Система для температурной стабилизации основания сооружений на вечномерзлых грунтах



Система для температурной стабилизации основания сооружений на вечномерзлых грунтах
Система для температурной стабилизации основания сооружений на вечномерзлых грунтах
Система для температурной стабилизации основания сооружений на вечномерзлых грунтах
Система для температурной стабилизации основания сооружений на вечномерзлых грунтах
Система для температурной стабилизации основания сооружений на вечномерзлых грунтах

 


Владельцы патента RU 2415226:

Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное объединение "Фундаментстройаркос" (RU)

Система для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах относится к системам для температурной стабилизации основания сооружений на вечномерзлых грунтах и касается выполнения охлаждающих систем оснований сооружений. Система для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах снабжена гидрозатвором, уравнительным сосудом, последовательно соединенным с конденсатором и размещенным в отсыпке грунта основания испарителем, связанным с трубопроводами, подводящими и отводящими теплоноситель. В ней дополнительно содержатся размещенные по глубине отсыпки грунта основания вертикальные теплообменники-испарители, выполненные по типу труба в трубе, в которых нижние концы заглушены, а верхние концы соединены непосредственно с испарителем, который выполнен в виде системы труб, уложенных в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания, оснащенного слоем теплоизоляции, соединенным посредством трубопроводов своим подводящим концом с конденсатором, а отводящим концом - посредством трубопроводов с уравнительным сосудом. Высота упомянутых выше вертикальных теплообменников-испарителей равна, по меньшей мере, расстоянию «в» между границей глубины залегания «Х-Х» испарителя, который выполнен в виде системы труб, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания, и верхней границей залегания вечномерзлых грунтов «Z-Z». Нижняя часть установленных концентрично наружным трубам внутренних труб упомянутых теплообменников-испарителей выполнена с перфорацией, а верхняя часть выполнена воронкообразной. Технический результат состоит в повышении надежности, эффективности, эксплуатационных и технических качеств систем для температурной стабилизации, снижении материалоемкости. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к строительству на вечномерзлых грунтах и касается выполнения систем замораживания и термостабилизации грунтовых оснований сооружений.

Известно устройство для замораживании горных пород (см. А.С. СССР №831982, МКИ E21D 1/12, опубл. 23.05.81), включающее U-образный распределительный и коллекторный трубопроводы с тупиками и замораживающие колонки, подключенные к трубопроводам, при этом тупики распределительного и коллекторного трубопроводов расположены на противоположных сторонах зоны замораживания, причем коллекторный трубопровод выполнен прямолинейным, а замораживающие колонки подключены к тупиковой стороне U-образного распределительного трубопровода, т.е. принцип работы устройства - принудительная прокачка охлажденного в замораживающей станции жидкого теплоносителя через последовательно и параллельно скоммутированные заглубленные в грунт вертикальные колонки.

Недостатком известного устройства являются низкая рентабельность, а также низкие эксплуатационные возможности.

Данный недостаток обусловлен значительными энергозатратами на искусственное охлаждение и прокачку теплоносителя через охлаждающие колонки, кроме того, известное устройство невозможно применять в парожидкостном цикле охлаждения с использованием естественного холода окружающей атмосферы в зимний период времени.

Известно также принятое за прототип устройство для замораживания грунта под сооружением, описанное в авторском свидетельстве СССР №872640, МПК E02D 3/115, опубликованное 15.10.1981 г., которое включает конденсатор и испаритель, выполненные в виде частично заполненных низкокипящим жидким агентом труб, размещенных с уклоном, причем каждая труба выполнена по длине ломаной с чередующимися восходящими и нисходящими участками.

Недостатком данной системы является высокая себестоимость и низкие надежность и эксплуатационные возможности.

