Система охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты и способ сооружения системы охлаждения наружным воздухом Российский патент 2023 года по МПК E02D17/18 

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к технической области механики мерзлых грунтов, в частности, к системе охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты и способу сооружения системы охлаждения наружным воздухом.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

[0002] Вечной мерзлотой называется почвенный слой (включая грунт, землю и каменную породу), который остается замерзшим на протяжении более двух лет. Вечная мерзлота содержит незамерзшую воду, и она обладает физическими и механическими свойствами, чрезвычайно чувствительными к изменениям температуры. В некоторых районах вечной мерзлоты, таких как Аляска, Сибирь и Северный Китай, на состояние которой влияют снежные наносы, на откосах насыпи и на прилегающих территориях зимой скапливаются большие массы снега. Теплоизоляция снегом обуславливает деградацию вечной мерзлоты под насыпью, что приводит к оседанию поверхности, а это серьезно угрожает долгосрочной устойчивости этой насыпи.

[0003] Следовательно, существует насущная потребность в разработке системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты и способа сооружения системы охлаждения наружным воздухом с целью устранения проблемы деградации вечной мерзлоты под насыпью, обусловленной снежными наносами, и обеспечения долгосрочной устойчивости насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

[0004] Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить систему охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты, которая может осуществлять охлаждение наружным воздухом грунта под откосом насыпи, покрытого снегом и располагающегося в зоне вечной мерзлоты, снижать температуру грунта и предотвращать деградацию вечной мерзлоты.

[0005] Другая цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ сооружения системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты, которая может осуществлять охлаждение наружным воздухом грунта, покрытого снегом и располагающегося под насыпью в зоне вечной мерзлоты, снижать температуру грунта, предотвращать деградацию вечной мерзлоты, ускорять выполнение строительных работ и уменьшать разрушение структуры вечной мерзлоты под откосом насыпи.

[0006] Для достижения указанных целей ниже представлено техническое решение, предложенное настоящим изобретением.

[0007] Система охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты, содержащая: воздухозаборник, выпускной воздуховод и вентиляционный воздуховод; причем воздухозаборник соединен с выпускным воздуховодом через вентиляционный воздуховод; вентиляционный воздуховод располагается в горизонтальной плоскости; воздухозаборник и выпускной воздуховод ориентированы вертикально; вентиляционный воздуховод встроен в откос насыпи; воздухозаборник отходит вверх от подошвы откоса насыпи и выходит наружу; выпускной воздуховод отходит вверх от уступа откоса насыпи и выходит наружу; а удаленный от вентиляционного воздуховода конец воздухозаборника располагается на уровне ниже удаленного от вентиляционного воздуховода конца выпускного воздуховода, благодаря чему воздух окружающей среды нагнетается за счет разности давления, после чего он последовательно проходит через воздухозаборник, вентиляционный воздуховод и выпускной воздуховод в безветренную погоду.

[0008] В необязательном варианте вентиляционный воздуховод располагается таким образом, что он образует извилистую линию. Таким образом, длина вентиляционного воздуховода от одного его конца до другого между воздухозаборником и выпускным воздуховодом увеличивается, что расширяет практическую область охлаждения грунта наружным воздухом с помощью вентиляционного воздуховода, а также повышает эффективность охлаждения и усиливает охлаждающий эффект.

[0009] В необязательном варианте вентиляционный воздуховод содержит множество прямых отрезков воздуховода и множество коленчатых труб, причем каждые два соседних прямых отрезка воздуховода соединены между собой посредством одной коленчатой трубы, а множество прямых отрезков воздуховода и множество коленчатых труб вместе образуют конструкцию S-образной формы. Вентиляционный воздуховод S-образной формы расширяет практическую область охлаждения наружным воздухом и улучшает равномерность распределения температур в грунте откоса насыпи, тем самым дополнительно препятствуя деградации вечной мерзлоты и неравномерной деформации.

[0010] В необязательном варианте угол изгиба коленчатой трубы составляет 90 градусов, а радиус изгиба коленчатой трубы выше или равен двум диаметрам прямого отрезка воздуховода. Таким образом, уменьшается влияние коленчатой трубы на расход воздуха, увеличивается местное сопротивление коленчатой трубы воздушному потоку и повышается КПД (коэффициент полезного действия) воздушного потока, вследствие чего улучшается эффект охлаждения наружным воздухом.

[0011] В необязательном варианте воздухозаборник, выпускной воздуховод и вентиляционный воздуховод выполнены из поливинилхлоридного (PVC) материала или металлического материала, а часть выпускного воздуховода, выходящая из грунта, обернута теплоизоляцией из хлопка. Следовательно, воздухозаборник, выпускной воздуховод и вентиляционный воздуховод обладают такими характеристиками, как твердость, устойчивость к атмосферным воздействиям и антикоррозионная стойкость, а теплоизоляция из хлопка изолирует выпускной воздуховод.

