Устройство для замораживания грунта

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГРУНТА, включающее частично заглубленный в грунт трубчатый корпус , в котором установлена разделительная труба, камеру, внутри которой размещена лопастная турбина, соединенная посредством вала с ветряным двигателем, и патрубки, сообщающие камеру с корпусом, о т л ичающееся тем, что, с целью повьппения эффективности работы устройства в слабых грунтах, оно снабжено воздуховодными трубами, кото13 SKto.j OiuiiA рые размещены вокруг корпуса, а их нижние КОНЩ.1 выполнены со сквозными отверстиями, перекрытыми воздухопроницаемым материалом, отогнуты от корпуса и поярусно размещены в грунте, причем надземная часть корпуса выполнена со сквозным отверстием в его стенке и снабжена поперечной перфорированной диафрагмой, верхние концы воздуховодных труб и нижние концы патрубков заведены в наддиафрагменную часть корпуса, камера размещена на верхнем торце корпуса и вьтолнена с воздухозаборной воронкой, а разделительная труба вьлолнена составной из верхней 9 и нижней секций с установленным между секциями перепускным приспособлением и ее верхний конец заведен в сквозное отверстие в стенке корпуса. § 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен с радиально расположенными вертикальными ножами, на которые оперты отогнутые концы воздуховодСО 00 ел ных труб.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕОЪБЛИК

„Я0„„1100385

ЗСЮ К 02 D 3/115

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OfÍÐÛÒÈÉ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3480298/29-33 (22) 06.08.82 (46) 30.06.84. Бюл. Ф 24 (72) Д.В. Рощупкин и В.Д. Рощупкин (71) Новосибирский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительства (53) 624. 139.62(088.8) (56) 1. Гапеев С.И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением. Л

Стройиздат, 1969, с. 18-20.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 746037, кл. Е 02 D 3/115, 1978. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГРУНТА, включающее частично заглубленный в грунт трубчатый корпус, в котором установлена разделительная труба, камеру, внутри которой размещена лопастная турбина, соединенная посредством вала с ветряным двигателем, и патрубки, сообщающие камеру с корпусом, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства в слабых грунтах, оно снабжено воздуховодными трубами, кото1 рые размещены вокруг корпуса, а их нижние концы выполнены со сквозными отверстиями, перекрытыми воздухопроницаемым материалом, отогнуты от корпуса и поярусно размещены в. грунте, причем надземная часть корпуса выполнена со сквозным отверстием в его стенке и снабжена поперечной перфорированной диафрагмой, верхние концы воздуховодных труб и нижние концы патрубков заведены в наддиафрагменную часть корпуса, камера размещена на верхнем торце корпуса и выполнена с. воздухозаборной воронкой, а .разделительная труба выполнена составной из верхней и нижней секций с установленным между секциями перепускным приспособлением и ее верхний конец заведен в сквозное отверстие в стенке корпуса.

2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что корпус выполнен с радиально расположенными вертикальными ножами, на которые оперты отогнутые концы воздуховодных труб.

1100385

Изобретение относится к строительству и предназначено для замораживания грунта.

Известно устройство для замораживания грунта, выполненное в виде заполненного теплоносителем герметичного корпуса с теплособирающей час тью, внедренной в грунт,.и теплоотдающей частью, размещенной над грунтом. При циркуляции теплоносителя про исходит перенос тепла иэ теплособирающей части корпуса в теплоотдающую, т.е. отбор тепла у грунта и отдача его в атмосферу (13.

Недостатком известного устройства является перемешивание восходящего и нисходящего потоков теплоносителя в корпусе, что приводит к снижению эффективности работы устройства.

Наиболее близким к изобретению является устройство для замораживания грунта, включающее частично заглубленный в грунт корпус, в котором установлена разделительная труба с превышением ее верхнего торца относительно корпуса, установленную на верхнем торце разделительной трубы камеру, внутри которой размещена лопастная турбина, соединенная посредством вала с ветряным двигателем, и патрубки, сообщающие камеру с корпусом. В этом устройстве наличие разделительной трубы, исключающей перемешивание восходящего и нисходящего потоков воздуха-теплоносителя, и наличие камеры с лопастной турбиной, образующей дополнительный напор при циркуляции воздуха, повьппает эффективность работы устройства Г2 3.

