RU127091U1

RU127091U1 - VERTICAL COOLING COLUMN

Info

Publication number: RU127091U1
Application number: RU2012148501/03U
Authority: RU
Inventors: Илья Александрович Миронов; Наталья Борисовна Кутвицкая; Энвер Валерьевич Ибрагимов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Фундаментпроект"
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2013-04-20

Abstract

1. Колонка вертикальная охлаждающая, включающая полностью погруженный вертикально в грунт герметично закрытый корпус, содержащий нагнетательную и отводящую трубы, отличающаяся тем, что корпус выполнен составным из двух труб одинакового диаметра - верхней и нижней, соединенных втулкой, содержащей заглушку с двумя отверстиями, через одно из которых пропущена нагнетательная труба, а к другому отверстию приварен нижний конец отводящей трубы, при этом верхняя труба корпуса заполнена термоизоляционным материалом - инертным газом, а нижняя труба корпуса включает внутреннюю полую трубу, расположенную коаксиально корпусу с кольцевым зазором, закрытую с обоих концов заглушками, имеющими отверстия, через которые сквозь полость внутренней трубы пропущена нагнетательная труба, при этом на нижней части внутренней трубы с внешней стороны навиты витки спирали.2. Колонка по п.1, отличающаяся тем, что диаметр внутренней трубы больше величины зазора между внутренней трубой и нижней трубой корпуса.3. Колонка по п.1, отличающаяся тем, что нагнетательная и отводящая трубы выполнены с компенсаторами температурных деформаций.4. Колонка по п.1, отличающаяся тем, что нижняя труба корпуса и содержащаяся в ней внутренняя труба выполнены из нержавеющей стали, а верхняя труба может быть выполнена из обычной промышленной стали.1. The vertical cooling column, comprising a hermetically sealed enclosure completely immersed vertically in the ground, containing discharge and outlet pipes, characterized in that the enclosure is made up of two pipes of the same diameter - the upper and lower, connected by a sleeve containing a plug with two holes, through one of which the discharge pipe is passed, and the lower end of the discharge pipe is welded to another hole, while the upper pipe of the casing is filled with heat-insulating material - inert gas, and the lower pipe ba housing includes an inner hollow tube disposed coaxially with the housing an annular gap which is closed at both ends with plugs, having openings through which the cavity through the inner tube skipped injection pipe, wherein the lower portion of the inner tube from the outer side spirali.2 wound coils. The column according to claim 1, characterized in that the diameter of the inner pipe is greater than the gap between the inner pipe and the lower pipe of the casing. The column according to claim 1, characterized in that the discharge and discharge pipes are made with expansion joints for temperature deformations. The column according to claim 1, characterized in that the lower pipe of the housing and the inner pipe contained therein are made of stainless steel, and the upper pipe can be made of ordinary industrial steel.

Description

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована для повышения несущей способности грунтов оснований и фундаментов путем охлаждения заданного интервала грунта и восстановления кровли вечномерзлых грунтов.The utility model relates to the field of construction and can be used to increase the bearing capacity of soils of foundations and foundations by cooling a given interval of soil and restoring the roof of permafrost soils.

Рост температуры мерзлых грунтов и уменьшение их несущей способности представляют серьезную угрозу для зданий и сооружений. Многие из них построены на свайных фундаментах, используют многолетнемерзлый грунт в качестве оснований и рассчитаны на эксплуатацию в определенных температурных условиях. При отклонении от проектного режима эксплуатации отапливаемых зданий и сооружений процесс таяния льдонасыщенных мерзлых грунтов происходит интенсивнее. Особенно быстрое оттаивание мерзлых грунтов наблюдается в основании фундаментов при попадании в них грунтовых или теплых технологических вод, образующихся, например, под влиянием тепловыделения сооружений или инженерных коммуникаций.An increase in the temperature of frozen soils and a decrease in their bearing capacity pose a serious threat to buildings and structures. Many of them are built on pile foundations, use permafrost soil as foundations and are designed for operation in certain temperature conditions. When deviating from the design mode of operation of heated buildings and structures, the process of melting of ice-saturated frozen soils occurs more intensively. Particularly rapid thawing of frozen soils is observed at the base of foundations when ground or warm process waters get into them, formed, for example, under the influence of heat generation from structures or utilities.

