Инновации в технологии монтажа вертикальных термостабилизаторов грунта. Примеры применяемых технологий при строительстве линейной части газопроводов. Полимерконтейнерное балластирующее устройство-модернизированная конструкция сдвоенная пкбу-мкс

17.10.2019

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. При этом по меньшей мере в одной зоне теплообмена установлена кольцеобразная вставка, имеющая повышенную удельную поверхность. Наружная поверхность вставки контактирует с внутренней поверхностью корпуса в зоне теплообмена. Площадь поперечного сечения кольцеобразной вставки не превышает 20% площади поперечного сечения полости корпуса. Технический результат состоит в повышении теплопередающих характеристик при сохранении компактности термостабилизатора, а также повышении эффективности работы термостабилизатора грунта. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к строительству в зонах вечной мерзлоты, например около свай опор ЛЭП, нефте- и газопроводов и других объектов строительства, а именно к термостабилизаторам грунта для замораживания фундаментов.

Известен двухфазный термосифон, содержащий по крайней мере один частично заполненный теплоносителем герметичный корпус с зонами испарения и конденсации и расположенный в последней зоне радиатор с продольными ребрами (Термосваи в строительстве на севере. - Л.: Стройиздат, 1984 г., с. 12).

Также известен двухфазный термосифон, содержащий по крайней мере один частично заполненный теплоносителем герметичный корпус с зонами испарения и конденсации и расположенный в последней зоне радиатор с продольными ребрами (Патент России 96939 МПК F28D 15/00 от 18.02.2010 г.).

Недостатком известных термосифонов является их относительно низкая эффективность, ввиду чего для передачи больших тепловых потоков требуется значительное увеличение массогабаритных характеристик двухфазного термосифона.

В качестве прототипа была выбрана конструкция, описанная в статье, размещенной в интернете по адресу: http://iheatpipe.ru/doc/termostab.pdf. В статье сказано, что «в корпусах из любой стали необходимо создавать капиллярную структуру в зоне испарения (винтовая нарезка, спираль, канавки, сетка и т.д.). Следует отметить, что в ТС (термостабилизатор) из алюминиевых сплавов (ТМД-5 всех моделей, ТТМ и ДОУ-1) при необходимости на внутренней поверхности зоны испарения, а в остальных ТС практически всегда используются пружины или спирали. Так, например, в ТС типа ТСГ-6, ТН и ТСН капиллярная структура выполняется в виде витков спирали из нержавеющей проволоки диаметром (0,8-1,2) мм с шагом спирали 10 мм на внутренней поверхности ЗИ ДТ». Однако предложенные в статье варианты структур (винтовая нарезка, канавки, сетка и т.д.) весьма сложны в изготовлении на внутренней поверхности труб, из-за чего и предложен вариант со спиралью. Кроме того, приведенные в статье размеры (спираль из проволоки диаметром 0,8-1,2 мм с шагом 10 мм) не позволяют говорить о капиллярности структуры в зоне испарения. Предложенная спираль или пружина незначительно увеличивает площадь теплообмена и обладает недостаточной эффективностью.

Задачей предлагаемого изобретения является создание термостабилизатора грунта, выполненного в виде тепловой трубы с положительной ориентацией, с увеличенной площадью теплообмена для повышения теплопередающих характеристик.

Техническим результатом является повышение эффективности работы термостабилизатора грунта, повышение теплопередающих характеристик при сохранении его компактности.

Задача решается, а технический результат достигается тем, что термостабилизатор грунта содержит герметичный вертикально расположенный корпус с теплоносителем. В верхней и нижних частях корпуса расположены зоны теплообмена. При этом по меньшей мере в одной зоне теплообмена установлена кольцеобразная вставка, имеющая повышенную удельную поверхность. Наружная поверхность кольцеобразной вставки контактирует с внутренней поверхностью корпуса в зоне теплообмена, при этом площадь поперечного сечения кольцеобразной вставки не превышает 20% от площади поперечного сечения внутренней полости корпуса.

Кольцеобразная вставка может быть выполнена из металла с губчатой структурой, хаотично спутанной металлической проволоки или представлять собой набор мелкоячеистых тонких металлических плоских сеток.

Кольцеобразная вставка с одного торца может быть снабжена гофрированным конусообразным кольцом. Причем диаметр внутреннего отверстия конусообразного кольца меньше внутреннего диаметра кольцеобразной вставки. На внешней поверхности конусообразного кольца выполнены выступы для контакта с внутренней поверхностью корпуса.

Предлагаемое в изобретении решение позволяет увеличивать площадь теплообмена в термостабилизаторе грунта более чем в 15 раз без увеличения внешних размеров устройства.