[0012] В необязательном варианте внутренний диаметр вентиляционного воздуховода превышает или равен 0,2 м, а толщина стенки вентиляционного воздуховода превышает или равна 0,01 м. Вентиляционный воздуховод с разумно обоснованной толщиной стенки обеспечивает прочность воздуховода и эффективность теплопередачи, тема самым дополнительно гарантируя охлаждающий эффект.

[0013] В необязательном варианте система охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты дополнительно содержит ветрозащитный экран, причем этот ветрозащитный экран располагается в выпускном воздуховоде, и этот ветрозащитный экран может поворачиваться относительно выпускного воздуховода для открытия или закрытия последнего. Таким способом активируется или отключается функция вентилирования системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты.

[0014] В необязательном варианте система охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты дополнительно содержит дожде- и снегозащитный колпак, причем этот дожде- и снегозащитный колпак располагается на удаленном от вентиляционного воздуховода конце воздухозаборника, предотвращая попадание мусора в воздухозаборник и его засорение. Таким образом, обеспечивается надежность системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты.

[0015] В необязательном варианте система охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты дополнительно содержит выхлопной колпак, причем этот выхлопной колпак располагается на удаленном от вентиляционного воздуховода конце выпускного воздуховода для интенсификации отведения воздуха наружу из выпускного воздуховода и для предотвращения попадания мусора в выпускной воздуховод и его засорения. Выхлопной колпак улучшает эффект конвекции воздуха и теплопередачи за счет энергии естественного ветра в ветреную погоду, способствуя конвекции воздуха в выпускном воздуховоде, увеличивая массу воздушного потока в выпускном воздуховоде и улучшая эффект охлаждения наружным воздухом.

[0016] Способ сооружения системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты, который используется для сооружения системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты. Система охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты содержит воздухозаборник, выпускной воздуховод и вентиляционный воздуховод. Воздухозаборник соединен с выпускным воздуховодом через вентиляционный воздуховод; вентиляционный воздуховод располагается в горизонтальной плоскости; воздухозаборник и выпускной воздуховод ориентированы вертикально; вентиляционный воздуховод встроен в откос насыпи; воздухозаборник отходит вверх от подошвы откоса насыпи и выходит наружу; выпускной воздуховод отходит вверх от уступа откоса насыпи и выходит наружу; а удаленный от вентиляционного воздуховода конец воздухозаборника располагается на уровне ниже удаленного от вентиляционного воздуховода конца выпускного воздуховода, благодаря чему воздух окружающей среды нагнетается за счет разности давления, после чего он последовательно проходит через воздухозаборник, вентиляционный воздуховод и выпускной воздуховод в безветренную погоду. Способ сооружения системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты предусматривает следующие стадии: отрывку и профилировку траншеи; подъем вентиляционного воздуховода и его установку в траншее; подсоединение воздухозаборника к одному из концов вентиляционного воздуховода, а выпускного воздуховода - к его другому концу; засыпку и утрамбовку траншеи; и засыпку и послойное уплотнение насыпи с формированием откоса насыпи.

[0017] Система охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты и способ сооружения системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты характеризуются преимуществами, описанными ниже:

[0018] В системе охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты воздухозаборник соединен с выпускным воздуховодом через вентиляционный воздуховод; вентиляционный воздуховод располагается в горизонтальной плоскости; воздухозаборник и выпускной воздуховод ориентированы вертикально; вентиляционный воздуховод встроен в откос насыпи; воздухозаборник отходит вверх от подошвы откоса насыпи и выходит наружу; выпускной воздуховод отходит вверх от уступа откоса насыпи и выходит наружу; а удаленный от вентиляционного воздуховода конец воздухозаборника располагается на уровне ниже удаленного от вентиляционного воздуховода конца выпускного воздуховода, благодаря чему воздух окружающей среды нагнетается за счет разности давления, после чего он последовательно проходит через воздухозаборник, вентиляционный воздуховод и выпускной воздуховод в безветренную погоду. В сравнении с предшествующим уровнем техники в системе охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты согласно настоящему изобретению используется воздухозаборник и выпускной воздуховод, соединенные между собой посредством вентиляционного воздуховода, благодаря чему осуществляется охлаждение наружным воздухом грунта, покрытого снегом и располагающегося под откосом насыпи в зоне вечной мерзлоты, снижается температура грунта и предотвращается деградация вечной мерзлоты.

[0019] Способ сооружения системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты согласно настоящему изобретению способствует охлаждению наружным воздухом грунта, покрытого снегом и располагающегося под откосом насыпи в зоне вечной мерзлоты, снижает температуру грунта, предотвращает деградацию вечной мерзлоты, ускоряет выполнение строительных работ и уменьшает разрушение структуры вечной мерзлоты под откосом насыпи.

