УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ Российский патент 2015 года по МПК E02D3/115 

Изобретение относится к теплотехнике в области строительства, более конкретно к области конструирования индивидуальных сезонно-действующих охлаждающих устройств - термостабилизаторов грунтов, в частности, размещенных в гильзе, которые могут быть использованы для термостабилизации многолетнемерзлых и слабонесущих грунтов. Область конкретного использования термостабилизаторов грунтов весьма широка: стабилизация грунта в основаниях фундаментов и сооружений, опор трубопроводов, линий электропередач, мостов, полотна железных дорог, создание противофильтрационных завес и др.

Применение искусственного охлаждения грунтов оснований позволяет существенно снизить сроки строительства сооружения, а также металлоемкость фундаментов за счет уменьшения длины и количества свай.

Термостабилизаторы предназначены для искусственного замораживания талых и охлаждения многолетнемерзлых грунтов, температурной стабилизации грунтов оснований с целью повышения несущей способности и обеспечения устойчивости и эксплуатационной надежности грунтовых и свайных оснований при строительстве, эксплуатации и ремонте трубопроводов, объектов нефте- и газотранспортных систем, обустройства нефтяных и газовых месторождений, и других сооружений промышленного и гражданского назначения в условиях криолитозоны.

Термостабилизаторы представляют собой герметичные конструкции из труб, заправленных хладагентом, состоящих из надземной части - конденсатора и подземной - испарителя. Надземная часть изделий всегда находится на открытом воздухе.

Эффективным способом поддержания или усиления мерзлого состояния грунта в основаниях сооружений является использование низких температур наружного воздуха с помощью парожидкостных термосифонов, называемых термостабилизаторами. Режим работы термостабилизаторов - сезонный, в зависимости от температуры окружающего воздуха.

Известен термосифон, содержащий конденсаторную секцию, испарительную секцию, расположенную с отрицательным наклоном, и рабочую жидкость в испарительной секции (патент США №4961463, опубликован 09.10.1990, МПК E02D 13/115). Данная конструкция погружается в грунт без гильзы.

По сравнению с существующими конструкциями термостабилизаторов применение гильзы позволяет производить замену термостабилизаторов без применения буровой техники.

Известен термостабилизатор, размещаемый в гильзе, которая представляет собой цилиндрический корпус с крышкой на верхнем конце и днищем на нижнем конце (Окунев С.Н. и др. Опыт проектирования систем температурной стабилизации грунтов при прокладке нефтепроводов «ВСТО» и «Ванкорское месторождение НПС ПУРПЕ», материалы международной конференции «Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлоотведения», стр. 139-141, г. Тюмень, 2008 г.).

Недостатком известного технического решения является необходимость применения расходных материалов (монтажной пены), имеющих ограничения по температуре окружающего воздуха при монтаже термостабилизатора в гильзу, а также необходимость удаления уплотнительных материалов и очистку внутренней поверхности гильзы при замене термостабилизатора во время эксплуатации.

Наиболее близким решением является устройство для термостабилизации, содержащее гильзу, полость которой заполнена незамерзающей жидкостью, а внутри гильзы установлены охлаждающие элементы, причем верхняя часть гильзы и охлаждающей трубы снабжена крышкой с отверстием для размещения охлаждающего элемента и заливной горловиной с пробкой (патент на RU №116871, опубликован 10.06.2012, E02D 3/115).

Задачей предлагаемого решения является расширение температурного диапазона выполнения монтажных работ термостабилизаторов, исключение попадания остатков уплотнительных материалов в полость гильзы, заполненную хладоносителем.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым решением, заключается в обеспечении возможности многократной замены термостабилизатора в гильзе при использовании одного и того же уплотнительного (герметизирующего) элемента, а также в расширении диапазона температур атмосферного воздуха при монтаже термостабилизатора в гильзу.

Поставленная задача решается тем, что устройство для температурной термостабилизации многолетнемерзлых грунтов содержит термостабилизатор на основе двухфазного термосифона, включающего надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части, размещенные в гильзе с хладагентом, представляющей собой полый цилиндрический корпус с дном и герметизирующим элементом на верхнем конце с отверстием для установки термостабилизатора, герметизирующий элемент представляет собой разъемное сальниковое уплотнение, которое состоит из опорного кольца, установленного на выполненную в гильзе круговую ступеньку, нажимного кольца и уплотнительных колец из терморасширенного графита, зажатых между ними.

На внутренней поверхности гильзы на верхнем конце выполнена внутренняя резьба для нажимной гайки, предназначенной для зажатия уплотнительных колец.

Уплотнительные кольца формируют из шнура терморасширенного графита квадратного сечения, размер стороны которого равен расстоянию между внешней стенкой испарительной секции и внутренней стенкой гильзы, при этом стыки уплотнительных колец расположены со смещением.

В устройство установлена термоизолирующая вставка в транспортной части.

Гильза заполнена хладагентом до уровня сезонного оттаивания грунта.

Решение поясняется чертежами, на фиг. 1 представлен общий вид устройства в продольном разрезе, на фиг. 2 - сальниковое уплотнение, где 1 - гильза, 2 - цилиндрический корпус, 3 - сальниковое уплотнение, 4 - днище, 5 - термостабилизатор, 6 - радиатор, 7 - хладоноситель (антифриз), 8 - опорное кольцо, 9 - нажимное кольцо, 10 - кольца из терморасширенного графита, 11 - нажимная гайка.

