RU2792466C1 - Independent cooling unit - Google Patents

Independent cooling unit Download PDF

Info

Publication number
RU2792466C1
RU2792466C1 RU2022128945A RU2022128945A RU2792466C1 RU 2792466 C1 RU2792466 C1 RU 2792466C1 RU 2022128945 A RU2022128945 A RU 2022128945A RU 2022128945 A RU2022128945 A RU 2022128945A RU 2792466 C1 RU2792466 C1 RU 2792466C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
deflector
horn
exhaust
pipe
Prior art date
Application number
RU2022128945A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Нагапет Амирханович Устян
Original Assignee
Нагапет Амирханович Устян
Filing date
Publication date
Application filed by Нагапет Амирханович Устян filed Critical Нагапет Амирханович Устян
Application granted granted Critical
Publication of RU2792466C1 publication Critical patent/RU2792466C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: construction in permafrost conditions.
SUBSTANCE: invention and can be used as a soil thermal stabilizer to protect against degradation of the frozen foundation of building objects, such as roads, residential and industrial buildings. Autonomous cooling device is made in the form of a ventilation channel, contains a suction pipe forming an inlet air channel, a thermosiphon forming an increased cooling zone in the ventilation channel, and a main exhaust pipe, a rotary assembly and a horn deflector, which together form an exhaust channel. The suction pipe of the inlet air channel has a radius bend and a height less than the height of the exhaust channel, while the diameter of the thermosyphon exceeds the diameter of the air channels. The horn deflector of the exhaust channel has an exhaust pipe of the horn deflector connected to the main exhaust pipe by means of a rotary assembly, connecting elements for placing the horn on the exhaust pipe of the deflector and a weather vane.
EFFECT: increased intensity of soil cooling using the force of wind and cold of the surrounding air and the possibility of programming an ice curtain to cut off the base of the object from the lens of thawed soil in the zone of degradation of permafrost soils.
3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства в условиях вечной мерзлоты и может применяться как термостабилизатор грунтов для защиты от деградации мерзлого основания строительных объектов таких как дороги, жилые и промышленные сооружения.The invention relates to the field of construction in permafrost conditions and can be used as a soil thermal stabilizer to protect against degradation of the frozen base of building objects such as roads, residential and industrial buildings.

В районах распространения вечной мерзлоты после завершения строительства построенный объекта зачастую возникает необходимость в мероприятиях по его сохранению. Это связано с тем, что после постройки объекта изменился тепловой баланс грунтов, а территории застройки к новым условиям ещё не адаптировалась. Именно в начальный период эксплуатации многократно возрастает вероятность возникновения деформации дорог и инфраструктурных объектов от деградации мерзлого основания. Нарушение мохового и растительного покрова, и как следствие глубины сезонного протаивания мерзлоты, приводит к резкому снижению несущей способности грунтов основания, а порой и разжижению целых участков. Это оказывает пагубное влияние на построенные дороги, здания и сооружения, ухудшается их устойчивость, повышается деформативность грунтового основания, что может привести к потери устойчивости основания зданий, или разрушению целых участков дорог. Особенно эти процессы опасны на косогорных участках, где имеется хоть небольшой уклон. В районах распространения вечной мерзлоты для предотвращения подобных явлений применяют термостабилизаторы различных видов.In permafrost areas, after the construction of a constructed object is completed, it often becomes necessary to take measures to preserve it. This is due to the fact that after the construction of the facility, the thermal balance of soils has changed, and the building area has not yet adapted to the new conditions. It is during the initial period of operation that the probability of deformation of roads and infrastructure facilities from the degradation of the frozen base increases many times over. Violation of the moss and vegetation cover, and as a result of the depth of seasonal permafrost thawing, leads to a sharp decrease in the bearing capacity of the base soils, and sometimes to the liquefaction of entire areas. This has a detrimental effect on the constructed roads, buildings and structures, their stability worsens, the deformability of the soil base increases, which can lead to the loss of stability of the foundation of buildings, or the destruction of entire sections of roads. These processes are especially dangerous in slope areas, where there is at least a slight slope. In permafrost areas, various types of heat stabilizers are used to prevent such phenomena.

В настоящее время термостабилизаторы грунтов представлены несколькими основными видами сезоннодействующих охлаждающих устройств (СОУ), из которых заявляемое в качестве изобретения устройство относится к горизонтальным естественно действующим трубчатым системам (ГЕТ). Предложенная система ГЕТ представляет собой проточное теплопередающее устройство, автоматически действующее в зимнее время за счет разницы давления в разных концах устройства и положительной разницы температур между грунтом и наружным воздухом. К преимуществам ГЕТ относится то, что они не требуют источников питания, так как работают от силы ветра. Автономность работы не требует постоянного обслуживания. СОУ типа ГЕТ имеют широкий круг применения (дороги, дома, отдельно стоящие сооружения и так далее). Также к преимуществам ГЕТ можно отнести высокий КПД (коэффициент полезного действия) и простоту конструкции, они не имеют сложных механизмов и узлов.Currently, soil thermal stabilizers are represented by several main types of seasonal cooling devices (SDA), of which the device claimed as an invention belongs to horizontal naturally operating tubular systems (HET). The proposed GET system is a flow heat transfer device that automatically operates in winter due to the pressure difference at different ends of the device and the positive temperature difference between the ground and the outside air. The advantages of GET include the fact that they do not require power sources, as they operate on wind power. The autonomy of work does not require constant maintenance. GET-type LCSs have a wide range of applications (roads, houses, free-standing structures, and so on). Also, the advantages of HET include high efficiency (coefficient of performance) and simplicity of design, they do not have complex mechanisms and components.

