Устройство для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами

Авторы патента:

Клиндух Надежда Юрьевна (RU)

Инжутов Иван Семенович (RU)

Амельчугов Сергей Петрович (RU)

Климов Алексей Сергеевич (RU)

E02D3/115 - замораживанием

Владельцы патента RU 2681161:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для автоматического управления процессом охлаждения и замораживания грунта, используемым при эксплуатации фундаментных свай сооружений с металлическими обсадными трубами, возведенных в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Устройство для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами содержит систему автоматического управления процессом охлаждения околосвайного пространства фундамента, включающую датчики температуры, установленные в массиве грунта в околосвайном пространстве вдоль металлической обсадной трубы сваи, датчик температуры воздуха окружающей среды, установленный в вентилируемом подполье, связанное с датчиками устройство ввода для преобразования аналогового сигнала в цифровой, блок перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (ППЗУ), связанный с устройством ввода, и устройство вывода для преобразования цифрового сигнала в аналоговый, связанное с блоком ППЗУ и с термоэлектрическими модулями в виде батареи элементов Пельтье, установленными на выступающей части обсадной трубы сваи в вентилируемом подполье. Технический результат состоит в повышении эффективности процесса охлаждения и замораживания грунтов по времени путем обеспечения непосредственного охлаждения околосвайного пространства фундамента с использованием системы автоматического управления процессом охлаждения и предотвращения растепления грунта в зоне вечной мерзлоты. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Известен стабилизатор для пластично-мерзлых грунтов с круглогодичным режимом работы, включающий подземную и надземную части трубчатого герметичного корпуса, заполненного хладагентом, подземная часть которого является испарителем, а надземная - конденсатором, имеющим термоэлектрические модули в виде батареи элементов Пельтье. Конденсатор снабжен П-образным стаканом, изготовленным из теплопроводного материала, внутренняя поверхность которого имеет конфигурацию, соответствующую конфигурации наружной поверхности конденсатора, причем П-образный стакан установлен на верхнюю часть конденсатора с возможностью вертикального перемещения и фиксации, а термоэлектрические модули расположены на наружной поверхности П-образного стакана (патент РФ №2231595 С1, дата приоритета 01.10.2002, дата публикации 27.06.2004, авторы: Минкин М.А., и др., RU).

Недостатком аналога является его низкая эффективность в связи с длительным процессом естественного охлаждения и замораживания массива грунта и отсутствием автоматического управления процессом охлаждения грунтов для контроля и регулирования температуры многолетнемерзлых грунтов в зависимости от температуры наружного воздуха.

Известно устройство для стабилизации пластично-мерзлых грунтов с круглогодичным режимом работы, принятое в качестве прототипа, содержащее подземную и надземную части трубчатого герметичного корпуса, заполненного хладагентом, подземная часть которого является испарителем, а надземная - конденсатором, который снабжен полкой, имеющей расположенные на ее поверхности термоэлектрические модули в виде батареи элементов Пельтье. Устройство снабжено тепловой трубой, один конец которой имеет полку, присоединенную к горячей поверхности термоэлектрических модулей. Другой конец, являющийся зоной конденсации, имеет ребристую поверхность, причем ось зоны конденсации имеет угол наклона к горизонту (патент РФ №2405889 С1, дата приоритета 22.04.2009, дата публикации 10.12.2010, авторы: Герасимов С.В. и др., RU, прототип).

Недостатком прототипа также является его низкая эффективность в связи с длительным процессом естественного охлаждения и замораживания массива грунта с использованием хладагента, и отсутствием автоматического управления процессом охлаждения грунтов для контроля и регулирования температуры многолетнемерзлых грунтов в зависимости от температуры наружного воздуха.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является повышение эффективности процесса охлаждения грунтов путем обеспечения непосредственного охлаждения околосвайного пространства фундамента с использованием системы автоматического управления.

Для решения технической проблемы предложено устройство для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами, содержащее систему автоматического управления процессом охлаждения околосвайного пространства фундамента, включающую датчики температуры, установленные в массиве грунта в околосвайном пространстве вдоль металлической обсадной трубы сваи, датчик температуры воздуха окружающей среды, установленный в вентилируемом подполье, связанное с датчиками устройство ввода для преобразования аналогового сигнала в цифровой, блок перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (ППЗУ), связанный с устройством ввода, и устройство вывода для преобразования цифрового сигнала в аналоговый, связанное с блоком ППЗУ и с термоэлектрическими модулями в виде батареи элементов Пельтье, установленными на выступающей части обсадной трубы сваи в вентилируемом подполье.