Однако замороженный этим устройством грунт в летнее время быстро оттаивает из-за высокой теплопроводкости мерзлого грунта. Это отрицатель но сказывается на эффективности работы устройства.

Цель изобретения — повьппение эффективности работы устройства в слабых грунтах,, цель достигается тем, что устройство для замораживания грунта, включающее частично заглубленный в грунт трубчатый корпус, в котором установлена разделительная труба, камеру, внутри которой размещена лопастная турбина, соединенная посредством ва ла с ветряным двигателем, и патрубки, сообщающие камеру с корпусом,, снабжено воздуховодными трубами, которые размещены вокруг корпуса, а их нижние концы выполнены со сквозными отверстиями, перекрытыми воздухопроницаемым материалом, отогну5 ты от корпуса и поярусно размещены в грунте, причем надземная часть корпуса выполнена со сквозным отверстием в его стенке и снабжена поперечной перфорированной диафрагмой, верхние концы воздуховодных труб и ниж10 ние концы патрубков заведены в наддиафрагменную часть корпуса, камера размещена на верхнем торце корпуса и выполнена с воздухозаборной воронкой, а разделительная труба выполнена составной из верхней и нижней секций с установленным между секциями перепусКным приспособлением и ее верхний конец заведен в сквозное отверстие в стенке корпуса.

При этом корпус может быть выполнен с радиально расположенными вер,тикальными ножами, на которые оперты отогнутые концы воздуховодных труб.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, вертикальный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А.на фиг.

30 Предлагаемое устройство представляет собой трубчатый корпус, состоящий из подземного .1 и надземного 2 теплообменников, роль которых выполняют соответственно подземная и над35 земная части корпуса. В теплообменниках 1 и 2 размещены соответственно нижняя 3 и верхняя 4 секции разделительной трубы, между которыми установлено перепускное приспособле40 ние 5. На верхнем торце корпуса размещена камера 6, оснащенная воздухозаборной воронкой 7 и лопастной турбиной 8, которая посредством вала

9 соединена с ветряным двигателем

45 10. В надземном теплообменнике 2 расположена поперечная перфорирован.ная диафрагма 11. Камера 6 сообщена с наддиафрагменной частью 12 надземного теплообменника 2 посред50 ством патрубков 13, подведенных к стенкам камеры и теплообменника тангенциально. Вокруг корпуса распо- ложены воздуховодные трубы 14. Их верхний конец заведен в наддиафраг55 менную часть 12 теплообменника 2, а нижний конец выполнен с отверстия.ми 15 и отогнут от корпуса. Отверстия 15 перекрыты воздухопроницаемым материалом 16, например синтети385 4 стенок теплообменника, становится менее плотным и поднимается вверх.

Перепускным приспособлением 5 теплый воздух направляется в верхнюю .секцию 4 разделительной трубы и из ее торца выходит в атмосферу. На смену теплому воздуху из нижней секции 3 изливается холодный воздух, который перепускным приспособлением 5 направляется в нее из пространства между стенками надземного 2 теплообменника и верхней секции 4. Холодный атмосферный воздух поступает в надземный теплообменник 2 через воздухозаборную воронку 7, камеру 6 и патрубки 13.

Возникает естественная циркуляция воздуха с забором тепла у грунта и передачей его в атмосферу. При .этом течения воздуха в воздуховодных трубах 14 не наблюдается, так как их отогнутые концы заполнены водой, проникающей из болота через нетканый материал 16 в отйерстия 15.

При возникновении ветра работа устройства интенсифицируется и не-! сколько изменяется. Под действием ветра приходит во вращение ветряной двигатель 10. Он приводит во вращение лопастную турбину 8. Засасываемый через воронку 7 холодный атмосферный воздух под давлением нагнетается в патрубки 13. Из них сжатый воздух поступает в наддиафрагменную часть 12 теплообменника 2, а затем часть воздуха поступает через перфорацию в диафрагме 11 в остальную часть надземного теплообменника и совершает тот же путь, что и при работе устройства без ветра в атмосфере. При отборе тепла у грунта вокруг стенок подземного теплообменника образуется слой замерзшего грунта.

