Устройство для захолаживания вечномерзлых грунтов
DEVICE FOR COOLING PERMAFROST SOILS

Изобретение относится к сезоннодействующему охлаждающему устройству, касается вопроса охлаждения вечномерзлых грунтов для строительства различных объектов в районах вечной мерзлоты, в том числе железнодорожной магистрали с удаленным расположением от централизованного электроснабжения.
Известна компрессорная система охлаждения для предотвращения разрушения вечной мерзлоты, включающая холодильный агрегат, заглубленный испаритель, обвитый вокруг вертикальной сваи, конденсатор, вентилятор, блок сбора температурных сигналов, центральный блок управления и блок питания. Блок приема сигнала температуры включает датчик температуры, датчик температуры расположен в мерзлом грунте, центральный блок управления включает в себя интеллектуальный термостат, выходная клемма датчика температуры подключена к входу интеллектуального термостата, выходной разъем интеллектуального термостата подключен к компрессору. Кроме того, блок питания включает в себя фотоэлектрическую ветрогенераторную установку, выходная клемма фотоэлектрической ветрогенераторной установки соединена с контроллером электроэнергии, выходная клемма контроллера электроэнергии соединена с инвертором, а выходная клемма терминала соединена со счетчиком электроэнергии, а выходной терминал счетчика электроэнергии соединен с другим входным терминалом интеллектуального термостата. Кроме того, другая выходная клемма контроллера электрической энергии подключена к батарее, а выходная клемма батареи подключена к входной клемме контроллера электрической энергии (патент CN 107724377A) - прототип.
Технической проблемой известной компрессорной системы охлаждения для предотвращения разрушения вечной мерзлоты является низкая эффективность ее работы, связанная с энергопотерями в электрооборудовании и токопроводящих линиях в процессе ее функционирования, а также связанная с круглогодичным режимом работы, особенно в теплое время года, когда энергопотери значительно увеличиваются в процессе энергоснабжения электрооборудования.
Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение эффективности его работы путем снижения энергопотерь в процессе функционирования, за счет использования механического привода оборудования и его оптимальной компоновки, а также путем снижения затрачиваемого времени на охлаждение грунта за счет его высокоэффективного охлаждения в холодное время года.
Технический результат достигается тем, что устройство для захолаживания вечномерзлых грунтов, включающее теплообменный аппарат для охлаждения грунта, теплообменный аппарат для охлаждения теплоносителя, воздухонагнетатель, источник энергии по изобретению, в его состав введен циркуляционный насос, соединенный по замкнутому контуру с теплообменным аппаратом для охлаждения грунта, выполненным в виде горизонтально размещенного в грунте змеевика и теплообменным аппаратом для охлаждения теплоносителя, выполненным в виде радиатора с размещенным на нем воздухонагнетателем, а источник энергии выполнен в виде ветродвигателя с валом, при этом циркуляционный насос, радиатор с размещенным на нем воздухонагнетателем и ветродвигатель с валом выполнены одним блоком, для обеспечения привода циркуляционного насоса и воздухонагнетателя непосредственно от вала ветродвигателя.
Теплообменный аппарат для охлаждения грунта, выполнен в виде горизонтально размещенного в грунте змеевика с оребрением.
Устройство для захолаживания вечномерзлых грунтов содержит резервный циркуляционный насос, выполненный с устройством включения и выключения функции резервирования.
Устройство для захолаживания вечномерзлых грунтов содержит резервный воздухонагнетатель, выполненный с устройством включения и выключения функции резервирования.
Введение в состав устройства для захолаживания вечномерзлых грунтов циркуляционного насоса обеспечивает движение теплоносителя по замкнутому контуру. Выполнение теплообменного аппарата для охлаждения грунта, в виде змеевика размещенного горизонтально в грунте и теплообменного аппарата для охлаждения теплоносителя в виде радиатора с размещенным на нем воздухонагнетателем необходимо для обеспечения охлаждения теплоносителя с последующим охлаждением вечномерзлого грунта. Выполнение источника энергии в виде ветродвигателя с валом, необходимо для преобразования энергии ветра в механическую энергию. Выполнение циркуляционного насоса, радиатора с размещенным на нем воздухонагнетателем и ветродвигателя с валом одним блоком необходимо для обеспечения работы циркуляционного насоса и воздухонагнетателя непосредственно от вала ветродвигателя, благодаря чему достигается снижение потерь энергии в процессе работы оборудования. В результате высокоэффективное охлаждение грунта достигается в совокупности за счет производительности используемого оборудования и применения жидкого теплоносителя, обеспечивающего высокую эффективность теплообмена при взаимодействии с окружающим воздухом и вечномерзлым грунтом в холодное время года, как следствие, обеспечивается температура достаточная для поддержания грунта в охлажденном состоянии в течение теплого времени года, до наступления очередного холодного времени года.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется рисунками, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства для захолаживания вечномерзлых грунтов, на фиг. 2 представлен теплообменный аппарат, размещенный в грунте горизонтально в виде змеевика, на фиг. 3 представлена блочная компоновка ветродвигателя с валом, циркуляционного насоса и радиатора с размещенным на нем воздухонагнетателем, на фиг. 4 представлен фрагмент блочной компоновки на фиг. 3.