Краткое описание фигур

[0020] Ниже вкратце представлены фигуры, используемые в вариантах осуществления настоящего изобретения, которые предназначены для наглядной иллюстрации технических решений, реализованных в вариантах осуществления заявленного изобретения. Следует понимать, что фигуры, описанные ниже, иллюстрируют лишь некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, и они не должны рассматриваться как ограничивающие его объем. Исходя из этих фигур, специалисты в данной области техники могут также получить иные фигуры без приложения каких-либо творческих усилий.

[0021] На фиг.1 представлена конструктивная схема системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;

[0022] На фиг.2 представлена конструктивная схема выпускного воздуховода, соединенного с ветрозащитным экраном и выхлопным колпаком в составе системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;

[0023] На фиг.3 представлена конструктивная схема вентиляционного воздуховода в составе системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;

[0024] На фиг.4 представлена конструктивная схема воздухозаборника, соединенного с дожде- и снегозащитным колпаком в составе системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения; и

[0025] На фиг.5 представлена блок-схема, иллюстрирующая стадии способа сооружения системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0026] Перечень ссылочных позиций:

100 - система охлаждения наружным воздухом

110 - воздухозаборник

111 - воздуховпускное отверстие

120 - выпускной воздуховод

121 - воздуховыпускное отверстие

130 - вентиляционный воздуховод

131 - прямой отрезок воздуховода

132 - коленчатая труба

140 - ветрозащитный экран

150 - дожде - и снегозащитный колпак

160 - выхлопной колпак

161 - тело выхлопного колпака

162 - кольцевой воздушный дефлектор

163 - основание

Подробное раскрытие вариантов осуществления настоящего изобретения

[0027] Технические решения, реализованные в вариантах осуществления настоящего изобретения, будут подробно и полностью описаны ниже в привязке к фигурам, иллюстрирующим эти варианты осуществления, для обеспечения глубокого понимания целей, технических решений и преимуществ настоящего изобретения. Очевидно, что раскрытые варианты осуществления настоящего изобретения представляют собой лишь некоторые, а не все возможные варианты его осуществления. В общем, компоненты вариантов осуществления заявленного изобретения, описанные и проиллюстрированные на фигурах в настоящем документе, могут быть рассчитаны на самые разные конфигурации и могут располагаться по различным схемам.

[0028] Следовательно, подробное описание вариантов осуществления заявленного изобретения, проиллюстрированных на фигурах, не предполагает ограничение объема заявленного изобретения, а раскрытые варианты его осуществления представляют собой лишь некоторые варианты осуществления настоящего изобретения. На основании этих вариантов осуществления настоящего изобретения специалистами в данной области техники могут быть разработаны другие варианты осуществления без приложения ими каких-либо творческих усилий, которые также входят в объем правовой охраны настоящего изобретения.

[0029] Следует отметить, что на фигурах, описанных ниже, одни и те же элементы обозначены одинаковыми метками и цифрами. Следовательно, любой элемент, уже обозначенный на одной из фигур, не обязательно должен быть еще раз обозначен и описан на последующих фигурах.

[0030] Следует отметить, что в описании настоящего изобретения ориентация или относительное положение, обозначенное терминами «внутри», «снаружи», «выше», «ниже», «горизонтально» и т.п., относится к ориентации или относительному положению, показанному на фигурах, или обычно используемой в настоящем изобретении ориентации или относительному положению; и они применяются для описания заявленного изобретения и упрощения описания, представленного в настоящем документе, а не обозначают и не предполагают, что указанное устройство или его компонент обязательно должен иметь конкретную ориентацию и быть спроектирован или рассчитан работу в конкретной ориентации. Следовательно, варианты осуществления заявленного изобретения, описанные в настоящем документе, не должны рассматриваться как ограничивающие его. Кроме того, термины «первый», «второй», «третий» и т.д. используются исключительно для разграничения описаний, а не для указания на относительную значимость перечисляемых элементов или выдачи предполагаемого утверждения об их относительной значимости.

[0031] В описании настоящего изобретения термины «расположение», «соединение», «установка» и «сообщение с» следует понимать в их широком смысле, если только не указано и не определено иное. Например, «соединение» может представлять собой неподвижное соединение, съемное соединение или встроенное соединение; это может быть механическое соединение или электрическое соединение; и это может быть прямое соединение или непрямое соединение с использованием промежуточного или внутреннего соединения между двумя элементами. Специалисты в данной области техники могут понимать конкретное значение этих терминов в зависимости от фактических условий.

[0032] Некоторые примеры реализации настоящего изобретения разработаны в привязке к прилагаемым чертежам. Признаки, представленные в последующих вариантах осуществления заявленного изобретения, могут бесконфликтно комбинироваться друг с другом.

[0033] Как показано на фиг.1, 2, 3 и 4, этим вариантом осуществления настоящего изобретения предложена система 100 охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты, способствующая охлаждению грунта насыпи. Система 100 охлаждения наружным воздухом может осуществлять охлаждение грунта, покрытого снегом и располагающегося под откосом насыпи, снижать температуру грунта и предотвращать деградацию вечной мерзлоты.

