Устройство для замораживания грунта

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГРУНТА(71) Заявитель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(72) Авторы Пойта Петр Степанович Чернюк Владимир Петрович Семенюк Сергей Михайлович Тимошук Валерий Анатольевич Семенюк Ольга Сергеевна(73) Патентообладатель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(57) Устройство для замораживания грунта, включающее частично заглубленную в грунт,заполненную хладоносителем, например керосином, и закрытую с обоих торцов металлическую трубу радиусом , внутри которой размещена пластмассовая труба с открытыми торцами радиусом , с соотношением 10,7, отличающееся тем, что пластмассовая труба установлена в полости металлической трубы асимметрично стенка к стенке и соединена с ней заклепками или защелками, снабжена сквозным отверстием в нижней части трубы площадью(2 - 2).(56) 1. Гапеев С.И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением. - Л. Стройиздат, 1984. С. 21-24 (аналог). 2. Патент РБ на изобретение 8517, МПК Е 02 3/115, 2005 (аналог). 3. Патент РБ на полезную модель 2864, МПК Е 02 3/115, 2006 (прототип). Полезная модель относится к области строительства в районах со значительными отрицательными температурами наружного воздуха в условиях распространения вечно-,пластично- и сезонномерзлых грунтов, высокотемпературных, слабых и водонасыщенных оснований и касается выполнения термосвай и устройств для охлаждения и замораживания грунтов. Известно устройство для замораживания грунта, включающее частично заглубленную в грунт, заполненную хладоносителем, чаще всего керосином, и закрытую с обоих торцов металлическую трубу радиусом 1. Недостатками данного устройства являются низкая холодопроизводительность зимой из-за слабой циркуляции керосина в корпусе, перемешивания теплого и холодного потоков хладоносителя, а также растепляемость грунта летом. При этом конструкция способна воспринимать вдавливающие вертикальные нагрузки, и поэтому ее еще называют термосваей. Более близким техническим решением является устройство для замораживания грунта, содержащее частично заглубленную в грунт, заполненную хладоносителем (керосином) и закрытую с обоих торцов металлическую трубу радиусом , внутри которой смонтирована пластмассовая перегородка с отверстиями в нижней и верхней частях, причем надземная часть одной половины металлической трубы укрыта мягким теплоизоляционным материалом, а вторая половина окрашена в светлые тона 2. Такая конструкция изза наличия теплоизоляционного материала и неспособности воспринимать значительные вертикальные вдавливающие нагрузки называется устройством. Недостатком устройства является сложность конструкции из-за сложности монтажа пластмассовой перегородки внутри металлической трубы и наличия наружного теплоизоляционного покрытия. Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является устройство для аккумуляции холода в грунте, содержащее частично заглубленную в грунт и заполненную хладоносителем, например керосином, и закрытую с обоих торцов металлическую трубу радиусом , внутри которой размещена пластмассовая труба с открытыми торцами радиусом , с соотношением 10,7, причем донная часть металлической трубы снабжена холодоаккумулирующим материалом (глинистым раствором) 3. Такое устройство по воспринимаемой нагрузке можно отнести к термосваям, а по принципу работы - к двухтрубным установкам. Недостатком такого устройства является определенная сложность конструкции из-за повышенной сложности установки, монтажа и крепежа пластмассовой трубы внутри металлической трубы. Целью настоящей разработки является упрощение конструкции устройства за счет улучшения монтажа и крепежа пластмассовой трубы внутри металлической. Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для замораживания грунта, содержащем частично заглубленную в грунт, заполненную хладоносителем, например керосином, и закрытую с обоих торцов металлическую трубу радиусом , внутри которой размещена пластмассовая труба с открытыми торцами радиусом , с соотношением 10,7, пластмассовая труба установлена в полости металлической трубы асимметрично стенка к стенке и соединена с ней заклепками или защелками, снабжена сквозным отверстием в нижней части площадью(2 - 2). 2 54552009.08.30 Сопоставительный с прототипом анализ показывает наличие следующих отличий 1. Пластмассовая труба радиусомустановлена в полости металлической трубы радиусомасимметрично способом стенка к стенке. 