Охлаждающее устройство для термостабилизации грунтов оснований зданий и сооружений



Охлаждающее устройство для термостабилизации грунтов оснований зданий и сооружений
Охлаждающее устройство для термостабилизации грунтов оснований зданий и сооружений

 


Владельцы патента RU 2597394:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)

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.
Наверх