В дальнейшем изобретение иллюстрируется подробным описанием конкретных, но не ограничивающих настоящее решение, примеров его выполнения и прилагаемым чертежами, на которых изображено:

фиг. 1 - вариант выполнения термостабилизатора грунта с кольцеобразной вставкой из набора мелкоячеистых тонких металлических плоских сеток;

фиг. 2 - вариант выполнения термостабилизатора грунта с кольцеобразной вставкой из хаотично спутанной металлической проволоки;

фиг. 3 - гофрированное кольцо.

Термостабилизатор грунта с кольцеобразной вставкой из набора мелкоячеистых тонких металлических плоских сеток схематично изображен на фиг. 1. Термостабилизатор состоит из герметичного вертикально расположенного корпуса 1, выполненного, например, в виде полого цилиндра. Торцы корпуса 1 с двух сторон герметично закрыты крышками 2. Внутри корпуса 1 имеются две зоны теплообмена в его верхней и нижней частях. Корпус 1 в районе верхней зоны теплообмена снабжен радиатором, теплоотводящими элементами которого выступают пластины 3, установленные на внешней поверхности корпуса 1. Во внутреннюю полость корпуса 1 заливают теплоноситель, в качестве которого можно использовать фреон или аммиак или какой-либо другой известный теплоноситель.

Предлагаемую согласно изобретению кольцеобразную вставку можно устанавливать как в верхней зоне теплообмена, так и в нижней зоне. Однако предпочтительней кольцеобразную вставку устанавливать в обеих зонах. Конструктивно кольцеобразная вставка может быть выполнена в виде кассеты 4, как это представлено на фиг. 1. Кассета 4 состоит из набора колец, выполненных из сетки, либо из набора пластин с множеством отверстий. Кассета 4 состоит из двух торцевых пластин 7, которые стянуты продольными стержнями 6 при помощи гаек 5. Между торцевыми пластинами 7 располагают набор колец из сетки или пластин с отверстиями. Внешний диаметр кассеты 4 выполнен равным внутреннему диаметру корпуса 1. Кассету 4 в корпус 1 устанавливают с натягом, для чего корпус 1 нагревают, а кассету охлаждают, после чего кассету устанавливают в корпус 1. Такая установка позволяет достичь плотного прилегания вставки к корпусу 1. Дополнительно возможно установить гофрированное кольцо 8, представленное на фиг. 3. Гофрированное кольцо 8 имеет внутренний диаметр меньше внутреннего диаметра кольцеобразной вставки, что позволяет улавливать охлажденные капли теплоносителя, свободно падающие внутри полости вставки, и направлять их на внутреннюю поверхность корпуса 1, что позволяет увеличить степень охлаждения корпуса в этой зоне.

Аналогичную конструкцию может иметь и кольцеобразная вставка, выполненная из металла с губчатой структурой с открытыми порами.

На фиг. 2 показана конструкция термостабилизатора грунта, в корпусе 1 которого установлена кольцеобразная вставка из хаотично спутанной металлической проволоки. Вставка установлена в верхней зоне теплообмена. Термостабилизатор состоит из корпуса 1, выполненного в виде полого цилиндра. Торцы корпуса 1 с двух сторон закрыты герметично крышками 2 (вторая крышка на фиг. 2 не показана). Корпус 1 в верхней зоне теплообмена снабжен радиатором, теплоотводящими элементами которого выступают пластины 3, установленные на внешней поверхности корпуса 1.

Конструктивно кольцеобразная вставка из хаотично спутанной металлической проволоки также может быть выполнена в виде кассеты 9, как это представлено на фиг. 2. Кассета 9 состоит из спутанной металлической проволоки (на фиг.2 не обозначена), расположенной между двумя торцевыми пластинами 7, которые стянуты продольными стержнями 6 при помощи гаек 5. Кольцеобразная вставка из хаотично спутанной металлической проволоки имеет форму цилиндра. Внутри цилиндра из спутанной металлической проволоки расположена распорная спиральная пружина 10. После установки кассеты в корпус 1 термостабилизатора сжимают распорную спиральную пружину 10, заворачивая гайки 5. При этом распорная спиральная пружина 10 расширяется и прижимает внешнюю сторону цилиндра из спутанной металлической проволоки к внутренней поверхности корпуса 1. Конструкция кассеты 9 позволяет достаточно сильно прижать вставку из хаотично спутанной металлической проволоки к внутренней стенке корпуса 1, что обеспечивает максимальный теплообмен.

Термостабилизатор работает следующим образом. Термостабилизатор представляет собой тепловую трубу с положительной ориентацией согласно ГОСТ 23073-78, т.е. конденсационная область находится выше испарительной области тепловой трубы.

В зимнее время года теплоноситель, попадая в верхнюю зону теплообмена, охлаждается. Этому способствуют низкие температуры окружающего воздуха. Охлажденный теплоноситель в виде капель под действием силы тяжести опускается в нижнюю зону теплообмена. Для большей эффективности охлаждения верхняя зона теплообмена снабжена радиатором, выполненным в виде пластин 3, установленных на внешней поверхности корпуса 1. Изобретение позволяет значительно повысить эффективность охлаждения за счет увеличения площади теплообмена благодаря использованию вставки, имеющей повышенную удельную поверхность.