Для уменьшения глубины чаши оттаивания и восстановления глубины залегания кровли вечномерзлых грунтов используется целый комплекс мероприятий, направленных на повышение несущей способности грунтов оснований и фундаментов. Использование устройств принудительного охлаждения - охлаждающих колонок, входящих в состав рассольной сети - один из вариантов термостабилизации грунтов.To reduce the depth of the thawing bowl and restore the depth of the roof of permafrost soils, a whole range of measures is used to increase the bearing capacity of soils of foundations and foundations. The use of forced cooling devices - cooling columns included in the brine network - is one of the options for thermal stabilization of soils.

Известны устройства для искусственного охлаждения грунта - замораживающие колонки, входящие в состав рассольной системы принудительного охлаждения. Известная замораживающая колонка состоит из замораживающей трубы, башмака, головки и питающей трубы, расположенной коаксиально замораживающей трубе с образованием кольцевого зазора для циркуляции охлаждающего рассола (Н.Г.Трупак, Замораживание грунтов при строительстве подземных сооружений. М., «Недра», 1979, сс.92-104). Также известны замораживающие колонки, включающие корпус с наглухо заваренным нижним концом, опущенные в корпус питающую и отводящую трубы. (С.Н.Власов и др. Строительство метрополитенов. М., «Транспорт» 1987, рис.83).Known devices for artificial soil cooling - freezing columns included in the brine forced cooling system. Known freezing column consists of a freezing pipe, shoe, head and feed pipe, located coaxially freezing pipe with the formation of an annular gap for circulation of the cooling brine (N. G. Trupak, Freezing soils during the construction of underground structures. M., "Nedra", 1979, pp. 92-104). Freezing columns are also known, including a housing with a tightly welded lower end, a supply and a discharge pipe lowered into the housing. (S.N. Vlasov and others. Construction of subways. M., "Transport" 1987, Fig. 83).

В результате использования известных устройств, охлаждение грунтового массива происходит по всей длине колонки, а учитывая тот факт, что грунты чаши оттаивания, как правило, обводнены и мелкодисперсны, это приводит к возникновению значительных сил морозного пучения. Если суммарная сила морозного пучения превысит несущую способность фундамента по боковой поверхности, то возникнут деформации с обратным знаком, которые приведут к скорейшему разрушению здания. Для предотвращения этого явления необходимо подбирать мощность промораживаемой толщи грунта.As a result of the use of known devices, the cooling of the soil mass occurs along the entire length of the column, and given the fact that the soils of the thawing bowl are usually flooded and finely dispersed, this leads to the emergence of significant frost heaving forces. If the total force of frost heaving exceeds the bearing capacity of the foundation along the lateral surface, then deformations with the opposite sign will occur, which will lead to the early destruction of the building. To prevent this phenomenon, it is necessary to select the power of the frozen soil mass.

Техническое решение по предлагаемой полезной модели направлено на достижение технического результата заключающегося в повышении несущей способности грунтов оснований сооружений путем охлаждения заданного интервала грунта основания в сочетании с повышением эффективности охлаждения.The technical solution for the proposed utility model is aimed at achieving a technical result consisting in increasing the bearing capacity of the soil of the foundations of structures by cooling a predetermined interval of the soil of the base in combination with an increase in cooling efficiency.

Известно устройство для зонального замораживания пород (авторское свидетельство СССР №479849, кл. E02D 3/12, опубликовано 05.08.1975 г.), включающее обсадную трубу с днищем, подающую и отсасывающую трубы и разъемный фланец с уплотнительной прокладкой, который, с целью удержания рассола на заданном уровне, смонтирован внутри обсадной трубы и на который насыпан песок, пропитанный полимерным вяжущим.A device for zonal freezing of rocks is known (USSR author's certificate No. 479849, class E02D 3/12, published 05.08.1975), including a casing with a bottom, suction and suction pipes and a split flange with a gasket, which, in order to hold brine at a given level, mounted inside the casing and onto which sand impregnated with a polymer binder is poured.

Наиболее близким к предлагаемому является техническое решение, заключающееся в применении устройства для локального замораживания грунтов, входящее в состав рассольной системы принудительного охлаждения (Н.Г.Трупак. Замораживание грунтов при строительстве подземных сооружений. М., «Недра», 1979, сс.305-309). Известное устройство включает замораживающую колонку, в которую опускаются питающая и отводящая трубы. На глубине, где не требуется производить замораживание грунта, в колонку вваривается диафрагма с отверстиями для пропуска питающей и отводящей труб. Свободное пространство верхней части колонки - над диафрагмой - заполнено термоизоляционным материалом - древесными опилками, а в нижней части колонки циркулирует охлаждающий рассол.Closest to the proposed one is a technical solution consisting in the use of a device for local freezing of soils, which is part of the brine forced cooling system (N.G. Trupak. Soil freezing during the construction of underground structures. M., "Nedra", 1979, pp. 305 -309). The known device includes a freezing column into which the supply and outlet pipes are lowered. At a depth where it is not required to freeze the soil, a diaphragm with holes for passing the supply and discharge pipes is welded into the column. The free space of the upper part of the column - above the diaphragm - is filled with heat-insulating material - sawdust, and a cooling brine circulates in the lower part of the column.