[0034] Следует отметить, что система 100 охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты применима к откосу насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты. В случае скопления снега на откосе насыпи в зимнее время система 100 охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты может осуществлять охлаждение наружным воздухом грунта под откосом насыпи, снижать температуру грунта и предотвращать деградацию вечной мерзлоты, препятствуя тем самым оседанию поверхности и обеспечивая долгосрочную устойчивость насыпи. В случае отсутствия снега на откосе насыпи в летнее время нет необходимости в охлаждении грунта в откосе насыпи, и система 100 охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты не функционирует.

[0035] Система 100 охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты содержит воздухозаборник 110, выпускной воздуховод 120, вентиляционный воздуховод 130, ветрозащитный экран 140, дожде- и снегозащитный колпак 150 и выхлопной колпак 160. Воздухозаборник 110 соединен с выпускным воздуховодом 130 через вентиляционный воздуховод 130, благодаря чему воздух может проходить через воздухозаборник 110, выпускной воздуховод 120 и вентиляционный воздуховод 130. Вентиляционный воздуховод 130 располагается в горизонтальной плоскости; воздухозаборник 110 и выпускной воздуховод 120 ориентированы вертикально; вентиляционный воздуховод 130 встроен в откос насыпи; воздухозаборник 110 отходит вверх от подошвы откоса насыпи и выходит наружу, а выпускной воздуховод 120 отходит вверх от уступа откоса насыпи и выходит наружу, благодаря чему осуществляется охлаждение наружным воздухом грунта откоса насыпи. Удаленный от вентиляционного воздуховода 130 конец воздухозаборника 110 располагается на уровне ниже удаленного от вентиляционного воздуховода 130 конца выпускного воздуховода 120, благодаря чему воздух окружающей среды нагнетается за счет разности давления, после чего он последовательно проходит через воздухозаборник 110, вентиляционный воздуховод 130 и выпускной воздуховод 120 в безветренную погоду. Таким образом, воздух окружающей среды снижает температуру грунта вокруг воздухозаборника 110, вентиляционного воздуховода 130 и выпускного воздуховода 120 в ходе последующего процесса; реализуется функция охлаждения наружным воздухом откоса насыпи; и предотвращается деградация вечной мерзлоты с обеспечением надлежащего охлаждающего эффекта без подачи дополнительной энергии.

[0036] Следует отметить, что ветрозащитный экран 140 располагается в выпускном воздуховоде 120, и ветрозащитный экран 140 может поворачиваться относительно выпускного воздуховода 120 для его закрытия или открытия с целью отключения или активации функции охлаждения наружным воздухом системы 100 охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты. В частности, когда в зимнее время откос насыпи покрыт снегом, ветрозащитный экран 140 поворачивается в положение открытия выпускного воздуховода 120, и ветрозащитный экран 140 устанавливается в вертикальной плоскости таким образом, что через выпускной воздуховод 120 проходит воздух, и функция охлаждения наружным воздухом активируется. Когда в летнее время откос насыпи не покрыт снегом, ветрозащитный экран 140 поворачивается в положение закрытия выпускного воздуховода 120, и ветрозащитный экран 140 устанавливается в горизонтальной плоскости таким образом, что воздух не проходит через выпускной воздуховод 120, и функция охлаждения наружным воздухом отключается.

[0037] В этом варианте осуществления настоящего изобретения дожде- и снегозащитный колпак 150 располагается на удаленном от вентиляционного воздуховода 130 конце воздухозаборника 110, и дожде- и снегозащитный колпак 150 используется для предотвращения попадания мусора в воздухозаборник 110 и его засорения, обеспечивая тем самым надежность системы 100 охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты.

[0038] В этом варианте осуществления настоящего изобретения выхлопной колпак 160 располагается на удаленном от вентиляционного воздуховода 130 конце выпускного воздуховода 120, причем выхлопной колпак 160 используется для интенсификации отведения воздуха наружу из выпускного воздуховода 120. Выхлопной колпак 160 улучшает эффект конвекции воздуха и теплопередачи за счет энергии естественного ветра в ветреную погоду, усиливая конвекцию воздуха в выпускном воздуховоде 120, повышая расход воздуха в выпускном воздуховоде и улучшая эффект охлаждения наружным воздухом. Кроме того, выхлопной колпак 160 используется для предотвращения попадания мусора в выпускной воздуховод 120 и его засорения, что дополнительно повышает надежность системы 100 охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты.