Известна насыпь на сильнольдистых вечномерзлых грунтах [1] содержащая охлаждающую систему в виде полотнища с расположенными внутри него каналами. Полотнище с каналами может быть выполнено в виде сетки. Отверстия каналов, расположенные по краям полотна, соединены с поперечной воздухозаборной трубкой. Охлаждающая система выполнена в виде ряда бухт, состоящих из спирально закрученных полотнищ или сеток с каналами и установленных поперек оси трассы дороги. Охлаждающая система может быть выполнена комбинированной, по крайней мере, из двух слоев, из которых нижний состоит из бухт, а верхний - из полотнищ с каналами или трубками. Недостатком такого решения по охлаждению насыпи состоящее из труб разных диаметров является то, что охлаждающая система укладывается в нижней части насыпи, которая зимой заносится снегом и поступление холодного воздуха прекращается. Находясь в теле насыпи, трубы могут закупориваться конденсатом и закрыть прохождение холодного воздуха. Помимо этого, множество труб разных диаметров существенно усложняют устройство охлаждения и требует заводского изготовления.Known embankment on highly icy permafrost soils [1] containing a cooling system in the form of a cloth with channels located inside it. The panel with channels can be made in the form of a grid. Channel openings located along the edges of the web are connected to a transverse air intake tube. The cooling system is made in the form of a series of bays, consisting of spirally twisted panels or grids with channels and installed across the axis of the road. The cooling system can be made combined of at least two layers, of which the lower one consists of bays, and the upper one consists of panels with channels or tubes. The disadvantage of this solution for cooling the embankment, consisting of pipes of different diameters, is that the cooling system is placed in the lower part of the embankment, which is covered with snow in winter and the flow of cold air stops. Being in the body of the embankment, the pipes can become clogged with condensate and block the passage of cold air. In addition, many pipes of different diameters significantly complicate the cooling device and require prefabrication.

Известно устройство активной вентиляции и понижения температуры прямого всасывания, применимое к насыпи на многолетней мерзлоте [2, 3, 4] предназначенное для активного (принудительного) сезонного охлаждения грунтов основания и тела насыпи в зимнее время и содержит вентиляционную трубу, аспирационный вентилятор, пустотелую колонну, загонное устройство и устройство преобразования энергии ветра.A device for active ventilation and lowering the temperature of direct suction is known, applicable to an embankment on permafrost [2, 3, 4] designed for active (forced) seasonal cooling of the soils of the base and body of the embankment in winter and contains a ventilation pipe, an aspiration fan, a hollow column, a driving device and a device for converting wind energy.

К недостаткам известного устройства относится то, что оно обладает сложной конструкцией и большими массогабаритными параметрами. Помимо этого, устройство имеет движущиеся части, которые на северных широтах быстро покрываются льдом и заклинивают. Также к недостаткам устройства можно отнести сложность конструкции вентиляционного канала, который будет собирать конденсат и замерзать внутри, закупоривая трубу.The disadvantages of the known device is that it has a complex design and large weight and size parameters. In addition, the device has moving parts, which in the northern latitudes are quickly covered with ice and jammed. Also, the disadvantages of the device include the complexity of the design of the ventilation duct, which will collect condensate and freeze inside, clogging the pipe.

Известна низконасыпная конструкция земляного полотна с вентиляционной трубой в районах распространения вечной мерзлоты [5, 6] в которую укладывается полая труба, со свободными концами, с загибом внутрь основания насыпи, служащая охладителем. Known low-fill design subgrade with a ventilation pipe in areas of permafrost [5, 6] which fits a hollow pipe with free ends, with a bend inside the base of the embankment, serving as a cooler.