К недостаткам известных устройств можно отнести низкую эффективность промораживания грунта, так как, во-первых, применение в качестве термоизоляционного материала песка с полимерным вяжущим или древесных опилок ведет к теплопотерям при транспортировке рассола в замораживающую часть колонки, а, во-вторых, в замораживающей части колонки происходит смешивание прибывающего и отработанного потоков охлаждающего рассола, кроме того, внутренний объем рассола не контактирует со стенками замораживающей трубы и, следовательно, не участвует в процессе охлаждения. Так же, в известном устройстве не решена проблема температурного расширения материалов при использовании разнородных металлов в конструкции колонки, что приводит к снижению срока службы устройства.The disadvantages of the known devices include the low efficiency of soil freezing, because, firstly, the use of sand with a polymer binder or wood sawdust as a heat-insulating material leads to heat loss during transportation of the brine to the freezing part of the column, and, secondly, to the freezing part columns, the incoming and spent flows of the cooling brine are mixed, in addition, the internal volume of the brine does not contact the walls of the freezing tube and, therefore, does not participate in otsesse cooling. Also, in the known device is not solved the problem of thermal expansion of materials when using dissimilar metals in the design of the column, which reduces the life of the device.

Задачей настоящей полезной модели является обеспечение возможности замораживания заданного интервала грунта, повышение эффективности работы устройства путем увеличения интенсивности теплообмена и повышении надежности устройства при длительной эксплуатации.The objective of this utility model is to provide the possibility of freezing a given interval of soil, increasing the efficiency of the device by increasing the heat transfer rate and increasing the reliability of the device during long-term operation.

Решение поставленной задачи достигается тем, что колонка вертикальная охлаждающая включает погруженный вертикально в грунт герметично закрытый корпус, содержащий нагнетательную трубу, подающую охлаждающий рассол из рассольной системы принудительного охлаждения, и отводящую трубу. Согласно полезной модели, корпус состоит из двух труб одинакового диаметра: верхней - транспортной и нижней - охлаждающей, соединенных втулкой, содержащей заглушку с двумя отверстиями, через одно из которых пропущена нагнетательная труба, а к другому отверстию приварен нижний конец отводящей трубы, при этом верхняя труба корпуса герметична и заполнена термоизоляционным материалом - инертным газом, что так же позволяет избегать теплопотери при транспортировке охлаждающего рассола в нижнюю охлаждающую трубу. Для предотвращения соприкосновения нагнетательной и отводящей трубы между собой и со стенками верхней трубы корпуса, нагнетательная и отводящая трубы продеты, по крайней мере, в один резиновый диск, фиксирующий их положение, при этом диаметр диска меньше диаметра трубы корпуса.The solution to this problem is achieved by the fact that the vertical cooling column includes a hermetically sealed enclosure immersed vertically in the ground, containing a discharge pipe supplying a cooling brine from the brine forced cooling system and a discharge pipe. According to a utility model, the casing consists of two pipes of the same diameter: the upper one - transport and the lower one - cooling, connected by a sleeve containing a plug with two holes, through which one discharge pipe is passed, and the lower end of the discharge pipe is welded to the other hole, while the upper the casing pipe is sealed and filled with heat-insulating material - an inert gas, which also avoids heat loss during transportation of the cooling brine to the lower cooling pipe. To prevent the discharge and outlet pipes from touching each other and with the walls of the upper pipe of the housing, the injection and discharge pipes are threaded into at least one rubber disk fixing their position, while the diameter of the disk is smaller than the diameter of the pipe of the housing.

