Последние изобретения по монтажу термостабилизаторов грунта. Примеры применяемых технологий при строительстве линейной части газопроводов. Глубинные сезоннодействующие охлаждающие устройства

Изобретение относится к строительству в зонах вечной мерзлоты, а именно к термостабилизаторам грунта для замораживания фундаментов. Термостабилизатор грунта содержит герметичный вертикально расположенный корпус с теплоносителем, в верхней и нижних частях которого расположены зоны теплообмена. При этом по меньшей мере в одной зоне теплообмена установлена кольцеобразная вставка, имеющая повышенную удельную поверхность. Наружная поверхность вставки контактирует с внутренней поверхностью корпуса в зоне теплообмена. Площадь поперечного сечения кольцеобразной вставки не превышает 20% площади поперечного сечения полости корпуса. Технический результат состоит в повышении теплопередающих характеристик при сохранении компактности термостабилизатора, а также повышении эффективности работы термостабилизатора грунта. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к строительству в зонах вечной мерзлоты, например около свай опор ЛЭП, нефте- и газопроводов и других объектов строительства, а именно к термостабилизаторам грунта для замораживания фундаментов.

Известен двухфазный термосифон, содержащий по крайней мере один частично заполненный теплоносителем герметичный корпус с зонами испарения и конденсации и расположенный в последней зоне радиатор с продольными ребрами (Термосваи в строительстве на севере. - Л.: Стройиздат, 1984 г., с. 12).

Также известен двухфазный термосифон, содержащий по крайней мере один частично заполненный теплоносителем герметичный корпус с зонами испарения и конденсации и расположенный в последней зоне радиатор с продольными ребрами (Патент России 96939 МПК F28D 15/00 от 18.02.2010 г.).

Недостатком известных термосифонов является их относительно низкая эффективность, ввиду чего для передачи больших тепловых потоков требуется значительное увеличение массогабаритных характеристик двухфазного термосифона.

В качестве прототипа была выбрана конструкция, описанная в статье, размещенной в интернете по адресу: http://iheatpipe.ru/doc/termostab.pdf. В статье сказано, что «в корпусах из любой стали необходимо создавать капиллярную структуру в зоне испарения (винтовая нарезка, спираль, канавки, сетка и т.д.). Следует отметить, что в ТС (термостабилизатор) из алюминиевых сплавов (ТМД-5 всех моделей, ТТМ и ДОУ-1) при необходимости на внутренней поверхности зоны испарения, а в остальных ТС практически всегда используются пружины или спирали. Так, например, в ТС типа ТСГ-6, ТН и ТСН капиллярная структура выполняется в виде витков спирали из нержавеющей проволоки диаметром (0,8-1,2) мм с шагом спирали 10 мм на внутренней поверхности ЗИ ДТ». Однако предложенные в статье варианты структур (винтовая нарезка, канавки, сетка и т.д.) весьма сложны в изготовлении на внутренней поверхности труб, из-за чего и предложен вариант со спиралью. Кроме того, приведенные в статье размеры (спираль из проволоки диаметром 0,8-1,2 мм с шагом 10 мм) не позволяют говорить о капиллярности структуры в зоне испарения. Предложенная спираль или пружина незначительно увеличивает площадь теплообмена и обладает недостаточной эффективностью.

Задачей предлагаемого изобретения является создание термостабилизатора грунта, выполненного в виде тепловой трубы с положительной ориентацией, с увеличенной площадью теплообмена для повышения теплопередающих характеристик.

Техническим результатом является повышение эффективности работы термостабилизатора грунта, повышение теплопередающих характеристик при сохранении его компактности.

Задача решается, а технический результат достигается тем, что термостабилизатор грунта содержит герметичный вертикально расположенный корпус с теплоносителем. В верхней и нижних частях корпуса расположены зоны теплообмена. При этом по меньшей мере в одной зоне теплообмена установлена кольцеобразная вставка, имеющая повышенную удельную поверхность. Наружная поверхность кольцеобразной вставки контактирует с внутренней поверхностью корпуса в зоне теплообмена, при этом площадь поперечного сечения кольцеобразной вставки не превышает 20% от площади поперечного сечения внутренней полости корпуса.

Кольцеобразная вставка может быть выполнена из металла с губчатой структурой, хаотично спутанной металлической проволоки или представлять собой набор мелкоячеистых тонких металлических плоских сеток.

Кольцеобразная вставка с одного торца может быть снабжена гофрированным конусообразным кольцом. Причем диаметр внутреннего отверстия конусообразного кольца меньше внутреннего диаметра кольцеобразной вставки. На внешней поверхности конусообразного кольца выполнены выступы для контакта с внутренней поверхностью корпуса.

Предлагаемое в изобретении решение позволяет увеличивать площадь теплообмена в термостабилизаторе грунта более чем в 15 раз без увеличения внешних размеров устройства.

В дальнейшем изобретение иллюстрируется подробным описанием конкретных, но не ограничивающих настоящее решение, примеров его выполнения и прилагаемым чертежами, на которых изображено:

фиг. 1 - вариант выполнения термостабилизатора грунта с кольцеобразной вставкой из набора мелкоячеистых тонких металлических плоских сеток;

фиг. 2 - вариант выполнения термостабилизатора грунта с кольцеобразной вставкой из хаотично спутанной металлической проволоки;

фиг. 3 - гофрированное кольцо.

Термостабилизатор грунта с кольцеобразной вставкой из набора мелкоячеистых тонких металлических плоских сеток схематично изображен на фиг. 1. Термостабилизатор состоит из герметичного вертикально расположенного корпуса 1, выполненного, например, в виде полого цилиндра. Торцы корпуса 1 с двух сторон герметично закрыты крышками 2. Внутри корпуса 1 имеются две зоны теплообмена в его верхней и нижней частях. Корпус 1 в районе верхней зоны теплообмена снабжен радиатором, теплоотводящими элементами которого выступают пластины 3, установленные на внешней поверхности корпуса 1. Во внутреннюю полость корпуса 1 заливают теплоноситель, в качестве которого можно использовать фреон или аммиак или какой-либо другой известный теплоноситель.

