Устройство для замораживания грунта

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГРУНТА(71) Заявитель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(72) Авторы Чернюк Владимир Петрович Тимошук Наталья Александровна(73) Патентообладатель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(57) Устройство для замораживания грунта, включающее частично заглубленный в грунт и заполненный хладоносителем, например керосином, вертикальный трубчатый корпус и размещенное в нем плавающее приспособление для ослабления отепляющего воздействия на грунт в виде деформируемой герметичной пластмассовой бутылки, заполненной комбинированным замерзающим агентом из жидкости - воды и твердого материала с плотностью меньше плотности керосина, отличающееся тем, что трубчатый корпус выполнен из гладкой изнутри трубы, а в качестве твердого материала использована гидроизоляционная твердеющая морозостойкая монтажная пена из пенополиуретана плотностью 25-30 кг/м 3 в количестве 15-20 от объема бутылки, остальное - вода.(56) 1. Гапаев С.И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением. Изд. 2-е, перераб. и доп. Л. Стройиздат, 1984. - С. 21 (аналог). 2. Патент РБ на полезную модель 1994, МПК 02 3/00, 2005 (прототип). Полезная модель относится к строительству, сельскому хозяйству, перерабатывающей промышленности и касается выполнения устройств для замораживания грунта и аккумуляции в нем холода. Известно устройство для замораживания грунта, содержащее частично заглубленный в грунт и заполненный хладоносителем, например керосином, вертикальный трубчатый корпус 1. Недостатком такого устройства является возможность растепляющего воздействия на грунт летом из-за значительного обратного теплопотока в грунт, что снижает эффективность применения устройства. Более близким к заявляемому объекту является устройство, позволяющее снизить растепляющий эффект летом, включающее частично заглубленный в грунт и заполненный хладоносителем, например керосином, вертикальный трубчатый корпус и размещенное в нем плавающее приспособление для ослабления отепляющего воздействия на грунт в виде деформируемой герметичной пластмассовой бутылки, заполненной комбинированным замерзающим агентом из жидкости - воды и твердого материала с плотностью меньше плотности керосина 2. Недостатком такого решения является сложность конструкции устройства, обусловленная, во-первых, сложностью изготовления трубчатого корпуса с кольцевой диафрагмой (да и еще внутри корпуса) и, во-вторых, сложностью изготовления приспособления для ослабления отепляющего воздействия - бутылки с комбинированным замерзающим агентом (ее изготовлением, дозировкой твердого и жидкого компонентов, испытанием), и,в-третьих, ненадежностью работы. Целью настоящей полезной модели является упрощение конструкции устройства (как трубчатого корпуса, так и приспособления для уменьшения растепляющего воздействия на грунт), а также повышение надежности его работы. Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для замораживания грунта, содержащем частично заглубленный в грунт и заполненный хладоносителем,например керосином, вертикальный трубчатый корпус и размещенное в нем плавающее приспособление для ослабления отепляющего воздействия на грунт в виде деформируемой герметичной пластмассовой бутылки, заполненной комбинированным замерзающим агентом из жидкости - воды и твердого материала с плотностью меньше плотности керосина, трубчатый корпус выполнен из гладкой изнутри трубы, а в качестве твердого материала использована гидроизоляционная твердеющая морозостойкая монтажная пена из пенополиуретана плотностью 25-30 кг/м 3 в количестве 15-20 от объема бутылки,остальное - вода. Таким образом, отличительными от прототипа признаками являются следующие 1. Трубчатый корпус выполнен из гладкой изнутри трубы. 2. В качестве твердого материала использована гидроизоляционная твердеющая морозостойкая монтажная пена из пенополиуретана плотностью 25-30 кг/м 3. 3. Объем пены составляет 15-20 от объема бутылки. 4. Остальные 80-85 объема бутылки занимает вода. Использование весьма распространенной монтажной пены из пенополиуретана плотностью 25-30 кг/м 3 в качестве твердого материала и воды в качестве жидкости (в указанных выше пропорциях) позволяет бутылке всплывать в корпусе зимой и тонуть в нем летом, оставаясь в деятельном слое, т.