[0039] Особое внимание следует обратить на тот факт, что в случае скопления снега на откосе насыпи в зимнее время теплоизоляционный эффект снега обуславливает относительно высокую температуру грунта под откосом насыпи, что приводит к относительно большой разности температур между воздухом в вентиляционном воздуховоде 130, встроенном в откос насыпи, и воздухом окружающей среды. Далее, удаленный от вентиляционного воздуховода 130 конец воздухозаборника 110 располагается на уровне ниже удаленного от вентиляционного воздуховода 130 конца выпускного воздуховода 120. Иначе говоря, воздуховыпускное отверстие 121 выпускного воздуховода 120 располагается выше воздуховпускного отверстия 111 воздухозаборника 110, давление в воздуховыпускном отверстии 121 расположенного выше выпускного воздуховода 120 относительно невелико, а давление в воздуховпускном отверстии 111 расположенного ниже воздухозаборника 110 относительно высоко, благодаря чему воздух окружающей среды нагнетается в воздуховпускное отверстие 111 за счет разности давления, после чего он последовательно проходит через воздухозаборник 110, вентиляционный воздуховод 130 и выпускной воздуховод 120 в безветренную погоду, а затем отводится наружу через воздуховыпускное отверстие 121 выпускного воздуховода 120. В ходе этого процесса воздух, проходящий через вентиляционный воздуховод 130, эффективно отводит тепло с окружающего грунта, снижает температуру окружающего грунта и осуществляет охлаждение грунта наружным воздухом.

[0040] В этом варианте осуществления настоящего изобретения система 100 охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты обеспечивает циркуляцию воздуха в вентиляционном воздуховоде 130 в безветренную погоду за счет срабатывания принципа естественной конвекции, вследствие чего достигается цель по снижению температуры окружающего грунта. Кроме того, система 100 охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты улучшает конвекцию воздуха за счет энергии естественного ветра, проходящего через выхлопной колпак 160 в ветреную погоду, что дополнительно усиливает отвод тепла и улучшает охлаждающий эффект. Таким образом, охлаждение наружным воздухом откоса насыпи в зоне вечной мерзлоты достигается удобным, практичным, энергосберегающим и безопасным для окружающей среды способом без подачи питания.

[0041] Следует отметить, что вентиляционный воздуховод 130 располагается таким образом, что он образует извилистую линию, вследствие чего длина вентиляционного воздуховода 130 от одного его конца до другого между воздухозаборником 110 и выпускным воздуховодом 120 увеличивается, что расширяет практическую область охлаждения грунта наружным воздухом с помощью вентиляционного воздуховода 130, а также повышает эффективность охлаждения и усиливает охлаждающий эффект.

[0042] В этом варианте осуществления настоящего изобретения вентиляционный воздуховод 130 содержит множество прямых отрезков 131 воздуховода и множество коленчатых труб 132, причем каждые два соседних отрезка 131 воздуховода соединены между собой посредством одной коленчатой трубы 132, а множество прямых отрезков 131 трубы и множество коленчатых труб 132 вместе образуют конструкцию S-образной формы. Вентиляционный воздуховод 130 S-образной формы расширяет практическую область охлаждения наружным воздухом и улучшает равномерность распределения температур в грунте откоса насыпи, тем самым дополнительно препятствуя деградации вечной мерзлоты и неравномерной деформации.

[0043] Кроме того, угол изгиба коленчатой трубы 132 составляет 90 градусов, а радиус изгиба коленчатой трубы 132 выше или равен двум диаметрам прямого отрезка 131 воздуховода. Таким образом, уменьшается влияние коленчатой трубы 132 на расход воздуха, увеличивается местное сопротивление коленчатой трубы 132 воздушному потоку и повышается КПД воздушного потока, вследствие чего улучшается эффект охлаждения наружным воздухом.

[0044] В этом варианте осуществления настоящего изобретения воздухозаборник 110, выпускной воздуховод 120 и вентиляционный воздуховод 130 выполнены из поливинилхлоридного (PVC) материала, вследствие чего воздухозаборник 110, выпускной воздухозаборник 120 и вентиляционный воздуховод 130 обладают такими характеристиками, как твердость, устойчивость к атмосферным воздействиям и антикоррозионная стойкость. Часть выпускного воздуховода 120, выходящая из грунта, обернута теплоизоляцией из хлопка, и этот теплоизоляционный хлопок изолирует выпускной воздуховод 120. Кроме того, в других вариантах осуществления настоящего изобретения воздухозаборник 110, выпускной воздуховод 120 и вентиляционный воздуховод 130 могут быть выполнены из металлических материалов. Таким образом, в отношении материалов, из которых может быть изготовлен воздухозаборник 110, выпускной воздуховод 120 и вентиляционный воздуховод 130, нет каких-либо конкретных ограничений.

[0045] В этом варианте осуществления настоящего изобретения внутренний диаметр вентиляционного воздуховода 130 выше или равен 0,2 м. Вентиляционный воздуховод 130 с разумно обоснованным внутренним диаметром обеспечивает достаточный расход воздуха и эффективность воздушного потока, а также усиливает охлаждающий эффект. Толщина стенки вентиляционного воздуховода 130 выше или равна 0,01 м. Вентиляционный воздуховод 130 с разумно обоснованной толщиной стенки обеспечивает прочность воздуховода и эффективность теплопередачи, тем самым дополнительно усиливая охлаждающий эффект.

