ОХЛАЖДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
COOLING DEVICE FOR THERMAL STABILISATION OF BUILDINGS AND STRUCTURES BASIS SOIL

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам, используемым при термомелиорации грунтов основания фундаментов сооружений, возводимых в районах распространения вечной и сезонной мерзлоты.
Известны охлаждающие устройства для замораживания грунтов оснований зданий и сооружений в криолитозоне, выполненные по принципу гравитационных тепловых труб, состоящие из цилиндрического корпуса, содержащего зону испарения жидкого хладагента, располагаемую подземно, зону конденсации, располагаемую надземно, выполненную с оребрением (например, патенты Российской Федерации №2327940, опубл. 27.06.2008 г.; №2382972, опубл. 27.02.2010 г.; №2527969, опубл. 10.09.2014 г.).
Недостатком известных устройств является неравномерное распределение потока сконденсированного хладагента по стенке цилиндрического корпуса термостабилизатора. В идеальных условиях, принимаемых при произведении тепловых расчетов такого типа устройств, считается, что конденсат хладагента, стекающий из зоны конденсации в зону испарения, распределяется равномерно в виде тонкой кольцевой пленки по внутреннему периметру корпуса термостабилизатора. На практике добиться такого режима истечения жидкости в трубе не представляется возможным в силу особенностей процесса монтажа устройств, допускающего отклонение корпуса термостабилизатора на несколько градусов относительно вертикальной оси. Для устранения этого недостатка при производстве термостабилизаторов применяются различные методы создания искусственной капиллярной структуры в виде канавок или спиралей на внутренней стороне корпуса термостабилизатора.
При отсутствии внутренней капиллярной структуры конденсат стекает в виде локального ручья, что ведет к образованию сухого участка и существенно влияет на теплотехнические характеристики устройства, приводя к неравномерному распределению теплового потока в системе грунт-термостабилизатор, образуя область замороженного грунта неправильной овальной формы, вместо ожидаемого цилиндра.
Наиболее близким к предлагаемой конструкции является устройство для замораживания грунта, выполненное по принципу «труба в трубе», когда вертикальный термостабилизатор помещается в полугерметичную гильзу, заполненную жидким теплоносителем (Галкин М.Л., Рукавишников A.M., Генель Л.С. Термостабилизация вечномерзлых грунтов // Холодильная техника. №10. - М.: Изд. дом «Холодильная техника», 2013. - С. 44-47).
Недостатком такого устройства является неравномерность распределения теплового потока в системе грунт-гильза-термостабилизатор, обусловленная естественной конвекцией.
Задачей изобретения является создание охлаждающего устройства для термостабилизации грунтов оснований зданий и сооружений с достижением следующего технического результата - повышение эффективности работы устройства за счет равномерного распределения потока хладагента по площади внутренней стенки термостабилизатора.
Поставленная задача решается тем, что 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.
Обеспечение равномерного распределения теплового потока в системе грунт-футляр-термотабилизатор достигается 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.
На фиг. 1 показана конструкция устройства, на фиг. 2 - сечение А-А.
Термоустройство для охлаждения и замораживания грунта включает известное устройство вертикального двухфазного термостабилизатора, подземная часть которого с помощью подшипников закреплена в футляре, заполненном теплопроводящей жидкостью, а надземная часть снабжена чашечными лопастями и выполняет роль ветроколеса, обеспечивая вращение термостабилизатора.
Устройство содержит чашки-лопасти ветроколеса 1, закрепленные на надземной части вертикального термостабилизатора 2 под углом 120 градусов относительно друг друга, радиальный подшипник 3, цилиндрический футляр 4, заполненный теплопроводящей жидкостью, упорный подшипник 5.
Устройство работает следующим образом. Воздушный поток, набегающий на лопасти ветроколеса 1 при скорости ветра от 3 м/с, создает вращающий момент, достаточный для преодоления моментов инерции корпуса термостабилизатора 2, подшипников 4, 5 и теплопроводящей жидкости в футляре 3, обеспечивая вращательное движение корпуса термостабилизатора 2 вокруг вертикальной оси. Вращение обеспечивает равномерное распределение хладагента, стекающего по внутренней стенке термостабилизатора из зоны конденсации к зоне испарения в виде тонкой кольцевой пленки. Момент инерции теплопроводящей жидкости в футляре, возникающий при вращении корпуса термостабилизатора, способствует возникновению вынужденной конвекции.
Таким образом, предложенная конструкция охлаждающего устройства обеспечивает равномерное распределение теплового потока в системе грунт-футляр-термостабилизатор.