К недостаткам такого решения можно отнести то, что подобного устройства охладитель имеет низкий коэффициент полезного действия (КПД), так как воздух застаивается внутри. Концы трубы расположены низко и не защищены от заноса снегом, что ведет к прекращению работы устройства.The disadvantages of this solution include the fact that such a device cooler has a low coefficient of performance (COP), as the air stagnates inside. The ends of the pipe are located low and are not protected from drifting with snow, which leads to the cessation of the operation of the device.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению (его прототипу) является автоматическая ветроулавливающая и вытяжная вентиляционная труба дорожного основания в районе вечной мерзлоты [7], в которой применяется тот же принцип охлаждения грунта путем прогона холодного воздуха через трубу, которая уложена в нижней части насыпи. Известное техническое решение имеет трубу Z - образной формы, нижний конец которой оборудован обратным клапаном, находится на другой стороне насыпи и является входом наружного холодного воздуха. Другой конец трубы является вытяжкой, которая возвышается над нижней частью и на конце имеет раструб на поворотной основе. Для удержания раструба по ветру, над ним прикреплен флюгер. Устройство начинает работать, когда ветер дует со скоростью не менее 5-7 м/сек. Ветер, проходя по раструбу, огибает его и на выходе создает тягу, которая передается по всей длине трубы и вызывает всасывание воздуха через входное отверстие. Под силой тяги открывается клапан и воздух попадает в трубу и выходит из раструба. Холодный воздух проходит по трубе и передает холод окружающему грунту охлаждая его. Таким образом, нижняя часть насыпи охлаждается и защищается от деградации (таяния). Однако, устройство имеет низкий КПД вследствие того, что нужен постоянный сильный ветер, чтобы создавать достаточную силу тяги, и чтобы холодный наружный воздух смог пройти от начала до конца. Так как холодный воздух тяжелый, он проходит медленно по трубе, соответственно и приводит меньше холода, а дни, когда ветер слабый или его нет, устройство практически не работает. Также недостатком известного устройства является то, что по всей длине оно имеет одинаковое сечение (диаметр), то есть воздух по всей длине проходи одинаковой скоростью, не расширяясь и не передавая весь холод стенкам трубы. Помимо этого, входное отверстие находится близко к земле, следовательно при снегопаде или метели оно сразу будет забиваться снегом, в результате чего перестанет работать. Потому данное устройство сможет работать только при отсутствии снега и не сможет работать весь сезон. Обратный клапан после мокрого снега или заморозков может примерзнуть и не откроется, полностью парализуя работу всего устройства. Устройство устанавливается в основание насыпи и может охлаждать только тело насыпи, имея радиус воздействия не более 1 метра, поэтому их приходилось устанавливать часто, что экономический не целесообразно. Данное решение применялось при строительстве Цинхай-Тибетской железной дороги и не нашло широкого применения. В летний период труба остается открытой и будет подсасывать теплый воздух, что приведет к оттаиванию грунта вокруг, сводя на нет ранее замороженный массив.Closest to the claimed invention (its prototype) is an automatic wind and exhaust ventilation pipe of the road base in the permafrost region [7], which uses the same principle of soil cooling by running cold air through the pipe, which is laid in the lower part of the embankment. The well-known technical solution has a Z - shaped pipe, the lower end of which is equipped with a check valve, is located on the other side of the embankment and is the inlet of outside cold air. The other end of the pipe is a hood that rises above the lower part and has a socket on a swivel base at the end. To keep the bell in the wind, a weather vane is attached above it. The device starts working when the wind blows at a speed of at least 5-7 m/sec. The wind, passing through the bell, bends around it and at the exit creates a thrust, which is transmitted along the entire length of the pipe and causes air to be sucked through the inlet. Under the force of thrust, the valve opens and air enters the pipe and exits the socket. Cold air passes through the pipe and transfers the cold to the surrounding soil, cooling it. Thus, the lower part of the embankment is cooled and protected from degradation (melting). However, the device has a low efficiency due to the fact that a constant strong wind is needed to generate enough thrust so that the cold outside air can pass from beginning to end. Since the cold air is heavy, it moves slowly through the pipe, and therefore brings less cold, and on days when the wind is weak or absent, the device practically does not work. Also, a disadvantage of the known device is that it has the same cross section (diameter) along its entire length, that is, the air passes at the same speed along the entire length, without expanding and without transferring all the cold to the pipe walls. In addition, the inlet is close to the ground, therefore, during a snowfall or a blizzard, it will immediately become clogged with snow, as a result of which it will stop working. Therefore, this device can only work in the absence of snow and will not be able to work all season. The non-return valve after wet snow or frost may freeze and not open, completely paralyzing the operation of the entire device. The device is installed at the base of the embankment and can only cool the body of the embankment, having an impact radius of no more than 1 meter, so they had to be installed frequently, which is not economically feasible. This solution was used in the construction of the Qinghai-Tibet railway and was not widely used. During the summer period, the pipe remains open and will suck in warm air, which will lead to thawing of the soil around, nullifying the previously frozen massif.

Задачей заявляемого изобретения является создание нового автономного охлаждающего устройства простой конструкции, для замораживания (охлаждения) многолетнемерзлых грунтов в зонах их деградации (таяния) с использованием силы ветра и холода окружающего воздуха.The objective of the claimed invention is to create a new autonomous cooling device of simple design for freezing (cooling) permafrost soils in their degradation (thawing) zones using wind power and cold ambient air.

Техническим результатом заявляемого изобретения, по отношению к известным системам ГЕТ, является повышение интенсивности охлаждения грунтов и возможность программирования ледяной завесы для отсечения основания объекта от линзы оттаявшего грунта в зоне деградации вечномерзлых грунтов.The technical result of the claimed invention, in relation to the known GET systems, is an increase in the intensity of soil cooling and the possibility of programming an ice curtain to cut off the base of the object from the lens of thawed soil in the degradation zone of permafrost soils.