В нижней зоне теплообмена термостабилизатора происходит теплообмен между теплоносителем с пониженной температурой и грунтом, имеющим температуру выше температуры жидкого теплоносителя. Жидкий теплоноситель нагревается, переходит в газообразное состояние и поднимается вверх по центральному отверстию корпуса 1 и кольцеобразной вставки, при этом грунт с наружной стороны корпуса 1 промораживается. При использовании кольцеобразной вставки, имеющей повышенную удельную поверхность, повышается эффективность теплообмена, однако, поперечная площадь кольцеобразной вставки не должна превышать 20% от площади поперечного сечения внутренней полости корпуса 1. При занятости до 20% площади поперечного сечения полости корпуса 1 вставкой не происходит снижения скорости движения паров теплоносителя, что не ухудшает эффективность теплообмена. Если площадь поперечного сечения вставки превысит 20%, то скорость подъема теплоносителя существенно снижается и эффективность теплообмена снижается.

Также для повышения эффективности работы термостабилизатора возможно применять гофрированное кольцо 8, которое позволяет направлять теплоноситель в виде капель из центральной осевой зоны термостабилизатора на стенку корпуса 1, что также повышает эффективность работы.

Применение предложенного термостабилизатора грунта согласно изобретению позволяет значительно повысить эффективность его работы, при этом его внешние размеры не изменяются.

1. Термостабилизатор грунта, содержащий герметичный вертикально расположенный корпус с теплоносителем, в верхней и нижних частях которого расположены зоны теплообмена, при этом по меньшей мере в одной зоне теплообмена установлена кольцеобразная вставка, имеющая повышенную удельную поверхность, наружная поверхность вставки контактирует с внутренней поверхностью корпуса в зоне теплообмена, причем площадь поперечного сечения кольцеобразной вставки не превышает 20% площади поперечного сечения полости корпуса.

2. Термостабилизатор грунта по п. 1, отличающийся тем, что кольцеобразная вставка выполнена из металла с губчатой структурой с открытыми сквозными порами.

3. Термостабилизатор грунта по п. 1, отличающийся тем, что кольцеобразная вставка выполнена из хаотично спутанной металлической проволоки.

4. Термостабилизатор грунта по п. 1, отличающийся тем, что кольцеобразная вставка представляет собой набор мелкоячеистых тонких металлических плоских сеток.

5. Термостабилизатор грунта по п. 1, отличающийся тем, что кольцеобразная вставка выполнена в виде кассеты.

6. Термостабилизатор грунта по п. 1, отличающийся тем, что с одного торца кольцеобразная вставка снабжена гофрированным конусообразным кольцом, причем диаметр внутреннего отверстия кольца меньше внутреннего диаметра вставки, а на внешней поверхности кольца выполнены выступы для контакта с внутренней поверхностью корпуса.

Похожие патенты:

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 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 строительству гидротехнических сооружений и может быть применено для создания ограждающей конструкции, предназначенной для защиты добывающей платформы плавучего типа в ледовых условиях арктического шельфа.