[0046] Следует отметить, что вентиляционный воздуховод 130 уложен под землей на глубине 1 метр для осуществления охлаждения в положении 1 м ниже уровня откоса насыпи, при этом обеспечивается хороший охлаждающий эффект. Ось выпускного воздуховода 120 отходит вертикально от уступа насыпи, причем расстояние между осью выпускного воздуховода 120 и краем верхней поверхности насыпи на этой же ее стороне составляет менее 0,5 м; а ось воздухозаборника 110 отходит вертикально от поверхности грунта в основании, причем расстояние между осью воздухозаборника 110 и подошвой откоса насыпи составляет не менее 1,5 м, что удобно для выполнения строительных работ и обеспечения достаточной области охлаждения. Высота воздуховпускного отверстия 111 воздухозаборника 110 от земли превышает максимальную местную толщину снежного покрова, и высота воздуховыпускного отверстия 121 выпускного воздуховода 120 от земли превышает максимальную местную толщину снежного покрова, что предотвращает покрытие и забивание снегом воздуховпускного отверстия 111 или воздуховыпускного отверстия 121.

[0047] В этом варианте осуществления настоящего изобретения ветрозащитный экран 140 имеет круглую форму, а диаметр ветрозащитного экрана 140 на 0,02 метра меньше диаметра выпускного воздуховода 120, что позволяет открывать или закрывать выпускной воздуховод 120, не затрагивая сам выпускной воздуховод 120.

[0048] В этом варианте осуществления настоящего изобретения разница по высоте между воздуховпускным отверстием 111 воздухозаборника 110 и краем дожде- и снегозащитного колпака 150 составляет не менее 0,1 метра, что улучшает защитный эффект. Разница по высоте между верхней поверхностью дожде- и снегозащитного колпака 150 и воздуховпускным отверстием 111 воздухозаборника 110 составляет не менее 0,1 метра, а разница между внутренним диаметром дожде- и снегозащитного колпака 150 и внутренним диаметром воздухозаборника 110 составляет не менее 0,15 метра, что уменьшает сопротивление воздуховпускного отверстия.

[0049] Выхлопной колпак 160 содержит тело 161 выхлопного колпака, кольцевые воздушные дефлекторы 162 и основание 163. Тело 161 выхлопного колпака соединено с основанием 163 через кольцевые воздушные дефлекторы 162. Основание 163 герметично соединено с воздуховыпускным отверстием 121 выпускного воздуховода 120 с целью предотвращения утечки воздуха. Кольцевые воздушные дефлекторы 162 располагаются послойно «лесенкой» под определенным постепенно увеличивающимся углом вдоль оси выпускного воздуховода 120 для изменения направления движения естественного ветра, продувающего через кольцевые воздушные дефлекторы 162, и концентрации давления ветра на медиальных краях кольцевых воздушных дефлекторов 162, интенсифицируя тем самым отведение воздуха из выпускного воздуховода 120, способствуя конвекции воздуха в выпускном воздуховоде 120 и дополнительно усиливая эффект охлаждения наружным воздухом. Тело 161 выхлопного колпака, расположенное выше кольцевых воздушных дефлекторов 162, имеет дугообразную форму, причем тело 162 выхлопного колпака может изменять направление движения воздушного потока и предотвращать попадание снега и воды во время дождя в выпускной воздуховод 120.

[0050] В этом варианте осуществления настоящего изобретения выхлопной колпак 160 представляет собой расширяющийся раструбом выхлопной колпак 160, высота которого составляет не более 0,5 метра, а постепенно увеличивающийся центральный угол лежит в пределах 8-10 градусов. Поскольку выхлопной колпак 160 располагается на воздуховыпускном отверстии 121 выпускного воздуховода 120, в ветреную погоду естественный ветер будет поступать на более широкие раструбы дефлекторов и отходить от менее широких раструбов дефлекторов, вследствие чего формируется направленная вверх струя воздуха, и воздух выталкивается вверх. Таким образом, повышается КПД воздушного потока и усиливается эффект охлаждения наружным воздухом.

[0051] Как показано на фиг.5, этим вариантом осуществления настоящего изобретения дополнительно предложен способ сооружения системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты с целью ускорения процесса выполнения строительных работ и уменьшения разрушения структуры вечной мерзлоты под откосом насыпи. Этот способ сооружения предусматривает следующие стадии:

[0052] Стадия S110: Отрывка и профилировка траншеи.

[0053] Следует отметить, что перед выполнением стадии S110 конструктивные размеры предварительно собранных прямых отрезков 131 и предварительно собранных коленчатых труб 132 вентиляционного воздуховода 130 должны быть заранее спроектированы и обеспечены в соответствии с фактической структурой насыпи. Прямые отрезки 131 воздуховода и коленчатые трубы 132 стыкуются друг с другом на заводе-изготовителе или на строительной площадке, стыки между ними герметизируются, и эти стыки обертываются водонепроницаемым материалом для предотвращения возможного попадания мусора в вентиляционный воздуховод 130, причем вентиляционный воздуховод 130 эффективно вентилируется в течение длительного времени.

