Устройство для искусственного замораживания грунта

 

Союз Советских

Социаттнсткческкх

Рестгубакн (61) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 04.04.77 (21) 2471763/29-33 с присоединением заявки Яй (23) ПриоритетовЂ

9вудврстаеаай каывтвт

ССЕР

99 3933N язафетеявй в вткрьттвй

Опубликовано 25.01.80 Бюллетень М 3

Дата опубликования описания 30.01.80 (72) Автор изобретения

В. И. Макаров

Вилюйская научно-исследовательская мерзлотная станция (71) Заявитель Института мерзлотоведения Сибирского отделения АН СССР (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСКУССТВЕННОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ

ГРУНТА

Изобретение относится к области строительства на вечномерзлых грунтах и касается выполнения устройств для искусственного замораживания грунта.

Известно устройство для искусственного за мораживания грунта, выполненное в виде закрытой с торцов трубы, частично размещенной в грунте и заполненной однофазнътм жидким теплоносителем, За счет циркуляции хладоагента осуществляется охлаждение и замораживание грунта f 1) .

16

Эффективность этого устройства недостаточ. но высока за счет низкой теплопередачи от теплоносителя к атмосферному воздуху.

Наиболее близким к изобретению является устройство . для искусственного замораживания грунта, включающее заполненные однофазным жидким теплоносителем и сообщающиеся меж ду собой подземную часть и надземный тепло обменник, снабженный охлаждающим приспособлением с ребрами Р1.

В этом устройстве подземная часть и надземный теплообменник представляют собой единый цнркуляционныи контур за счет того, что они соединены между собой изогнутой трубой, верхняя часть которой огибает надземный теплообмипптк, а нижняя — размещена в лодзем ной части устройства В трубе также циркулирует теплоноснтель, в результате чего она выполняет роль приспособления, охлаждающего подземлую часть и надземнътй теплообменник.

Конвекцня теплоносителя в системе "подземная часть — надземнътй теплообменник" происходит недостаточно интенсивно, что в значительной степени снижает эффективность заморажива. ния грунта.

Цель изобретения — повышение эффектнвнсвги замораживания грунта

Лаштая цель достигается за счет того, что в устройстве для искусственного замораживания грунта, включающем заполненнъте однофазным жидким теплоносителем и сообщающиеся меж ду собой подземную часть и надземный теплообменник, снабженный охлаждающим приспособлением с ребрами, охлаждающее приспособление выполнено в виде закрытой с торцов и заполненной теплоносителем трубы, нижняя часть которой установлена в надземном теплообменнике, а верхняя — высгупае эа его пределы, при этом труба может быть эаполн HB низкокипяшим жидким теплоносителем, а ребра в нижней части трубы могут быть выполнены винтовыми.

На фиг. l изображено описываемое устройство, поперечный разрез; на фиг. 2 — описываемое устройство, вариант горизонтального размешения подземной части; на фиг. 3 — описываемое устройство, вариант раздельного выполнения подземной части с надземным теплообменником.

Описываемое устройство состоиг из подземной части 1, которая выполнена из сообщаюшихся труб. Подземная часть 1 соединена патрубком 2 с надземным теплообменником 3.

Его нижняя.часть закрыта заглушкой 4, через которую проходит патрубок 5, соединяющий надземный теплообменник 3 с подземной частью

1, Верхний торец надземного теплообменника закрыт заглушкой 6, в которой закреплена труба 7, закрытая с обоих концов крышками, диаметр которой меньше диаметра надземного теплообменника. Стенки теплообменника 3 и трубы 7 образуют кольцевой зазор, внутри которого расположена винтовая лента 8, закреплен ная в виде оребрения на поверхности трубы 7, Часть трубы 7, расположенная выше заглушки

6, оребрена. Патрубок 2 покрыт тепловой изо ляцией 9. Полость трубы 7 частично заполнена ниэкокипяшей жидкостью, например фреоном, а подземная часть 1, патрубки 2, 5 и полость кольцевого зазора — однофазным жидким теплоносителем, например керосином. Подземная часть 1 заранее погружается в массив грунта, подлежащий замораживанию.