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 области строительства в северных районах и предназначено для возведения ледяных инженерных сооружений, аккумуляции холода и образования сводчатых ледяных сооружений для хранения на (не)плавучих ледяных или ледопородных платформах на шельфах морей. Технический результат - повышение надежности ледяного сооружения, который достигается тем, что в способе возведения ледяного сооружения, включающем разработку площадки, на которой устанавливают надувные конструкции с последующим их демонтажом и перемещением по мере необходимости, заполнение их воздухом, послойное намораживание пайкерита путем набрызга или послойного полива водяной пульпы. Она содержит древесные опилки или какого-либо другого вида древесную массу, дополнительно перед намораживанием пайкерита надувные конструкции покрывают геоматериалом в виде водопроницаемого геосинтетического материала: геосетки или георешетки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к теплотехнике в области строительства, а именно к термостабилизации грунтовых оснований свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки, расположенных на многолетнемерзлых грунтах. Способ термостабилизации грунтов оснований свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки заключается в том, что производят выемку льдистых грунтов в основаниях свайных фундаментов опор трубопровода, трубопроводов подземной прокладки и укладку в выемку композитного материала, установку по меньшей мере двух термостабилизаторов грунта по краям выемки, при этом композитный материал имеет состав при соотношении компонентов, мас. %: гравелистый песчаный грунт 60-70, вспененный модифицированный полимер 20-25, жидкий теплоноситель 5-20 или крупный песчаный грунт 70-80, вспененный модифицированный полимер 10-15, жидкий теплоноситель 5-20. Для пропитки полимера выбирают жидкий теплоноситель, характеризующийся высокой теплоемкостью и низкой температурой замерзания до -25°C. Технический результат состоит в повышении надежности конструкции при строительстве свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки, расположенных на многолетнемерзлых грунтах, обеспечении безопасной эксплуатации магистральных нефтепроводов на проектных режимах в течение заданного срока на территории распространения многолетнемерзлых грунтов. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области строительства трубопроводов подземной прокладки и может быть использовано для обеспечения термостабилизации грунтов при подземной прокладке трубопроводов на многолетнемерзлых и слабых грунтах. Устройство термостабилизации многолетнемерзлых грунтов содержит по меньшей мере два термостабилизатора грунта на основе двухфазных термосифонов, включающих надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части, и по меньшей мере один теплопроводящий элемент, выполненный в виде пластины из теплорассеивающего материала с коэффициентом теплопроводности не менее 5 Вт/м⋅К. По меньшей мере два термостабилизатора грунта установлены по обе стороны от трубопровода подземной прокладки, а по меньшей мере один теплопроводящий элемент установлен под теплоизоляционным материалом, отделяющим трубопровод подземной прокладки от кровли многолетнемерзлых грунтов, и имеет отверстия для соединения с испарительными частями по меньшей мере двух термостабилизаторов грунта. Технический результат состоит в повышении эффективности сохранения многолетнемерзлых грунтов или замораживания слабых грунтов оснований объектов трубопроводной системы для обеспечения безопасности в течение назначенного срока эксплуатации на проектных режимах. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, а именно к термостабилизации многолетнемерзлых и слабых грунтов. Способ установки термостабилизаторов в проветриваемом подполье эксплуатируемых зданий включает бурение, по крайней мере, одной вертикальной скважины в проветриваемом подполье без нарушения перекрытий здания. Установку в скважине термостабилизатора, содержащего заправленную хладагентом трубу испарителя и конденсатор, причем труба выполнена с возможностью изгиба, радиус которого не превышает высоту проветриваемого подполья. Глубина установки термостабилизатора при этом такова, что конденсатор расположен выше уровня грунта в проветриваемом подполье. Технический результат состоит в упрощении процедуры монтажа термостабилизаторов под эксплуатируемым зданием, улучшении ремонтопригодности системы охлаждения грунта и упрощении ее обслуживания, увеличении несущей способности грунтов основания за счет их охлаждения по всей площади проветриваемого подполья эксплуатируемого здания при одновременном уменьшении количества используемых термостабилизаторов и освобождении прилегающей территории за счет размещения охлаждающих элементов в проветриваемом подполье. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области строительства сооружений в сложных инженерно-геологических условиях криолитозоны. Изобретение направлено на создание глубинных термосифонов со сверхглубокими подземными испарителями, порядка 50-100 м и более, с равномерным распределением температуры по поверхности испарителя, расположенного в грунте, что позволяет более эффективно использовать его потенциальную мощность по выносу тепла из грунта и увеличить энергетическую эффективность применяемого устройства. По первому варианту термосифон вместе с гильзой погружают вертикально в грунт на глубину 50 м. Термосифон содержит герметичный трубчатый корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной между ними. Конденсатор в зоне конденсации выполнен в виде центральной трубы большого диаметра и восьми патрубков меньшего диаметра с внешним оребрением из алюминия, расположенных вокруг центральной трубы. Патрубки соединены с отверстиями в ней, а в нижней части центральной трубы размещен сепаратор со сквозными патрубками для прохода парокапельной смеси хладагента (аммиака в первом варианте или углекислого газа - во втором) из испарителя в конденсатор и стока конденсата аммиака из конденсатора. Сквозные патрубки смонтированы на трубной доске. К патрубку для стока конденсата, расположенного по центру доски, снизу подсоединена внутренняя полиэтиленовая труба, которая опущена до низа трубы корпуса испарителя. В нижней части полиэтиленовой трубы выполнены отверстия для перетока жидкого хладагента в межкольцевое пространство, образованное стенками труб корпуса испарителя и внутренней трубы. По первому варианту (хладагент - аммиак) термосифон погружен в гильзу, заполненную 25-30%-ной аммиачной водой. Степень заполнения термосифона жидким аммиаком ε=0,47-0,52 при 0°С. По второму варианту термосифон заполняют углекислым газом и погружают вертикально в грунт без гильзы, степень заполнения жидким углекислым газом ε=0,45-0,47. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 пр.