Данный недостаток обусловлен сложностью и трудоемкостью монтажа испарителя, а также отсутствием возможности замораживания подстилающих грунтов, находящихся под насыпным охлаждающимся основанием сооружения до границы залегания мерзлоты.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение себестоимости и повышение надежности, эффективности, эксплуатационных и технических качеств.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной системе для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах, снабженной гидрозатвором, уравнительным сосудом, последовательно соединенным с конденсатором и размещенным в отсыпке грунта основания испарителем, связанным с трубопроводами, подводящими и отводящими теплоноситель, согласно изобретению в ней дополнительно содержатся размещенные по глубине отсыпки грунта основания вертикальные теплообменники-испарители, выполненные по типу труба в трубе, в которых нижние концы заглушены, а верхние концы соединены непосредственно с испарителем, который выполнен в виде системы труб, уложенных в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания, оснащенного слоем теплоизоляции, соединенным посредством трубопроводов своим подводящим концом с конденсатором, а отводящим концом - посредством трубопроводов с уравнительным сосудом, причем высота упомянутых выше вертикальных теплообменников-испарителей равна, по меньшей мере, расстоянию «в» между границей глубины залегания «Х-Х» испарителя, который выполнен в виде системы труб, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания, и верхней границей залегания вечномерзлых грунтов «Z-Z», при этом нижняя часть установленных концентрично наружным трубам внутренних труб упомянутых теплообменников-испарителей выполнена с перфорацией, а верхняя часть выполнена воронкообразной, испаритель, выполненный в виде системы труб, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания, имеет вид плоского змеевика, а верхняя воронкообразная часть внутренних труб вертикальных теплообменников-испарителей выполнена в виде воронки, уплощенной с двух сторон вертикальными плоскостями, параллельными вертикальной плоскости, проходящей по оси У-У и представляющей собой в разрезе вертикальной плоскостью по оси У-У равнобедренную трапецию, верхнее основание которой равно внутреннему диаметру наружной трубы «D», а нижнее основание равно диаметру внутренней трубы «d», причем внутренние трубы вертикальных теплообменников-испарителей выполнены из теплоизоляционного материала и имеют гарантированный зазор с внутренней поверхностью наружной трубы, а в качестве теплоносителя используется легкокипящий теплоноситель - аммиак.

Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.

В отличие от аналога и прототипа использование в предлагаемом техническом решении «Система для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах» дополнительно размещенных по глубине отсыпки грунта основания вертикальных теплообменников-испарителей, выполненных по типу труба в трубе, в которых нижние концы заглушены, а верхние концы соединены непосредственно с испарителем, который выполнен в виде системы труб, уложенных в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания, позволяет при наступлении отрицательных температур наружного воздуха за счет снижения давления паров аммиака в объеме конденсатора воздушного охлаждения, в сравнении с равновесным давлением, соответствующим температуре кипения теплоносителя - аммиака в вертикальных теплообменниках-испарителях, поскольку в них температура аммиака соответствует температуре теплого грунта, т.е. она выше, чем в конденсаторе воздушного охлаждения, создает температурный напор для кипения аммиака в вертикальных теплообменниках-испарителях и конденсации его паров в конденсаторе воздушного охлаждения. Пары кипящего аммиака в вертикальных теплообменниках-испарителях будут устремляться непосредственно в испаритель, который выполнен в виде системы труб, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания, т.е. температурная стабилизация оснований сооружений на вечномерзлых грунтах будет осуществляться за счет отрицательной температуры наружного воздуха, что повысит эффективность температурной стабилизации и надежность, одновременно снижая себестоимость процесса стабилизации. Конструктивное выполнение вертикального и горизонтального испарителей, связанных между собой, не требует сложного оборудования для их изготовления и, в тоже время, обладает высокими техническими качествами, в совокупности признаков, поскольку позволяет автоматически направлять большую часть холодного конденсата в нижнюю часть вертикального теплообменника-испарителя без перемешивания с теплым восходящим парожидкостным потоком в верхней части межтрубного пространства, тем самым существенно понижать температуру нижних слоев теплоносителя, обеспечивая надежную и эффективную температурную стабилизацию вечномерзлых грунтов, при этом обеспечение замораживания отсыпки и подстилающего грунта, находящегося под ней, до границы залегания мерзлоты с использованием ресурса естественного холода, позволяет и экономически выгодно, и надежно укреплять несущую способность фундаментов и оснований сооружений в условиях Заполярья. Размеры и простота конструкции связанных с горизонтальным испарителем, который выполнен в виде системы труб, уложенных в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания, вертикальных теплообменников-испарителей, высота которых равна, по меньшей мере, расстоянию «в» между границей глубины залегания «Х-Х» испарителя, который выполнен в виде системы труб, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания, и верхней границей залегания вечномерзлых грунтов «Z-Z», с учетом того, что нижняя часть установленных концентрично наружным трубам внутренних труб выполнена с перфорацией, а верхняя часть выполнена воронкообразной, в виде воронки, уплощенной с двух сторон вертикальными плоскостями, параллельными вертикальной плоскости, проходящей по оси У-У и представляющей собой в разрезе вертикальной плоскостью по оси У-У равнобедренную трапецию, верхнее основание которой равно внутреннему диаметру наружной трубы «D», а нижнее основание равно диаметру внутренней трубы «d», а также выполнение внутренних труб вертикальных теплообменников-испарителей из теплоизоляционного материала с гарантированным зазором с внутренней поверхностью наружной трубы повышает эксплуатационные возможности заявленного технического решения, реагирует на незначительные понижения температуры, которые обеспечивают использование легкокипящего теплоносителя - аммиака для дополнительного подмораживания отсыпки и подстилающего грунта, на всю высоту вертикальных испарителей вплоть до верхней границы подстилающего мерзлого грунта, что, в свою очередь, существенно укрепляет несущую способность фундамента основания. Исполнение циркуляционной трубы в предлагаемом виде существенно повышает эффективность работы вертикальных трубчатых испарителей за счет соответствующей организации движения нисходящих и восходящих потоков теплоносителя, а выполнение испарителя в виде плоского змеевика из системы труб, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания, также обеспечивает замораживание отсыпки и подстилающего грунта по всей площади основания сооружения.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения «Система для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах», позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного технического решения. По имеющимся у заявителя сведениям совокупность существенных признаков заявляемого изобретения «Система для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах» не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна». Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемой системе для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение «Система для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах» соответствует критерию «новизна».