Предлагаемую согласно изобретению кольцеобразную вставку можно устанавливать как в верхней зоне теплообмена, так и в нижней зоне. Однако предпочтительней кольцеобразную вставку устанавливать в обеих зонах. Конструктивно кольцеобразная вставка может быть выполнена в виде кассеты 4, как это представлено на фиг. 1. Кассета 4 состоит из набора колец, выполненных из сетки, либо из набора пластин с множеством отверстий. Кассета 4 состоит из двух торцевых пластин 7, которые стянуты продольными стержнями 6 при помощи гаек 5. Между торцевыми пластинами 7 располагают набор колец из сетки или пластин с отверстиями. Внешний диаметр кассеты 4 выполнен равным внутреннему диаметру корпуса 1. Кассету 4 в корпус 1 устанавливают с натягом, для чего корпус 1 нагревают, а кассету охлаждают, после чего кассету устанавливают в корпус 1. Такая установка позволяет достичь плотного прилегания вставки к корпусу 1. Дополнительно возможно установить гофрированное кольцо 8, представленное на фиг. 3. Гофрированное кольцо 8 имеет внутренний диаметр меньше внутреннего диаметра кольцеобразной вставки, что позволяет улавливать охлажденные капли теплоносителя, свободно падающие внутри полости вставки, и направлять их на внутреннюю поверхность корпуса 1, что позволяет увеличить степень охлаждения корпуса в этой зоне.

Аналогичную конструкцию может иметь и кольцеобразная вставка, выполненная из металла с губчатой структурой с открытыми порами.

На фиг. 2 показана конструкция термостабилизатора грунта, в корпусе 1 которого установлена кольцеобразная вставка из хаотично спутанной металлической проволоки. Вставка установлена в верхней зоне теплообмена. Термостабилизатор состоит из корпуса 1, выполненного в виде полого цилиндра. Торцы корпуса 1 с двух сторон закрыты герметично крышками 2 (вторая крышка на фиг. 2 не показана). Корпус 1 в верхней зоне теплообмена снабжен радиатором, теплоотводящими элементами которого выступают пластины 3, установленные на внешней поверхности корпуса 1.

Конструктивно кольцеобразная вставка из хаотично спутанной металлической проволоки также может быть выполнена в виде кассеты 9, как это представлено на фиг. 2. Кассета 9 состоит из спутанной металлической проволоки (на фиг.2 не обозначена), расположенной между двумя торцевыми пластинами 7, которые стянуты продольными стержнями 6 при помощи гаек 5. Кольцеобразная вставка из хаотично спутанной металлической проволоки имеет форму цилиндра. Внутри цилиндра из спутанной металлической проволоки расположена распорная спиральная пружина 10. После установки кассеты в корпус 1 термостабилизатора сжимают распорную спиральную пружину 10, заворачивая гайки 5. При этом распорная спиральная пружина 10 расширяется и прижимает внешнюю сторону цилиндра из спутанной металлической проволоки к внутренней поверхности корпуса 1. Конструкция кассеты 9 позволяет достаточно сильно прижать вставку из хаотично спутанной металлической проволоки к внутренней стенке корпуса 1, что обеспечивает максимальный теплообмен.

Термостабилизатор работает следующим образом. Термостабилизатор представляет собой тепловую трубу с положительной ориентацией согласно ГОСТ 23073-78, т.е. конденсационная область находится выше испарительной области тепловой трубы.

В зимнее время года теплоноситель, попадая в верхнюю зону теплообмена, охлаждается. Этому способствуют низкие температуры окружающего воздуха. Охлажденный теплоноситель в виде капель под действием силы тяжести опускается в нижнюю зону теплообмена. Для большей эффективности охлаждения верхняя зона теплообмена снабжена радиатором, выполненным в виде пластин 3, установленных на внешней поверхности корпуса 1. Изобретение позволяет значительно повысить эффективность охлаждения за счет увеличения площади теплообмена благодаря использованию вставки, имеющей повышенную удельную поверхность.

В нижней зоне теплообмена термостабилизатора происходит теплообмен между теплоносителем с пониженной температурой и грунтом, имеющим температуру выше температуры жидкого теплоносителя. Жидкий теплоноситель нагревается, переходит в газообразное состояние и поднимается вверх по центральному отверстию корпуса 1 и кольцеобразной вставки, при этом грунт с наружной стороны корпуса 1 промораживается. При использовании кольцеобразной вставки, имеющей повышенную удельную поверхность, повышается эффективность теплообмена, однако, поперечная площадь кольцеобразной вставки не должна превышать 20% от площади поперечного сечения внутренней полости корпуса 1. При занятости до 20% площади поперечного сечения полости корпуса 1 вставкой не происходит снижения скорости движения паров теплоносителя, что не ухудшает эффективность теплообмена. Если площадь поперечного сечения вставки превысит 20%, то скорость подъема теплоносителя существенно снижается и эффективность теплообмена снижается.

Также для повышения эффективности работы термостабилизатора возможно применять гофрированное кольцо 8, которое позволяет направлять теплоноситель в виде капель из центральной осевой зоны термостабилизатора на стенку корпуса 1, что также повышает эффективность работы.

Применение предложенного термостабилизатора грунта согласно изобретению позволяет значительно повысить эффективность его работы, при этом его внешние размеры не изменяются.

1. Термостабилизатор грунта, содержащий герметичный вертикально расположенный корпус с теплоносителем, в верхней и нижних частях которого расположены зоны теплообмена, при этом по меньшей мере в одной зоне теплообмена установлена кольцеобразная вставка, имеющая повышенную удельную поверхность, наружная поверхность вставки контактирует с внутренней поверхностью корпуса в зоне теплообмена, причем площадь поперечного сечения кольцеобразной вставки не превышает 20% площади поперечного сечения полости корпуса.

2. Термостабилизатор грунта по п. 1, отличающийся тем, что кольцеобразная вставка выполнена из металла с губчатой структурой с открытыми сквозными порами.