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. Способ включает бурение вертикальной скважины полой шнековой колонной (ПШ) до проектной отметки с последующим извлечением съемного центрального долота, установку на верхнюю часть ПШ цементировочной головки со шлангом от цементонасоса, извлечение ПШ с одновременной подачей цементного раствора через ПШ до заполнения скважины и установку охлаждающего устройства с теплоизоляционным кожухом на конденсаторе (при отрицательных температурах атмосферного воздуха), который демонтируют после твердения цементного раствора. Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить технологичность монтажа охлаждающих устройств, эффективность процесса охлаждения грунтов и долговечность охлаждающих конструкций, заглубленных в грунтовый массив. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

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). Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение экономичности, надежности и стабильности работы. Технический результат достигается тем, что система для охлаждения и замораживания грунтов, включающая установку подземных теплообменников с жидким теплоносителем с температурой замерзания ниже нуля градусов по Цельсию (рассолом), характеризуется тем, что в качестве жидкого теплоносителя используют криопэги, причем криопэг подается в замораживающие колонки из криолитозоны в теплообменники. Отработанные криопэги могут принудительно отводиться в массив криолитозоны. Наружная часть циркуляционного контура может быть термоизолирована. Технический результат – повышение экономичности достигается отсутствием энергозатратных холодильных машин и за счет отсутствия необходимости в приготовлении специального охлаждающего раствора. Технический результат – повышение надежности достигается снижением количества компонентов системы, вероятность выхода из строя каждого из которых отличается от нулевой. Технический результат – повышение стабильности работы достигается стабильностью температуры криопэга, общее количество которого значительно превышает количество используемого за сезон криопэга. Изобретение может с успехом применяться при строительстве промышленно-гражданских сооружений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

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. Техническим результатом является создание конструкции фундамента, в полной мере обеспечивающей обогрев здания с одновременным сохранением грунтов основания в мёрзлом состоянии вне зависимости от изменения климата и при этом не вызывающей чрезмерного охлаждения многолетнемёрзлых грунтов, которое может привести к их растрескиванию, без устройства подсыпки. Технический результат достигается тем, что поверхностный фундамент для одноэтажного здания на многолетнемерзлых грунтах состоит из совокупности фундаментных модулей полной заводской готовности, которые подключаются к тепловому насосу параллельно с помощью теплоизолированных коллекторов греющего и охлаждающего контуров теплового насоса, при этом теплоизолированный коллектор греющего контура имеет дополнительный источник тепла, компенсирующий недостаток низкопотенциального тепла, перекачиваемого тепловым насосом из грунта для обогрева здания, интенсивность которого автоматически регулируется в зависимости от теплопотерь здания и количества низкопотенциального тепла, перекачиваемого тепловым насосом. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

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. Техническим результатом является упрощение конструкции установки в целом, позволяющим уменьшить количество выходящих на поверхность трубопроводов, соединяющих зону испарения с зоной конденсации, без снижения эффективности работы этих зон. Технический результат достигается тем, что установка имеет зону испарения с несколькими патрубками и зону конденсации с несколькими конденсаторами, соединенные через транспортную зону. Особенности установки заключаются в выполнении зоны конденсации в виде моноблочной конструкции, имеющей штуцер для стравливания воздуха, и связь ее с зоной испарения через единственный транспортный канал в виде верхнего и нижнего трубопроводов, соединенных через запорный вентиль, а также наличие в зоне испарения коллектора, к которому присоединены патрубки. Оба соединения трубопровода являются разъемными. Трубопровод и патрубки выполнены из легко деформируемого материала, а используемый жидкий теплоноситель имеет пары тяжелее воздуха. Комплект для сооружения установки включает первое изделие - моноблочный конденсатор, второе изделие - верхний транспортный трубопровод и третье изделие в виде последовательно соединенных вентиля, трубопровода и коллектора с патрубками. Третье изделие при изготовлении заполняют теплоносителем, его трубопровод и патрубки сгибают в бухты вокруг коллектора. Конструкция установки и ее комплектация обеспечивают технический результат, заключающийся в более удобной транспортировке и возможности разнесения во времени работ по размещению подземной и надземной частей на месте будущей эксплуатации. Связь этих частей через единственный указанный канал и возможность изгиба его нижней части облегчает размещение установки при наличии в непосредственной близости от нее других строящихся объектов. Установка после соединения ее частей не требует заправки теплоносителем в неблагоприятных условиях строительства и запускается в действие открыванием вентиля с последующим стравливанием воздуха через штуцер. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

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. При этом по меньшей мере в одной зоне теплообмена установлена кольцеобразная вставка, имеющая повышенную удельную поверхность. Наружная поверхность вставки контактирует с внутренней поверхностью корпуса в зоне теплообмена. Площадь поперечного сечения кольцеобразной вставки не превышает 20 площади поперечного сечения полости корпуса. Технический результат состоит в повышении теплопередающих характеристик при сохранении компактности термостабилизатора, а также повышении эффективности работы термостабилизатора грунта. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Сезонно-действующие охлаждающие устройства (СОУ) предназначены для поддержания грунта в мерзлом состоянии, что обеспечивает устойчивость зданий, сооружений на сваях, а также сохраняет замерзший грунт вокруг опор ЛЭП и трубопроводов, вдоль насыпей железнодорожных путей и автомобильных магистралей. В основе технологии сезонно-действующих охлаждающих устройств лежит устройство передачи тепла (термосифон), которое в зимний период извлекает тепло из почвы и передает его в окружающую среду. Важной особенностью этой технологии является то, что она естественно-действующая, т.е. не нуждается во внешних источниках энергии.