Нижняя охлаждающая труба корпуса предназначена для циркуляции охлаждающего рассола и содержит внутри полую трубу, расположенную коаксиально корпусу с кольцевым зазором для циркуляции охлаждающего рассола, закрытую с обоих концов заглушками, имеющими по одному отверстию, через которые, сквозь полость трубы, пропущена нагнетательная труба, подающая охлаждающий рассол в пространство между нижней заглушкой внутренней трубы и нижней заглушкой корпуса. Наличие внутренней трубы увеличивает интенсивность теплообмена при одновременном снижении расхода охлаждающего рассола. Для обеспечения продвижения рассола вверх по всему пространству упомянутого кольцевого зазора и для разделения вновь поступающего и отработанного потоков рассола на нижней части внутренней трубы, с внешней стороны, навиты витки спирали с вертикальной осевой линией.The lower cooling pipe of the casing is designed to circulate the cooling brine and contains a hollow pipe inside, located coaxially to the casing with an annular gap for circulating the cooling brine, closed at both ends with plugs having one hole through which the discharge pipe supplying the cooling pipe is passed through the pipe cavity brine into the space between the bottom plug of the inner pipe and the bottom plug of the housing. The presence of an inner pipe increases the heat transfer rate while reducing the flow rate of the cooling brine. In order to ensure that the brine moves upward over the entire space of the mentioned annular gap and to separate the newly arriving and spent brine flows on the lower part of the inner pipe, spiral coils with a vertical axial line are wound from the outside.

Внутренняя труба крепится посредством полой соединительной трубки, верхний конец которой приварен к отверстию в заглушке втулки, предназначенному для пропуска нагнетательной трубы, а нижний конец приварен к отверстию в верхней заглушке внутренней трубы, при этом диаметр соединительной трубки больше диаметра нагнетательной трубы.The inner pipe is fastened by means of a hollow connecting pipe, the upper end of which is welded to the hole in the plug of the sleeve, designed to pass the discharge pipe, and the lower end is welded to the hole in the upper plug of the inner pipe, while the diameter of the connecting pipe is larger than the diameter of the discharge pipe.

Величина кольцевого зазора между нижней трубой корпуса и внутренней трубой меньше диаметра внутренней трубы.The size of the annular gap between the lower pipe of the housing and the inner pipe is less than the diameter of the inner pipe.

Нижняя труба корпуса и содержащаяся в ней внутренняя труба выполнены из нержавеющей стали, а верхняя труба может быть выполнена из обычной промышленной стали.The lower pipe of the body and the inner pipe contained therein are made of stainless steel, and the upper pipe can be made of ordinary industrial steel.

Кроме того, для предотвращения температурных деформаций нагнетательная и отводящая трубы выполнены с компенсаторами температурной деформации, радиус изгиба которых 29 мм.In addition, to prevent temperature deformations, the discharge and outlet pipes are made with expansion joints, the bending radius of which is 29 mm.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 показана колонка вертикальная охлаждающая, продольный разрез, на фиг.2 - то же, разрез по линии 1-1.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, where Fig. 1 shows a vertical cooling column, a longitudinal section, Fig. 2 is the same, a section along line 1-1.

Колонка вертикальная охлаждающая включает погруженный вертикально в грунт герметично закрытый корпус, содержащий нагнетательную 1 и отводящую 2 трубы, согласно полезной модели, корпус состоит из двух труб одинакового диаметра: верхней - транспортной 3 и нижней - охлаждающей 4, соединенных втулкой 5, содержащей заглушку 6 с двумя отверстиями, через одно из которых пропущена нагнетательная труба 1, а к другому отверстию приварен нижний конец отводящей трубы 2, при этом верхняя труба корпуса герметична и заполнена инертным газом. Для предотвращения соприкосновения нагнетательной 1 и отводящей 2 трубы между собой и со стенками верхней трубы 3 корпуса, нагнетательная и отводящая трубы продеты, по крайней мере, в один резиновый диск 7, фиксирующий их положение, при этом диаметр диска меньше диаметра трубы корпуса.A vertical cooling column includes a hermetically sealed case immersed vertically in the ground, containing a discharge 1 and outlet 2 pipes, according to a utility model, the case consists of two pipes of the same diameter: the upper one - transport 3 and the lower one - cooling 4 connected by a sleeve 5 containing a plug 6 sec two holes, through one of which a discharge pipe 1 is passed, and the lower end of the discharge pipe 2 is welded to the other hole, while the upper pipe of the housing is sealed and filled with inert gas. To prevent the contact of the discharge 1 and the discharge pipe 2 with each other and with the walls of the upper pipe 3 of the housing, the discharge and discharge pipes are threaded into at least one rubber disk 7, fixing their position, while the diameter of the disk is smaller than the diameter of the pipe housing.