3. Термостабилизатор грунта по п. 1, отличающийся тем, что кольцеобразная вставка выполнена из хаотично спутанной металлической проволоки.

4. Термостабилизатор грунта по п. 1, отличающийся тем, что кольцеобразная вставка представляет собой набор мелкоячеистых тонких металлических плоских сеток.

5. Термостабилизатор грунта по п. 1, отличающийся тем, что кольцеобразная вставка выполнена в виде кассеты.

6. Термостабилизатор грунта по п. 1, отличающийся тем, что с одного торца кольцеобразная вставка снабжена гофрированным конусообразным кольцом, причем диаметр внутреннего отверстия кольца меньше внутреннего диаметра вставки, а на внешней поверхности кольца выполнены выступы для контакта с внутренней поверхностью корпуса.

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительству промышленных и гражданских объектов в криолитозоне с целью обеспечения их надежности. Термосифон включает конденсатор, испаритель и транзитный участок между ними в виде круглой с обеих сторон заглушенной трубы, вертикально установленной и погруженной на глубину испарителя в грунт, из полости трубы откачан воздух, взамен полость заправлена аммиаком, часть полости заполнена жидким аммиаком, остальной объем - насыщенным паром аммиака.

Изобретение относится к области строительства в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями и может быть использовано для термостабилизации многолетнемерзлых и замораживания слабых пластичномерзлых грунтов.

Изобретение относится к области строительства на многолетнемерзлых грунтах с искусственным охлаждением грунтов основания и одновременным обогревом сооружения с помощью теплового насоса.

Изобретение относится к устройствам для теплообмена в дренажной системе, а также на строительной площадке. Устройство для теплообмена в дренажной системе содержит теплообменный компонент, имеющий наружный канал и внутренний канал, причем внутренний канал расположен внутри наружного канала.

Изобретение относится к области строительства в районах распространения многолетне-мерзлых грунтов и, конкретно, к устройствам, обеспечивающим мерзлое состояние грунтов оснований сооружений при проектном значении отрицательной температуры.

Изобретение относится к строительству гидротехнических сооружений и может быть применено для создания ограждающей конструкции, предназначенной для защиты добывающей платформы плавучего типа в ледовых условиях арктического шельфа.

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам, используемым при термомелиорации грунтов основания фундаментов сооружений, возводимых в районах распространения вечной и сезонной мерзлоты. Охлаждающее устройство для термостабилизации грунтов оснований зданий и сооружений содержит вертикальный двухфазный термостабилизатор, подземная часть которого помещена в футляр, заполненный теплопроводящей жидкостью, и закреплена с помощью радиального и упорного подшипников, обеспечивающих свободное вращение корпуса термостабилизатора вокруг вертикальной оси, за счет силы ветра, набегающего на чашки-лопасти ветроколеса, закрепленные на надземной части термостабилизатора под углом 120 градусов относительно друг друга. Технический результат состоит в обеспечении равномерного распределения теплового потока в системе грунт-футляр-термотабилизатор за счет обеспечения истечения хладагента из зоны конденсации к зоне испарения в виде тонкой кольцевой пленки по внутреннему периметру корпуса термостабилизатора, а также создания вынужденной конвекции теплоносителя в футляре, повышении эффективности работы устройства. 2 ил.

