Сезонное охлаждающее устройство для стабилизации оснований

Полезная модель относится к области строительства на многолетнемерзлых и слабых грунтах, касается выполнения систем замораживания и термостабилизации и может быть использована при сооружении грунтовых оснований, площадок и различных насыпей.
Известно прямоточное естественно-конвективное охлаждающее устройство для термостабилизации мерзлого грунта, содержащее конденсатор и горизонтальный испаритель, сообщающиеся трубопроводами подачи и отвода теплоносителя (хладагента). Жидкая фаза теплоносителя испаряется с отбором тепла от грунта в испарителе, а пар конденсируется в конденсаторе, отдавая тепло в атмосферу, и стекает в испаритель [Г.М. Долгих и др., Исследования систем температурной стабилизации грунтов на опытно-промышленном полигоне // Материалы международной научно-практической конференции по инженерному мерзлотоведению, 2011, Тюмень, 7-10 ноября, с. 36-42, рис. 1].
Недостатком устройства является его неустойчивая работа с затрудненным запуском циркуляции теплоносителя.
Известна и принята за прототип система для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах, включающая конденсатор, выполненный в виде системы труб, испаритель, связанный с гидрозатвором и с трубопроводами, подводящими и отводящими теплоноситель, и расположенный под конденсатором буфер-сепаратор, при этом в качестве теплоносителя в системе используется аммиак или двуокись углерода [патент РФ №2515667, МПК E02D 3/115 (2006.01), 2014].
Недостатком известной системы температурной стабилизации мерзлого грунта является низкая эффективность замораживания оснований сооружений, а также усложненность системы стабилизации, что обусловлено особенностями конструкции системы.
Технической задачей полезной модели является повышение промораживающей способности, увеличивающей несущую способность основания.
Для решения поставленной задачи в сезонном охлаждающем устройстве для стабилизации оснований сооружений на мерзлых грунтах, состоящем из конденсатора и размещенных в отсыпке грунта основания произвольном числе испарителей (один или более одного), связанных с конденсатором трубопроводами подачи и отвода теплоносителя, согласно полезной модели подземные участки трубопроводов подачи и отвода теплоносителя выполнены наклонными, при этом наклонный участок трубопровода подачи теплоносителя в испаритель расположен ниже уровня испарителя, а уровень трубопровода отвода теплоносителя выше уровня испарителя.
Кроме того, в сезонном охлаждающем устройстве уровень трубопроводов отвода теплоносителя из испарителей установлен в конденсаторе выше возможного наивысшего уровня жидкого теплоносителя (при условии нахождения в испарителях только газообразного теплоносителя).
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
В отличие от аналога и прототипа использование в полезной модели возможности подключения произвольного числа испарителей к одному конденсатору с помощью наклонных трубопроводов подачи и отвода теплоносителя повышают промораживающую способность, что обеспечивает повышение несущей способности основания.
Проведенный поиск по патентным и научно-техническим источникам информации показали, что заявленное охлаждающее устройство соответствует критерию «новизна».
Полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 схематично изображено сезонное охлаждающее устройство для стабилизации оснований;
на фиг. 2 - вид на фиг. 1 сверху;
на фиг. 3 - конденсатор охлаждающего устройства.
Сезонное охлаждающее устройство для стабилизации оснований на вечномерзлых грунтах представляет собой установленный на вышке 1 конденсатор 2 и горизонтальные (один или несколько) испарители 3, расположенные в основании сооружения под поверхностью земли 4.
От конденсатора 2 по трубопроводам подачи 5 к испарителям 3 поступает жидкий теплоноситель, в качестве которого используют двуокись углерода, аммиак или другой агент, подходящий по своим теплофизическим характеристикам.
Забравший тепло агент из испарителей 3 отводится в конденсатор 2 трубопроводами отвода 6. Подводящий жидкий теплоноситель (агент) трубопроводов подачи 5 и отводящий двухфазный теплоноситель трубопроводов отвода 6 размещены на площади отсыпки грунта основания, которое может быть оснащено слоем теплоизоляции.
Входящие и выходящие из испарителей трубопроводы подачи и отвода теплоносителя выполнены наклонными. Наклонный участок трубопроводов подачи 5 теплоносителя в испарители расположен ниже уровня испарителей 3, а уровень трубопроводов отвода 6 теплоносителя находится выше уровня испарителей 3. За счет этого двухфазная смесь теплоносителя в наклонных трубах движется вверх под действием силы Архимеда, быстрее, создавая движение двухфазного потока, как в наклонных, так и горизонтальных трубах. Таким образом, скорость циркуляции теплоносителя в системе растет, что увеличивает эффективность ее работы по замораживанию грунта.
Конденсатор, испарители и все трубопроводы в сезонном охлаждающем устройстве могут быть выполнены из бесшовных труб, что позволяет ему выдерживать большие рабочие давления. Объем конденсатора в два раза превышает объем испарителей 3, а это дает ему возможность работать в критической ситуации, когда вся жидкость попадает в конденсатор. При этом уровень 8 трубопроводов отвода 3 теплоносителя из сепаратора 3 установлен в конденсаторе 2 так, что всегда находиться выше уровня 9 жидкого теплоносителя.
Газообразный теплоноситель конденсируется в конденсаторе, после чего жидкая фаза теплоносителя, являющегося одновременно хладагентом, поступает в испарители, в которых происходит испарение теплоносителя, охлаждающее окружающий его грунт. Цикл многократно повторяется.
Сезонное охлаждающее устройство для стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах увеличивает несущую способность оснований и фундаментов за счет повышенной промораживающей способности устройства.