2. Пластмассовая труба соединена с металлической заклепками или защелками. 3. Пластмассовая труба в нижней части снабжена сквозным отверстием. 4. Площадь сквозного отверстия в пластмассовой трубе составляет(2 - 2). Указанные отличительные признаки являются новыми, существенными и достаточными для реализации поставленной цели - упрощения конструкции устройства за счет улучшения установки, монтажа и крепежа пластмассовой трубы внутри металлической. Асимметрично трубу в трубу установить и закрепить легче, чем симметрично. Работоспособность устройства (зимой), как и прототипа, достигается за счет естественной конвекции (циркуляции) хладоносителя в корпусе металлической трубы под действием разности температур наружного воздуха и грунта по контуру - зазор между металлической и пластмассовой трубами, отверстие в пластмассовой трубе того же сечения, полость пластмассовой трубы и полость металлической трубы того же сечений. Зимой устройство работает как двухтрубная установка (высокопроизводительная, да еще и с теплоизоляционной внутренней пластмассовой трубой без перемешивания холодного и теплого потоков хладоносителя), летом свою работу устройство автоматически прекращает. Таким образом, разработка отвечает всем требованиям для признания ее полезной моделью. Авторам не известны устройства подобного рода с асимметричным расположением труб. Сущность устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена предлагаемая конструкция в разрезе, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Обозначения 1 - хладоноситель (керосин) 2 - металлическая труба 3 - пластмассовая труба 4 - зазор 5 - заклепки 6 - сквозное отверстие. Устройство содержит частично заглубленную в грунт, заполненную хладоносителем 1(керосином) и закрытую с обоих торцов металлическую трубу 2 радиусом , внутри которой размещена пластмассовая труба 3 радиусом(фиг. 1). Соотношение 0,71, так как 222 или 120,720,72. Пластмассовая труба 3 установлена внутри металлической трубы 2 асимметрично с эксцентриситетом- , т.е. стенка к стенке, и соединена с ней заклепками 5 (фиг. 2). В нижней части пластмассовой трубы 3 имеется сквозное отверстие 6 для пропуска хладоносителя 1 из трубы 2 в трубу 3 во время его циркуляции (фиг. 1). Площадь сечения отверстия 6 равна площади поперечного сечения трубы 3, т.е.(2 - 2)0,52. Устройство работает следующим образом. Зимой, при наступлении отрицательных температур наружного воздуха, керосин 1, охлаждаясь в надземной части металлической трубы 2, по зазору 4 между металлической и пластмассовой трубами 2, 3 опускается в нижнюю (подземную часть) устройства, охлаждая и замораживая окружающий грунт. Нагреваясь, хладоноситель 1 далее через сквозное отверстие 6 поступает внутрь пластмассовой трубы 3 и, поднимаясь вверх через верхний торец трубы 3, попадает в надземную часть металлической трубы 2. Далее цикл охлаждения-нагревания хладоносителя 1 повторяется. Летом установка свою работу автоматически прекращает, так как более теплый и легкий хладоноситель 1 остается в верхней части устройства до наступления зимы. Установка зимой работает как двухтрубная конструкция, при этом пластмассовая труба препятствует смешиванию потоков нагретого и холодного хладоносителя и теплопередаче между ними. Конструкция устройства проще подобного рода известных, в том числе прототипа, не требует центровки труб по осям, точной выверки положения труб в плане и по высоте. Достаточно соединить их двумя заклепками вверху и внизу (даже одной внизу) - и уста 3 54552009.08.30 новку можно погружать в скважину. Установка может работать как термосвая, т.е. как несущая конструкция в грунте. В прототипе требуется более высокая точность изготовления, погружения в скважину, осторожность в обращении при эксплуатации во избежание разрушения холодоаккумулирующего материала (глинистого раствора) и положения внутренней пластмассовой трубы во внешней металлической (потребуются дополнительные связи, клинья и ребра жесткости между трубами). Заявленное устройство собирается на поверхности и погружается в скважину в готовом виде. Устройство может быть изготовлено в любых, даже кустарных, условиях. Конкретный размер экономического эффекта трудно поддается достигаемому исчислению, однако он очевиден. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4