Согласно изобретению, термоэлектрические модули установлены на каждой обсадной трубе сваи фундамента.

На фиг. 1 схематично показан фрагмент устройства для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами; на фиг. 2 - то же, сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 приведена структурная схема системы автоматического управления процессом охлаждения околосвайного пространства фундамента.

Устройство для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами содержит систему автоматического управления процессом охлаждения околосвайного пространства фундамента, включающую датчики температуры 1, установленные в массиве грунта в околосвайном пространстве вдоль металлической обсадной трубы 2, датчик температуры воздуха окружающей среды 3, установленный в вентилируемом подполье на поверхности ростверка сооружения, связанное с датчиками 1, 3 устройство ввода 4 для преобразования аналогового сигнала в цифровой, блок перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (ППЗУ) 5, связанный с устройством ввода 4, и устройство вывода 6 для преобразования цифрового сигнала в аналоговый, связанное с блоком 5 ППЗУ и с термоэлектрическими модулями 7 в виде батареи элементов Пельтье, установленными на выступающей части обсадной трубы 2 в вентилируемом подполье.

Для реализации изобретения могут быть использованы известные элементы.

Датчики температуры 1, например (http://h-pol.ru/products/23205383?frommarket=https%3A//market.yandex.ru/search%3Ftext%3Dдатчик+температуры+грунта%26cvredirect%3D2%26from_yandex%3D1%26clid%3D545&ymclid=248189237898980079000005. дата просмотра 27.04.2018 г.), которые могут быть установлены в массиве грунта равномерно в околосвайном пространстве вдоль металлической обсадной трубы 2 каждой сваи.

Датчик температуры воздуха окружающей среды 3, например (http://fb.ru/article/66054/datchik-temperaturyi-vozduha-printsip-rabotyi-i-sfera-primeneniya. дата просмотра 27.04.2018 г.), может быть установлен в вентилируемом подполье на поверхности ростверка сооружения.

Устройство ввода 4, например (https://www.moxa.ru/shop/io/?_openstat=ZGlyZWN0LnlhbmRleC5ydTs1NjIzNTc5OzQ0MTIzMDg1MjM7eWFuZGV4LnJ1OnByZW1pdW0&yclid=2268044717815512027. дата просмотра 27.04.2018 г.) для преобразования аналогового сигнала в цифровой (место установки условно не показано).

Блок перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (ППЗУ) 5, например (https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1090236. дата просмотра 27.04.2018 г.), (место установки условно не показано).

Устройство вывода 6, например (https://www.moxa.ru/shop/io/?_openstat=ZGlyZWN0LnlhbmRleC5ydTs1NjIzNTc5OzQ0MTIzMDg1MjM7eWFuZGV4LnJ1OnByZW1pdW0&yclid=2268044717815512027. дата просмотра 27.04.2018 г.), для преобразования цифрового сигнала в аналоговый, (место установки условно не показано).

Термоэлектрические модули 7, например (https://yandex.ru/images/search?text=элeмeнтa%20Пeльтьe&img_url=http%3A%2F%2Fezetil.ru%2Fimg%2Fsigns%2Fcontent%2Ftechnology%2Fpeltie.png&pos=16&rpt^:=simage&lr=62, дата просмотра 27.04.2018 г.), в виде батареи элементов Пельтье, установлены холодной стороной на выступающей части обсадной трубы 2 в вентилируемом подполье.

Устройство для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами работает следующим образом. При повышении температуры воздуха окружающей среды выше +1°С сигнализирует датчик температуры 3, который подает сигнал на устройство ввода 4, преобразующее сигнал из аналогового в цифровой, далее в блок ППЗУ 5. При повышении температуры массива грунта в околосвайном пространстве вдоль металлической обсадной трубы любой сваи выше -5°С сигнализируют датчики температуры 1, которые подают сигналы на устройство ввода 4, преобразующее сигналы из аналоговых в цифровые, далее в блок ППЗУ 5. Блок ППЗУ 5 выполняет расчетные операции в соответствии с алгоритмом, а именно сравнивает поступившие цифровые сигналы из устройства ввода 4 с запрограммированными в ППЗУ 5 оптимальными температурами многолетнемерзлых грунтов. При несоответствии оптимальным температурам многолетнемерзлых грунтов блок ППЗУ 5, в свою очередь, через устройство вывода 6, которое преобразует цифровой сигнал в аналоговый, подает сигнал о включении термоэлектрических модулей 7 для охлаждения металлических обсадных труб и замораживания массива многолетнемерзлых грунтов.