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить совокупность признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленной системы для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах. Результаты поиска показали, что заявленная система для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение «Система для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах» соответствует критерию «изобретательский уровень».

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной системы для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах совокупности условий в том виде, как заявляемая система охарактеризована в формуле изобретения, т.е. подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанного в заявке примера конкретного выполнения. Конструктивные элементы, воплощающие заявленную систему для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах при ее осуществлении, способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно снижения себестоимости и повышения эффективности, надежности, эксплуатационных и технических качеств, обеспечивающих замораживание подсыпки и подстилающего грунта, находящегося под ней до границы залегания мерзлоты с использованием ресурса естественного холода, что позволяет экономически выгодно и надежно укрепить несущую способность фундамента основания, следовательно, заявленное изобретение «Система для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах» соответствует критерию «промышленная применимость».

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения «Система для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах», может быть многократно использована в технологически нетрудоемком процессе стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах с получением технического результата, заключающегося в снижении себестоимости и повышении эффективности, надежности, эксплуатационных и технических качеств, обеспечивающих замораживание подсыпки и подстилающего грунта, находящегося под ней до границы залегания мерзлоты с использованием ресурса естественного холода.

Сущность заявляемого изобретения поясняется примером конкретного выполнения, и чертежами, где на фиг.1 схематично изображена система для температурной стабилизации основания сооружений на вечномерзлых грунтах;

- на фиг.2 схематично изображен увеличенный узел I испаритель, выполненный в виде системы труб, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания, подводящий теплоноситель с вертикальными теплообменниками-испарителями;

- на фиг.3 - то же, разрез фиг.2 по А-А;

- на фиг.4 - испаритель, выполненный в виде системы труб, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания, в виде плоского змеевика;

- на фиг.5 - разрез фиг.4 по В-В;