Принцип работы всех видов сезонно-действующих охлаждающих устройств одинаков. Каждый из них состоит из герметичной трубы, в которой находится теплоноситель - хладагент: углекислота, аммиак и др. Труба состоит из двух секций. Одна секция размещается в земле и называется испарителем. Вторая, радиаторная секция трубы, расположена на поверхности. Когда температура окружающей среды опускается ниже температуры земли, где залегает испаритель, пары хладагента начинают конденсироваться в радиаторной секции. В результате снижается давление и хладагент в испарительной части начинает вскипать и испаряться. Этот процесс сопровождается переносом тепла из испарительной части в радиаторную.

Теплопередача с использованием термосифона

В настоящее время существует несколько типов конструкций сезонно-действующих охлаждающих устройств:

1) Термостабилизатор . Представляют собой вертикальную трубу термосифона, вокруг которой замораживается грунт.

2) . Представляет собой вертикальную сваю с интегрированным термосифоном. Термосвая может нести некоторую нагрузку, например опору нефтепровода.

3) Глубинное сезонно-действующее охлаждающее устройство . Представляет собой длинную (до 100 метров) трубу термосифона с увеличенным диаметром. Такие охлаждающие устройства применяются для температурной стабилизации грунтов на большой глубине, например для термостабилизации дамб и плотин.

4) . Этот тип охлаждающего устройства отличается от термостабилизатора тем, что установка испарительной трубы выполняется под уклоном около 5%. В этом случае существует возможность установки наклонной испарительной трубы непосредственно под зданиями, возведенными на бетонных плитах.

5) Горизонтальное охлаждающее устройство . Особенностью горизонтального сезонно-действующего охлаждающего устройства является то, что оно устанавливается полностью горизонтально на уровне подготовленного насыпного основания. В этом случае здание возводится непосредственно на непросадочном грунте, расположенном на слое изоляции и испарительных трубах. Преимуществом горизонтальных охлаждающих устройств является возможность их использования в двух конфигурациях: на плитных и свайных фундаментах.

6) Система вертикальных охлаждающих устройств . Этот тип сезонно-действующих охлаждающих устройств похож на горизонтальное охлаждающее устройство, но в отличие от него, помимо горизонтальных испарительных труб, может содержать до нескольких десятков вертикальных испарительных труб. Преимуществом этой системы является более эффективное поддержание грунта в мерзлом состоянии. Недостатком вертикальных систем охлаждающих устройств является затруднительность их ремонта и обслуживания.

Термостабилизаторы грунтов применяются при строительстве фундаментов в условиях вечной мерзлоты, что сократить объемы капиталовложений от 20% до 50% за счет увеличения несущей способности, сократить сроки строительства до 50% и площадь строительства до 50%, а также гарантировать безопасность любого самого сложного сооружения.

Общее описание:

Термостабилизаторы грунтов представлены четырьмя основными видами сезоннодействующих охлаждающих устройств (СОУ):

– горизонтальные естественнодействующие трубчатые системы (ГЕТ),

– вертикальные естественнодействующие трубчатые системы (ВЕТ),

– индивидуальные термостабилизаторы,

– глубинные СОУ.

Видео:

Термостабилизаторы грунтов имеют преимущества:

Применение данных технологий при строительстве фундаментов позволяет:

– поддерживать необходимую проектную температуру грунтов основания,

– сократить объемы капиталовложений от 20% до 50% за счет увеличения несущей способности,

– сократить сроки строительства до 50%,

– сократить площадь строительства до 50%,

– гарантировать безопасность любого самого сложного сооружения,

– в качестве хладагента используется аммиак или углекислота,

– режим работы с октября по апрель.

Применение:

– линейно-протяженные объекты: нефтепродуктопроводы, газопроводы, технологические трубопроводы, автомобильные дороги, железные дороги, опоры мостов и акведуков, опоры ЛЭП, опоры технологических трубопроводов , водоводов,

– инженерные сооружения: резервуарные парки емкостей, устья газовых скважин, устья нефтяных скважин, факелы открытого типа, шламовые амбары, полигоны ТБО, парки химических реагентов, технические эстакады,

– здания: нефтеперекачивающие станции, газокомпрессорные станции, опорные базы промыслов, жилые комплексы, промышленные здания, здания общественно-гражданского назначения,

– гидротехнические сооружения: склоновые участки нефтегазопроводов, берегоукрепление, плотины, гидроузлы, дамбы, противофильтрационные, мерзлотные завесы.