1100

3 ческим нетканым. Отогнутые концы труб 14 размещены вокруг подземного теплообменника 1 поярусно, причем длина отогнутых участков и размер их отверстий 15 в нижележащих ярусах больше, чем в вышележащих. К подземному тецлообменнику 1 прикреплены радиальные секторные ножи 17, на которые оперты отогнутые концы труб

14. Верхняя секция 4 разделительной 10 трубы выведена из корпуса через боковое сквозное отверстие в стенке надземного теплообменника 2. Устройство монтируется на площадке 18 с понтонами 19. Для фиксации устройст- 1 в а предус мотре ны фик сацио нные приливы 20, Использование устройства состоит . иэ.трех стадий: его. установки, работы по замораживанию грунта и возве-. дения на нем, как на опоре, сооружения. Предпочтительные условия его применения — болота, слабые разжиженные грунты.

Монтаж устройства производится следующим образом.

Собранный корпус и понтонную площадку доставляют на место установки одним из известных способов: на вез деходе, если грунты имеют для зто,го достаточную несущую способность, на барже, если в верхней части болота — вода и т.п. Собирают понтонную площадку, устанавливают с помощью крана в проем понтонной площадки, подводя разомкнутую площадку под З5 фиксационные приливы 20. Замыкают площадку. Заглубляют корпус в грунт одним из известных способов: вдавливанием, вибропогружателем и т.п.При заглублении устройства сектор- 40 ными ножами !7 разрезавтся растительные волокна, корни растений, комья грунта. При этом сила сопротивления внедрению воспринимается ножами 17 и не передается на трубы 14.

Когда понтоны 19 лягут на поверхность грунта или воды {в болоте) и вес.устройства будет воспринят ими полностью, отсоединяют крюк ипи стропы крана. Начинается стадия 50 работы устройства по замораживанию грунта.

С наступлением холодов устройство само включается в работу. Bosдух, заполняющий пространство меж- 55: ду стенками подземного 1 теплообменника и нйкней секции 3 разделительной трубы, забирает тепло от

Одновременно другая часть сжато- го воздуха из наддиафрагменной части 12 поступает в воздуховодные трубы 14, вытесняет воду в их отогнутых концах через отверстия 15. и нетканый материал 16 и выдавливается в разжиженный грунт, окружающий теп-, лообменник 1. Пузырьки воздуха в разжиженном грунте медленно подымаются вверх, к поверхности грунта.

При этом воздух в них нагревается, забирая тепло у разжиженного грунта.

1100385

Под действием интенсивной теплоотдачи грунтом тепла в атмосферу чевез поверхность грунта, воздуху через стенки корпуса, циркулирующему в корпусе под давлением турбины

8, и воздуху, свободно перемещающемуся в грунте вокруг отогнутых кон.цов труб 14, грунт замерзает. При этом в нем остаются пузырьки воздуха. Замороженный массив представля-, ет собой льдогрунтововоэдушную массу. Такая пористая масса оттаивает медленно иэ-за низкой ее теплопроводности благодаря высокому насыщению воздухом.

Таким образом, s передаче тепла от грунта стенкам подземного теплообменника участвуют секторные ножи

17, примыкающие к корпусу и выполненные иэ теплопроводного материала (металла). При этом секторные ножи выполняют три функции: режут грунт при внедрении корпуса в грунт; служат опорой воздуховодным трубам и защищают их от механического воз= действия грунта при внедрении корпу-, са в грунт; увеличивают поверхность теплопередачи от -грунта к корпусу.

Кроме того, благодаря наличию лопастной турбины ускоряется циркуляция воздуха в корпусе и увеличивается теплообмен между грунтом и стенками корпуса, а подача холодного

10 сжатого воздуха непосредственно в разжиженный грунт обеспечивает получение высокопористого замороженного грунта с низким коэффициентом теплопроводности.

1 5 Все это обеспечивает высокую интенсивность замораживания разжиженного грунта и длительное сохранение

его в мерзлом состоянии.

Предлагаемое изобретение может быть использовано для укрепления оснований сооружений, например искусственных сооружений, зданий, набережных, геодезических знаков и т.п.

Составитель Г. Гаврищук

РедакТор М. Бандура Техред М. Кузьма Корректор И. Эрдейи

Заказ 4561/27 Тираж 644 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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