е. обеспечивать работоспособность устройства зи 2 79072012.02.28 мой и бездеятельность - летом. Кроме того, устройство не требует применения кольцевой диафрагмы, так как бутылка зависает в деятельном слое летом (выше - только плюсовые температуры, ниже - минусовые), что упрощает конструкцию корпуса за счет возможности применения гладкой изнутри трубы. Также упрощается конструкция и повышается надежность работы приспособления для ослабления растепляющего воздействия (бутылки) со строго дозированными твердым и жидким компонентами. Сравнение заявляемого объекта с другими решениями в данной отрасли не позволило выявить в них признаки, дискредитирующие новизну данного технического решения. Указанные отличительные признаки являются новыми, существенными и достаточными для признания решения полезной моделью. Авторам подобные разработки не известны. Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено заявляемое устройство в разрезе при положительных температурах наружного воздуха (в 0 С),при тонущем приспособлении (бутылке) на фиг. 2 - то же при отрицательных температурах наружного воздуха (в 0 С), при плавающем приспособлении (бутылке). Обозначения 1 - керосин 2 - трубчатый корпус (труба) 3 - плавающее приспособление (пластиковая бутылка) 4 - жидкость (вода) 5 - твердый материал (монтажная пена). Устройство состоит из частично заглубленного в грунт и заполненного керосином 1 вертикального трубчатого корпуса 2 в виде гладкой изнутри трубы и размещенного в нем плавающего приспособления 3 для ослабления отепляющего воздействия на грунт в виде деформируемой герметичной пластмассовой бутылки, заполненной комбинированным замерзающим агентом из жидкости 4 (воды) и твердого материала 5 с плотностью меньше плотности керосина. В качестве твердого материала может быть использована гидроизоляционная твердеющая морозостойкая монтажная пена из пенополиуретана плотностью 25-30 кг/м 3. Лучше всего для этой цели подходят монтажные пены в зимних версиях Оптима (плотность 25-30 кг/м 3), Эксперт-Про (плотность 18-25 кг/м 3), Оптима-Про(плотность 18-25 кг/м 3). Объем затвердевшей монтажной пены должен составлять 15-20 от объема бутылки (остальное - вода). Для обеспечения работоспособности устройства летом необходимо, чтобы бутылка 3 тонула в трубе 2, прерывая циркуляцию керосина 1 в корпусе 2. Для обеспечения работоспособности зимой необходимо, чтобы бутылка 3 всплывала, обеспечивая свободную циркуляцию керосина 1 в корпусе 2. Для выполнения этих требований необходимо строго определенное заполнение бутылки 3 монтажной пеной 5, исходя из двух условий (1), (2)кв 100, (1) - чтобы бутылка тонула летом ввк 100, (2) - чтобы бутылка всплывала зимой,(в)к (1) где- объем заполнения бутылки (в ) монтажной пеной в 1 г/см 3 - плотность во ды к 0,8 г/см 3 - плотность керосина 0,03 г/см 3 - плотность пеныв - коэффил циент объемного расширения воды при превращении воды в ледл 0,9 г/см 3 11,1 . плотность льда 0,9 10,8 Таким образом, по условию (1) -10020,6 , а по условию (2) 10,03 11,1 0,8 10013,5 . Следовательно, объем затвердевшей монтажной пе(10,03)0,8(11,1) ны в бутылке для ее всплытия зимой и утопления летом (с запасом) должен составлять 3 79072012.02.2815-20 . Для доказательства этого утверждения достаточно элементарных (школьных) математических знаний. Устройство работает следующим образом. После изготовления плавающего приспособления (бутылки) 3 с пеной и водой его размещают в трубчатом корпусе 2 (гладкой изнутри трубе), заполненном керосином 1. При положительных температурах наружного воздуха в 0 С приспособление 3 должно тонуть в корпусе 2, погруженном в массив грунта (фиг. 1), ниже деятельного слоя - нет,так как ниже деятельного слоя температура грунта 0 С. В таком случае приспособление 2 препятствует свободной циркуляции керосина 1 в корпусе 2. При отрицательных температурах наружного воздуха в 0 С вода в бутылке 3 замерзает, превращаясь в лед и увеличиваясь в объеме на 10 , что приводит к увеличению объема приспособления 3 (бутылки), уменьшению его плотности и всплытию в корпусе 2(фиг. 2) Установка начинает работать в режиме естественной циркуляции хладоносителя керосина 1 в корпусе 2, охлаждая и замораживая окружающий его грунт. Летом установка свою работу прекращает (в 0 С). Лед превращается в воду 4, объем приспособления 3 (бутылки) уменьшается, плотность увеличивается, бутылка тонет,прекращая обратный летний теплопоток в грунт. Бутылка будет находиться в пределах деятельного слоя в течение всего периода положительных температур в 0 С. Выше нет, так как там в 0 С, ниже - тоже нет, так как там г 0 С. Конструкция устройства весьма проста в изготовлении (это труба, заполненная керосином). Запорное приспособление - бутылка, на 15-20 заполненная монтажной пеной и на 80-85- водой. Проще и надежней предлагаемой конструкции авторам не известны. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4