть ПШ цементировочной головки со шлангом от цементонасоса, извлечение ПШ с одновременной подачей цементного раствора через ПШ до заполнения скважины и установку охлаждающего устройства с теплоизоляционным кожухом на конденсаторе (при отрицательных температурах атмосферного воздуха), который демонтируют после твердения цементного раствора. Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить технологичность монтажа охлаждающих устройств, эффективность процесса охлаждения грунтов и долговечность охлаждающих конструкций, заглубленных в грунтовый массив. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к системам для охлаждения и замораживания грунтов в горнотехническом строительстве в областях распространения вечной мерзлоты (криолитозоне), характеризующихся наличием природных рассолов с отрицательными температурами (криопэгами). Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение экономичности, надежности и стабильности работы. Технический результат достигается тем, что система для охлаждения и замораживания грунтов, включающая установку подземных теплообменников с жидким теплоносителем с температурой замерзания ниже нуля градусов по Цельсию (рассолом), характеризуется тем, что в качестве жидкого теплоносителя используют криопэги, причем криопэг подается в замораживающие колонки из криолитозоны в теплообменники. Отработанные криопэги могут принудительно отводиться в массив криолитозоны. Наружная часть циркуляционного контура может быть термоизолирована. Технический результат – повышение экономичности достигается отсутствием энергозатратных холодильных машин и за счет отсутствия необходимости в приготовлении специального охлаждающего раствора. Технический результат – повышение надежности достигается снижением количества компонентов системы, вероятность выхода из строя каждого из которых отличается от нулевой. Технический результат – повышение стабильности работы достигается стабильностью температуры криопэга, общее количество которого значительно превышает количество используемого за сезон криопэга. Изобретение может с успехом применяться при строительстве промышленно-гражданских сооружений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое устройство относится к строительству одноэтажных зданий на многолетнемерзлых грунтах с искусственным охлаждением грунтов основания здания с помощью теплового насоса и одновременным обогревом здания с помощью теплового насоса и дополнительного источника тепла. Техническим результатом является создание конструкции фундамента, в полной мере обеспечивающей обогрев здания с одновременным сохранением грунтов основания в мёрзлом состоянии вне зависимости от изменения климата и при этом не вызывающей чрезмерного охлаждения многолетнемёрзлых грунтов, которое может привести к их растрескиванию, без устройства подсыпки. Технический результат достигается тем, что поверхностный фундамент для одноэтажного здания на многолетнемерзлых грунтах состоит из совокупности фундаментных модулей полной заводской готовности, которые подключаются к тепловому насосу параллельно с помощью теплоизолированных коллекторов греющего и охлаждающего контуров теплового насоса, при этом теплоизолированный коллектор греющего контура имеет дополнительный источник тепла, компенсирующий недостаток низкопотенциального тепла, перекачиваемого тепловым насосом из грунта для обогрева здания, интенсивность которого автоматически регулируется в зависимости от теплопотерь здания и количества низкопотенциального тепла, перекачиваемого тепловым насосом. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к средствам для охлаждения грунта, работающим по принципу гравитационных тепловых труб и парожидкостных термосифонов, и предназначены для использования при строительстве сооружений в зоне вечной мерзлоты. Техническим результатом является упрощение конструкции установки в целом, позволяющим уменьшить количество выходящих на поверхность трубопроводов, соединяющих зону испарения с зоной конденсации, без снижения эффективности работы этих зон. Технический результат достигается тем, что установка имеет зону испарения с несколькими патрубками и зону конденсации с несколькими конденсаторами, соединенные через транспортную зону. Особенности установки заключаются в выполнении зоны конденсации в виде моноблочной конструкции, имеющей штуцер для стравливания воздуха, и связь ее с зоной испарения через единственный транспортный канал в виде верхнего и нижнего трубопроводов, соединенных через запорный вентиль, а также наличие в зоне испарения коллектора, к которому присоединены патрубки. Оба соединения трубопровода являются разъемными. Трубопровод и патрубки выполнены из легко деформируемого материала, а используемый жидкий теплоноситель имеет пары тяжелее воздуха. Комплект для сооружения установки включает первое изделие - моноблочный конденсатор, второе изделие - верхний транспортный трубопровод и третье изделие в виде последовательно соединенных вентиля, трубопровода и коллектора с патрубками. Третье изделие при изготовлении заполняют теплоносителем, его трубопровод и патрубки сгибают в бухты вокруг коллектора. Конструкция установки и ее комплектация обеспечивают технический результат, заключающийся в более удобной транспортировке и возможности разнесения во времени работ по размещению подземной и надземной частей на месте будущей эксплуатации. Связь этих частей через единственный указанный канал и возможность изгиба его нижней части облегчает размещение установки при наличии в непосредственной близости от нее других строящихся объектов. Установка после соединения ее частей не требует заправки теплоносителем в неблагоприятных условиях строительства и запускается в действие открыванием вентиля с последующим стравливанием воздуха через штуцер. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 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.

Наверх