Горизонтальные естественнодействующие трубчатые (ГЕТ) системы:

Система ГЕТ представляет собой герметично выполненное теплопередающее устройство, автоматически действующее в зимнее время за счет силы тяжести и положительной разницы температур между грунтом и наружным воздухом.

Система ГЕТ состоит из двух основных элементов: 1) охлаждающие трубы (испарительная часть), 2) конденсаторный блок. Охлаждающие трубы размещены в основании сооружения. Служат для циркуляции хладагента и замораживания грунта. Конденсаторный блок располагается над поверхностью грунта и соединяется с испарительной частью. Конденсаторный блок может быть удален от объекта до 100 м.

Система ГЕТ работает без электроэнергии в автоматическом естественном режиме. В зимний период в охлаждающих трубах происходит перенос тепла от грунта к хладагенту. Хладагент переходит из жидкой фазы в парообразную. Пар перемещается в сторону конденсаторного блока, где снова переходит в жидкую фазу, отдавая тепло через оребрение в атмосферу. Охлажденный и сконденсированный хладагент вновь стекает в испарительную систему и повторяет цикл движения. Конденсаторный блок заправляется на заводе необходимым количеством хладагента, достаточным для заполнения всей системы. Рабочее давление в системах составляет не более 4 атм.

Вертикальные естественнодействующие трубчатые (ВЕТ) системы:

Система ВЕТ - аналог системы ГЕТ, усиленный вертикальными трубами. Вертикальные трубы размещены в необходимых расчетных точках и соединены с конденсаторным блоком.

Особенность систем ВЕТ и ГЕТ - возможность осуществлять глубинное замораживание грунтов в самых недоступных местах или тех местах, где размещение надземных элементов нежелательно/невозможно. Все охлаждающие элементы расположены ниже поверхности грунта.

Системы ВЕТ и ГЕТ предназначены для эффективного поддержания заданного температурного режима вечномерзлых грунтов под фундаментами различных сооружений: резервуаров до 100 000 м3, автомобильных и железных дорог, зданий шириной до 120 м.

Индивидуальные термостабилизаторы грунтов:

Индивидуальный термостабилизатор выполнен как герметичная неразъемная сварная конструкция полной заводской готовности, заправленная хладагентом, с подземной испарительной частью и надземной конденсаторной.

Термостабилизатор устанавливается вертикально либо наклонно под углом до 45 градусов к вертикали, в непосредственной близости от нижнего конца свай в основаниях. Испарительная часть термостабилизатора находится в грунте и имеет защитное цинковое покрытие.

Предназначены для охлаждения талых и пластичномерзлых грунтов под зданиями с проветриваемым подпольем и без него, под эстакадами трубопроводов и для других сооружений с целью повышения их несущей способности. Применяются также для предупреждения выпучивания свай.

Общая длина индивидуального термостабилизатора 6-21 м, глубина подземной части – до 20 м, высота надземной конденсаторной части с алюминиевым оребрением - до 3 м.

Глубинные сезоннодействующие охлаждающие устройства:

Глубинное сезоннодействующее охлаждающее устройство (СОУ) – это герметичная неразъемная сварная конструкция, заправленная хладагентом.

В качестве хладагента для глубинных СОУ используется углекислота. Она заполняет всю промораживаемую высоту СОУ. Интенсивная циркуляция обеспечивается применением специальных внутренних устройств.

Глубина подземной части, в зависимости от объекта замораживания, может достигать 100 м. Высота надземной конденсаторной части - до 5 м.

Глубинные СОУ предназначены для замораживания и температурной стабилизации грунтов плотин, устьев скважин с целью обеспечения их эксплуатационной надежности, автомобильных дорог, замораживания локальных талых зон.

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com, http://www.npo-fsa.ru. Видео https://www.youtube.com/channel/UCc1o05Hz9mZQJ-VFl6YleIg. Фото и видео предоставлено ООО НПО «Фундаментстройаркос», http://www.npo-fsa.ru.

установка термостабилизаторов грунтов у тепловых камер теплосети
термостабилизаторы грунтов в условиях вечной мерзлоты монтаж цена купить тсг схема производство паяльника соу тк32 принцип работы пвх своими руками производство последние патенты

Коэффициент востребованности 1 546

Термостабилизация грунтов

Последние десятилетия отмечается рост температуры вечномерзлых грунтов. Это вызывает риски возникновения запроектных напряженно-деформированных состояний грунтов оснований, фундаментов, зданий и сооружений, возводимых на таких грунтах.

Эта серьезная проблема с каждым годом затрагивает все большее число объектов, эксплуатируемых на основаниях, сложенных вечномерзлыми грунтами (происходят неравномерные осадки, просадки фундаментов, разрушение элементов конструкций и т.д.).