Изобретение относится к области строительства в северных районах и предназначено для возведения ледяных инженерных сооружений, аккумуляции холода и образования сводчатых ледяных сооружений для хранения на (не)плавучих ледяных или ледопородных платформах на шельфах морей. Технический результат - повышение надежности ледяного сооружения, который достигается тем, что в способе возведения ледяного сооружения, включающем разработку площадки, на которой устанавливают надувные конструкции с последующим их демонтажом и перемещением по мере необходимости, заполнение их воздухом, послойное намораживание пайкерита путем набрызга или послойного полива водяной пульпы. Она содержит древесные опилки или какого-либо другого вида древесную массу, дополнительно перед намораживанием пайкерита надувные конструкции покрывают геоматериалом в виде водопроницаемого геосинтетического материала: геосетки или георешетки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к теплотехнике в области строительства, а именно к термостабилизации грунтовых оснований свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки, расположенных на многолетнемерзлых грунтах. Способ термостабилизации грунтов оснований свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки заключается в том, что производят выемку льдистых грунтов в основаниях свайных фундаментов опор трубопровода, трубопроводов подземной прокладки и укладку в выемку композитного материала, установку по меньшей мере двух термостабилизаторов грунта по краям выемки, при этом композитный материал имеет состав при соотношении компонентов, мас. %: гравелистый песчаный грунт 60-70, вспененный модифицированный полимер 20-25, жидкий теплоноситель 5-20 или крупный песчаный грунт 70-80, вспененный модифицированный полимер 10-15, жидкий теплоноситель 5-20. Для пропитки полимера выбирают жидкий теплоноситель, характеризующийся высокой теплоемкостью и низкой температурой замерзания до -25°C. Технический результат состоит в повышении надежности конструкции при строительстве свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки, расположенных на многолетнемерзлых грунтах, обеспечении безопасной эксплуатации магистральных нефтепроводов на проектных режимах в течение заданного срока на территории распространения многолетнемерзлых грунтов. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области строительства трубопроводов подземной прокладки и может быть использовано для обеспечения термостабилизации грунтов при подземной прокладке трубопроводов на многолетнемерзлых и слабых грунтах. Устройство термостабилизации многолетнемерзлых грунтов содержит по меньшей мере два термостабилизатора грунта на основе двухфазных термосифонов, включающих надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части, и по меньшей мере один теплопроводящий элемент, выполненный в виде пластины из теплорассеивающего материала с коэффициентом теплопроводности не менее 5 Вт/м⋅К. По меньшей мере два термостабилизатора грунта установлены по обе стороны от трубопровода подземной прокладки, а по меньшей мере один теплопроводящий элемент установлен под теплоизоляционным материалом, отделяющим трубопровод подземной прокладки от кровли многолетнемерзлых грунтов, и имеет отверстия для соединения с испарительными частями по меньшей мере двух термостабилизаторов грунта. Технический результат состоит в повышении эффективности сохранения многолетнемерзлых грунтов или замораживания слабых грунтов оснований объектов трубопроводной системы для обеспечения безопасности в течение назначенного срока эксплуатации на проектных режимах. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, а именно к термостабилизации многолетнемерзлых и слабых грунтов. Способ установки термостабилизаторов в проветриваемом подполье эксплуатируемых зданий включает бурение, по крайней мере, одной вертикальной скважины в проветриваемом подполье без нарушения перекрытий здания. Установку в скважине термостабилизатора, содержащего заправленную хладагентом трубу испарителя и конденсатор, причем труба выполнена с возможностью изгиба, радиус которого не превышает высоту проветриваемого подполья. Глубина установки термостабилизатора при этом такова, что конденсатор расположен выше уровня грунта в проветриваемом подполье. Технический результат состоит в упрощении процедуры монтажа термостабилизаторов под эксплуатируемым зданием, улучшении ремонтопригодности системы охлаждения грунта и упрощении ее обслуживания, увеличении несущей способности грунтов основания за счет их охлаждения по всей площади проветриваемого подполья эксплуатируемого здания при одновременном уменьшении количества используемых термостабилизаторов и освобождении прилегающей территории за счет размещения охлаждающих элементов в проветриваемом подполье. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области строительства сооружений в сложных инженерно-геологических условиях криолитозоны. Изобретение направлено на создание глубинных термосифонов со сверхглубокими подземными испарителями, порядка 50-100 м и более, с равномерным распределением температуры по поверхности испарителя, расположенного в грунте, что позволяет более эффективно использовать его потенциальную мощность по выносу тепла из грунта и увеличить энергетическую эффективность применяемого устройства. По первому варианту термосифон вместе с гильзой погружают вертикально в грунт на глубину 50 м. Термосифон содержит герметичный трубчатый корпус с зонами испарения, конденсации и транспортной зоной между ними. Конденсатор в зоне конденсации выполнен в виде центральной трубы большого диаметра и восьми патрубков меньшего диаметра с внешним оребрением из алюминия, расположенных вокруг центральной трубы. Патрубки соединены с отверстиями в ней, а в нижней части центральной трубы размещен сепаратор со сквозными патрубками для прохода парокапельной смеси хладагента (аммиака в первом варианте или углекислого газа - во втором) из испарителя в конденсатор и стока конденсата аммиака из конденсатора. Сквозные патрубки смонтированы на трубной доске. К патрубку для стока конденсата, расположенного по центру доски, снизу подсоединена внутренняя полиэтиленовая труба, которая опущена до низа трубы корпуса испарителя. В нижней части полиэтиленовой трубы выполнены отверстия для перетока жидкого хладагента в межкольцевое пространство, образованное стенками труб корпуса испарителя и внутренней трубы. По первому варианту (хладагент - аммиак) термосифон погружен в гильзу, заполненную 25-30%-ной аммиачной водой. Степень заполнения термосифона жидким аммиаком ε=0,47-0,52 при 0°С. По второму варианту термосифон заполняют углекислым газом и погружают вертикально в грунт без гильзы, степень заполнения жидким углекислым газом ε=0,45-0,47. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 пр.

