RU156932U1

RU156932U1 - Устройство для охлаждения вечномёрзлых грунтов

Info

Publication number: RU156932U1
Application number: RU2015119988/03U
Authority: RU
Inventors: Вадим Васильевич Пассек; Михаил Алексеевич Баев; Александр Валерьевич Набоков; Андрей Павлович Бабух; Владимир Павлович Величко; Илья Николаевич Палавошев; Геннадий Мортхович Поз; Владимир Фёдорович Бай
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2015-11-20

Abstract

1. Устройство для охлаждения вечномёрзлых грунтов, содержащее вертикально расположенную полую конструкцию трубчатого вида, частично погружённую в грунт и содержащую надземную и подземную части, причём с обоих концов заглушённую крышками, отличающееся тем, что надземная и подземная части выполнены раздельно из труб одинакового внутреннего диаметра d с толщиной стенок δ и состыкованы друг с другом внахлест на протяжении переходной зоны высотой h, шириной В и длиной С, расположенной в зоне поверхности грунта, причём переходная зона выполнена в поперечном сечении из двух полутруб диаметром d, обращённых друг к другу вогнутыми частями и объединёнными с боков накладками толщиной δ, а оба торца переходной зоны заглушены крышками, при этом B=d+2δ+2δ, м; C=2d+4δ, м;2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит коаксиальную вставку, выполненную в виде полой конструкции трубчатого вида с длиной, равной длине установки для охлаждения вечномёрзлых грунтов, причём в зоне подземной и надземной частей выполнена раздельной из трубы внутренним диаметром dи толщиной стенок δ, при этом обе эти части контактируют с общей стороной установки для её подземной и надземной частей, а переходная зона высотой h, шириной Ви длиной С, между надземной и подземной частями расположена в пределах переходной зоны установки и выполнена в поперечном сечении из двух полутруб с внутренним диаметром dи толщиной стенок δ, обращённых друг к другу вогнутыми частями и объединёнными с боков накладками толщиной δ, а оба торца переходной зоны заглушены крышками, причём в верхнем и нижнем концах коаксиальная вставка снабжена отверстием площадью S в свое�

Description

Полезная модель относится к области строительства, а именно к устройствам для охлаждения и замораживания грунтов, используемым при строительстве инженерных сооружений в районах вечной мерзлоты.

Известно устройство для охлаждения вечномерзлых грунтов (Пассек В.В., Петров В.И. Термоопоры - эффективный и перспективный вид конструкций на вечной мерзлоте. М.: ОАО ЦНИИС, 2009. - С. 13. рис. 2.3). Устройство представляет из себя вертикально погруженную в грунт трубу с замкнутыми торцами и имеющую сквозную по всей высоте полость, надземная часть которой расположена выше, а подземная - ниже естественной поверхности грунта, при этом внутри полости находится коаксиальная вставка для разделения теплых и холодных потоков воздуха, а на надземную часть опирается ригель. Достоинством данной конструкции является простота в изготовлении и надежность. Недостатком является недостаточная эффективность охлаждения окружающего грунта при небольшой высоте надземной части.

Известно устройство для охлаждения вечномерзлых грунтов (Пассек В.В., Петров В.И. Термоопоры - эффективный и перспективный вид конструкций на вечной мерзлоте. М.: ОАО ЦНИИС, 2009. - С. 13. рис. 2.4). Устройство представляет из себя вертикально погруженную в грунт трубу с замкнутыми торцами и имеющую сквозную по всей высоте полость, надземная часть которой расположена выше, а подземная - ниже естественной поверхности грунта, при этом надземная часть не заканчивается на уровне ригеля, а проходит сквозь него и продолжается дальше, до уровня, обеспечивающего рациональный размер теплообменника. Достоинством данной конструкции является высокая эффективность охлаждения грунта при невысоком уровне опорной части. Недостатком является сложность обеспечения надежности, поскольку передача нагрузки осуществляется не через торец, а через боковую поверхность.

Задачей данного технического решения является повышение надежности конструкции при сохранении высокой эффективности охлаждения.