Возведение зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах ведется по двум принципам:

Первый принцип основывается на сохранении вечномерзлого состояния грунтов на период всей эксплуатации здания или сооружения;

Второй принцип подразумевает использование грунтов в качестве оснований в оттаянном или оттаивающем состоянии (производится предварительное оттаивание на расчетную глубину до начала строительства или допускается оттаивание в период эксплуатации;

Выбор принципа зависит от инженерно-геокриологической обстановки. Необходимо учесть и сравнить целесообразность принципов. Первый принцип подразумевает, что выгоднее поддерживать грунты в мерзлом состоянии, чем усилять оттаявшие грунты.

Второй принцип больше подходит, когда оттаивание грунтов приводит к деформациям грунтов оснований, которые находятся в области допустимых значений для конкретного здания или сооружения. Этот принцип, например, подходит для скальных и твердомерзлых грунтов, деформации которых невелики в оттаянном состоянии.

Термостабилизация грунтов

Термостабилизация мерзлых грунтов призвана обеспечить возможность возведения зданий и сооружений по второму принципу.

Для поддержания грунтов в мерзлом состоянии применяется ряд мер. Одним из эффективных и экономически целесообразных методов является понижение температуры грунтов с помощью термостабилизаторов .

Термостабилизатор грунтов (ТСГ) представляет из себя парожидкостный сифон. Это заправленное хладагентом сезоннодействующее охлаждающее устройство для понижения температуры грунтов.

ТСГ погружают в пробуренные скважины рядом с фундаментом для понижения температуры массива грунта, являющуюся основанием фундамента. Часть устройства представляет из себя испаритель, забирающий тепло из грунтов, и конденсатор, отдающий тепло в окружающую атмосферу.

В термостабилизаторе происходит естественная конвекционная циркуляция хладагента, который переходит из одного агрегатного состояния в другое: из газа в жидкость и обратно.

Сконденсировавшийся хладагент (сжиженный аммиак или диоксид углерода) естественным образом под действием разности температур опускается в нижнюю часть ТСГ к грунтам. После, забрав от них тепло, превращается в пар и, испаряясь, возвращается на поверхность, где снова передает тепло окружающему воздуху через стенки радиатора-конденсатора, конденсируется. После цикл повторяется снова.

Циркуляция хладагента может быть ествественной конвекционно-гравитационной или принудительной. Это зависит от конструкции термостабилизатора.

Тип, конструкция и количество термостабилизаторов подбираются на основе индивидуальных расчетов для каждого объекта.

Термостабилизаторы показали свою эффективность, - с их помощью удается поддерживать грунты в вечномерзлом состоянии и обеспечивать прочность и неизменность льдогрунтовой плиты под сооружением.

Конвекционная циркуляция хладагента основывается на градиенте температур грунтов и наружного воздуха.

Во время летнего периода, как

только температура конденсатора - верхней, находящейся в атмосфере части термостабилизатора,

становится выше температуры теплоносителя,

циркуляция прекращается и процесс приостанавливается с частичным инерционным оттаиванием верхнего слоя грунта до следующего похолодания.

Схемы установок по способу монтажа и конструкции:

Одиночный скважинный термостабилизатор (ОСТ)

Наиболее простое устройство, позволяющее проводить монтажные работы как для строящихся, так и для существующих зданий и сооружений. ОСТ допускается устанавливать как вертикально, так и под углом наклона 45 градусов к поверхности;

Горизонтальная система термостабилизаторов (ГСТ) представляет из себя систему труб-испарителей, расположенных в одной горизонтальной плоскости в массиве грунта, являющегося основанием фундамента. Хладагент из труб испарителя переносится к конденсатору, расположенному на поверхности. Устройство ГСТ целесообразно при новом строительстве, когда возможно устройство котлована;

Вертикальная система термостабилизаторов (ВСТ) сочетает в себе горизонтальную систему, к трубам-испарителям, которой присоединены вертикальные трубы-испарители, уходящие вглубь массива грунта. Эта конструкция позволяет замораживать грунты на большую глубину, чем по схеме ГСТ. Устройство ВСТ целесообразно при новом строительстве, когда возможно устройство котлована;

Система термостабилизаторов, устанавливаемых в основание существующего здания или сооружения с помощью наклонно-направленного бурения.

Последний метод не требует разработки котлованов, траншей, укрепления, позволяет сохранить естественную структуру грунтов. Допустимо устройство системы термостабилизации грунтов параллельно со строительством самого здания или сооружения, что ускоряет процесс строительства.

Технико-экономические показатели при применении термостабилизации грунтов

Термостабилизация грунтов с помощью различных систем ТСГ позволяет снизить стоимость строительства до 50% и сократить срок строительства объектов почти в 2 раза.

"Термостабилизация грунтов" (скачать в PDF формате)

Копирование информации с данного сайта допускается только со ссылкой на http://сайт

Предложения, размещенные на данном интернет-сайте, не являются публичной офертой.