Изобретение относится к области строительства в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, где применяется термостабилизация многолетнемерзлых и пластично-мерзлых грунтов, и может быть использовано для поддержания их мерзлого состояния или замораживания, в том числе и в скважинах, неустойчивых в стенках и склонных к оползанию и обвалообразованию. Способ включает бурение вертикальной скважины полой шнековой колонной (ПШ) до проектной отметки с последующим извлечением съемного центрального долота, установку на верхнюю часть ПШ цементировочной головки со шлангом от цементонасоса, извлечение ПШ с одновременной подачей цементного раствора через ПШ до заполнения скважины и установку охлаждающего устройства с теплоизоляционным кожухом на конденсаторе (при отрицательных температурах атмосферного воздуха), который демонтируют после твердения цементного раствора. Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить технологичность монтажа охлаждающих устройств, эффективность процесса охлаждения грунтов и долговечность охлаждающих конструкций, заглубленных в грунтовый массив. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к системам для охлаждения и замораживания грунтов в горнотехническом строительстве в областях распространения вечной мерзлоты (криолитозоне), характеризующихся наличием природных рассолов с отрицательными температурами (криопэгами). Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение экономичности, надежности и стабильности работы. Технический результат достигается тем, что система для охлаждения и замораживания грунтов, включающая установку подземных теплообменников с жидким теплоносителем с температурой замерзания ниже нуля градусов по Цельсию (рассолом), характеризуется тем, что в качестве жидкого теплоносителя используют криопэги, причем криопэг подается в замораживающие колонки из криолитозоны в теплообменники. Отработанные криопэги могут принудительно отводиться в массив криолитозоны. Наружная часть циркуляционного контура может быть термоизолирована. Технический результат – повышение экономичности достигается отсутствием энергозатратных холодильных машин и за счет отсутствия необходимости в приготовлении специального охлаждающего раствора. Технический результат – повышение надежности достигается снижением количества компонентов системы, вероятность выхода из строя каждого из которых отличается от нулевой. Технический результат – повышение стабильности работы достигается стабильностью температуры криопэга, общее количество которого значительно превышает количество используемого за сезон криопэга. Изобретение может с успехом применяться при строительстве промышленно-гражданских сооружений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое устройство относится к строительству одноэтажных зданий на многолетнемерзлых грунтах с искусственным охлаждением грунтов основания здания с помощью теплового насоса и одновременным обогревом здания с помощью теплового насоса и дополнительного источника тепла. Техническим результатом является создание конструкции фундамента, в полной мере обеспечивающей обогрев здания с одновременным сохранением грунтов основания в мёрзлом состоянии вне зависимости от изменения климата и при этом не вызывающей чрезмерного охлаждения многолетнемёрзлых грунтов, которое может привести к их растрескиванию, без устройства подсыпки. Технический результат достигается тем, что поверхностный фундамент для одноэтажного здания на многолетнемерзлых грунтах состоит из совокупности фундаментных модулей полной заводской готовности, которые подключаются к тепловому насосу параллельно с помощью теплоизолированных коллекторов греющего и охлаждающего контуров теплового насоса, при этом теплоизолированный коллектор греющего контура имеет дополнительный источник тепла, компенсирующий недостаток низкопотенциального тепла, перекачиваемого тепловым насосом из грунта для обогрева здания, интенсивность которого автоматически регулируется в зависимости от теплопотерь здания и количества низкопотенциального тепла, перекачиваемого тепловым насосом. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к средствам для охлаждения грунта, работающим по принципу гравитационных тепловых труб и парожидкостных термосифонов, и предназначены для использования при строительстве сооружений в зоне вечной мерзлоты. Техническим результатом является упрощение конструкции установки в целом, позволяющим уменьшить количество выходящих на поверхность трубопроводов, соединяющих зону испарения с зоной конденсации, без снижения эффективности работы этих зон. Технический результат достигается тем, что установка имеет зону испарения с несколькими патрубками и зону конденсации с несколькими конденсаторами, соединенные через транспортную зону. Особенности установки заключаются в выполнении зоны конденсации в виде моноблочной конструкции, имеющей штуцер для стравливания воздуха, и связь ее с зоной испарения через единственный транспортный канал в виде верхнего и нижнего трубопроводов, соединенных через запорный вентиль, а также наличие в зоне испарения коллектора, к которому присоединены патрубки. Оба соединения трубопровода являются разъемными. Трубопровод и патрубки выполнены из легко деформируемого материала, а используемый жидкий теплоноситель имеет пары тяжелее воздуха. Комплект для сооружения установки включает первое изделие - моноблочный конденсатор, второе изделие - верхний транспортный трубопровод и третье изделие в виде последовательно соединенных вентиля, трубопровода и коллектора с патрубками. Третье изделие при изготовлении заполняют теплоносителем, его трубопровод и патрубки сгибают в бухты вокруг коллектора. Конструкция установки и ее комплектация обеспечивают технический результат, заключающийся в более удобной транспортировке и возможности разнесения во времени работ по размещению подземной и надземной частей на месте будущей эксплуатации. Связь этих частей через единственный указанный канал и возможность изгиба его нижней части облегчает размещение установки при наличии в непосредственной близости от нее других строящихся объектов. Установка после соединения ее частей не требует заправки теплоносителем в неблагоприятных условиях строительства и запускается в действие открыванием вентиля с последующим стравливанием воздуха через штуцер. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к строительству в зонах вечной мерзлоты, а именно к термостабилизаторам грунта для замораживания фундаментов. Термостабилизатор грунта содержит герметичный вертикально расположенный корпус с теплоносителем, в верхней и нижних частях которого расположены зоны теплообмена. При этом по меньшей мере в одной зоне теплообмена установлена кольцеобразная вставка, имеющая повышенную удельную поверхность. Наружная поверхность вставки контактирует с внутренней поверхностью корпуса в зоне теплообмена. Площадь поперечного сечения кольцеобразной вставки не превышает 20 площади поперечного сечения полости корпуса. Технический результат состоит в повышении теплопередающих характеристик при сохранении компактности термостабилизатора, а также повышении эффективности работы термостабилизатора грунта. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

ООО НПО «Фундаментстройаркос» - крупнейшее предприятие в России по производству систем температурной стабилизации вечномерзлых грунтов. Производственные мощности компании, не имеют мировых аналогов, как по технологичности изготовления, так и по объемам выпускаемой продукции.

Производимость продукции в месяц достигает до 10 000 индивидуальных термостабилизаторов и 100 систем ГЕТ/ВЕТ. Производственные площади компании составляют 17 150 кв.м.

При изготовлении сезоннодействующих охлаждающих устройств в производственном комплексе НПО «Фундаментстройаркос» применяются новые, прогрессивные технологии, что обеспечивает качество и эффективность их работы.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА СТАЛЬНЫХ ТРУБ

Надежность криогенных устройств, заполненных хладагентом, их способность служить не один десяток лет зависят, в первую очередь, от герметичности конструкции, то есть от качества сварочных швов. С целью сведения к минимуму влияние человеческого фактора на качество сварных соединений, в НПО «Фундаментстройаркос» применяется автоматическая контактно - стыковая сварка дугой, вращающейся в магнитном поле. Диаметр свариваемых стальных труб от 33,7 до 89 мм.

Преимущества автоматической сварки вращающейся дугой:

высокая производительность (продолжительность сварки до 15 сек);
абсолютная герметичность сварного соединения;
равнопрочность сварного шва и тела трубы;
минимальная высота наружного и внутреннего грата;
отсутствие необходимости неразрушающего контроля сварных швов;
высокая степень автоматизации.

Компьютерный контроль параметров сварки при изготовлении термостабилизаторов выполняется в 100% объеме, оператором и отделом технического контроля.

После сварки каждого сварного шва на мониторе компьютера автоматически выводятся данные о сваренном стыке, затем отображается заключение о годности или негодности стыка.

Наряду с компьютерным контролем сварных швов выполняется визуально-измерительный контроль (ВИК), и периодические механические испытания на разрыв и изгиб.

РОБОТИЗИРОВАНЫЙ СВАРОЧНЫЙ КОМПЛЕКС

Для автоматизации процесса сварки теплоотдающих элементов конденсаторных блоков применяется роботизированный сварочный комплекс с числовым программным управлением.

Это уникальное оборудование позволяет выполнять автоматическую сварку плавящимся электродом в среде защитных газов и смесях. Сварочные горелки установлены на двух манипуляторах, и позиционируются в пространстве с шестью степенями свободы. Сварка производится двумя горелками одновременно по предварительно заданной оператором программе.

Надежные источники сварки вместе с оригинальной системой ЧПУ обеспечивают повторяемость геометрии сварных швов и их качество, при минимальном воздействии на сварку человеческого фактора.

ОЦИНКОВАНИЕ

Повысить надежность и увеличить срок эксплуатации охлаждающих устройств до 50 лет позволяет использование цинкового покрытия труб и деталей, особенно находящихся в подземной части.