Нижняя труба 4 корпуса содержит внутри полую трубу 8, расположенную коаксиально корпусу с кольцевым зазором 9 для циркуляции охлаждающего рассола, герметично закрытую сверху и снизу заглушками 10 и 11 соответственно, имеющими отверстия, через которые, сквозь полость трубы, пропущена нагнетательная труба 1, подающая охлаждающий рассол в пространство между нижней заглушкой 11 внутренней трубы и нижней заглушкой 12 корпуса. Для обеспечения продвижения охлаждающего рассола вверх по всему пространству кольцевого зазора 9 и для разделения вновь поступающего и отработанного потоков охлаждающего рассола на нижней части внутренней трубы, с внешней стороны, навиты витки спирали 13 с вертикальной осевой линией.The lower pipe 4 of the casing contains a hollow pipe 8 inside, located coaxially to the casing with an annular gap 9 for circulation of the cooling brine, hermetically closed at the top and bottom with plugs 10 and 11, respectively, having openings through which the discharge pipe 1 is passed through the pipe cavity, supplying cooling brine into the space between the bottom plug 11 of the inner pipe and the bottom plug 12 of the housing. To ensure the advancement of the cooling brine up the entire space of the annular gap 9 and to separate the newly incoming and spent streams of the cooling brine on the lower part of the inner pipe, coils 13 with a vertical center line are wound from the outside.

Внутренняя труба крепится посредством полой соединительной трубки 14, верхний конец которой приварен к отверстию в заглушке 6 втулки, предназначенному для пропуска нагнетательной трубы 1, а нижний конец приварен к отверстию в верхней заглушке 10 внутренней трубы, при этом диаметр соединительной трубки больше диаметра нагнетательной трубы.The inner pipe is fastened by means of a hollow connecting pipe 14, the upper end of which is welded to the hole in the plug 6 of the sleeve, designed to pass the discharge pipe 1, and the lower end is welded to the hole in the upper plug 10 of the inner pipe, while the diameter of the connecting pipe is larger than the diameter of the discharge pipe.

Величина кольцевого зазора 9 между нижней трубой 4 корпуса и внутренней трубой 8 меньше диаметра внутренней трубы.The size of the annular gap 9 between the lower pipe 4 of the housing and the inner pipe 8 is less than the diameter of the inner pipe.

Кроме того, для предотвращения температурных деформаций нагнетательная и отводящая трубы выполнены с компенсаторами температурной деформации 15, радиус изгиба которых 29 мм.In addition, to prevent thermal deformations, the injection and outlet pipes are made with expansion joints 15, the bending radius of which is 29 mm.

Работает колонка вертикальная охлаждающая следующим образом.The vertical cooling column operates as follows.

В нагнетательную трубу 1 из рассольной системы принудительного охлаждения под давлением подается охлаждающий рассол, который по упомянутой трубе 1 транспортируется в нижнюю трубу 4 корпуса в пространство между нижней заглушкой 11 внутренней трубы и нижней заглушкой 12 корпуса. Попадая в кольцевой зазор 9, охлаждающий рассол проходит по виткам спирали 13 и далее вверх по кольцевому зазору до втулки 6, охлаждая пройденный интервал грунта. В полости между верхней заглушкой 10 внутренней трубы и втулкой 6 отработанный рассол собирается и выводится по отводящей трубе 2 в систему принудительного охлаждения.A cooling brine is supplied to the discharge pipe 1 from the brine forced cooling system under pressure, which is transported through said pipe 1 to the lower pipe 4 of the casing into the space between the lower plug 11 of the inner pipe and the lower plug 12 of the housing. Getting into the annular gap 9, the cooling brine passes along the coils of the spiral 13 and then up the annular gap to the sleeve 6, cooling the passed interval of the soil. In the cavity between the upper plug 10 of the inner pipe and the sleeve 6, the spent brine is collected and discharged through the discharge pipe 2 into the forced cooling system.

Claims

1. The vertical cooling column, comprising a hermetically sealed enclosure completely immersed vertically in the ground, containing discharge and outlet pipes, characterized in that the enclosure is made up of two pipes of the same diameter - the upper and lower, connected by a sleeve containing a plug with two holes, through one of which the discharge pipe is passed, and the lower end of the discharge pipe is welded to another hole, while the upper pipe of the casing is filled with heat-insulating material - inert gas, and the lower pipe ba housing includes an inner hollow tube disposed coaxially with the housing an annular gap which is closed at both ends with plugs, having openings through which the cavity through the inner tube skipped injection pipe, wherein the lower portion of the inner tube from the outer side coils wound spiral.

2. The column according to claim 1, characterized in that the diameter of the inner pipe is greater than the gap between the inner pipe and the lower pipe of the housing.

3. The column according to claim 1, characterized in that the discharge and discharge pipes are made with expansion joints for temperature deformations.

4. The column according to claim 1, characterized in that the lower pipe of the housing and the inner pipe contained therein are made of stainless steel, and the upper pipe can be made of ordinary industrial steel.