Устройство для захолаживания вечномерзлых грунтов состоит из ветродвигателя 1 (фиг. 1, 3), циркуляционного насоса 3 (фиг. 4), соединенного по замкнутому контуру (на рисунке не показано) с теплообменным аппаратом, который размещен в грунте 6 (фиг. 1, 2) горизонтально в виде змеевика 2 (фиг. 1, 2) и теплообменным аппаратом, выполненным в виде радиатора 5 (фиг. 1, 3, 4), с воздухонагнетателем 4 (фиг. 3, 4). При этом циркуляционный насос 3, радиатор 5 с воздухонагнетателем 4 и ветродвигатель 1 с валом 11 (фиг. 4) выполнены одним блоком для обеспечения привода циркуляционного насоса 3 и воздухонагнетателя 4 непосредственно от вала 11 ветродвигателя 1.
Теплообменный аппарат для охлаждения грунта 6 выполнен в виде горизонтально размещенного в грунте 6 змеевика 2 с оребрением.
Устройство для захолаживания вечномерзлых грунтов содержит резервный циркуляционный насос 7, выполненный с устройством 9 включения и выключения функции резервирования.
Устройство для захолаживания вечномерзлых грунтов содержит резервный воздухонагнетатель 8, выполненный с устройством 10 включения и выключения функции резервирования.
Захолаживание вечномерзлых грунтов осуществляется следующим образом.
С понижением температуры воздуха до отрицательных значений производят запуск устройства захолаживания вечномерзлых грунтов, предварительно разблокировав вал 11 (фиг. 4) ветродвигателя 1 (фиг. 1, 3), после чего благодаря набегающему потоку воздуха на лопасти винта ветродвигателя 1 он приводится во вращение, обеспечивая вращение вала 11 с последующим приводом циркуляционного насоса 3 (фиг. 4) и воздухонагнетателя 4 (фиг. 3, 4). Циркуляционный насос 3, вращаясь, обеспечивает подачу теплоносителя по замкнутому контуру (на рисунке не показано) от радиатора 5 (фиг. 1, 3, 4) до теплообменного аппарата, который размещен в грунте 6 (фиг. 1, 2) горизонтально в виде змеевика 2 (фиг. 1, 2). С помощью теплоносителя, который подается по змеевику 2, происходит теплообмен между вечномерзлым грунтом 6 и теплоносителем, в результате чего происходит охлаждение грунта 6 и нагрев теплоносителя, который далее подается циркуляционным насосом 3 в радиатор 5 и благодаря процессу теплообмена, который происходит с помощью подачи холодного воздуха через радиатор 5 воздухонагнетателем 4, вращающимся от вала 11 ветродвигателя 1, теплоноситель снова охлаждается. После охлаждения, теплоноситель подается циркуляционным насосом 3 в змеевик 2, таким образом, по данному циклу устройство для захолаживания вечномерзлых грунтов работает в холодное время года при отрицательной температуре воздуха. При наступлении теплого времени года и повышении температуры воздуха до положительных значений, работу устройства захолаживания вечномерзлых грунтов останавливают с последующей блокировкой вала 11 ветродвигателя 1 до наступления очередного холодного времени года, сопровождающегося отрицательным значением температуры воздуха. В результате за период работы устройства для охлаждения вечномерзлых грунтов достигается значительное снижение температуры вечномерзлого грунта, что, как следствие, обеспечивает его устойчивость, в том числе в теплое время года.
Предлагаемое устройство для охлаждения вечномерзлых грунтов имеет повышенную эффективность работы благодаря использованию механического привода оборудования и его оптимальной компоновки, что обеспечивает снижение энергопотерь в процессе его работы, а также благодаря высокоэффективному охлаждению грунта в холодное время года, что обеспечивает снижение затрачиваемого времени на его охлаждение.