Для этого автономное охлаждающее устройство, выполненное в виде вентиляционного канала в соответствии с заявляемым техническим решением, содержит всасывающую трубу, образующую входной воздушный канал, термосифон, образующий в вентиляционном канале зону повышенного охлаждения, и основную вытяжную трубу, поворотный узел и рупорный дефлектор в совокупности, образующие вытяжной канал, при этом всасывающая труба входного воздушного канала имеет радиусный изгиб и высоту меньше высоты вытяжного канала, при этом диаметр термосифона превышает диаметр воздушных каналов, при этом рупорный дефлектор вытяжного канала имеет вытяжную трубу рупорного дефлектора, соединенную с основной вытяжной трубой посредством поворотного узла, соединительные элементы для размещения рупора на вытяжной трубе дефлектора и флюгер.To do this, an autonomous cooling device, made in the form of a ventilation duct in accordance with the claimed technical solution, contains a suction pipe that forms an inlet air duct, a thermosiphon that forms an increased cooling zone in the ventilation duct, and the main exhaust pipe, a rotary assembly and a horn deflector in the aggregate, forming an exhaust channel, while the suction pipe of the inlet air channel has a radius bend and a height less than the height of the exhaust channel, while the diameter of the thermosyphon exceeds the diameter of the air channels, while the horn deflector of the exhaust channel has an exhaust pipe of the horn deflector connected to the main exhaust pipe by means of a rotary assembly , connecting elements for placing a horn on the exhaust pipe of the deflector and a weather vane.

Предпочтительно, когда диаметр термосифона превышает диаметр воздушных каналов не менее трех раз. С целью упрощения изготовления и транспортировки устройства автономное охлаждающее устройство может иметь монтажный узел.Preferably, when the diameter of the thermosyphon exceeds the diameter of the air channels at least three times. In order to simplify the manufacture and transportation of the device, the self-contained cooling device may have a mounting assembly.

Такая конструкция автономного охлаждающего устройства позволит за счет обеспечения постоянного естественного притока воздуха (в зимний сезон) и изменяемого давления в вентиляционном канале повысить интенсивность охлаждения грунтов в основании сооружений. При этом, имея разницу диаметра термосифона по отношению к воздушным каналам устройства появляется возможность программирования ледяной завесы для отсечения основания объекта от линзы оттаявшего грунта в зоне деградации вечномерзлых грунтов. При этом, такая конструкция может быть использована как для насыпных, так и для заглубленных оснований.Such a design of an autonomous cooling device will allow, by providing a constant natural inflow of air (in the winter season) and a variable pressure in the ventilation duct, to increase the intensity of cooling of soils at the base of structures. At the same time, having a difference in the diameter of the thermosyphon in relation to the air channels of the device, it becomes possible to program the ice curtain to cut off the base of the object from the lens of the thawed soil in the zone of degradation of permafrost soils. At the same time, this design can be used for both bulk and buried foundations.

На фиг. 1 представлен принцип работы предлагаемого автономного охлаждающего устройства;In FIG. 1 shows the principle of operation of the proposed autonomous cooling device;

На фиг. 2 представлено автономное охлаждающее устройство в соответствии с заявляемым техническим решением.In FIG. 2 shows an autonomous cooling device in accordance with the proposed technical solution.

На фиг. 3 представлена схема закладки автономного охлаждающего устройства в грунт для восстановления деградированной толщи многолетнемерзлого грунта.In FIG. Figure 3 shows a scheme for laying an autonomous cooling device into the ground to restore the degraded permafrost stratum.

На фиг. 4 представлена схема закладки двух автономных охлаждающих устройств в грунт для восстановления деградированной толщи многолетнемерзлого грунта.In FIG. Figure 4 shows a diagram of laying two autonomous cooling devices into the ground to restore the degraded strata of permafrost soil.

Принцип работы предлагаемого СОУ заключается в создании принудительной тяги внутри всего устройства с применением рупорного дефлектора для всасывания холодного воздуха, который передает холод грунту через термосифон и охлаждает (замораживает) его. Предлагаемое устройство предназначено для сохранения (защиты от деградации) грунтового основания дорог, жилых и промышленных зданий и сооружений, построенного на многолетнемерзлых грунтах.The principle of operation of the proposed SDA is to create a forced draft inside the entire device using a horn deflector to suck in cold air, which transfers cold to the ground through a thermosyphon and cools (freezes) it. The proposed device is designed to preserve (protect against degradation) the soil foundation of roads, residential and industrial buildings and structures built on permafrost soils.

В зимний период холодный воздух проходя через термосифон и вентиляционные каналы ГЕТ восстанавливает оттаявшую за лето мерзлоту в основании сооружений как показано на фиг. 1. Для этого необходимо обеспечить постоянный естественный приток воздуха в конструкции автономного охлаждающего устройства.In winter, cold air passing through the thermosyphon and the ventilation ducts of the HET restores the permafrost that has thawed over the summer at the base of the structures, as shown in Fig. 1. To do this, it is necessary to ensure a constant natural flow of air in the design of an autonomous cooling device.

