Устройство для замораживания грунта Советский патент 1984 года по МПК E02D3/115 

Изобретение относится к строительству и предназначено для замораживания грунта.

Известно устройство для замораживания грунта, выполненное в виде заполненного теплоносителем герметичного корпуса с теплособирающей ча тью, внедренной в грунт,,и теплоотдающей частью, размещенной над грунтом. При циркуляции теплоносителя присходит перенос тепла из теплособирающей части корпуса в теплоотдающую, т.е. отбор тепла у грунта и отдача его в атмосферу ClJНедостатком известного устройства является перемешивание восходящего и нисходящего потоков теплоносителя в корпусе, что приводит к снижению эффективности работы устройства.

Наиболее близким к изобретению является устройство для заморажийания грунта, включающее частично заглубленный в грунт корпус, в котором установлена разделительная труба с превышением ее верхнего торца относительно корпуса, установленную на верхнем торце разделительной трубы камеру, внутри которой размещена лопастная турбина, соединенная посредством вала с ветряным двигателем и патрубки, сообщающие камеру с корпусом. В этом устройстве наличие разделительной трубы, исключающей перемешивание восходящего и нисходящего потоков воздуха-теплоносителя, и наличие камеры с лопастной турбиной, образующей дополнительный напор при циркуляции воздзпса, повышает эффективность работы устройства С2.

Однако замороженный этим устройством грунт в летнее время быстро оттаивает из-за высокой теплопроводности мерзлого грунта. Это отрицателно сказьшается на эффективности работы устройства.

Цель изобретения - повьЩ1ение эффективности работы устройства в слабых грунтах,.

Цель достигается тем, что устройство для замораживания грунта, включающее частично заглубленный в грунт трубчатый корпус, в котором установлена ра:зде1штельная труба, камеру, внутри которой размещена лопастная турбина, соединенная посредством вала с ветряным двигателем, и патрубки, сообщающие камеру с корпусом, , снабжено воздуховодными трубами, которые размещены вокруг корпуса, а их нижние концы выполнены со сквозными отверстиями, перекрытыми воздухопроницаемым материалом, отогнуты от корпуса и пояруЬно размещены в грунте, причем надзейная часть корпуса выполнена со сквозньм отверстием в его стенке и снабжена поперечной перфорированной диафрагмой, верхние концы воздуховодных труб и нижние концы патрубков заведены в наддйафрагменную часть корпуса, камера размещена на верхнем торце корпуса и выполнена с воздухозаборной воронкой, а разделительная труба выполнена составной из верхней и нижней секций с установленным между секциями nepenyckHbiM приспособлением и ее верхний конец заведен в сквозное отверстие в стенке корпуса.

При этом корпус может быть выполнен с радиально расположенными вертикальными ножами, на которые оперты отогнутые концы воздуховодных труб.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, вертикальный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

30 Предлагаемое устройство представляет собой трубчатый корпус, состоящий из подземного .1 и надземного 2 теплообменников, роль которых выполняют соответственно подземная и над35 земная части корпуса. В теплообменниках 1 и 2 размещены соответственно нижняя 3 и верхняя 4 секции разделительной трубы, между которыми установлено перепускное приспособле40 ние 5. На верхне торце корпуса размещена камера 6, оснащённая воздухозаборной воронкой 7 и лопастной турбиной 8, которая посредством вала 9 соединена с ветряйым двигателем