[0054] Далее, на стадии S110 для дороги в зоне вечной мерзлоты, покрытой снегом, перед сооружением насыпи отрывается траншея в естественном грунте под будущей насыпью с использованием механического оборудования в соответствии с конструктивными размерами расчетного вентиляционного воздуховода 130. Глубина выемки составляет 1 метр, а ширина траншеи превышает или равна двум наружным диаметрам вентиляционного воздуховода 130, что облегчает укладку вентиляционного воздуховода 130. После отрывки траншеи эта траншея профилируется, чтобы обеспечить беспрепятственное размещение в ней расчетного вентиляционного воздуховода 130.

[0055] Стадия S120: Подъем вентиляционного воздуховода 130 и его установка в траншее.

[0056] Следует отметить, что на стадии S120 собранный вентиляционный воздуховод 130 S-образной формы медленно опускается в траншею с помощью подъемного оборудования таким образом, что вентиляционный воздуховод 130 удерживается в горизонтальной плоскости.

[0057] Стадия S130: Подсоединение воздухозаборника 110 к одному концу вентиляционного воздуховода 130, а выпускного воздуховода 120 - к другому концу вентиляционного воздуховода 130.

[0058] Следует отметить, что на стадии S130 воздухозаборник 110 и выпускной воздуховод 120 устанавливаются по отдельности на двух концах вентиляционного воздуховода 130 таким образом, что воздухозаборник 110 и выпускной воздуховод 120 проходят в вертикальном направлении.

[0059] Стадия S140: Засыпка и утрамбовка траншеи.

[0060] Следует отметить, что на стадии S140 грунт засыпается обратно в траншею и утрамбовывается для фиксации воздухозаборника 110, вентиляционного воздуховода 130 и выпускного воздуховода 120 в требуемом положении.

[0061] Стадия S150: Засыпка и послойное уплотнение насыпи с формированием откоса насыпи.

[0062] Следует отметить, что на стадии S150 насыпь засыпается и послойно уплотняется поверх вентиляционного воздуховода 130. В ходе выполнения этого процесса предотвращается попадание грунта и прочего мусора в воздуховоды через воздуховпускное отверстие воздухозаборника 110 и воздуховыпускное отверстие 121 выпускного воздуховода 120.

[0063] Далее, после выполнения стадии S150, на воздухозаборнике 110 монтируется дожде- и снегозащитный колпак 150, а на выпускном воздуховоде 120 монтируется ветрозащитный экран 140 и выхлопной колпак 160, что завершает сооружение системы 100 охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты.

[0064] В системе 100 охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты согласно настоящему изобретению воздухозаборник 110 соединен с выпускным воздуховодом 120 через вентиляционный воздуховод 130. Вентиляционный воздуховод 130 располагается в горизонтальной плоскости; воздухозаборник 110 и выпускной воздуховод 120 ориентированы вертикально; вентиляционный воздуховод 130 встроен в откос насыпи; воздухозаборник 110 отходит от земли вверх вблизи подошвы откоса насыпи; а выпускной воздуховод 120 отходит вверх от уступа откоса насыпи и выходит наружу. Удаленный от вентиляционного воздуховода 130 конец воздухозаборника 110 располагается на уровне ниже удаленного от вентиляционного воздуховода 130 конца выпускного воздуховода 120, благодаря чему воздух окружающей среды нагнетается за счет разности давления, после чего он последовательно проходит через воздухозаборник 110, вентиляционный воздуховод 130 и выпускной воздуховод 120 в безветренную погоду. В сравнении с предшествующим уровнем техники в системе 100 охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты согласно настоящему изобретению используется воздухозаборник 110 и выпускной воздуховод 120, соединенные между собой посредством вентиляционного воздуховода 130, что позволяет осуществлять охлаждение наружным воздухом грунта, покрытого снегом и располагающегося под откосом насыпи в зоне вечной мерзлоты, снижать температуру грунта и предотвращать деградацию вечной мерзлоты. Кроме того, при использовании способа сооружения системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты ускоряется процесс выполнения строительных работ и уменьшается разрушение структуры вечной мерзлоты под откосом насыпи.

[0065] Выше описаны только предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, но этими вариантами осуществления настоящее изобретение не ограничено. Специалист в данной области техники может вносить в настоящее изобретение различные изменения и модификации. Любые модификации, эквивалентные замены и усовершенствования, выполненные в рамках сущности и объема настоящего изобретения, должны входить в объем правовой охраны заявленного изобретения.