Постоянный естественный приток воздуха в конструкции автономного охлаждающего устройства обеспечивается за счет создания тяги. Для этого автономное охлаждающее устройство (фиг. 2) имеет входной 1 и вытяжной 2 воздушные каналы. Входной воздушный канал 1 выполнен в виде всасывающей трубы 3, выступающей наружу основания на высоту менее высоты вытяжного канала, и имеет радиусный изгиб 4, предотвращающий забивание входного канала снегом. Вытяжной воздушный канал 2, выполнен в виде основной вытяжной трубы 5 с поворотным узлом 6 (например, подшипником), посредством которого она соединяется с рупорным дефлектором 7, а именно с вытяжной трубой 8 дефлектора. Рупор 9 дефлектора при наличии ветра осуществляет забор воздушных масс (как показано на фиг. 1) из окружающей среды, которые на входе в рупор сжимаются и увеличивают скорость, создавая тягу на выходе. Так как на выходе из рупора 9 расположен вытяжной канал 2, в нем также образуется тяга, которая приводит в движение воздух в вентиляционном канале, от дефлектора 7 до всасывающей трубы 3, так как в вытяжном воздушном канале 2 и термосифоне 10 образовалась область низкого давления. Для размещения рупора 9 на вытяжной трубе 8 дефлектора предусмотрены соединительные элементы 11 (например, перемычки), а для улавливания рупором 9 дефлектора воздушных масс - флюгер 12.A constant natural flow of air in the design of an autonomous cooling device is provided by creating traction. For this autonomous cooling device (Fig. 2) has an input 1 and exhaust 2 air channels. The inlet air channel 1 is made in the form of a suction pipe 3 protruding outside the base to a height less than the height of the exhaust channel, and has a radius bend 4, which prevents clogging of the inlet channel with snow. The exhaust air channel 2 is made in the form of a main exhaust pipe 5 with a rotary assembly 6 (for example, a bearing), through which it is connected to the horn deflector 7, namely the exhaust pipe 8 of the deflector. The horn 9 of the deflector in the presence of wind takes air masses (as shown in Fig. 1) from the environment, which at the entrance to the horn are compressed and increase speed, creating thrust at the exit. Since an exhaust channel 2 is located at the outlet of the horn 9, a draft is also formed in it, which drives the air in the ventilation channel, from the deflector 7 to the suction pipe 3, since a low pressure area has formed in the exhaust air channel 2 and thermosiphon 10. To place the horn 9 on the exhaust pipe 8 of the deflector, connecting elements 11 (for example, jumpers) are provided, and a weather vane 12 is provided to capture the air mass deflector with the horn 9.

В то же время повышение интенсивности охлаждения грунтов в основании сооружений достигается изменением давления в вентиляционном канале с постоянным естественным притоком воздушных масс. Для этого, автономное охлаждающее устройство содержит термосифон 10, где холодный воздух попадая в более широкий канал расширяется, образующий в вентиляционном канале зону повышенного охлаждения, при этом диаметр термосифона 10 превышает диаметр воздушных каналов 1 и 2 не менее трех раз.At the same time, an increase in the intensity of soil cooling at the base of structures is achieved by changing the pressure in the ventilation duct with a constant natural influx of air masses. To do this, an autonomous cooling device contains a thermosyphon 10, where cold air entering a wider channel expands, forming a zone of increased cooling in the ventilation channel, while the diameter of the thermosyphon 10 exceeds the diameter of air channels 1 and 2 at least three times.

Такое решение позволяет изменять скорость течения среды (холодного наружного воздуха) через устройство и повышать его эффективность. Также термосифон 10 обладает улучшенными свойствами по отдаче холода в окружающий грунтовый массив. Имея разницу в диаметре термосифона 10 по отношению к воздушным каналам 1 и 2, устройство позволяет программировать создание ледяной завесы для отсечения основания объекта от линзы оттаявшего грунта в зоне деградации вечномерзлых грунтов. Например, при диаметре каналов 200 мм и диаметре термосифона 600 мм зона «покрытия» составит 2,4 метра, что позволит производить расчет количества ГЕТ на требуемый участок, и соответственно программировать ледяную завесу для отсечения основания объекта от линзы оттаявшего грунта в зоне деградации вечномерзлых грунтов.This solution allows you to change the flow rate of the medium (cold outside air) through the device and increase its efficiency. Also, the thermosiphon 10 has improved properties for the release of cold into the surrounding soil massif. Having a difference in the diameter of the thermosiphon 10 in relation to the air channels 1 and 2, the device allows you to program the creation of an ice curtain to cut off the base of the object from the lens of thawed soil in the zone of permafrost degradation. For example, with a channel diameter of 200 mm and a thermosyphon diameter of 600 mm, the “coverage” zone will be 2.4 meters, which will allow calculating the amount of HET for the required area, and accordingly programming the ice curtain to cut off the base of the object from the lens of thawed soil in the permafrost degradation zone .

Работа автономного охлаждающего устройства поясняется следующим примером (как показано на фиг. 3 и 4).The operation of the autonomous cooling device is illustrated by the following example (as shown in Figs. 3 and 4).

Для начала методом бурения определяют глубину залегания верхней границы многолетнемерзлого грунта (ВГМГ) от поверхности деятельного слоя Н1. Затем ВГМГ в зоне деградации Н4. Рассчитывают мощность (толщину) зоны деградации Н4 - Н1 = Н2.To begin with, the drilling method determines the depth of the upper boundary of permafrost soil (VGMG) from the surface of the active layer H 1 . Then HCMG in the zone of H 4 degradation. Calculate the power (thickness) of the degradation zone H 4 - H 1 = H 2 .

