Устройство для замораживания грунта

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГРУНТА(71) Заявитель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(72) Авторы Чернюк Владимир Петрович Кочурко Анатолий Николаевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(57) 1. Устройство для замораживания грунта, включающее частично погруженный в грунт, заполненный хладоносителем, например керосином, трубчатый корпус с надземной и подземной частями, выполненный в виде замкнутой системы труб разных диаметров, и запорное приспособление, установленное в корпусе, отличающееся тем, что корпус изготовлен из последовательно соединенных труб малого, среднего и бльшего диаметров, а запорное приспособление выполнено в виде шарового клапана с плотностью меньше плотности хладоносителя, например дерева или керамзита, и установлено в трубе среднего диаметра, причем труба бльшего диаметра расположена в надземной и подземной частях корпуса, труба малого диаметра - тоже, до глубины сезонного промерзанияоттаивания грунта, а труба среднего диаметра - ниже нее. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диаметр шарового клапана больше внутреннего диаметра малой, но меньше внутреннего диаметра средней труб.(56) 1. Гапеев С. И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением. - Л. Стройиздат, 1984. С. 21, рис. 6 (аналог). 2. Патент РБ на изобретение 9236, МПК 02 3/115, 2006 (аналог). 3. Гапеев С.И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением. - Л. Стройиздат, 1984. С. 24-27, рис. 6-8 (аналог). 4. Патент РБ на изобретение 7998, МПК 02 3/115, 2004 (прототип). Полезная модель относится к области строительства и касается выполнения устройств для аккумуляции холода в грунте, используемых для охлаждения, закрепления и замораживания грунта в фундаментостроении при производстве земляных и свайных работ в условиях распространения вечно-, сезонно- и пластичномерзлых, слабых, обводненных и болотистых грунтов, например, при возведении опор линий электропередач, трубопроводов, мостов, связи, в промышленном и гражданском строительстве. Известно устройство для замораживания грунта (однотрубная установка), включающее частично погруженный в грунт заполненный хладоносителем, например керосином,трубчатый корпус с надземной и подземной частями, выполненный в виде трубы большого диаметра 1. Недостатками такого устройства являются низкая холодопроизводительность зимой из-за частичного перемешивания потоков холодного и нагретого хладоносителя, а также определенная растепляемость грунта летом из-за возможности образования обратного летнего теплопотока в грунт. По этой причине в корпус устройства может встраиваться запорное приспособление в виде шарового клапана с седлом 2, что существенно усложняет конструкцию. Более близким техническим решением к заявляемому является устройство для замораживания грунта (двухтрубная установка), содержащее частично погруженный в грунт заполненный хладоносителем, например керосином, трубчатый корпус с подземной и наружной частями, выполненный в виде замкнутой системы труб разных диаметров (малого и бльшего) 3. При большой холодопроизводительности зимой, устройство обладает значительным растепляющим воздействием на грунт летом ввиду значительного обратного теплопотока в грунт по замкнутой системе труб. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для замораживания грунта (двухтрубная установка), включающее частично погруженный в грунт заполненный хладоносителем, например керосином, трубчатый корпус с подземной и наружной частями, выполненный в виде замкнутой системы труб разных диаметров (малого и бльшего) и запорное приспособление, установленное в корпусе 4. Недостатком данного решения (при высокой холодопроизводительности зимой и отсутствии обратного теплопотока в грунт летом) является сложность конструкции устройства из-за сложности изготовления и монтажа внутри корпуса запорного приспособления,состоящего из клапана, кольцевого седла, поплавка и тяги. Задачей настоящего решения является упрощение конструкции устройства путем упрощения конструкции запорного приспособления (при сохранении высокой холодопроизводительности зимой и отсутствии обратного теплопотока в грунт летом). Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве, содержащем частично погруженный в грунт заполненный хладоносителем, например керосином, трубчатый корпус с надземной и подземной частями, выполненный в виде замкнутой системы труб разных диаметров, и запорное приспособление, установленное в корпусе, корпус изготовлен из последовательно соединенных труб малого, среднего и бльшего диаметров, а за 2 65232010.08.30 порное приспособление выполнено в виде шарового клапана с плотностью меньше плотности хладоносителя, например дерева или керамзита, и установленного в трубе среднего размера, причем труба бльшего диаметра расположена в надземной и подземной частях корпуса, труба малого диаметра - тоже, до глубины сезонного промерзания-оттаивания грунта, а труба среднего диаметра - ниже нее. Причем диаметр шарового клапана больше внутреннего диаметра малой, но меньше внутреннего диаметра средней трубы. Таким образом, отличительные признаки сводятся к следующим 1. Трубчатый корпус (двухтрубный) изготовлен из последовательно соединенных труб малого, среднего и бльшего диаметров. 