Система для температурной стабилизации основания сооружения 1 на вечномерзлых грунтах состоит из отсыпки грунта основания 2, в которой под слоем теплоизоляции 3, качестве которой используют экструзионный полистирол марки «URSA», расположен испаритель 4, который выполнен в виде системы труб 5, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания 2 в виде плоского змеевика 6 (или спирали Архимеда). Испаритель 4, выполненный в виде системы труб 5, связан с трубопроводами 7 и 8, соответственно, подводящих и отводящих теплоноситель и соединен своим подводящим концом 9 через гидрозатвор 10 и опускные вертикальные трубы 11 подводящего трубопровода 7 с конденсатором воздушного охлаждения 12, а отводящим концом 13 через подъемную вертикальную трубу 14 отводящего трубопровода 8 - соединен с уравнительным сосудом 15. Сооружение 1 опирается на фундаментное кольцо 16. Конденсатор воздушного охлаждения 12 соединен при помощи верхней соединительной трубы 17 с уравнительным сосудом 15, который при помощи нижней соединительной трубы 17 связан с опускной вертикальной трубой 11. В отсыпке грунта основания 2 по всей ее глубине - расстоянию «в» от отметки осевой линии Х-Х заложения в горизонтальной плоскости - границы глубины залегания испарителя 4, который выполнен в виде системы труб 5, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания 2, и верхней границей залегания вечномерзлых грунтов «Z-Z», размещены в вертикальном направлении вертикальные теплообменники-испарители 18, выполненные по типу труба в трубе. Нижние концы 19 наружных труб 20 вертикальных теплообменников-испарителей 18 заглушены с помощью заглушек 21, а верхние концы 22 наружных труб 20 вертикальных теплообменников-испарителей 18 соединены с испарителем 4, который выполнен в виде системы труб 5, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания 2 в виде плоского змеевика 6. Внутри наружных труб 20 концентрично установлены циркуляционные внутренние трубы 23, выполненные из теплоизоляционного материала, в качестве которого используют венипласт-текст. Нижняя часть 24 циркуляционных внутренних труб 23 вертикальных теплообменников-испарителей 18 выполнена с перфорационными отверстиями 25, а верхняя часть 26 циркуляционных внутренних труб 23 вертикальных теплообменников-испарителей 18 выполнена в виде приемной воронки 27, уплощенной с двух сторон 28 и 29, вертикальными плоскостями, параллельными вертикальной плоскости, проходящей через ось У-У. Приемная воронка 27 представляет собой в разрезе вертикальной плоскостью по оси У-У равнобедренную трапецию 30, верхнее основание 31 которой равно внутреннему диаметру «D» наружной трубы 20, а нижнее основание 32 равнобедренной трапеции 30 равно диаметру «d» циркуляционных внутренних труб 23 вертикального теплообменника-испарителя 18. Циркуляционные внутренние трубы 23 вертикального теплообменника-испарителя 18, выполненные из теплоизоляционного материала, имеют гарантированный кольцевой зазор «s» с внутренней поверхностью 33 наружных труб 20. Циркуляционные внутренние трубы 23 обеспечивают подачу холодного конденсата теплоносителя к нижним концам 19 - в нижнюю часть наружных труб 20, благодаря гарантированному затеканию его в приемные воронки 27. Закругленные кромки 34 воронки 27, образованные прямолинейными сторонами 28 и 29 воронки 27, плотно без зазора входят вовнутрь наружной трубы 20, а прямолинейные стороны 28 и 29 воронки 27 с внутренней стенкой 33 наружной трубы 20 образуют зазоры 35, для беспрепятственного прохождения кипящего парожидкостного потока в испаритель 4, выполненный в виде системы труб 5, уложенных в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания 2 в виде змеевика 6. Высота каждого из вертикальных теплообменников-испарителей 18 учитывается из того, что она должна быть не менее, т.е. более расстояния «в» от отметки осевой линии Х-Х заложения в горизонтальной плоскости - границы глубины залегания испарителя 4, который выполнен в виде системы труб 5, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания 2 и верхней границей «Z-Z» залегания вечномерзлых грунтов. Расстояние «а» между вертикальными теплообменниками-испарителями 17 принималось расчетным путем, с учетом условий замораживания подстилающего грунта 36 за один зимний сезон.

Система для температурной стабилизации основания сооружений на вечномерзлых грунтах работает следующим образом.