Автоматическая линия по нанесению защитного цинкового покрытия состоит из 4 участков: подготовка труб, обезжиривание, дробеструйная обработка и нанесение цинкового покрытия методом газотермической электродуговой металлизации.

Цинковое покрытие помимо коррозионной стойкости в грунте значительно сокращает температурные потери, что позволяет понизить температуру грунта дополнительно на 2-3 С.

ОРЕБРЕНИЕ

Важнейшей составной частью систем термостабилизации грунтов является быстрая и стабильная теплоотдача от конденсаторной части.

Для скорейшего отвода тепла и конденсации хладагента в ООО НПО «Фундаментстройаркос» применяются оригинальные биметаллические конструкции с оребренной поверхностью, имеющие преимущества перед разработками конкурентов. Бóльшая площадь поверхности оребрения дает существенное увеличение теплоотдачи. Кроме того, применяются алюминиевые сплавы с коэффициентом теплопроводности в 4 раза больше, чем у стали с лакокрасочным покрытием, используемых конкурентами.

Оригинальная конструкция оребренной конденсаторной части обеспечивает ее эффективную работу при любом направлении ветра или воздушного потока принудительного охлаждения.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЗАПРАВКА ХЛАДАГЕНТОМ

Процесс заправки термостабилизаторов хладагентом доведен до полной автоматизации, со 100% компьютерным контролем. Одним из направлений по увеличению эффективности работы термостабилизирующих систем является применение «чистых» хладагентов со степенью очистки от примесей (воды и не конденсирующих газов) 100 %.

Проведенные исследования показали, что даже 0,2 % примесей в углекислоте могут существенно повлиять на работу термостабилизаторов. Для выполнения доотчистки углекислоты в НПО «Фундаментстройаркос» изготовлена и запущена в работу 4-х ступенчатая установка очистки углекислоты, позволяющая уйти от использования СО2 в состоянии поставки и получить 100-ую степень очистки.

ИСПЫТАНИЕ ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОРОВ В КЛИМАТИЧЕСКОЙ КАМЕРЕ

Особенно важным этапом в производстве индивидуальных термостабилизаторов - испытание готовых охлаждающих устройств на работоспособность в специальных климатических камерах.

Ежесменное проведение испытаний позволяет еще на этапе производства оценивать последующую эффективность работы термостабилизаторов, при этом сразу же исключить неработоспособные устройства, ранее это можно было сделать только после монтажа охлаждающих устройств.

Климатическая камера позволяет проводить научно-исследовательские работы по улучшению и модернизации термостабилизаторов. Установка оснащена контрольно-измерительными приборами, которые обеспечивают автоматический сбор данных с экспериментального термостабилизатора.

ЛАЗЕРНАЯ РЕЗКА И ГИБКА ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

ООО НПО «Фундаментстройаркос» располагает собственными производственными мощностями по обработке листового металла и стальных труб. Используется высокотехнологичное швейцарское оборудование с числовым программным управлением.

Установка лазерной и плазменной резки для обработки листового металла позволяет качественно и быстро выполнять промышленную резку деталей различной конфигурации. Листогибочный пресс с усилием гибки 250 т и технологией гибки листа «по трем точкам» обеспечивает точность гибки (0,25 градуса) на готовой детали за 15 минут.

ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА СТАЛЬНЫХ ТРУБ И ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА

5-осевые установки плазменной резки труб дают возможность качественно и быстро подготавливать заготовки стальных труб под сборку и сварку.

При одной установки получаем готовую деталь с вырезанными отверстиями под арматуру, уже с фаской. Отрезка детали производится как под прямым углом, так и со скосом под сварку. Разметка, сверление, снятие фаски вручную - исключены, время изготовления деталей сокращается минимум в 2 раза.

Диаметр обрабатываемых труб 40…430 мм. Длина обрабатываемой трубы до 6000 мм.

УПАКОВКА И ТРАНСПОРТИРОВКА

Каждое грузовое место с продукцией «Фундаментстройаркоса» до отгрузки потребителю проходит следующие контрольные операции:

контроль продукции перед ее укладкой в упаковку;
контроль качества изготовления ящиков и крышек до укладки;
контроль укладки продукции в упаковку;
контроль качества изготовления упаковки в собранном виде (с продукцией внутри);
контроль маркировки упаковки, нанесения АКП, наличия сопроводительной документации.

Качественное упаковывание готовой продукции, исключающее ее повреждение при перевозках – существенное преимущество «Фундаментстройаркоса» перед конкурентами. Термостабилизаторы и системы ГЕТ/ВЕТ доставляются из Тюмени на строящиеся объекты всеми видами транспорта.

При поставке в районы Крайнего Севера часто применяется комбинированная логистика:

по железной дороге с перегрузкой на автотранспорт;
автотранспортом и далее авиаперевозка;
по железной дороге с перевалкой на баржи, и далее авиаперевозка, либо автотранспортом по зимнику;
любые другие варианты, предусматривающие не только погрузку - выгрузку, но и сложные перевалочные операции.

Поэтому оригинальные конструкции и схемы упаковок ООО НПО «ФСА» исключают внешнее воздействие на груз и смещение упакованной продукции в процессе транспортирования и погрузочно - разгрузочных работ. Все ящики промаркированы с указанием центра тяжести, мест строповки. Внутри ящиков груз надежно закреплен, предусмотрены воздействия толчков и соударений (ж/д перевозки), неровные дороги и зимники, возможные ошибки сторонних организаций при сложной логистике.

Обособленное подразделение г. Владимир ООО «НПО «Север» - это завод, оснащенный оборудованием по выпуску технических средств для термостабилизации грунтов и инженерно-геокриологического мониторинга. Этот завод - полноправный производитель термостабилизаторов. Месячное производство термостабилизаторов составляет 2000 - 2500 шт. (в зависимости от типоразмеров), плюс сопутствующая продукция. Производитель термостабилизаторов имеет техническое оснащение, которое позволяет производить весь производственный цикл без привлечения подрядных организаций. В настоящее время проводятся работы по установке автоматической линии, которая упростит производство термостабилизаторов и позволит повысить производительность выпускаемой продукции. Складские запасы сырья, материалов, комплектующих и полуфабрикатов позволяет оперативно реагировать на потребности Заказчиков и поставлять изделия в минимально возможные сроки.

