УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ МЕРЗЛОГО ГРУНТА СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА С ОБСАДНЫМИ ТРУБАМИ
DEVICE FOR STABILIZING PERMAFROST SOIL OF PILED FOUNDATION WITH CASINGS

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для автоматического управления процессом охлаждения и замораживания грунта, используемым при эксплуатации фундаментных свай сооружений с металлическими обсадными трубами, возведенных в районах распространения многолетнемерзлых грунтов.
Известен стабилизатор для пластично-мерзлых грунтов с круглогодичным режимом работы, включающий подземную и надземную части трубчатого герметичного корпуса, заполненного хладагентом, подземная часть которого является испарителем, а надземная - конденсатором, имеющим термоэлектрические модули в виде батареи элементов Пельтье. Конденсатор снабжен П-образным стаканом, изготовленным из теплопроводного материала, внутренняя поверхность которого имеет конфигурацию, соответствующую конфигурации наружной поверхности конденсатора, причем П-образный стакан установлен на верхнюю часть конденсатора с возможностью вертикального перемещения и фиксации, а термоэлектрические модули расположены на наружной поверхности П-образного стакана (патент РФ №2231595 С1, дата приоритета 01.10.2002, дата публикации 27.06.2004, авторы: Минкин М.А., и др., RU).
Недостатком аналога является его низкая эффективность в связи с длительным процессом естественного охлаждения и замораживания массива грунта и отсутствием автоматического управления процессом охлаждения грунтов для контроля и регулирования температуры многолетнемерзлых грунтов в зависимости от температуры наружного воздуха.
Известно устройство для стабилизации пластично-мерзлых грунтов с круглогодичным режимом работы, принятое в качестве прототипа, содержащее подземную и надземную части трубчатого герметичного корпуса, заполненного хладагентом, подземная часть которого является испарителем, а надземная - конденсатором, который снабжен полкой, имеющей расположенные на ее поверхности термоэлектрические модули в виде батареи элементов Пельтье. Устройство снабжено тепловой трубой, один конец которой имеет полку, присоединенную к горячей поверхности термоэлектрических модулей. Другой конец, являющийся зоной конденсации, имеет ребристую поверхность, причем ось зоны конденсации имеет угол наклона к горизонту (патент РФ №2405889 С1, дата приоритета 22.04.2009, дата публикации 10.12.2010, авторы: Герасимов С.В. и др., RU, прототип).
Недостатком прототипа также является его низкая эффективность в связи с длительным процессом естественного охлаждения и замораживания массива грунта с использованием хладагента, и отсутствием автоматического управления процессом охлаждения грунтов для контроля и регулирования температуры многолетнемерзлых грунтов в зависимости от температуры наружного воздуха.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является повышение эффективности процесса охлаждения грунтов путем обеспечения непосредственного охлаждения околосвайного пространства фундамента с использованием системы автоматического управления.
Для решения технической проблемы предложено устройство для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами, содержащее систему автоматического управления процессом охлаждения околосвайного пространства фундамента, включающую датчики температуры, установленные в массиве грунта в околосвайном пространстве вдоль металлической обсадной трубы сваи, датчик температуры воздуха окружающей среды, установленный в вентилируемом подполье, связанное с датчиками устройство ввода для преобразования аналогового сигнала в цифровой, блок перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (ППЗУ), связанный с устройством ввода, и устройство вывода для преобразования цифрового сигнала в аналоговый, связанное с блоком ППЗУ и с термоэлектрическими модулями в виде батареи элементов Пельтье, установленными на выступающей части обсадной трубы сваи в вентилируемом подполье.
Согласно изобретению, термоэлектрические модули установлены на каждой обсадной трубе сваи фундамента.
На фиг. 1 схематично показан фрагмент устройства для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами; на фиг. 2 - то же, сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 приведена структурная схема системы автоматического управления процессом охлаждения околосвайного пространства фундамента.