2. Запорное приспособление выполнено в виде шарового клапана из дерева, керамзита или другого материала с плотностью меньше плотности хладоносителя (плотность керосина 0,8 т/м 3, плотность дуба -0,7 т/ м 3, плотность керамзита и керамзитобетона 0,6-0,8 т/м 3, плотность перлитобетона 0,6-0,8 т/м 3 и т.д., см. СНБ 2.04.01-97). 3. Запорное приспособление установлено в трубе среднего диаметра (плавает в хладоносителе). 4. Труба бльшего диаметра расположена в надземной и подземной частях корпуса,труба малого диаметра - в надземной и подземной частях (до глубины сезонного промерзания - оттаивания грунта), труба среднего диаметра - ниже нее (ниже глубины сезонного промерзания-оттаивания грунта, т.е. в мерзлом, талом, слабом или пластичномерзлом грунте). Другими словами труба бльшего диаметра расположена в воздухе, сезоннооттаивающем (деятельном) слое и грунте, труба малого диаметра - в воздухе и сезоннооттаивающем (деятельном) слое, труба среднего диаметра - в грунте. 5. Диаметр шарового клапана выполнен больше внутреннего диаметра малой трубы,но меньше внутреннего диаметра средней трубы. Работоспособность устройства проявляется в следующем. Зимой, при температурах наружного воздуха 0 С, происходит естественная циркуляция хладоносителя по контуру малая, средняя и большая трубы. Запорное устройство(шарообразный клапан), плавая в средней трубе, не препятствует циркуляции хладоносителя, ввиду небольшой разницы в плотностях клапана и хладоносителя. Летом, при 0 С, обратная циркуляция хладоносителя прерывается шаровым клапаном, который, плавая в хладоносителе, и поджимаясь вверх его потоком, перекрывает сечение малой трубы, опять же ввиду небольшой разницы в плотностях клапана и хладоносителя. Эта наиболее простая конструкция запорного приспособления, устанавливаемая в корпусе в процессе изготовления устройства, ничуть не усложняет и саму конструкцию устройства. Указанные отличительные признаки устройства являются новыми, существенными и достаточными для решения поставленной задачи (упрощения конструкции устройства) при весьма надежной его работе. Сравнение заявляемого устройства с другими решениями в данной отрасли строительства не позволило выявить в них признаки, дискредитирующие новизну технического решения. Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство в процессе работы при температурах наружного воздуха 0 С, продольный разрез на фиг. 2 - то же, при 0 С. Обозначения 1 - хладоноситель (керосин) 2 - корпус 3 - труба малого диаметра 4 труба среднего диаметра 5 - труба бльшего диаметра 6 - запорное устройство (шаровый клапан). Устройство включает частично погруженный в грунт заполненный хладоносителемкеросином 1 корпус 2 с надземной и подземной частями (фиг. 1, 2), выполненный в виде замкнутой системы труб разных диаметров - малой 3, средней 4, и бльшей 5, последова 3 65232010.08.30 тельно соединенных между собой. В средней трубе 4 установлено запорное приспособление в виде шарового клапана 6 из дуба или другого материала, у которого плотность 0,7 т/м 3, что несколько меньше плотности керосина 0,8 т/м 3 и поэтому клапан 6 плавает в хладоносителе 1 в средней трубе 4. Диаметр шарового клапана 6 больше внутреннего диаметра малой трубы 3, но меньше внутреннего диаметра средней трубы 4. Работает устройство следующим образом. Зимой (при 0 С) керосин 1 более интенсивно охлаждается в трубе малого диаметра 3 корпуса 2, опускается вниз, давит на шаровой клапан 6, обтекает его, попадает в среднюю трубу 5, охлаждает и замораживает окружающий корпус грунт. Летом при (0 С) обратная (теплая) циркуляция хладоносителя 1, который более интенсивно нагревается в малой трубе 3 корпуса 2, прерывается шаровым клапаном 6, который всплывает в средней трубе 4 (за счет меньшей его плотности по сравнению с керосином), поджимается вверх теплым потоком керосина 1 и перекрывает сечение малой трубы 3 вплоть до наступления отрицательных температур наружного воздуха (0 С),так как более теплый и менее плотный керосин 1 остается в надземной части корпуса 2. Устройство достаточно просто в изготовлении, как и обычная двухтрубная охлаждающая установка, надежно и работоспособно в эксплуатации, минимально металлоемко. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4