45 10. В надземном теплообменникё 2 расположена поперечная перфорирован.ная диафрагма 11. Камера 6 сообщена с наддиафрагменной частью 12 надземного теплообменника 2 посред50 ством патрубков 13, подведенных к стенкам камеры и теплообменника тангенциально. Вокруг корпуса расположены воздуховодные трубы 14. Их верхний конец заведен в наддиафраг55 менную часть 12 теплообменника 2, а нижний конец выполнен с отверстия. ми 15 и отогнут от корпуса. Отверстия 15 перекрыты воздухопроницаемым материалом 16, например синтетическим нетканым. Отогнутые концы труб 14 размещены вокруг подземного теплообменника 1 поярусно, причем длина отогнутых участков и размер и отверстий 15 в нижележащих ярусах больше, чем в вьппележащих. К подзем ному теплорбменнику 1 прикреплены радиальные секторные ножи 17, на ко торые оперты отогнутые концы труб 14; Верхняя секция 4 разделительной трубы вьгоедена из корпуса через бок вое сквозное отверстие в стенке над земного теплообменника 2. Устройство монтируется на площадке 18 с понтонами 19. Для фиксации устройст ва предусмотрены фиксационные приливы Использование устройства состоит из трёх стадий: его установки, рабо ты по замораживанию грунта и возведения на нем, как на опоре, сооружения. Предпочтительные условия его применения - болота, слабые разжиже ные грунты. Монтаж устройства производится следующим образом. Собранный корпус и понтонную пло щадку доставляют на место установки одним из известных способов: на вез деходе, если грунты имеют для достаточную несущую способность, на барже, если в верхней части боло та - вода и т.п. Собирают понтонную площадку, устанавливают с помощью крана в проем понтонной площадкиj подводя разомкнутую площадку под фиксационные приливы 20. Замыкают площадку. Заглубляют корпус в грунт одним из известных способов: вдавливанием, вибропогружателем и т.п.При заглублении устройства секторными ножами 17 разрезаю1тся растител ные волокна, корни растений, комья грунта. При этом сила сопротивления внедрению воспринимается ножами 17 и не передается на трубы 14. Когда понтоны 19 лягут на поверхность грунта или воды (в болоте) и вес.устройства будет воспринят ими полностью, отсоединяют крюк или стропы крана. Начинается стадия работы устройства по замораживанию грунта. С наступлением холодов устройство само включается в работу. Воздух, заполняющий пространство между стенками подземного 1 теплообменника и нижней секции 3 разделительной трубы, забирает тепло от стенок теплообменника, становится менее плотным и поднимается вверх. Перепускным приспособлением 5 теплый воздух направляется в верхнюю секцию 4 разделительной и из ее торца выходит в атмосферу. На смену теплому воздуху из нижней секции 3 изливается холодный воздух, который перепускным приспособлением 5 направляется в нее из пространства между стенкаминадземного 2 теплообменника и верхней секции 4. Холодный атмосферный воздух поступает в надземный теплообменник 2 через воздухозаборную воронку 7, камеру 6 и патрубки 13. Возникает естественная циркуляция |воздуха с забором тепла у грунта и передачей его в атмосферу. При этом течения воздуха в воздуховодньпс трубах 14 не наблюдается, так как их отогнутые концы заполнены водой, проникающей из болота через нетканый материал 16 в отверстия 13. При возникновении ветра работа 1устройства интенсифищфуется и несколько изменяется. Под действием |ветра приходит во вращение ветряной двигатель 10. Он приводит во вращение лопастную турбину 8. Засасываемый через воронку 7 холодный атмосферный воздух под давлением нагнетается в патрубки 13. Из них сжатый воздух поступает в наддиафрагменную часть 12 теплообменника 2, а затем часть воздуха поступает через перфорацию в диафрагме 11 в остальную часть надземного теплообменника и совершает тот же путь, что и при работе устройства без ветра в атмосфере . При отборе тепла у грунта вокруг стенок подземного теплообменника образуется слой замерзшего грунта. Одновременно другая часть сжатого воздуха из наддиафрагменной части 12 поступает в воздуховодные трубы 14, вытесняет воду в их отогнутых концах через отверстия 15 и нетканьй материал 16 и вьщавливается в разжиженный грунт, окружающий теплообменник 1. Пузырьки воздуха в разжиженном грунте медленно подымаются вверх, к поверхности грунта. При этом воздух в них нагревается, забирая тепло у разжиженного грунта.

Под действием интенсивной теплоотдачи грунтом тепла в атмосферу чегрез поверхность грунта, воздуху через стенки корпуса, циркулирующем в корпусе под давлением турбины 8, и воздуху, свободно перемещающемуся в грунте вокруг отогнутых концов труб 14, грунт замерзает. При этом в нем остаются пузырьки воздуха. Замороженный массив представляет собой льдогрунтововоздущную массу. Такая пористая масса оттаивает медленно из-за низкой ее теплопроводности благодаря высокому насыщению возду ком.

Таким образом, в передаче тепла от гру1ата стенкам подземного теплообменника участвуют секторные ножи 17, примыкающие к корпусу и выполненные из теплопроводного материала (металла). При-зтом секторные (кжи выполняют три функции: режут грунт при внедрении корпуса в грунт служат опорой воздуховодным трубам

и защищают их от механического воздействия грунта при внедрении корпуса в грунт; увеличивают поверхность теплопередачи от -грунта к корпусу.

Кроме того, благодаря наличию лопастной турбины ускоряется циркуляция воздуха в корпусе и увеличивается теплообмен между грунтом и стенками корпуса, а подача холодного сжатого воздуха непосредственно в разжиженный грунт обеспечивает получение высокопористого замороженного грунта с низким коэффициентом теплопровойности.

Все это обеспечивает высокую интенсивность замораживания разжиженного грунта и длительное сохранение его в мерзлом состоянии.

Предлагаемое изобретение может быть использовано для укрепления оснований сооружений, например искусственных сооружений, зданий, набережных, геодезических знаков и т.п.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГРУНТА, включающее частично заглубленный в грунт трубчатый корпус, в котором установлена разделительная труба, камеру, внутри которой размещена лопастная турбина, соединенная посредством вала с ветряным двигателем, и патрубки, сообщающие камеру с корпусом, о т л ичающееся тем, что, с целью повьппения эффективности работы устройства в слабых грунтах, оно снабжено воздуховодными трубами, кото13 SKto.j OiuiiA рые размещены вокруг корпуса, а их нижние КОНЩ.1 выполнены со сквозными отверстиями, перекрытыми воздухопроницаемым материалом, отогнуты от корпуса и поярусно размещены в грунте, причем надземная часть корпуса выполнена со сквозным отверстием в его стенке и снабжена поперечной перфорированной диафрагмой, верхние концы воздуховодных труб и нижние концы патрубков заведены в наддиафрагменную часть корпуса, камера размещена на верхнем торце корпуса и вьтолнена с воздухозаборной воронкой, а разделительная труба вьлолнена составной из верхней 9 и нижней секций с установленным между секциями перепускным приспособлением и ее верхний конец заведен в сквозное отверстие в стенке корпуса. § 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен с радиально расположенными вертикальными ножами, на которые оперты отогнутые концы воздуховодСО 00 ел ных труб.

t Д Ь-ддлм л|Д