Термосвая Советский патент 1981 года по МПК E02D3/115 

(54) ТЕРМОСВАЯ

1

Изобретение относится к строительству и касается выполнения термосвай, используемых для охлаждения и заме-раживания грунта.

Известна термосвая, выполненная в виде частично размещенной в грунте трубы, заполненной теплоносителем. За счет циркуляции теплоносителя в виде нисходящего охлс1жденного и восходящего наг эетого потоков теплоносителя достигается забор тепла у грунта и передача его в атмосферу 1

Однако при циркуляции теплоносителя в термосвае происходит перемешивание восходящего и нисходящего потоков, что снижает эффективность работы устройства.

Наиболее близкой к изобретению является термосвая, включающая частично, заглубленный в грунт и заполненный теплоносителем трубчатый корпус и коаксиально размещенные в надземной и подземной частях корпуса соответственно верхнюю и нижннио разделительные трубы, каждая из которых выполнена с винтовыми рабрш на наружной боковой поверхности 2. Несмотря иа повышение эффективности работы термосваи за счет разделения восходящего и нисходящего пото- .

ков теплоносителя и регулирования течения теплоносителя в межреберном пространстве, ее недостатками являются уменьшение величины отбора тепла у грунта в сечениях, приближающихся к поверхности грунта, поскольку из-за равномерности шага винтообразного ребра скорости течения теплоносителя постоянны по длине термосваи, а величина перепада температур грунта и теплоносителя уменьшается в сечениях, приближающихся к поверхности грунта, а также малое участие ребер в перепаде тепS ла от грунта теплоносителю, поскольку оно присоединено к внутренней трубе, а не к корпусу термосваи, и сложность изготовления винтообразных ребер.

0 Цель изобретения - повьлпение эффективности работы термосваи.

Цель достигается тем, что в термосвае, включаквдей частично заглубленный в грунт и заполненный теплоиосй5 телем трубчатый корпус и коаксиально установленные в надземной и подземной частях корпуса соответственно верхнюю и нижнкво разделительные трубы, каждая из которых выполнена с ребра,ми на наружной боковой поверхности.

кеакдЬе ребро выполнено в виде поперечной пластины, перекрывающей коль цевой.зазор между стенками соответ|Ствующей разделительной трубы и стенками корпуса, имеющей сквозные отверстия и выполненной из материала, теплопроводность которого выше теплопрой.одности материала разделительных труб, причем ребра нижней разделительной трубы размещены на расстоянии друг от друга, уменьшающемся в направлении к поверхности грунта, а ребра верхней разделительной трубы размещены на одинаковом расстоянии друг от друга, при этом каждая разделительная труба может быть выполнен с нечетным количеством ребер, причем отверстия на нечетных ретбрах смещены в сторону соответствующей разделит ельной трубы, а отверстия на четных ребрах смещены в сторону корпуса .

Кроме того, целесообразно, чтобы термосвая была снабжена разделителем потока теплоносителя, вьшолненным в виде трубок, один конец которых примыкает к отверстиям верхней пластины нижней разделительной трубы, а другой - заведен в полость верхней разделительной трубы с нижнего конца

На фиг. 1 изображена термосвая, продольный разрез; нафиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разг рез Б-В на фиг. .

Термосвая состоит из корпуса 1, выполненного из материала с повышенной теплопередачей и заполненного теплоносителем. Термосвая частично заглублена в грунт 2. В надземной и подземной частях корпуса 1 размещены соответственно верхняя 3 и нижняя 4 разделительные трубы из материала с пониженной теплопередачей. В пространстве между корпусом 1 и трубами 3 и 4 размещены ребра 5 в виде поперечных кольцевых пластин из материала с повышенной теплопередачей. Ребра 5 соединены с корпусом 1 термосваи и размещены каждое перпендикулярно оси сваи. Количество ребер на каждой разделительной трубе - нечетное. Расстояние между ребрами верхней разделительной трубы 3 принято постоянным, а подземной разделительной трубы 4 - переменным уменьшающимся в направлении к поверхности грунта, В ребрах имеются сквозные отверстия 6 и 7. У четных ребер отверстия 6 расположены у стенок соответствующей разделительной трубы у нечетных - отверстия 7 расположены у стенок корпуса 1 термосваи. Нижний торец верхней трубы 3 соединен с отверстиями 7 верхнего ребра нижней трубы 4 трубками 8, выполненными из материала с повышенной те лопроводностью и выполняняцими роль разделителя потока теплоносителя, В корпусе 1 термосваи имеется отверстие с пробкой 9 для залива теплоносителя. Суммарная площадь отверс тий на каждом ребре выбирается, исходя из расчетной величины расхода теплоносителя по поперечному сечению .термосваи, т,е, объема теплоносителя проходящегочерез сечение термосваи в единицу времени. Наиболее распрост|раненным и логичным решением является назначение суммарной площади отверстий, равной площади сечения внутренней трубы 3 или 4. Для назначения сечения разделительных труб 3 и 4 следует принимать расход теплоносителя, движущегося вниз, равным расходу теплоносителя, движущегося вверх. В этом случае сечение трубы 3 должно быть принято несколько больше сечения трубы 4, так как по трубе 3 течет более теплый теплоноситель, меньшей плотности, следовательно, большего объема, чем в трубе 4. Суммарное сечение трубок 8 имеет размер промежуточный между размерами сечений труб 3 и 4. Но, исходя из инженерных расчетов, следует принимать сечения труб 3 и 4 равными, а суммарное сечение трубок 8 равным сечению трубы 3 или 4. Толщина трубок 8 учитывается при проектировании соединения их торцов с трубой 3. Чтобы обеспечить равность суммарного сечения трубок 8 с сечением трубы 3, нужно между нижним торцом трубы 3 и верхними торцами трубок 8 вставить переходник (не показан) с большим сечением у трубок 8 за счет их толщины и одинаковым с трубой 3 сечением у трубы 3.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Через отверстие в верхнем торце корпуса 1 термосваю запивают теплоносителем. Отверстие закрывают пробкой 9. С наступлением холодов теплоноситель приходит в движение. Теплоноситель наибольш ей плотности, охлажденный стенками корпуса 1 надземной части термосваи, стекает в пространство между стенками корпуса 1 и стенками трубы 3 вниз, попадает в трубу 4. По трубе 4 холодный теплоноситель опускается на дно термосваи. Нагреваясь от дна и придонных стенок корпуса 1 термосваи, теплоноситель становится менее плотным и вытесняется вверх новыми пopция и плотного и холодного теплоносителя, изливающимися из трубы 4. Теплоноситель через отверстия 7 в нижнем ребре изливается в пространство между нижним и вышележащим ребрами. Из этого пространства через отверстия б во втором снизу ребре он изливается в пространство между этим и расположенным над ним ребрами и т,д. Теплоноситель получает возможность для увеличения съема тепла за счет развитой поверхности теплопередачи: тепло от стенок