Термостабилизаторы грунта изготавливаются в соответствии с ТУ 3642-001-17556598-2014, сертифицированы по системе добровольной сертификации (РОСС RU.АВ28.Н16655) и в области промышленной безопасности (С-ЭПБ.001.ТУ.00121).


Прессовое станки усилием до 100т. (Участок холодной ш

Термостабилизация грунтов

Последние десятилетия отмечается рост температуры вечномерзлых грунтов. Это вызывает риски возникновения запроектных напряженно-деформированных состояний грунтов оснований, фундаментов, зданий и сооружений, возводимых на таких грунтах.

Эта серьезная проблема с каждым годом затрагивает все большее число объектов, эксплуатируемых на основаниях, сложенных вечномерзлыми грунтами (происходят неравномерные осадки, просадки фундаментов, разрушение элементов конструкций и т.д.).

Возведение зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах ведется по двум принципам:

Первый принцип основывается на сохранении вечномерзлого состояния грунтов на период всей эксплуатации здания или сооружения;

Второй принцип подразумевает использование грунтов в качестве оснований в оттаянном или оттаивающем состоянии (производится предварительное оттаивание на расчетную глубину до начала строительства или допускается оттаивание в период эксплуатации;

Выбор принципа зависит от инженерно-геокриологической обстановки. Необходимо учесть и сравнить целесообразность принципов. Первый принцип подразумевает, что выгоднее поддерживать грунты в мерзлом состоянии, чем усилять оттаявшие грунты.

Второй принцип больше подходит, когда оттаивание грунтов приводит к деформациям грунтов оснований, которые находятся в области допустимых значений для конкретного здания или сооружения. Этот принцип, например, подходит для скальных и твердомерзлых грунтов, деформации которых невелики в оттаянном состоянии.

Термостабилизация грунтов

Термостабилизация мерзлых грунтов призвана обеспечить возможность возведения зданий и сооружений по второму принципу.

Для поддержания грунтов в мерзлом состоянии применяется ряд мер. Одним из эффективных и экономически целесообразных методов является понижение температуры грунтов с помощью термостабилизаторов .

Термостабилизатор грунтов (ТСГ) представляет из себя парожидкостный сифон. Это заправленное хладагентом сезоннодействующее охлаждающее устройство для понижения температуры грунтов.

ТСГ погружают в пробуренные скважины рядом с фундаментом для понижения температуры массива грунта, являющуюся основанием фундамента. Часть устройства представляет из себя испаритель, забирающий тепло из грунтов, и конденсатор, отдающий тепло в окружающую атмосферу.

В термостабилизаторе происходит естественная конвекционная циркуляция хладагента, который переходит из одного агрегатного состояния в другое: из газа в жидкость и обратно.

Сконденсировавшийся хладагент (сжиженный аммиак или диоксид углерода) естественным образом под действием разности температур опускается в нижнюю часть ТСГ к грунтам. После, забрав от них тепло, превращается в пар и, испаряясь, возвращается на поверхность, где снова передает тепло окружающему воздуху через стенки радиатора-конденсатора, конденсируется. После цикл повторяется снова.

Циркуляция хладагента может быть ествественной конвекционно-гравитационной или принудительной. Это зависит от конструкции термостабилизатора.

Тип, конструкция и количество термостабилизаторов подбираются на основе индивидуальных расчетов для каждого объекта.

Термостабилизаторы показали свою эффективность, - с их помощью удается поддерживать грунты в вечномерзлом состоянии и обеспечивать прочность и неизменность льдогрунтовой плиты под сооружением.

Конвекционная циркуляция хладагента основывается на градиенте температур грунтов и наружного воздуха.

Во время летнего периода, как

только температура конденсатора - верхней, находящейся в атмосфере части термостабилизатора,

становится выше температуры теплоносителя,

циркуляция прекращается и процесс приостанавливается с частичным инерционным оттаиванием верхнего слоя грунта до следующего похолодания.

Схемы установок по способу монтажа и конструкции:

Одиночный скважинный термостабилизатор (ОСТ)

Наиболее простое устройство, позволяющее проводить монтажные работы как для строящихся, так и для существующих зданий и сооружений. ОСТ допускается устанавливать как вертикально, так и под углом наклона 45 градусов к поверхности;

Горизонтальная система термостабилизаторов (ГСТ) представляет из себя систему труб-испарителей, расположенных в одной горизонтальной плоскости в массиве грунта, являющегося основанием фундамента. Хладагент из труб испарителя переносится к конденсатору, расположенному на поверхности. Устройство ГСТ целесообразно при новом строительстве, когда возможно устройство котлована;

Вертикальная система термостабилизаторов (ВСТ) сочетает в себе горизонтальную систему, к трубам-испарителям, которой присоединены вертикальные трубы-испарители, уходящие вглубь массива грунта. Эта конструкция позволяет замораживать грунты на большую глубину, чем по схеме ГСТ. Устройство ВСТ целесообразно при новом строительстве, когда возможно устройство котлована;

Система термостабилизаторов, устанавливаемых в основание существующего здания или сооружения с помощью наклонно-направленного бурения.

Последний метод не требует разработки котлованов, траншей, укрепления, позволяет сохранить естественную структуру грунтов. Допустимо устройство системы термостабилизации грунтов параллельно со строительством самого здания или сооружения, что ускоряет процесс строительства.

Технико-экономические показатели при применении термостабилизации грунтов

Термостабилизация грунтов с помощью различных систем ТСГ позволяет снизить стоимость строительства до 50% и сократить срок строительства объектов почти в 2 раза.

"Термостабилизация грунтов" (скачать в PDF формате)

Копирование информации с данного сайта допускается только со ссылкой на http://сайт

Предложения, размещенные на данном интернет-сайте, не являются публичной офертой.

