Термосвая
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Реслублии
К АВТОРСКОМУ СВИ НЗЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 150579 (21) 2765376/29-33 ® }М с присоединением заявки Йо
Е 02 0 3 115
3/115
Государственный комнтет
СССР
Ао ямам нзобретеннй н открытнй (23) Приоритет
Опубликовано 150681 Бюллетень HP 22 (53} УДК 624.139. .62(088.8) Дата опубликования описания 1506.81 (72) Авторы изобретения
Д. В. Рощупкин, Б. С. Фомичев и A. Е. Якунин
Новосибирский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительства (71) Заявитель (54 ) ТЕРМОСВАЯ
Изобретение относится к строительству и касается выполнения термосвай, используемых для охлаждения и замо-раживания грунта.
Известна термосвая, выполненная в виде частично размещенной в грунте трубы, заполненной теплоносителем.
3а счет циркуляции теплоносителя в виде нисходящего охлажденного и восходящего нагретого потоков теплоносителя достигается забор тепла у грунта и передача его в атмосферу (1)
Однако при циркуляции теплоносителя в термосвае происходит перемешивание восходящего и нисходящего потоков, что снижает эффективность работы устройства. Наиболее близкой к изобретению является термосвая, включающая частично, заглубленный в грунт и заполненный теплоносителем трубчатый корпус и коаксиально размещенные в надземной и подземной частях корпуса соответственно верхнюю и нижнюю разделительные трубы, каждая из которых выполнена с винтовыми ребрами на. наружной боковой поверхности (2).
Несмотря на повышение эффективности работы термосваи за счет разделения восходящего и нисходящего потоков теплоносителя и регулирования течения теплоносителя в межреберном пространстве, ее недостатками являются уменьшение величины отбора тепла у грунта в сечениях, приближающихся к поверхности грунта, посколь.ку из-эа равномерности шага винтообразного ребра скорости течения теплоносителя постоянны по длине термосваи, а величина перепада температур грунта и теплоносителя уменьшается в сечениях, приближающихся к поверхности грунта, а также малое участие ребер в перепаде теп15 ла от грунта теплоносителю, поскольку оно присоединено к внутренней трубе, а не к корпусу термосваи, и сложность изготовления винтообразных ребер.
20 Цель изобретения — повыаение эффективности работы термосваи.
Цель достигается тем, что в термосвае, включающей частично заглубленный в грунт и заполненный теплоносй25 телем трубчатый корпус и коаксиально установленные в надземной и подземной частях корпуса соответственно верхнюю и нижнюю разделительные трубы, каждая из которых выполнена с ребра,ми на наружной боковой поверхности, 837999 каждое ребро выполнена в виде поперечной пластины, перекрывающей коль,цевой,зазор между стенками соответ,ствующей разделительной трубы и стен. ками корпуса, имеющей сквозные отверстия и.выполненной из материала, теплопроводность которого выше теплопроводности материала разделительных труб, причем ребра нижней разделительной трубы размещены на расстоянии друг от друга, уменьшающемся в направлении к поверхности грунта, а ребра верхней разделительной трубы размещены на одинаковом расстоянии " друг от друга, при этом каждая разделительная труба может быть выпол.нена с нечетным количеством ребер, 15 прйчем отверстия на нечетных ребрах смещены в сторону соответствующей разделительной трубы, а отверстия на четных ребрах смещены в сторону корпуса. 20
Кроме того, целесообразно, чтобы термосвая была снабжена разделителем потока теплоносителя, выполненным в виде трубок, один конец которых примыкает к отверстиям верхней пластины нижней разделительной трубы, а другой — заведен в полость верхней разделительной трубы, с нижнегО конца.
На фиг. 1 изображена термосвая, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез A-A на фиг. 1 на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 1.