Для достижения указанного технического результата устройство для охлаждения вечномерзлых грунтов содержит вертикально расположенную полую конструкцию трубчатого вида, частично погруженную в грунт и содержащую надземную и подземную части, с обоих концов заглушенную крышками. Надземная и подземная части выполнены раздельно из труб одинакового внутреннего диаметра d с толщиной стенок 5 и состыкованы друг с другом внахлест на протяжении переходной зоны высотой h_П, шириной В и длиной С расположенной в зоне поверхности грунта, причем переходная зона выполнена в поперечном сечении из двух полутруб диаметром d, обращенных друг к другу вогнутыми частями и объединенными с боков накладками толщиной δ_H, а оба торца переходной зоны заглушены крышками, при этом

B=d+2δ+2δ_H, м; C=2d+4δ, м;

Кроме того устройство может содержать коаксиальную вставку, выполненную в виде полой конструкции трубчатого вида с длиной, равной длине установки для охлаждения вечномерзлых грунтов, причем в зоне подземной и надземной частей выполнена раздельной из трубы с внутренним диаметром d_К и толщиной стенок δ_К, при этом обе эти части контактируют с общей стороной установки для ее подземной и надземной частей, а переходная зона высотой h_ПК, шириной В_К и длиной С_К, между надземной и подземной частями расположена в пределах переходной зоны установки и выполнена в поперечном сечении из двух полутруб с внутренним диаметром d_К и толщиной стенок δ_К, обращенных друг к другу вогнутыми частями и объединенными с боков накладками толщиной δ_Н, а оба торца переходной зоны заглушены крышками, причем в верхнем и нижнем концах коаксиальная вставка снабжена отверстием площадью S в своей боковой поверхности, при этом h_ПК=0,7 h_П, м; d_К=0,7 d, м;

B_К=d_К+2δ_К+2δ_Н, м; С_К=2d_К+2δ+4δ_К, м;

.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где

на фиг. 1 приведена схема устройства (разрез Г-Г на фиг. 2, 3, 4),

на фиг. 2 - сечение надземной части устройства (сечение А-А на фиг. 1),

на фиг. 3 - сечение переходной зоны устройства (сечение Б-Б на фиг. 1),

на фиг. 4 - сечение подземной части устройства (сечение В-В на фиг. 1),

на фиг. 5 - схема разрезки трубы для изготовления устройства,

на фиг. 6 - общий вид устройства для охлаждения вечномерзлых грунтов.

Устройство для охлаждения вечномерзлых грунтов оснований инженерных сооружений содержит имеющую внутреннюю полость 1 вертикально расположенную конструкцию трубчатого вида, частично погруженную ниже поверхности 2 грунта и содержащую надземную 3 и подземную 4 части, выполненные раздельно из труб 5 и 6 одинакового внутреннего диаметра d с толщиной стенок δ, заглушенных с обоих концов крышками 7 и 8. Надземная 3 и подземная 4 части состыкованы друг с другом на протяжении переходной зоны высотой h_П, расположенной в зоне поверхности 2 грунта. Переходная зона выполнена в поперечном сечении из двух полутруб внутренним диаметром d, обращенных друг к другу вогнутыми частями и объединенными с боков накладками 9 внахлест, а оба торца переходной зоны заглушены крышками 10 и 11. На верхней крышке 10 расположена опорная часть 12, на которую опирается элемент сооружения 13. Высота h_П переходной зоны определяется из условия равенства площади отверстия между трубами 5 и 6 и площади поперечного сечения полости труб 5 и 6:

, откуда

. По конструктивным соображениям принимаем

.

Для упорядочения конвективных потоков внутренняя полость 1 устройства может содержать коаксиальную вставку, выполненную в виде имеющей внутреннюю полость 14 конструкции трубчатого вида с длиной, равной длине установки для охлаждения вечномерзлых грунтов. В переходной зоне подземной и надземной частей коаксиальная вставка выполнена раздельной из двух труб 15 и 16 с внутренним диаметром d_К и толщиной стенок δ_К, при этом обе эти части 15 и 16 контактируют с общей стороной установки для ее подземной и надземной частей 3 и 4, при этом переходная зона высотой h_ПК между надземной и подземной частями 3 и 4 расположена в пределах переходной зоны установки и выполнена в поперечном сечении из двух полутруб внутренним диаметром d_К, обращенных друг к другу вогнутыми частями и объединенными с боков накладками 17, а оба торца переходной зоны заглушены крышками 18 и 19, причем в верхнем и нижнем концах коаксиальная вставка снабжена отверстиями 20 и 21 площадью S каждая, при этом h_ПК=0,7 h_П, м; d_K=0,7 d, м; B_K=d_K+2δ_K+2δ_Н, м; C_K=2d_K+2δ+4δ_К, м;

.

Устройство для охлаждения вечномерзлых грунтов работает следующим образом.