Термостабилизация грунтов оснований — комплекс тепломелиоративных мероприятий, направленных на обеспечение стабильного устойчивого теплового состояния грунтов в соответствии с выбранным проектным принципом использования грунтов в качестве основания на протяжении всего периода эксплуатации объекта (СТО Газпром 2-2.1-390-2009).

При проектировании сооружений на многолетнемерзлых грунтах (ММГ) проектные организации сталкиваются со следующими проблемами:

1) Грунты находящиеся в мерзлом состоянии не обладают необходимыми несущими характеристиками (высокотемпературные мерзлые грунты), что ведет к увеличению количества свай фундамента для восприятия нагрузок от сооружения и удорожанию проекта.

2) Геологический разрез на площадке строительства представлен ММГ не сливающегося типа, что в процессе эксплуатации объекта может привести как дальнейшему их оттаиванию (осадки фундаментов), так и к промерзанию (пучение фундаментов).

3) По технологическим причинам есть ограничения для устройства проветриваемого подполья под тепловыделяющим зданием или сооружением (либо его высоты недостаточно), что без дополнительных мероприятий может привести к оттаиванию ММГ.

4) В районе распространения ММГ проектируемая площадка попадает на участок распространения талых грунтов, имеющих низкие несущие характеристики.

5) В связи с удаленностью района строительства и сложностями с доставкой буровой и сваебойной техники, Заказчик хочет сократить расходы и рассматривает вариант устройства фундаментом неглубокого заложения вместо свайного.

6) В районе широко распространены пучинистые грунты, что оказывает негативное воздействие на фундаменты сооружений и ведет к их деформации (особенно это касается малонагруженных фундаментов мачт, эстакад, небольших блок-боксов и т.д.).

7) Необходимо запроектировать грунтовую дамбу местного назначения, а грунтов обладающих требуемыми характеристиками (низкие коэффициенты фильтрации) не достаточно.

Все эти проблемы, в той или иной степени можно решить применив системы термостабилизации грунтов.

Наша компания выполняет как полный комплект проектной документации по термостабилизации грунтов (разделы: теплотехническое моделирование термостабилизационных систем с прогнозом состояния грунтов, геотехнического мониторинга), так и частичное моделирование взаимодействия сооружения и геологической среды, вариабельные расчеты термостабилизации и д.р. Пример графического приложение к проекту можно посмотреть

Пример расчета термостабилизации грунтов с помощью ВЕТ

Приборы и устройства применяемые для термостабилизации грунтового основания: сезоннодействующие охлаждающие устройства (СОУ ), круглогодичнодействующие охлаждающие устройства (КОУ ), открытые охлаждающие устройства (ООУ ), теплоизоляционные экраны, мониторинговые системы (логгеры, термокосы, реперы).

СОУ (в литературе можетвстречаться название термосифоны или одиночные термостабилизаторы)- устройства основанные на ускоренном теплообменом между грунтом и воздухом за счет фазовых превращений и циркуляции теплоносителя в замкнутом теплообменнике. СОУ состоит из конденсатора (который расположен в надземной части) и испарителя (подземная часть) иногда выделяют транзитную часть, что важно для СОУ анкерного типа. Работоспособность СОУ во многом зависит от соотношения площади испарителя к общей площади конденсатора. На данный момент СОУ повсеместно применяются во всех северных регионах России. СОУ устанавливают как в вертикальном положении, так и горизонтально. На некоторых устройствах с большой протяженностью испарительной части устанавливают насосы для ускорения процесса теплообмена.

СОУ с раздвоенной системой радиаторов, в верхней части расположен кран для дозаправки (Республика Коми, г.Воркута).

СОУ с одним радиатором, в верхней части расположен кран для дозаправки (Республика Коми, г.Воркута).

Соу с раздвоенной системой радиаторов наклонных V образной форме. Подобная форма была задумана для более эффективной работы с ветром и без ветра (Республика Коми, г.Воркута).

СОУ с горизонтальным оребрением и применением гильзы, служащей для управления процессом промораживания, а также для возможности смены термостабилизатора.

Применение одиночных СОУ с горизонтальным оребрением для замораживания части площадки (Ямало-Ненецкий АО, Юбилейном месторождении Газпром добыча Надым).

Применение СОУ с вертикальным оребрением для промораживания Ядра плотины (Республика Якутия (Саха), г. Якутск).

Модель взаимодействия горизонтальных систем термостабилизации из одиночных СОУ со зданием без проветриваемого подполья.

КОУ — термостабилизаторы круглогодичного действия подключены к холодильным машинам, включающимся в теплое время года. Такие системы применяют как правило в двух случаях. Первый — при сложных грунтовых условиях (текучие грунты и т.д.), когда необходимо проморозить (понизить температуру) грунт(а) в сжатые сроки. Второй — объекты на поверхностном фундаменте с высоким требованием к несущей способности (крупные резервуары), когда нет возможности применить теплоизоляционный экран. Реальное применение КОУ существует на Харасавейской нефтепроводной системе. Также существует легенда, что под зданием Московского государственного университета для обеспечения лучшей несущей способности юрских глин стоит схожая система.

ООУ — различные воздухонагнетательные устройства действующие, как правило, за счет естественного движения воздуха. до активного применения СОУ были основным средством для охлаждения подполья под домами. Устройство состоит из воздухозаборника различных конструкций и воздухопроводящего короба (трубы). В случае установки ООУ в подполье с оборудованное снегозащитными щитами при прохождении воздуха с улицы через узкое отверстие происходит дроссельный эффект, понижающий температуру в подполье.

Для корректного проектирования термостабилизационных систем необходимо произвести теплотехнические расчеты взаимодействия грунтов, сооружения и термостабилизационной системы на весь период эксплуатации. Проведение моделирования до достижения расчетной температуры недостаточно, ввиду возможного переохлаждение грунта и активизации морозобойного растрескивания. Наша компания имеет все разрешения на производство проектных работ по термостабилизации грунта все расчеты производятся на собственном сертифицированном программном обеспечении , созданном для производства подобных работ.