После монтажа и проверки на герметичность систему для температурной стабилизации основания сооружений на вечномерзлых грунтах заполняли теплоносителем - легкокипящей жидкостью, в частности аммиаком, в объеме, равном внутреннему объему всех вертикальных теплообменников-испарителей 18. При наступлении отрицательных температур наружного воздуха давление паров аммиака в объеме конденсатора воздушного охлаждения 12 становится ниже равновесного давления, соответствующего температуре кипения теплоносителя - аммиака в вертикальных теплообменниках-испарителях 18, т.к. в них температура аммиака соответствует температуре теплого грунта, т.е. она выше, чем в конденсаторе воздушного охлаждения 12 и за счет этого создается температурный напор для кипения аммиака в вертикальных теплообменниках-испарителях 18 и конденсации его паров в конденсаторе воздушного охлаждения 12. Пары кипящего аммиака в вертикальных теплообменниках-испарителях 18 устремляются непосредственно в испаритель 4, который выполнен в виде системы труб 5, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания 2, и под напором столба жидкого аммиака в гидрозатворе 10 и опускных трубах 11 движутся вместе с захваченными каплями жидкости по испарителю 4, который выполнен в виде системы труб 5, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания 2, а затем по подъемной вертикальной трубе 14 в уравнительный сосуд 15. В уравнительном сосуде 15 парожидкостная смесь разделяется на пар и жидкость. Пар из уравнительного сосуда 15 по верхней трубе 17 поступает в конденсатор воздушного охлаждения 12, откуда образующаяся в результате конденсации пара жидкость самотеком попадает в опускные трубы 11 и гидрозатвор 10 и, далее, по трубопроводу 7 теплоноситель поступает к подводящему концу 9 испарителя 4, который выполнен в виде системы труб 5, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания 2. В это же самое время отсепарированная в уравнительном сосуде 15 жидкость по нижней соединительной трубе 17 поступает также в опускные трубы 11 и, далее, по трубопроводу 7 теплоноситель поступает к подводящему концу 9 испарителя 4, который выполнен в виде системы труб 5, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания 2. Таким образом, жидкий аммиак, поступая в подводящий теплоноситель испаритель 4, который выполнен в виде системы труб 5, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания 2 и, далее, в вертикальные теплообменники-испарители 18, замыкает циркуляционный холодильный цикл, благодаря которому осуществляется перенос тепла от отсыпки грунта основания 2 к окружающему воздуху более низкой температуры, что позволяет снизить себестоимость температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах и тем самым повысить эксплуатационные качества предлагаемой системы, обеспечивающей замораживание подсыпки и подстилающего грунта, находящегося под ней до границы залегания мерзлоты с использованием ресурса естественного холода, что также позволяет надежно и экономически выгодно укрепить несущую способность фундамента основания. Эффективная работа вертикальных теплообменников-испарителей 18 согласно предлагаемому изобретению обеспечивается за счет соответствующего исполнения элементов каждого вертикального теплообменника-испарителя 18, поскольку процесс эффективного отвода тепла от охлаждаемого грунта может быть обеспечен лишь за счет снижения температуры легкокипящего теплоносителя по всей высоте теплообменника-испарителя 18, а снижение температуры теплоносителя вплоть до отрицательных по всей высоте вертикального теплообменника-испарителя 18 может быть обеспечено лишь за счет хорошего перемешивания восходящего кипящего потока теплоносителя в кольцевом зазоре «s» между внутренней поверхностью 33 наружных труб 20 и циркуляционными внутренними трубами 23 и доставкой нисходящего холодного потока конденсата теплоносителя из испарителя 4, который выполнен в виде системы труб 5, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания 2, в нижнюю часть 20 вертикального теплообменника-испарителя 18. Именно наличие в верхней части 26 циркуляционной внутренней трубы 23 в виде приемной воронки 27, уплощенной с двух сторон 28 и 29 вертикальными плоскостями, параллельными вертикальной плоскости, проходящей по оси У-У и представляющей собой в разрезе вертикальной плоскостью по оси У-У равнобедренную трапецию 30, верхнее основание 31 которой равно внутреннему диаметру «D» наружной трубы 20, а нижнее основание 32 равно диаметру «d» циркуляционной внутренней трубы 23, позволяет направить большую часть холодного конденсата в нижнюю часть вертикального теплообменника-испарителя 18 без перемешивания с теплым восходящим парожидкостным потоком в верхней части межтрубного пространства - кольцевого зазора «s» и, тем самым, существенно понизить температуру нижних слоев теплоносителя. Уплощенная с двух сторон 28 и 29 приемная воронка 27 направлена вдоль горизонтальной оси каждой трубы 5 испарителя 4, выполненного в виде системы труб 5, уложенных в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания 2 в виде змеевика 6. Закругленные кромки 34 воронки 27, образованные прямолинейными сторонами 28 и 29 воронки 27, плотно без зазора входящие вовнутрь наружной трубы 20, и прямолинейные стороны 28 и 29 воронки 27 с внутренней стенкой 33 наружной трубы 20, образующие зазоры 35 для беспрепятственного прохождения кипящего парожидкостного потока в испаритель 4, выполненный в виде системы труб 5, уложенных в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания 2, и обеспечивают надежную и эффективную температурную стабилизацию оснований сооружений на вечномерзлых грунтах за счет прохода конденсата теплоносителя в циркуляционную внутреннюю трубу 23 и выхода кипящего парожидкостного потока теплоносителя через зазоры 35. Таким образом, холодный конденсат сразу же без перемешивания затекает в воронку 27 и далее устремляется за счет сил гравитации по циркуляционной внутренней трубе 23 в ее нижнюю часть к перфорационным отверстиям 25, в то же время, в направлении зазора 35, образованного прямолинейными сторонами 28 и 29 воронки 27 с внутренней стенкой 33 наружной трубы 20, беспрепятственно проходит кипящий парожидкостный поток в горизонтальный, подводящий теплоноситель, испаритель 4, выполненный в виде системы труб 5, уложенных в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания 2, т.е. сливающийся холодный конденсат через перфорированные отверстия 25 в нижней части циркуляционной внутренней трубы 23 отдельными струями равномерно втекает в кольцевой зазор «s», способствуя тем самым равномерному снижению температуры теплоносителя по всей высоте вертикального испарителя, причем доставка более холодного конденсата к перфорационным отверстиям 25 циркуляционной трубы 23 обеспечивается за счет изготовления циркуляционной внутренней трубы из теплоизоляционного материала.