Исходя из диаметра термосифона (Dт) определяют зону его действия, которая ровна трем диаметрам термосифона - Dз =3Dт (например, при диаметре термосифона 600 мм, зона его действия составит 2,4 м). С учетом зоны действия термосифона определяют глубину его закладки H3 (Фиг. 3). Она должна быть подобрана с таким расчетом, чтобы зона действия термосифона охватила как можно большую часть зоны деградации, чтобы создать мерзлотную завесу под сооружением. Для каждого случая закладка термосифона рассчитывается и определяется индивидуально. Based on the diameter of the thermosyphon (D t ) determine the zone of its action, which is equal to three diameters of the thermosiphon - D s \u003d 3D t (for example, with a thermosyphon diameter of 600 mm, its zone of action will be 2.4 m). Taking into account the area of action of the thermosyphon, the depth of its laying H 3 is determined (Fig. 3). It should be selected in such a way that the thermosyphon coverage area covers as much of the degradation zone as possible in order to create a permafrost curtain under the structure. For each case, the thermosiphon tab is calculated and determined individually.

В случаях, когда зона одного термосифона не покрывает зону деградации, следует устанавливать два яруса термосифонов с отступом на расстоянии их действия. При этом, зона действия термосифонов должны перекрывать друг-друга (фиг. 4).In cases where the zone of one thermosiphon does not cover the degradation zone, two tiers of thermosiphons should be installed with an offset at the distance of their action. At the same time, the area of action of thermosiphons should overlap each other (Fig. 4).

При установке двух рядов автономных охлаждающих устройств, закладку начинают с нижнего яруса, после его засыпки разрабатывают траншею под второй термосифон и укладывают по ранее намеченным плановым и высотным отметкам. После укладки термосифона 10 в траншею, собирают части автономного охлаждающего устройства посредством монтажного узла 13. При этом положение всасывающей трубы 3 должно быть менее высоты вытяжного канала 2 для создания притока воздуха. При этом радиусный изгиб 4 всасывающей трубы 3 предотвращает забивание входного воздушного канала 1 снегом и выход из действия устройства, обеспечивая его работу в самых сложных погодных условиях.When installing two rows of autonomous cooling devices, the laying starts from the lower tier, after it is backfilled, a trench is developed for the second thermosyphon and laid according to the previously planned planned and elevation marks. After laying the thermosyphon 10 in the trench, the parts of the independent cooling device are assembled by means of the mounting unit 13. In this case, the position of the suction pipe 3 must be less than the height of the exhaust duct 2 to create an air inflow. At the same time, the radius bend 4 of the suction pipe 3 prevents clogging of the inlet air channel 1 with snow and the exit from the operation of the device, ensuring its operation in the most difficult weather conditions.

При возникновении ветра, флюгер 12 поворачивает рупор 9 дефлектора 7, вытяжная труба 8 которого установлена на поворотный узел 6 (подшипниковую опору) против ветра. Попадая в рупорную часть дефлектора 7 и проходя через него, воздух сжимается и одновременно ускоряет свое течение (скорость), создавая тягу по всему вентиляционному каналу от всасывающей трубы 3 до вытяжной трубы дефлектора 8. В виду того, что рупорная часть дефлектора 7 закреплена на вытяжной трубе 8 дефлектора (посредством соединительных элементов 11), выходящий воздух создает область низкого давления на выходе, образуя область низкого давления в начале устройства. Имея разницу в давлении на концах устройства, наружный воздух устремляется в всасывающую трубу 3 и попадает в термосифон 10, диаметр которого шире, чем входной воздушный канал 1. В термосифоне 10 холодный наружный воздух замедляет ход и расширяется, отдавая часть холода металлическим стенкам, через них грунту, охлаждая (замораживая) его. Далее воздух продолжает свое движение к выходу и через вытяжной воздушный канал 2 покидает устройство. Так продолжается до тех пор, пока дует ветер. После окончания зимнего сезона входное отверстие закрывают, чтобы теплый воздух не попал в термосифон и не размораживал окружающий грунтовый массив.When a wind occurs, the weather vane 12 turns the horn 9 of the deflector 7, the exhaust pipe 8 of which is installed on the rotary assembly 6 (bearing support) against the wind. Getting into the horn part of the deflector 7 and passing through it, the air is compressed and simultaneously accelerates its flow (speed), creating draft along the entire ventilation duct from the suction pipe 3 to the exhaust pipe of the deflector 8. Since the horn part of the deflector 7 is fixed to the exhaust deflector pipe 8 (through the connecting elements 11), the outgoing air creates a low pressure area at the outlet, forming a low pressure area at the beginning of the device. Having a difference in pressure at the ends of the device, the outside air rushes into the suction pipe 3 and enters the thermosiphon 10, the diameter of which is wider than the inlet air channel 1. In the thermosyphon 10, the cold outside air slows down and expands, giving some of the cold to the metal walls, through them soil, cooling (freezing) it. Further, the air continues its movement to the outlet and leaves the device through the exhaust air channel 2. This continues as long as the wind blows. After the end of the winter season, the inlet is closed so that warm air does not enter the thermosyphon and does not defrost the surrounding soil massif.