Преимущество заявляемого изобретения заключается в повышении эффективности процесса охлаждения и замораживания грунтов по времени путем обеспечения непосредственного охлаждения околосвайного пространства фундамента с использованием системы автоматического управления процессом охлаждения околосвайного пространства фундамента и предотвращения растепления грунта в зоне вечной мерзлоты.

1. Устройство для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами, содержащее систему автоматического управления процессом охлаждения околосвайного пространства фундамента, включающую датчики температуры, установленные в массиве грунта в околосвайном пространстве вдоль металлической обсадной трубы сваи, датчик температуры воздуха окружающей среды, установленный в вентилируемом подполье, связанное с датчиками устройство ввода для преобразования аналогового сигнала в цифровой, блок перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (ППЗУ), связанный с устройством ввода, и устройство вывода для преобразования цифрового сигнала в аналоговый, связанное с блоком ППЗУ и с термоэлектрическими модулями в виде батареи элементов Пельтье, установленными на выступающей части обсадной трубы сваи в вентилируемом подполье.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что термоэлектрические модули установлены на каждой обсадной трубе сваи фундамента.

Изобретение относится к области силовых установок, имеющих электрические элементы, в частности к устройствам регулируемой температурной стабилизации, охлаждения и замораживания грунта.

Площадка под строительный комплекс на вечной мерзлоте // 2661204

Изобретение относится к области строительства, а именно к возведению производственных или жилых комплексов на вечной мерзлоте. Техническим результатом является обеспечение стабильной низкой температуры мерзлоты в грунтах оснований строительного комплекса при наличии насыпного планировочного слоя грунта.

Термостабилизатор грунтов // 2661167

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

Охлаждающий термосифон для площадочной термостабилизации грунтов (варианты) // 2655857

Изобретение относится к устройствам для теплообмена, в частности к двухфазным термосифонам, в области строительства в условиях криолитозоны для температурной стабилизации грунтовых оснований сооружений.

Способ температурной стабилизации насыпи железной дороги на вечномерзлых грунтах // 2651713

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении дорожных насыпей при строительстве транспортных сооружений на вечномерзлых грунтах в период с положительными значениями температуры воздуха.

Способ аккумуляции холода в грунте // 2650005

Изобретение относится к строительству на вечномерзлых грунтах и предназначено для замораживания и температурной стабилизации грунтовых оснований зданий и сооружений.

Установка для охлаждения грунта и комплект изделий для сооружения такой установки // 2645193

Изобретения относятся к средствам для охлаждения грунта, работающим по принципу гравитационных тепловых труб и парожидкостных термосифонов, и предназначены для использования при строительстве сооружений в зоне вечной мерзлоты.

Поверхностный фундамент для одноэтажного здания на многолетнемерзлых грунтах // 2645035

Предлагаемое устройство относится к строительству одноэтажных зданий на многолетнемерзлых грунтах с искусственным охлаждением грунтов основания здания с помощью теплового насоса и одновременным обогревом здания с помощью теплового насоса и дополнительного источника тепла.

Система для охлаждения и замораживания грунта // 2634765

Изобретение относится к системам для охлаждения и замораживания грунтов в горнотехническом строительстве в областях распространения вечной мерзлоты (криолитозоне), характеризующихся наличием природных рассолов с отрицательными температурами (криопэгами).

Способ монтажа охлаждающих устройств для температурной стабилизации многолетнемёрзлых грунтов, неустойчивых в стенках скважин // 2634315

Изобретение относится к области строительства в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, где применяется термостабилизация многолетнемерзлых и пластично-мерзлых грунтов, и может быть использовано для поддержания их мерзлого состояния или замораживания, в том числе и в скважинах, неустойчивых в стенках и склонных к оползанию и обвалообразованию.