Использование предлагаемой системы при строительстве на вечномерзлых грунтах тепловыделяющих сооружений со значительными размерами в плане и повышенными механическими нагрузками на основание позволяет обеспечить экономичную и надежную эксплуатацию сооружений в суровых климатических условиях Крайнего Севера, а также снизить себестоимость и повысить эксплуатационные и технические качества, обеспечивающие замораживание подсыпки и подстилающего грунта, находящегося под ней до границы залегания мерзлоты с использованием ресурса естественного холода, что позволяет экономически выгодно и надежно укрепить несущую способность фундамента основания.

1. Система для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах, снабженная гидрозатвором, уравнительным сосудом, последовательно соединенным с конденсатором и размещенным в отсыпке грунта основания испарителем, связанным с трубопроводами, подводящими и отводящими теплоноситель, отличающаяся тем, что в ней дополнительно содержатся размещенные по глубине отсыпки грунта основания вертикальные теплообменники-испарители, выполненные по типу труба в трубе, в которых нижние концы заглушены, а верхние концы соединены непосредственно с испарителем, который выполнен в виде системы труб, уложенных в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания, оснащенного слоем теплоизоляции, соединенным посредством трубопроводов своим подводящим концом с конденсатором, а отводящим концом - посредством трубопроводов с уравнительным сосудом, причем высота упомянутых выше вертикальных теплообменников-испарителей равна, по меньшей мере, расстоянию «в» между границей глубины залегания «Х-Х» испарителя, который выполнен в виде системы труб, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания, и верхней границей залегания вечномерзлых грунтов «Z-Z», при этом нижняя часть установленных концентрично наружным трубам внутренних труб упомянутых теплообменников-испарителей выполнена с перфорацией, а верхняя часть выполнена воронкообразной.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что испаритель, выполненный в виде системы труб, уложенной в горизонтальной плоскости равномерно по всей площади отсыпки грунта основания, имеет вид плоского змеевика.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что верхняя воронкообразная часть внутренних труб вертикальных теплообменников-испарителей выполнена в виде воронки, уплощенной с двух сторон вертикальными плоскостями, параллельными вертикальной плоскости, проходящей по оси У-У и представляющей собой в разрезе вертикальной плоскостью по оси У-У равнобедренную трапецию, верхнее основание которой равно внутреннему диаметру наружной трубы «D», а нижнее основание равно диаметру внутренней трубы «d».