Список использованной литературы:List of used literature:

1. Патент RU 2487213 C1 (МПК: E02D 17/18) на изобретение «Насыпь на сильнольдистых вечномерзлых грунтах»; заявка: 2011143346/03 от 26.10.2011; патентообладатель: ФГБОУ ВПО «ТГТУ» (RU);1. Patent RU 2487213 C1 (IPC: E02D 17/18) for the invention "Embankment on heavily icy permafrost soils"; application: 2011143346/03 dated 10/26/2011; patent holder: FGBOU VPO "TSTU" (RU);

2. Патент CN 108118571 A (МПК: E01C 3/06) на изобретение «Устройство активной вентиляции и понижения температуры прямого всасывания, применимое к насыпи из многолетней вечной мерзлоты»; заявка CN 201810075781 A от 26.01.2018; патентообладатель: UNIV SICHUAN AGRICULTURAL (CN);2. Patent CN 108118571 A (IPC: E01C 3/06) for the invention "Direct suction active ventilation and temperature reduction device applicable to permafrost embankment"; application CN 201810075781 A dated 01/26/2018; patentee: UNIV SICHUAN AGRICULTURAL (CN);

3. Патент CN 207987654 U (МПК: E01C 3/06) на полезную модель «Многоопорное устройство активного вентиляционного охлаждения поршневого типа, пригодное для грунтового основания вечной мерзлоты»; заявка CN 201820142264 U от 26.01.2018; патентообладатель: UNIV SICHUAN AGRICULTURAL (CN);3. Patent CN 207987654 U (IPC: E01C 3/06) for a utility model "Multi-support piston-type active ventilation cooling device suitable for permafrost subgrade"; application CN 201820142264 U dated 01/26/2018; patentee: UNIV SICHUAN AGRICULTURAL (CN);

4. Патент CN 207987652 U (МПК: E01C 3/06) на полезную модель «Инициативное вентиляционное охлаждающее устройство шатунного типа, подходящее для дорожного полотна с мерзлым грунтом в течение многих лет»; заявка CN 201820134152 U от 26.01.2018; патентообладатель: UNIV SICHUAN AGRICULTURAL (CN);4. Patent CN 207987652 U (IPC: E01C 3/06) for utility model "Initial connecting rod type ventilating cooling device suitable for roadbed with frozen ground for many years"; application CN 201820134152 U dated 01/26/2018; patentee: UNIV SICHUAN AGRICULTURAL (CN);

5. Патент CN 110777592 A (МПК: E01C 3/06) на изобретение «Низконасыпная конструкция земляного полотна вентиляционной трубы в районе вечной мерзлоты плато»; заявка CN 201911075741 A от 06.11.2019; патентообладатель: CHINA RAILWAY FIRST SURVEY & DESIGN INST GROUP LTD (CN);5. Patent CN 110777592 A (IPC: E01C 3/06) for the invention "Low-fill construction of the subgrade of the ventilation pipe in the permafrost region of the plateau"; application CN 201911075741 A dated 11/06/2019; patent holder: CHINA RAILWAY FIRST SURVEY & DESIGN INST GROUP LTD (CN);

6. Патент CN 211171466 U (МПК: E01C 3/06) на полезную модель «Плато район вечной мерзлоты низкая насыпь вентиляционная труба земляное полотно»; заявка CN 201921900291 U от 06.11.2019; патентообладатель: CHINA RAILWAY FIRST SURVEY & DESIGN INST GROUP LTD (CN);6. Patent CN 211171466 U (IPC: E01C 3/06) for the utility model "Plateau permafrost region low embankment ventilation pipe subgrade"; application CN 201921900291 U dated 11/06/2019; patent holder: CHINA RAILWAY FIRST SURVEY & DESIGN INST GROUP LTD (CN);

7. Патент CN 215164243 U (МПК: E01C 3/00, E01C 3/06) на полезную модель «Автоматическая ветрозащитная и вытяжная вентиляционная труба дорожного основания в районе вечной мерзлоты»; заявка CN 202120606691 U от 25.03.2021; патентообладатель - Технический университет Ланчжоу (CN).7. Patent CN 215164243 U (IPC: E01C 3/00, E01C 3/06) for a utility model "Automatic windproof and exhaust ventilation pipe of the road base in the permafrost area"; application CN 202120606691 U dated 03/25/2021; the patentee is Lanzhou Technical University (CN).

Claims (3)

1. Автономное охлаждающее устройство, выполненное в виде вентиляционного канала, отличающееся тем, что содержит всасывающую трубу, образующую входной воздушный канал, термосифон, образующий в вентиляционном канале зону повышенного охлаждения, и основную вытяжную трубу, поворотный узел и рупорный дефлектор, в совокупности образующие вытяжной канал, при этом всасывающая труба входного воздушного канала имеет радиусный изгиб и высоту меньше высоты вытяжного канала, при этом диаметр термосифона превышает диаметр воздушных каналов, при этом рупорный дефлектор вытяжного канала имеет вытяжную трубу рупорного дефлектора, соединенную с основной вытяжной трубой посредством поворотного узла, соединительные элементы для размещения рупора на вытяжной трубе дефлектора и флюгер.1. Autonomous cooling device made in the form of a ventilation duct, characterized in that it contains a suction pipe that forms an inlet air duct, a thermosiphon that forms an increased cooling zone in the ventilation duct, and a main exhaust pipe, a rotary assembly and a horn deflector, which together form an exhaust channel, while the suction pipe of the inlet air channel has a radius bend and a height less than the height of the exhaust channel, while the diameter of the thermosiphon exceeds the diameter of the air channels, while the horn deflector of the exhaust channel has an exhaust pipe of the horn deflector connected to the main exhaust pipe by means of a rotary assembly, connecting elements for placing a horn on the exhaust pipe of the deflector and a weather vane. 2. Автономное охлаждающее устройство по п. 1, отличающееся тем, что диаметр термосифона превышает диаметр воздушных каналов не менее чем в три раза.2. Autonomous cooling device according to claim 1, characterized in that the diameter of the thermosiphon exceeds the diameter of the air channels by at least three times. 3. Автономное охлаждающее устройство по п. 1, отличающееся тем, что вытяжной канал снабжен монтажным узлом.3. Autonomous cooling device according to claim 1, characterized in that the exhaust channel is equipped with a mounting assembly.
RU2022128945A 2022-11-08 Independent cooling unit RU2792466C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2792466C1 true RU2792466C1 (en) 2023-03-22