Термосвая состоит иэ корпуса 1, выполненного иэ материала с повышенной теплопередачей и заполненного теплоносителем. Термосвая частично эаглублена в грунт 2. В надземной и подземной частях корпуса 1 размещены соответственно верхняя 3 и нижняя 4 разделительные трубы из материала с пониженной теплопередачей. 40
В пространстве между корпусом 1 и трубами 3 и 4 размещены ребра 5 в виде поперечных кольцевых пластин из материала с повышенной теплопередачей. Ребра 5 соединены с корпусом 1 4 термосваи и размещены каждое перпендикулярно оси сваи. Количество ребер на каждой разделительной трубе — нечетное. Расстояние между ребрами верхней разделительной трубы 3 принято постоянным, а подземной разделительной трубы 4 — переменным уменьшающимся в направлении к поверхности грунта. В ребрах имеются сквозные отверстия б и 7. у четных ребер отверстия б расположены у стенок соответствующей разделительной трубы, у нечетных - отверстия 7 расположены у стенок корпуса 1 термосваи.
Нижний торец верхней трубы 3 соединен с отверстиями 7 верхнего ребра В корпусе 1 термосваи имеется отверf стие с пробкой 9 для залива теплоносителя. Суммарная площадь отверстий на каждом ребре выбирается, исходя иэ расчетной величины расхода теплоносителя по поперечному сечению термосваи, т.е. объема теплоносителя, проходящего через сечение термосваи в единицу времени. Наиболее распрост раненным и логичным решением является назначение суммарной площади отверстий, равной площади сечения внутренней трубы 3 или 4. Для назначения сечения разделительных труб 3 и 4 следует принимать:расход теплоносителя, движущегося вниз, равным расходу теплоносителя, движущегося вверх. В этом случае сечение трубы 3 должно быть принято несколько больше сечения трубы 4, так как по трубе 3 течет более теплый теплоноситель, менЬшей плотности, следовательно, большего объема, чем в трубе 4. Суммарное сечение трубок 8 имеет размер, промежуточный между размерами сечений труб 3 и 4. Но исходя из инженерных расчетов, следует принимать сечения труб 3 и 4 равными, а суммарное сечение трубок 8 равным сечению трубы 3 или 4. Толщина трубок 8 учитывается при проектировании соединения их торцов с трубой 3. Чтобы обеспечить равность суммарного сечения трубок 8 с сечением трубы 3, нужно между нижним торцом трубы 3 и верхними торцами трубок 8 вставить переходник (не показан) с большим сечением у трубок 8 за счет их толщины н одинаковым с трубой 3 сечением у трубы 3. Работа устройства осуществляется следующим образом. Через отверстие в верхнем торце корпуса 1 термосваю заливают теплоносителем. Отверстие закрывают пробкой 9. С наступлением холодов теплоноситель приходит в движение. Теплоноситель наибольшей плотности, охлажденный стенками корпуса 1 надземной части термосваи, стекает в пространство между стенками корпуса 1 и стенками трубы 3 вниз, попадает в трубу 4. По трубе 4 холодный теплоноситель опускается на дно термосваи. Нагреваясь от дна и придонных стенок корпуса 1 термосваи, теплоноситель становится менее плотным и вытесняется вверх новыми порциями плотного и холодного теплоносителя, изливающимися из трубы 4. Теплоноситель через отверстия 7 в йижнем ребре изливается в пространство между нижним и вышележащим ребрами. Из этого пространства через отверстии б во втором снизу ребре он изливается в пространство между этим и расположенным над ним ребрами и т.д. Теплоноситель получает возможность для увеличения съема тепла за счет развитой поверхности теплопередачи: тепло от стенок 837999 корпуса 1 термосваи интенсивно отбирается ребрами 5 и передается омывающему их теплоносителю. Увеличение теплопередачи достигается еще и эа . счет удлинения пути теплоносителя, поскольку движение его отверстий 7 к отверстиям б проходит по кривой. В разных сечениях подземной части термосваи величина теплопередач разная: она выае в нижней части, где ,перепад между температурами грунта и теплоносителя больше, и ниже в верхней части, где перепад температур