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что внутренние трубы вертикальных теплообменников-испарителей выполнены из теплоизоляционного материала.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что внутренние трубы вертикальных теплообменников-испарителей имеют гарантированный зазор внутренней поверхностью наружной трубы.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве теплоносителя используется легкокипящий теплоноситель - аммиак.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для охлаждения и замораживания грунта, используемым при строительстве сооружений, возводимых в районах распространения многолетнемерзлых грунтов.

Изобретение относится к области строительства, а именно к основаниям и опорам различных сооружений, возводимых в районах Крайнего Севера с вечномерзлым грунтом, более конкретно - к охлаждаемым свайным опорам.

Изобретение относится к области строительства, а именно к основаниям и опорам различных сооружений, возводимых в районах Крайнего Севера с вечномерзлым грунтом, более конкретно к охлаждаемым свайным опорам.

Изобретение относится к области холодильной техники и касается замораживания грунта, используемого для создания ледопородных ограждений. .

Изобретение относится к области холодильной техники и касается замораживания грунта, используемого для создания ледопородных ограждений. .

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при создании противофильтрационных мерзлотных завес высотой до 100 метров и более.

Изобретение относится к строительным теплотехническим сооружениям и может быть использовано в качестве опор различных сооружений на вечной мерзлоте. .

Изобретение относится к строительным теплотехническим сооружениям и может быть использовано в качестве опор различных сооружений на вечной мерзлоте. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при хранении угля, склонного к самовозгоранию. .

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к системам замораживания грунтов при строительстве

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

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

Изобретение относится к области строительства на многолетнемерзлых и слабых грунтах и касается выполнения систем замораживания и термостабилизации грунтовых оснований сооружений. Система для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах включает конденсатор, выполненный в виде системы труб, испаритель, связанный с гидрозатвором и с трубопроводами, подводящими и отводящими теплоноситель, размещенными равномерно по всей площади отсыпки грунта основания, оснащенного слоем теплоизоляции. Дополнительно содержит расположенный под конденсатором буфер-сепаратор, представляющий собой вертикально ориентированную секцию в виде трех расположенных друг под другом, связанных между собой горизонтально направленных труб, внутренний объем которых суммарно равен объему уложенного в отсыпке грунта основания испарителя, представляющего собой параллельно расположенные змеевиковоподобные трубы, связанные отводящими трубопроводами с оснащенной завихрителем верхней горизонтально направленной трубой упомянутого буфера-сепаратора, нижняя горизонтально направленная труба которого через гидрозатвор связана с помощью подводящих теплоноситель трубопроводов с испарителем. В качестве теплоносителя используется аммиак или двуокись углерода. Технический результат состоит в повышении промораживающей и несущей способности основания, обеспечении управления и контроля за процессом промораживания грунта и процессом резервирования надежности системы. 4 ил.