Устройство для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами содержит систему автоматического управления процессом охлаждения околосвайного пространства фундамента, включающую датчики температуры 1, установленные в массиве грунта в околосвайном пространстве вдоль металлической обсадной трубы 2, датчик температуры воздуха окружающей среды 3, установленный в вентилируемом подполье на поверхности ростверка сооружения, связанное с датчиками 1, 3 устройство ввода 4 для преобразования аналогового сигнала в цифровой, блок перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (ППЗУ) 5, связанный с устройством ввода 4, и устройство вывода 6 для преобразования цифрового сигнала в аналоговый, связанное с блоком 5 ППЗУ и с термоэлектрическими модулями 7 в виде батареи элементов Пельтье, установленными на выступающей части обсадной трубы 2 в вентилируемом подполье.
Для реализации изобретения могут быть использованы известные элементы.
Датчики температуры 1, например (http://h-pol.ru/products/23205383?frommarket=https%3A//market.yandex.ru/search%3Ftext%3Dдатчик+температуры+грунта%26cvredirect%3D2%26from_yandex%3D1%26clid%3D545&ymclid=248189237898980079000005. дата просмотра 27.04.2018 г.), которые могут быть установлены в массиве грунта равномерно в околосвайном пространстве вдоль металлической обсадной трубы 2 каждой сваи.
Датчик температуры воздуха окружающей среды 3, например (http://fb.ru/article/66054/datchik-temperaturyi-vozduha-printsip-rabotyi-i-sfera-primeneniya. дата просмотра 27.04.2018 г.), может быть установлен в вентилируемом подполье на поверхности ростверка сооружения.
Устройство ввода 4, например (https://www.moxa.ru/shop/io/?_openstat=ZGlyZWN0LnlhbmRleC5ydTs1NjIzNTc5OzQ0MTIzMDg1MjM7eWFuZGV4LnJ1OnByZW1pdW0&yclid=2268044717815512027. дата просмотра 27.04.2018 г.) для преобразования аналогового сигнала в цифровой (место установки условно не показано).
Блок перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (ППЗУ) 5, например (https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1090236. дата просмотра 27.04.2018 г.), (место установки условно не показано).
Устройство вывода 6, например (https://www.moxa.ru/shop/io/?_openstat=ZGlyZWN0LnlhbmRleC5ydTs1NjIzNTc5OzQ0MTIzMDg1MjM7eWFuZGV4LnJ1OnByZW1pdW0&yclid=2268044717815512027. дата просмотра 27.04.2018 г.), для преобразования цифрового сигнала в аналоговый, (место установки условно не показано).
:
Термоэлектрические модули 7, например (https://yandex.ru/images/search?text=элeмeнтa%20Пeльтьe&img_url=http%3A%2F%2Fezetil.ru%2Fimg%2Fsigns%2Fcontent%2Ftechnology%2Fpeltie.png&pos=16&rpt=simage&lr=62, дата просмотра 27.04.2018 г.), в виде батареи элементов Пельтье, установлены холодной стороной на выступающей части обсадной трубы 2 в вентилируемом подполье.
Устройство для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами работает следующим образом. При повышении температуры воздуха окружающей среды выше +1°С сигнализирует датчик температуры 3, который подает сигнал на устройство ввода 4, преобразующее сигнал из аналогового в цифровой, далее в блок ППЗУ 5. При повышении температуры массива грунта в околосвайном пространстве вдоль металлической обсадной трубы любой сваи выше -5°С сигнализируют датчики температуры 1, которые подают сигналы на устройство ввода 4, преобразующее сигналы из аналоговых в цифровые, далее в блок ППЗУ 5. Блок ППЗУ 5 выполняет расчетные операции в соответствии с алгоритмом, а именно сравнивает поступившие цифровые сигналы из устройства ввода 4 с запрограммированными в ППЗУ 5 оптимальными температурами многолетнемерзлых грунтов. При несоответствии оптимальным температурам многолетнемерзлых грунтов блок ППЗУ 5, в свою очередь, через устройство вывода 6, которое преобразует цифровой сигнал в аналоговый, подает сигнал о включении термоэлектрических модулей 7 для охлаждения металлических обсадных труб и замораживания массива многолетнемерзлых грунтов.
Преимущество заявляемого изобретения заключается в повышении эффективности процесса охлаждения и замораживания грунтов по времени путем обеспечения непосредственного охлаждения околосвайного пространства фундамента с использованием системы автоматического управления процессом охлаждения околосвайного пространства фундамента и предотвращения растепления грунта в зоне вечной мерзлоты.