Устройство содержит гильзу 1, которая представляет собой цилиндрический корпус 2, снабженный сальниковым уплотнением 3 на верхнем конце и имеющий днище 4 на нижнем конце. Внутри корпуса 2 расположен термостабилизатор 5. На верхнем конце термостабилизатора 5 установлен радиатор 6. Термостабилизатор имеет нижнюю испарительную часть, среднюю транспортную и верхнюю конденсаторную. Гильза заполнена антифризом 7. Заливка антифриза (хладоносителя) осуществляется до уровня сезонного оттаивания грунта. Сальниковое уплотнение 3, расположенное в верхней части гильзы термостабилизатора, состоит из опорного кольца 8 и нажимного кольца 9 со сжатыми между ними двумя кольцами 10 из терморасширенного графита. Кольца терморасширенного графита 10 формируют из шнура квадратного сечения, размер стороны которого равен расстоянию между внешней стенкой испарительной секции термостабилизатора и внутренней стенкой гильзы. При этом места соединения торцов шнура (стыки колец) расположены со смещением относительно друг друга. Необходимое поджатие колец 10 осуществляется нажимной гайкой с внешней резьбой 11. На внутренней поверхности гильзы 1 выполнена ответная резьба для гайки. Под резьбой на гильзе выполнена круговая ступенька для размещения опорного кольца 8. Между конденсаторной и испарительной секциями в области транзитной части может быть размещена теплоизолирующая вставка в виде цилиндра из полимерной трубы большего диаметра, установленная с воздушным зазором между корпусом термостабилизатора и внутренней поверхностью вставки.

Устройство собирается следующим образом. На корпусе термостабилизатора предварительно последовательно устанавливают через конденсаторную часть нажимную гайку 11, нажимное кольцо 9 и опорное кольцо 8. После этого термостабилизатор 5 размещают в гильзе 1, при этом опорное кольцо 8 упирается в круговую ступеньку. Кольца из терморасширенного графита 10 устанавливаются между опорным кольцом 8 и нажимным кольцом 9, при этом стыки колец располагаются со сдвигом относительно друг друга. Герметизация сальникового уплотнения гильзы 1 осуществляется путем завинчивания нажимной гайки 11.

Работа термостабилизатора осуществляется при разности температур между грунтами и атмосферным воздухом, за счет фазовых превращений хладагента (перемещения под действием гравитационных сил «жидкость вниз - пар вверх», от конденсатора к испарителю и обратно). Хладагентами являются вещества, способные изменять свое физическое состояние «жидкость-пар» при наличии температурного градиента между атмосферным воздухом и грунтами в условиях наличия определенного давления внутри термостабилизатора.

Функционирование устройства происходит естественным образом в зимний период за счет отрицательных температур воздуха, а в летнее время (при положительных температурах воздуха) переходит в состояние покоя вследствие прекращения циркуляции хладагента. Разъемное сальниковое уплотнение позволяет исключить попадание остатков уплотнительных материалов в полость гильзы, многократно использовать уплотнение, расширить диапазон температур окружающего воздуха при монтаже термостабилизатора в гильзу. При выходе из строя термостабилизатора он может быть заменен на новый с неоднократным использованием предложенного разъемного сальникового уплотнителя.

Изобретение относится к теплотехнике в области строительства, а именно к индивидуальным сезонно-действующим охлаждающим устройствам - термостабилизаторам грунтов. Устройство для температурной термостабилизации многолетнемерзлых грунтов содержит термостабилизатор на основе двухфазного термосифона, включающего надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части, размещенные в гильзе с хладагентом, представляющей собой полый цилиндрический корпус с дном и герметизирующим элементом на верхнем конце с отверстием для установки термостабилизатора. Герметизирующий элемент представляет собой разъемное сальниковое уплотнение, которое состоит из опорного кольца, установленного на выполненную в гильзе круговую ступеньку, нажимного кольца и уплотнительных колец из терморасщиренного графита, зажатых между ними. Технический результат состоит в обеспечении расширения температурного диапазона выполнения монтажных работ термостабилизаторов, а также исключения попадания остатков уплотнительных материалов в полость гильзы, заполненную хладоносителем. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для температурной термостабилизации многолетнемерзлых грунтов, характеризующееся тем, что содержит термостабилизатор на основе двухфазного термосифона, включающего надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части, размещенные в гильзе с хладагентом, представляющей собой полый цилиндрический корпус с дном и герметизирующим элементом на верхнем конце с отверстием для установки термостабилизатора, при этом герметизирующий элемент представляет собой разъемное сальниковое уплотнение, которое состоит из опорного кольца, установленного на выполненную в гильзе круговую ступеньку, нажимного кольца и уплотнительных колец из терморасщиренного графита, зажатых между ними.

2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что на внутренней поверхности гильзы на верхнем конце выполнена внутренняя резьба для нажимной гайки, предназначенной для зажатия уплотнительных колец.

3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что уплотнительные кольца формируют из шнура терморасширенного графита квадратного сечения, размер стороны которого равен расстоянию между внешней стенкой испарительной секции и внутренней стенкой гильзы, при этом стыки уплотнительных колец расположены со смещением.

4. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что установлена термоизолирующая вставка в транспортной части.

5. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что гильза заполнена хладагентом до уровня сезонного оттаивания грунта.