Изобретение относится к области строительства на многолетнемерзлых грунтах, в частности к подготовке замораживающих устройств - термостабилизаторов к эксплуатации. Предлагается способ улавливания аммиака узла заправки термостабилизаторов вечномерзлых грунтов путем поглощения газообразного аммиака в системе с циркулирующей аммиачной водой. Непрерывный процесс поглощения газообразного аммиака ведут в эжекторе при температуре 20-40°C в одну ступень. Создают избыточное давление паров аммиака 30-100 кПа и используют аммиачную воду концентрацией 20-25% с последующим выводом этой аммиачной воды из эжектора в накопительную емкость, которую размещают в грунте, через стенки которой в грунт производят отвод тепла, полученного от растворения газообразного аммиака в аммиачной воде. Одновременно регулируют уровень жидкости в накопительной емкости. Производят откачку аммиачной воды из накопительной емкости и подают свежую жесткую воду в накопительную емкость, а также периодически выгружают из нее выпавшие в осадок соли жесткости. Технический результат состоит в повышении эффективности при одновременном снижении себестоимости и снижении энергозатрат с возможностью применения жесткой воды. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам регулируемой температурной стабилизации, охлаждения и замораживания грунта основания фундаментов, а также теплоснабжения сооружений на вечномерзлых грунтах (в условиях криолитозоны). Способ круглогодичных охлаждения, замораживания грунта основания фундамента и теплоснабжения сооружения на вечномерзлом грунте в условиях криолитозоны включает бурение скважин, охлаждение грунта. Круглогодично регулируют охлаждение и замораживание грунта основания фундамента и проводят круглогодичное частичное теплоснабжение сооружения за счет теплоты охлаждаемого и замораживаемого грунта основания фундамента и прилегающих к нему слоев грунта. Образуют первичный контур с низкотемпературным теплоносителем теплового насоса, рабочее тело теплового насоса имеет температуру кипения ниже на 10-30°С минимальной температуры теплоносителя первичного контура. Тепловой насос располагают внутри сооружения и осуществляют теплоснабжение с коэффициентом преобразования больше единицы 1-3. Теплоноситель первичного контура теплового насоса имеет температуру замерзания ниже минимальной температуры окружающего воздуха места сооружения до -60°С. Температура испарения рабочего тела вторичного контура выше нижнего предела его рабочего диапазона температур до -75°С. Термоскважину устанавливают в массиве основания сооружения с несущими сваями по периферии или, будучи разделенной на менее мощные, термоскважины устанавливают по его периферии, выполняя дополнительно несущую функцию сваи. Теплоноситель разделенных термоскважин подают по теплоизолированным теплопроводам к общему теплообменнику первичного контура теплового наоса или к нескольким тепловым насосам, установленным в различных помещениях сооружения. Технический результат состоит в обеспечении гарантированного круглогодичного обеспечения замороженного состояния основания фундамента сооружения по всей глубине скважины, а также в обеспечении круглогодичного покрытия части (примерно половины) тепловой нагрузки сооружения с помощью теплового насоса за счет использования теплоты охлаждаемого и замораживаемого вечномерзлого грунта. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для глубинного охлаждения и замораживания грунтов оснований зданий и сооружений, возводимых на многолетнемерзлых грунтах. Техническим результатом изобретения является повышение несущей способности грунтов, упрощение монтажа и демонтажа конструкции. Охлаждающее устройство для глубинной температурной стабилизации грунтов оснований зданий и сооружений содержит герметичный трубчатый корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной между ними, выполненный с возможностью заправки теплоносителем. При этом корпус содержит теплообменник, включающий трубу корпуса зоны конденсации, ресивер, выполненный из трубы большего диаметра, чем диаметр корпуса, имеющий заглушку сверху и герметично установленный на конце трубы корпуса зоны конденсации. Устройство также включает не менее двух полых отводящих трубок, диаметр которых меньше диаметра трубы корпуса, выполненных с внешним оребрением, расположенных вертикально вокруг трубы конденсаторной зоны корпуса и соединенных верхними патрубками с ресивером, а нижними патрубками с полостью зазора, образованного внутренними стенками муфты, соединяющей нижнюю часть трубы конденсаторной зоны корпуса с внешней опорной втулкой, приваренной к верхнему участку трубы транспортной зоны. Устройство дополнительно содержит приемную втулку, выполненную в виде отрезка трубы меньшего диаметра, чем диаметр корпуса, соединенной через переходник с нижним концом трубы конденсаторной зоны и размещенной частично в верхней части трубы транспортной зоны корпуса с зазором относительно ее внутренней боковой поверхности, а труба корпуса в зоне испарения выполнена с переменным сечением, и имеет хотя бы один переход на трубу меньшего диаметра. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

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. Способ включает установку по периметру платформы защитной ограждающей конструкции. При этом до установки платформы в проектное положение по периметру платформы с зазором устанавливают, по меньшей мере, один ряд опор из металлических свай круглого сечения, заглубленных в неустойчивые донные отложения или в коренные породы. В сваи монтируют охлаждающие устройства и производят искусственное замораживание воды и грунта вокруг свай, причем образующиеся вокруг свай монолитные цилиндры - льдогрунтовые в основании и ледовые в воде, должны смыкаться со смежными цилиндрами, образуя сплошную ледогрунтовую в основании и ледовую в воде защитную противоударную и противофильтрационную стену. Технический результат заключается в повышении эффективности инженерной защиты платформ плавучего типа в условиях арктического шельфа. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх