Устройство для создания мерзлотной завесы в грунтовой плотине и в ее основании

 

Использование: в гидротехнике, в частности в устройствах грунтовых плотин с мерзлотными завесами. Сущность изобретения: устройство включает замораживающие колонки 1 с жидкостным теплоносителем, непрерывно пересекающие по высоте плотину, вентилируемую галерею 3 в основании 4 и талик 5. Каждая колонка 1 состоит из внешней трубы и коаксиально расположенной в ней с кольцевым зазором внутренней трубы. Внешняя труба жестко закреплена в своде и днище галереи 3, в пределах полости галереи выполнена с увеличенным наружным диаметром и снабжена оребрением с образованием таким образом теплообменника 10 внутри вентилируемой галереи. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к возведению грунтовых плотин с мерзлотными завесами.

Известно устройство для создания мерзлотной завесы в грунтовой плотине и в ее основании, включающее замораживающие колонки (той или иной конструкции), выполненные непрерывно по всей высоте создаваемой мерзлотной завесы - в один ярус [1].

Недостатком такого устройства является то, что высота одноярусной замораживающей колонки обычно не может превышать 30 м.

Известно также устройство для создания мерзлотной завесы в грунтовой плотине и в ее основании, включающее замораживающие колонки и вентилируемую галерею, расположенную в средней по высоте части создаваемой мерзлотной завесы, причем колонки устраивают в два яруса: верхний ярус между гребнем плотины и галереей, нижний - между галереей и водоупором в основании плотины [2].

Недостатки такого устройства заключаются в следующем: затруднительно применение в нижнем ярусе наиболее надежных колонок с принудительной циркуляцией жидкостного теплоносителя из-за необходимости устанавливать в вентилируемой галерее дополнительное оборудование в виде циркуляционных насосов, расширительных (сливных) баков и теплообменников, а в случае выноса этого оборудования за пределы галереи из-за устройства длинных дополнительных распределительных и коллекторных труб, заполняемых теплоносителем; сложно достигнуть оптимальности в работе колонок в независимых друг от друга ярусах равномерного охлаждения по всей высоте мерзлотной завесы; металлические трубы колонок конструктивно не участвуют в работе железобетонной галереи.

Указанные недостатки известного устройства, особенно в случае создания мерзлотной завесы наиболее перспективными замораживающими колонками с принудительной циркуляцией жидкостного хладоносителя, обуславливают сложность конструкции устройства, недостаточную эффективность работы и высокое расходование материалов на устройство галереи.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение эффективности работ при одновременном снижении материалоемкости.

Это достигается тем, что в устройстве для создания мерзлотной завесы в грунтовой плотине и в ее основании, включающем замораживающие колонки и вентилируемую галерею, расположенную в средней по высоте части создаваемой мерзлотной завесы, замораживающие колонки выполнены непрерывными по всей высоте мерзлотной завесы, пересекают полость галереи и заполнены жидкостным теплоносителем, причем в пределах полости галереи каждая замораживающая колонка выполнена в виде теплообменника. Кроме того, каждый такой теплообменник выполнен в виде оребрения колонки, наружный диаметр которой в пределах галереи увеличен, а сама колонка жестко защемлена в своде и днище галереи.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Замораживающие колонки с принудительно циркулирующим жесткостным теплоносителем, охлажденным в наружном теплообменнике, по высоте превосходят предельно допустимую из условия их работоспособности, при этом в средних частях их высоты посредством вентилируемой галереи и участков колонок, выполненных в пределах полости галереи в виде теплообменников, движущийся в колонках жидкостный теплоноситель дополнительно охлаждается холодным воздухом вентилируемой галереи, восстанавливая таким образом работоспособность колонки на оставшуюся ее длину. При этом, получив зарядку (охлаждение) в наружном и внутригалерейном теплообменниках жидкостный теплоноситель охлаждает грунты плотины и ее основания равномерно по всей высоте колонки. Одновременно замораживающие колонки на участке пересечения галереи имеют увеличенный диаметр, что повышает эффективность работы внутригалереечного теплообменника и одновременно увеличивает несущую способность участка колонки, работающей совместно с галереей и воспринимающей на себя часть вертикальной нагрузки от веса грунта плотины.

На фиг.1 изображена грунтовая плотина с мерзлотной завесой, поперечный разрез; на фиг. 2 - узел пересечения замораживающих колонок с галереей в основании плотины; на фиг.3 - принципиальная схема расположения оборудования, обеспечивающего циркуляцию жидкостного теплоносителя в замораживающей колонке.

Устройство для создания мерзлотной завесы в грунтовой плотине и в ее основании включают замораживающие колонки 1 с жидкостным теплоносителем, расположенные вертикально в два ряда с расчетным шагом вдоль плотины 2 и непрерывно пересекающие по высоте плотину, вентилируемую галерею 3 в основании 4 и талик 5 с естественной нижней границей 6. Каждая замораживающая колонка 1 в поперечном сечении состоит из внешней трубы 7 и коаксиально расположенной в ней с кольцевым зазором внутренней трубы 8. При этом внешняя труба 7 жестко защемлена в своде и днище галереи 3 в пределах полости галереи выполнена с увеличенным наружным диаметром D и снабжена оребрением 9, образуя таким образом теплообменник 10 внутри вентилируемой галереи 3 (оборудование для вентилирования галереи не показано).

Оборудование, обеспечивающее принудительную циркуляцию жидкостного теплоносителя в замораживающих колонках 1, образует вместе с колонками 1 замкнутую гидравлическую систему и состоит из коллекторной трубы 11 (фиг.3), наружного теплообменника 12, сливного бака 13, насоса 14, расходомера 15, распределительной трубы 16 и соединительных труб и рукавов. В качестве жидкостного теплоносителя использован, например, керосин.

Эксплуатируют устройство в зимний период путем принудительной подачи керосина, охлажденного в наружном теплообменнике 12, обдуваемого вентилятором (не показан), из сливного бака 13 посредством насоса 14, распределительной трубы 16 и соединительных рукавов в кольцевые зазоры колонок 1. Одновременно принудительно вентилируют холодным воздухом полости галереи 3, в результате чего посредством внутригалереечных теплообменников 10 осуществляется дополнительное охлаждение керосина в кольцевых зазорах колонок 1. Этим достигается эффективное и равномерное охлаждение грунтов плотины и ее основания по всей высоте колонок 1, в результате чего создается мерзлотная завеса 17 со стабилизированной границей 18 со стороны верхового откоса плотины 2. При этом непрерывная высота колонок 1 может достигать 50-60 м. Увеличение диаметра D внешней трубы 7 в пределах полости галереи 3 позволяет повысить эффективность работы теплообменника 10 за счет увеличения внешней поверхности теплообменника и за счет уменьшения скорости движения керосина в кольцевом зазоре колонки 1 и одновременно увеличить несущую способность трубы 7, работающей совместно с галереей 3 и воспринимающей на себя часть вертикальной нагрузки от веса грунта плотины 2, что уменьшает материалоемкость галереи 3.

При принудительном движении керосина по кольцевому зазору сверху вниз (направление движения керосина показано стрелками) естественная циркуляция керосина под действием разности плотностей керосина в кольцевом зазоре и во внутренней трубе 8 совпадает с направлением нагнетания. Однако при необходимости направление нагнетания, а следовательно, и движение керосина в колонках 1, может быть изменено на противоположное путем пересоединения рукавами труб 7 и 8 колонок 1 с трубами 11 и 16. Теплообменник 10 может иметь иное конструктивное выполнение, например быть многотрубным.

Вентилирование галереи 3 осуществляется через ее торцы, а при необходимости дополнительно устраиваются вертикальные колодцы, соединяющие полость галереи с атмосферой. Направление вентилирования галереи 3 периодически может быть изменено: один зимний период галерея вентилируется в одном направлении, следующий зимний период - в противоположном направлении. С меньшей эффективностью устройство сохраняет работоспособность и в случае временного прекращения вентилирования галереи 3 в зимний период.

Устройство по высоте мерзлотной завесы может содержать две и более вентилируемые галереи, что позволяет непрерывными по высоте замораживающими колонками создать мерзлотную завесу в плотине практически при любой ее высоте.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ МЕРЗЛОТНОЙ ЗАВЕСЫ В ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЕ И В ЕЕ ОСНОВАНИИ, включающее установленные в пределах создаваемой завесы в теле плотины и ее основании замораживающие колонки и вентиляционную галерею, расположенную, в средней по высоте части колонок, отличающееся тем, что замораживающие колонки выполнены непрерывными по всей высоте мерзлотной завесы, пересекают полость галереи и заполнены жидким теплоносителем, причем в пределах полости галереи каждая замораживающая колонка выполнена в виде теплообменника.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что теплообменник выполнен в виде колонки с ребрением по контуру.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в пределах галереи колонки выполнены с наружным диаметром, большим, чем за ее пределами.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что колонки жестко защемлены в своде и днище галереи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3