Изобретение относится к технической области механики мерзлых грунтов, в частности к системе охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты и способу сооружения системы охлаждения наружным воздухом. Система охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты в зимнее время включает воздухозаборник, выпускной воздуховод и вентиляционный воздуховод. Воздухозаборник соединен с выпускным воздуховодом через вентиляционный воздуховод. Вентиляционный воздуховод расположен в горизонтальной плоскости, воздухозаборник и выпускной воздуховод ориентированы вертикально. Вентиляционный воздуховод встроен в откос насыпи, воздухозаборник выходит наружу от подошвы откоса насыпи, выпускной воздуховод выходит наружу от уступа откоса насыпи, а удаленный от вентиляционного воздуховода конец воздухозаборника расположен на уровне ниже удаленного от вентиляционного воздуховода конца выпускного воздуховода, благодаря чему воздух окружающей среды будет нагнетен за счет разности давления и разности температур между воздухом в вентиляционном воздуховоде, встроенном в откос насыпи, и воздухом окружающей среды, после чего он будет иметь возможность последовательно проходить через воздухозаборник, вентиляционный воздуховод и выпускной воздуховод в безветренную погоду. Технический результат состоит в обеспечении охлаждения наружным воздухом грунта, покрытого снегом и располагающегося под откосом насыпи в зоне вечной мерзлоты, снижения температуры грунта, предотвращает деградацию вечной мерзлоты, ускоряет выполнение строительных работ и уменьшает разрушение структуры вечной мерзлоты под откосом насыпи. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты в зимнее время, включающая воздухозаборник (110), выпускной воздуховод (120) и вентиляционный воздуховод (130);

причем воздухозаборник (110) соединен с выпускным воздуховодом (120) через вентиляционный воздуховод (130);

вентиляционный воздуховод (130) расположен в горизонтальной плоскости;

воздухозаборник (110) и выпускной воздуховод (120) ориентированы вертикально;

вентиляционный воздуховод (130) встроен в откос насыпи;

воздухозаборник (110) выходит наружу от подошвы откоса насыпи;

выпускной воздуховод (120) выходит наружу от уступа откоса насыпи;

а удаленный от вентиляционного воздуховода (130) конец воздухозаборника (110) расположен на уровне ниже удаленного от вентиляционного воздуховода (130) конца выпускного воздуховода (120),

благодаря чему воздух окружающей среды будет нагнетен за счет разности давления и разности температур между воздухом в вентиляционном воздуховоде (130), встроенном в откос насыпи, и воздухом окружающей среды, после чего он будет иметь возможность последовательно проходить через воздухозаборник (110), вентиляционный воздуховод (130) и выпускной воздуховод (120) в безветренную погоду.

2. Система по п. 1, в которой вентиляционный воздуховод (130) расположен таким образом, что он образует извилистую линию.

3. Система по п. 2, в которой вентиляционный воздуховод (130) содержит множество прямых отрезков (131) воздуховода и множество коленчатых труб (132), причем каждые два соседних прямых отрезка (131) воздуховода соединены между собой посредством одной коленчатой трубы (132), а множество прямых отрезков (131) воздуховода и множество коленчатых труб (132) вместе образуют конструкцию S-образной формы.

4. Система по п. 3, в которой угол изгиба коленчатой трубы (132) составляет 90°, а радиус изгиба коленчатой трубы (132) превышает или равен двум диаметрам прямого отрезка (131) воздуховода.

5. Система по п. 1, в которой воздухозаборник (110), выпускной воздуховод (120) и вентиляционный воздуховод (130) выполнены из поливинилхлоридного (PVC) материала или металлического материала, а часть выпускного воздуховода (120), выходящая из грунта, обернута теплоизоляцией из хлопка.

6. Система по п. 1, в которой внутренний диаметр вентиляционного воздуховода (130) превышает или равен 0,2 м, а толщина стенки вентиляционного воздуховода (130) превышает или равна 0,01 м.

7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит ветрозащитный экран (140), причем этот ветрозащитный экран (140) расположен в выпускном воздуховоде (120), и этот ветрозащитный экран (140) выполнен с возможностью поворота относительно выпускного воздуховода (120) для открытия или закрытия последнего.

8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит дожде- и снегозащитный колпак (150), расположенный на удаленном от вентиляционного воздуховода (130) конце воздухозаборника (110) для предотвращения попадания мусора в воздухозаборник (110) и его засорения.

9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит выхлопной колпак (160), расположенный на удаленном от вентиляционного воздуховода (130) конце выпускного воздуховода (120) для интенсификации отведения воздуха наружу из выпускного воздуховода (120) и для предотвращения попадания мусора в выпускной воздуховод(120) и его засорения.

10. Способ сооружения системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты в зимнее время, отличающийся тем, что этот способ используется для сооружения системы охлаждения наружным воздухом откоса насыпи в заснеженной зоне вечной мерзлоты в зимнее время по любому из предшествующих пп. 1-9, и тем, что этот способ включает следующие стадии:

отрывку и профилировку траншеи;

подъем вентиляционного воздуховода (130) и его установку в траншее;

подсоединение воздухозаборника (110) к одному из концов вентиляционного воздуховода (130), а выпускного воздуховода (120) - к его другому концу;

засыпку и утрамбовку траншеи; и

засыпку и послойное уплотнение насыпи с формированием откоса насыпи.