Нагрузка от сооружения 13 через опорную часть 12 передается на крышку переходной части 10, а далее - на саму конструкцию. Подземная часть 4 конструкции должна выдерживать вертикальную, и, если имеется, горизонтальную составляющие нагрузки. При этом продольная сила и изгибающий момент воспринимаются материалом установки. Нагрузка в подземной части 4 конструкции воспринимается двумя составляющими: сопротивлением по смерзанию с грунтом боковых поверхностей трубы 6 и сопротивлением грунта по торцу конструкции, образованному крышкой 8. Труба 5 не воспринимает нагрузки от сооружения, а обеспечивает охлаждение грунта.

Охлаждение вечномерзлых грунтов установкой происходит следующим образом. В зимний период воздух внутри надземной части 5 охлаждается и опускается вниз по полости 1. В подземной 4 части охлажденный воздух, отдав холод через стенки трубы 6 в окружающий установку грунт, через отверстие 21 попадает в полость коаксиальной вставки (трубы 16), по которой поднимается вверх. Достигнув верхней части коаксиальной вставки, воздух выходит через отверстие 20 обратно в полость 1, где вновь охлаждается и т.д. В летний период охлаждение грунтов установкой приостанавливается, т.к. конвекция отсутствует.

Устройство для охлаждения вечномерзлых грунтов изготавливается следующим образом.

Части 5 и 6 конструкции изготавливаются из одной трубы с внутренним диаметром d и с толщиной стенок δ. В первую очередь на трубе делается два встречных поперечных надреза до ее середины, находящиеся на разных уровнях: первый - ниже верха трубы на расстоянии, равном разнице в уровнях крышек 7 и 10, а второй - ниже первого на высоту h_П. Далее, между крайними точками поперечных надрезов делается два продольных надреза длиной h_П, после чего труба разделяется на две части, как показано на фиг. 5. Перед скреплением частей 5 и 6 с помощью накладки 9 при необходимости в их полость помещается вставка для разделения воздушных потоков. Накладка 9 соединяется с частями 5 и 6 внахлест с помощью сварки. После накладок к конструкции привариваются крышки 7, 8, 10, 11.

Эффективность предложенного технического решения определяется повышением надежности соединения ригеля с конструкцией при высокой эффективности охлаждения грунта. Повышение надежности достигается за счет передачи нагрузки на торец трубы, а не на боковую ее поверхность, как в прототипе. Предлагаемая принципиальная схема устройства позволяет также путем варьирования длины накладки 9 изменять размер опорной зоны для конструкции 13.

Claims

1. Устройство для охлаждения вечномёрзлых грунтов, содержащее вертикально расположенную полую конструкцию трубчатого вида, частично погружённую в грунт и содержащую надземную и подземную части, причём с обоих концов заглушённую крышками, отличающееся тем, что надземная и подземная части выполнены раздельно из труб одинакового внутреннего диаметра d с толщиной стенок δ и состыкованы друг с другом внахлест на протяжении переходной зоны высотой h_П, шириной В и длиной С, расположенной в зоне поверхности грунта, причём переходная зона выполнена в поперечном сечении из двух полутруб диаметром d, обращённых друг к другу вогнутыми частями и объединёнными с боков накладками толщиной δ_H, а оба торца переходной зоны заглушены крышками, при этом B=d+2δ+2δ_H, м; C=2d+4δ, м;

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит коаксиальную вставку, выполненную в виде полой конструкции трубчатого вида с длиной, равной длине установки для охлаждения вечномёрзлых грунтов, причём в зоне подземной и надземной частей выполнена раздельной из трубы внутренним диаметром d_К и толщиной стенок δ_К, при этом обе эти части контактируют с общей стороной установки для её подземной и надземной частей, а переходная зона высотой h_ПК, шириной В_К и длиной С_К, между надземной и подземной частями расположена в пределах переходной зоны установки и выполнена в поперечном сечении из двух полутруб с внутренним диаметром d_К и толщиной стенок δ_К, обращённых друг к другу вогнутыми частями и объединёнными с боков накладками толщиной δ_H, а оба торца переходной зоны заглушены крышками, причём в верхнем и нижнем концах коаксиальная вставка снабжена отверстием площадью S в своей боковой поверхности, при этом h_ПК=0,7h_П, м; d_К=0,7d, м; B_К=d_К+2δ_К+2δ_H, м; C_К=2d_К+2δ+4δ_К, м;