Устройство работает следующим образом. С момента, когда температура воздуха становится ниже температуры грунта, однофазный жидкий теплоноситель в кольцевом зазоре, охлаждается через стенки теплообменника 3. При этом объемный вес жидкого теплоносителя увеличивается, за счет чего он начинает двигаться вниз, вытесняя более теплый жидкий теплоноситель в подземной части 1 устройства через изолированный патрубок 2 в полость кольцевого зазора. Жидкий теплоноситель, поступивший в кольцевой зазор, имеет температуру более высокую, чем температура атмосферного воздуха.

В кольцевом зазоре жидкий теплоноситель движется по винтовым каналам, образованным лентой 8. При этом стенка трубы 7 нагревается, вследствие чего низкокипящий жидкий теплоноситель в полости трубы 7 испаряется, отбирая тепло у жидкого теплоносителя, движущегося в винтовых каналах кольцевого зазора. Пары низкокипящего жидкого теплоносителя по полости трубы 7 поднимаются в охлажI!232 4 даемую воздухом час ь этой рубы выше заглушки 6. На охлаждаемой воздухом поверхносги трубы 7 пары низкокипящего жидкого теплоносителя конденсируются, выделяя тепло, которое отводится через оребренную поверхность трубы 7 к атмосферному воэдуху. Конденсат чиэкокипящего жидкого теплоносителя стекает по вертикальной внутренней поверхности трубы

7 в ее нижнюю часть, где снова происходит ис1о парение. Однофазный жидкий теплоноситель, движушийся по винтовым каналам в кольцевом зазоре, охлаждается с одной стороны воздухом через стенки надземного теплообменника 3, а с другой — испаряющимся низкокипя15 щим жидким теплоносителем через стенку трубы 7 и закрепленные на ней винтовые ребра 8.

Для дополнительного увеличения теплопередачи однофазного жидкого теплоносителя к атмосферному воздуху через теплообменник 3 эо его внешняя поверхность может быть оребрена.

Подземная часть 1 устройства может быть установлена вертикально (как показано на фиг. 1), горизонтально (как показано на фиг. 2) или наклонно, в зависимости от конкретных требо25 ваний.

Описываемое устройство имеет следующие преимущества перед известными. В надземной части устройства за счет охлаждения однофаэgp ного жидкого теплоносителя воздухом и низкокипящим жидким теплоносителем обеспечивается высокая интенсивность теплопередачи, за счет чего сокращаются габариты надземной части, что облегчает ее установку в вертикальном положении. При малой высоте трубы 7, оребренной по всей длине, обеспечивается высокая интенсивность цикличного процесса переноса тепла низкокипящим жидким теплоносителем. В подземной части 1 достигается равномерная интен4р сивность замораживания грунта по всей длине с некоторым преобладанием в концевой ее части.

Формула изобретения

1. Устройство для искусственного замораживания грунта; включающее заполненные однофаэным жидким теплоносителем и сообшаюшиеся у между собой подземную часть и надземный теплообменник, снабженный охлаждающим приспособлением с ребрами, о тл и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения эффективности замораживания грунта, охлаждающее приспособление выполнено в виде закрытой с торцов и заполненной теплоносителем трубы, нижняя часть которой установлена в надземном теплообмепнике, а верхняя — выступает за его пределы.

711232 фиг.8 фиг.3 фиг.l

Составитель Г. Гаврищук

Редактор Д. Мепуришвили Техред О.Андрейко Корректор Н. Стец

Заказ 8972/20 Тираж 713

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

2. Устройство по и. 1, о гличающееся тем. что труба заполнена низкокипящим жидким теплоносителем.

З..Устройство по и. 1, отличающееся гем, ч о ребра в нижней части трубы выполне ны винтовыми.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ганеев С. И. Укрепление мерзлых оснований очиждением. Л., Стройиздат,1969,с.18-20.

2. Патент CDIA N 3220470, кл. 165 — 40, опублик. 1965 (прототип).