корпуса 1 термосваи интенсивно отбирается ребрами 5 и передается омывающему их теплоносителю. Увеличение теплопередачи достигается еще и за счет удлинения пути теплоносителя, поскольку движение его отверстий 7 к отверстиям 6 проходит по кривой.

В разных сечениях подземной части термосваи величина теплопередач разная; она вьяпе в нижней части, где .перепад между температурами грунта и теплоносителя больше, и ниже в верхней части, где перепад температур меньше. По этой причине интенсивность теплопередачи по мере приближения сечения подземной части термосваи к поверхности грунта уменьшается. Для обеспечения одинаковой величины теплопередачи по длине термосваи ребра размещены в подземной части термосваи на расстоянии друг от друга, уменьшающемся в направлении к поверхности грунта. Теплый теплоноситель, пройдя через отверстия 7 в верхнем ребре нижней трубы 4 и трубки 8, выполняющие роль разделителя потока, поступает в верхнюю трубу 3, поднимается по ней и изливается из ее верхнего торца в полост термосваи. Через окна 7 в верхнем ребре верхней трубы 3 он сливается в пространство -между .верхним и.нижележащим ребрами. Затем через окна б во втором снизу ребре теплоноситель опускается в пространство между этим и располоя енным подним ребрами и т.д. При этом теплоноситель интенсивно охлаждается, отдавая тепло стенкам корпуса 1 и ребрам верхней трубы 3. Расстояние между ребрами в надземной части термосваи принято одинаковым.

В предлагаемой термосвае достигается съем большого количества тепла теплоносителем с большой поверхности, представленной стенками корпуса и ребрами; имеет место интенсивная теплопередача через стенки корпуса и ребер, так как они выполнены из материала с повышенной теплопередачей; обеспечивается глубокое насыщение теплом теплоносителя за счет увеличения длины его пути расположением окон в смежных ребрах у противоположных краев; достигается равномерность съема тепла теплоносителем по длине термосваи за счет изменения расстояния между ребрами в подземной части термосваи; достигается простота изготовления ребер.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой термосваи заключается в переносе большего количества тепла, следовательно, в охлаждении большего объема грунта в единицу времени.

Изобретение может быть использовано для укрепления оснований сооружений, например искусственных сооружений, зданий, набережных и т.п.

Формула - изобретения

O

.выполнена с ребрами на наружной боковой поверхности, отличающая0с я тем, что, с целью повышения эф фективности ее работы, каждое ребро выполнено в виде поперечной пластины, перекрывакицей кольцевой зазор между стенками соответствукоцей разделительной трубы и стенками корпуса,

5 имеющей сквозные отверстия и выполненной из материала, теплопроводность которого выше теплопроводности материала разделительных труб, причем ребра нижней разделительной трубы

0 размещены на расстоянии друг от друг га, уменьшающемся в направлении к поверхности грунта, а ребра верхней разделительной трубы размещены на одинаковом расстоянии друг от друга.

5

в сторону соответствующей разделительной трубы, а отверстия на четных ребрах смещены в сторону корпуса.

5 личающаяся тем, что она снабжена разделителем потока теплоносителя, выполненным в виде трубок, один конец которых примыкает к отверстиям верхней пластины нижней разделительной труб1)1, а другой - заведен в

0 полость верхней разделительной трубы с нижнего конца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

V7

7/AiW

B-ff