меньше. По этой причине интенсивность теплопередачи по мере приближения сечения подземной части термосваи к поверхности грунта умень- 5 шается. Для обеспечения одинаковой величины теплопередачи по длине термосваи ребра размещены в подземной части термосваи на расстоянии друг от друга, уменьшающемся в направ- «О ленин к поверхности грунта. Теплый теплоноситель, пройдя через отверстия 7 в верхнем ребре нижней трубы 4 и трубки 8, выполняющие роль разделителя потока, поступает в верхнюю 25 трубу 3, поднимается по ней и изливается из ее верхнего торца в полость термосваи. Через окна 7 в верхнем ребре верхней трубы 3 он сливается н пространство .между .верхним и.нижележащим ребрами. Затем через окна 6 во втором снизу ребре теплоноситель опускается в пространство между этим и расположенным под ним ребрами и т.д. При этом теплоноситель интенсивно охлаждается, отдавая тепло стенкам корпуса 1 и ребрам верхней трубы 3. Расстояние между ребрами н надземной части термосваи принято одинаковым. B предлагаемой термосвае дости- 40 гается съем большого количества тепла теплоносителем с большой поверхности, представленной стенками корпуса и ребрами; имеет место интенсивная теплопередача через стенки кор- 45 пуса и ребер, так как они выполнены иэ материала с повышенной теплопередачей; обеспечивается глубокое насыщение теплом теплоносителя за счет увеличения длины его пути рас- 5р положением окон в смежных ребрах у противоположных краев; достигается равномерность съема тепла теплоносителем по длине термосваи за счет изменения расстояния между ребрами в подземной части термосваи; достигается простота изготовления ребер. Технико-экономическая эффективность предлагаемой термосваи заключается в переносе большего количества тепла, следовательно, в охлаждении большего объема грунта в единицу времени. Изобретение может быть использовано для укрепления оснований сооружений, например искусственных сооружений, зданий, набережных и т.п. Формула-изобретения 1. Термрсвая, включающая частично эаглубленный в грунт и заполненный теплоносителем трубчатый корпус и коаксиально установленные в надземной и подземной частях корпуса соответственно верхнюю и нижнюю разделительные трубы, каждая йз которых выполнена с ребрами на наружной боковой поверхности, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения эф фективности ее работы, каждое ребро выполнено в виде поперечной пластины, перекрывающей кольцевой зазор между стенками соответствующей разделительной трубы и стенками корпуса, имеющей сквозные отверстия и выполненной иэ материала, теплопроводность которого вьме теплопроводности материала разделительных труб, причем. ребра нижней разделительной трубы размещены на расстоянии друг от друт га, уменьшающемся в направлении к поверхности грунта, а ребра верхней разделительной трубы размещены на одинаковом расстоянии друг от друга. 2. Термосвая по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что каждая разделительная труба выполнена с нечетным количеством ребер, причем отверстия на нечетных ребрах смещены в сторону соответствующей разделительной трубы, а отверстия на четных ребрах смещены в сторону корпуса. 3. Термосвая по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что она снабжена разделителем потока теплоносителя, выполненным в виде трубок, один конец которых примыкает к отверстиям верхней пластины нижней разделительной трубы, а другой — заведен в полость верхней разделительной трубы с нижнего конца. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Гапеев С. И. Укрепление мерзлых,оснований охлаждением. Л., Стройиздат, 1969, с.18-20. 2. Авторское свидетельство СССР 9 667635, кл. Е 02.0 3/12, 1978. 337999 Составитель Г. Гаврищук Редактор М. Дь пын Техред 8.Kîâàëåâà Корректора Гриценко Заказ 4480/89 Тираж á93 Нодписное . ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делаи иэобретений м открытий 113035, Москва, В-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