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116734072A (en) * 2023-08-16 2023-09-12 中国科学院西北生态环境资源研究院 Pipeline supporting device for preventing and treating melting and sinking based on gas heat exchange

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU70269U1 (en) * 2006-10-10 2008-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый центр "Ямал" (ООО ИЦ "Ямал") ROAD FILL ON PERMANENTLY FROZEN SOILS
RU165960U1 (en) * 2016-04-22 2016-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мерзлотоведения им.П.И.Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук FILL DEVICE WITH COOLING SYSTEM
RU2657310C1 (en) * 2017-06-27 2018-06-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" (ТвГТУ) Embankment of the railroad on permafrost soils
CN109706813A (en) * 2018-09-05 2019-05-03 俞祁浩 The hollow regulation layer of duct type for the cooling of frozen earth roadbed slope surface
RU198083U1 (en) * 2019-12-31 2020-06-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) Covering the slopes of the embankment of the subgrade
CN215164243U (en) * 2021-03-25 2021-12-14 兰州理工大学 Automatic wind-catching and air-exhausting ventilating duct roadbed structure for permafrost region

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU70269U1 (en) * 2006-10-10 2008-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый центр "Ямал" (ООО ИЦ "Ямал") ROAD FILL ON PERMANENTLY FROZEN SOILS
RU165960U1 (en) * 2016-04-22 2016-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мерзлотоведения им.П.И.Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук FILL DEVICE WITH COOLING SYSTEM
RU2657310C1 (en) * 2017-06-27 2018-06-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" (ТвГТУ) Embankment of the railroad on permafrost soils
CN109706813A (en) * 2018-09-05 2019-05-03 俞祁浩 The hollow regulation layer of duct type for the cooling of frozen earth roadbed slope surface
RU198083U1 (en) * 2019-12-31 2020-06-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) Covering the slopes of the embankment of the subgrade
CN215164243U (en) * 2021-03-25 2021-12-14 兰州理工大学 Automatic wind-catching and air-exhausting ventilating duct roadbed structure for permafrost region

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116734072A (en) * 2023-08-16 2023-09-12 中国科学院西北生态环境资源研究院 Pipeline supporting device for preventing and treating melting and sinking based on gas heat exchange

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4139321A (en) Rock channel heat storage
RU2720546C1 (en) Hollow control layer of channel type for cooling of slope of roadbed from frozen soil
CN103938658A (en) Structure capable of avoiding cold damage to high-temperature and unstable freeze soil area tunnel portal side slope
JP2006207919A (en) Cooling/heating device and method using underground heat
CN201857566U (en) Floor temperature-adjusting snow-melting device utilizing natural geothermal and application thereof
RU2792466C1 (en) Independent cooling unit
RU2300611C1 (en) Method to prevent snow accumulation and icicle formation on roof and to protect building roofs, gutters, water drains, pavements, stairs, motor roads, aerodromes and bridges against ice growth
CN205557218U (en) Full wall ventilation formula frozen soil ventilation embankment structure of convection current regulation and control
CN219862154U (en) Snow-proof ventilating duct roadbed structure for permafrost region
Bansal et al. An earth-air tunnel system for cooling buildings
CN116005506A (en) Novel composite roadbed for arctic snowy region and construction method thereof
Smith et al. Thermal analysis of forced-air and thermosyphon cooling systems for the Inuvik airport expansion
Goetsch et al. Earth tempering of ventilation air
CN111911227A (en) Exploration design method for seasonal frozen soil highway tunnel
JP2009209637A (en) Method of constructing buried structure
EP1224357B1 (en) Heat storage system
RU33955U1 (en) The cooled base of structures
CN220927362U (en) Vent pipe roadbed structure based on capillary blocking effect
JP2001133049A (en) Rain water tank with heat-exchanger having condensate draining function
Moiseev et al. Year-round thermal stabilization of permafrost soils during road construction in the northern climatic zone of Russia
RU2039860C1 (en) Device for cooling of building ground base and its protection from corrosion caused by atmospheric precipitation
KR102423661B1 (en) the structure for the strong wind protection wall in the vinyl house
CN112627889B (en) High-cold long and large railway tunnel anti-freezing structure and method utilizing surrounding rock underground water heat energy
Nixon Active freezing techniques
RU2717890C1 (en) Method for underground accumulation of heat or cold