Термосвая

ОПИСАНИЕ иИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскиа Социалистических Раслублии(22) Заявлено 150579 (21) 2765376/29-33 (51)М ЙЛс присоединением заявки ЙоЕ 02 0 3 1153/115 Госуаврственный комнтет СССР но амам изобретений н открытнй(53) УДК 624.139. ,62(088,8) Дата опубликования описания 1506.81(72) Авторы изобретения Д. В. Рощупкин, В. С. Фомичев и А. Е. Якунин Новосибирский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительства(54) ТЕРМОСВАЯ Изобретение относится к строительству и касается выполнения термосвай, используемых для охлаждения и замо". раживания грунта.Известна термосвая, выполненная в виде частично размещенной в грунте трубы, заполненной теплоносителем. За счет циркуляции теплоносителя в виде нисходящего охлажденного и восходящего нагретого потоков теплоносителя достигается забор тепла у грунта и передача его в атмосферу 1Однако 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 нижнюю разделительные трубы, каждая из которых выполнена с винтовыми ребрами на. наружной боковой поверхности 2.Несмотря на повышение эффективности работы термосваи за счет разделения восходящего и нисходящего пото- . ков теплоносителя и регулированиятечения теплоносителя в межреберномпространстве, ее недостатками являются уменьшение величины отбора теп ла у грунта в сечениях, приближающихся к поверхности грунта, посколь.ку из-эа равномерности шагавинтообразного ребра скорости течениятеплоносителя постоянны по длинетермосваи, а величина перепада температур грунта и теплоносителяуменьшается в сечениях, приближающихся к поверхности грунта, а такжемалое участие ребер в перепаде теп ла от грунта теплоносителю, поскольку оно присоединено к внутреннейтрубе, а не к корпусу термосваи,исложность изготовления винтообразных ребер.20 Цель изобретения - повыаение эффективности работы термосваи.Цель достигается тем, что в термосвае, включающей частично заглубленный в грунт и заполненный теплоносй телем трубчатый корпус и коаксиальноустановленные в надземной и подземнойчастях корпуса соответственно верхнюю и нижнюю разделительные трубы,каждая из которых выполнена с ребра,ми на наружной боковой поверхности, 837999каждое 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 теплопроводности 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 расстояниидруг от друга, при этом каждая разделительная труба может быть выполнена с нечетным количеством ребер, 15 прйчем отверстия на нечетных ребрах смещены в сторону соответствующей разделительной трубы, а отверстия на четных ребрах смещены в сторону корпуса. 20Кроме того, целесообразно, чтобы термосвая была снабжена разделителем потока теплоносителя, выполненным 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; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 на фиг. 3 - раз-. рез Б-Б на Фиг. 1.Термосвая состоит иэ корпуса 1, выполненного иэ материала с повышенной теплопередачей и заполненного теплоносителем, Термосвая частично эаглублена в грунт 2. В надземной и подземной частях корпуса 1 размещены соответственно верхняя 3 и нижняя 4 разделительные трубы из материала с пониженной теплопередачей, 40 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 4 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 б и 7. У четных ребер отверстия б 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 0 нижней трубы 4 трубками 8, выполненными иэ материала с повышенной теп лопроводностью и выполняющими роль разделителя потока теплоносителя. В корпусе 1 термосваи имеется отверстие с пробкой 9 для залива теплоносителя. Суммарная площадь отверстий на каждом ребре выбирается, исходя иэ расчетной величины расходатеплоносителя по поперечному сечениютермосваи, т,е. объема теплоносителя,проходящего через сечение термосваив единицу времени, Наиболее распространенным 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 трубы3 должно быть принято несколько больше сечения трубы 4, так как по трубе3 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. Ноисходя из инжеверных 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 н одинаковым с трубой 3 сечением у трубы 3.Работа устройства осуществляется следующим образом.Через отверстие в верхнем торце корпуса 1 термосваю заливают теплоносителем. Отверстие закрывают пробкой 9. С наступлением холодов тепло- носитель приходит в движение. Тепло- носитель наибольшей 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 два и придонных стенок корпуса 1 термосваи, теплоноситель становится менее плотным и вытесняется вверх новыми порциями плотного и холодного теплоносителя, изливающимися из трубы 4. Теплоноситель через отверстия 7 в йижнем 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 стеноккорпуса 1 термосваи интенсивно отбирается ребрами 5 и передается омывающему их теплоносителю. Увеличение теплопередачи достигается еще и эа 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 виде 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 направ ленин 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 25 трубу 3, поднимается по ней и изливается из ее верхнего торца в полость термосваи. Через окна 7 в верхнем ребре верхней трубы 3 он сливается н пространство между .верхним и.нижележащим ребрами. Затем через окна 6 во втором снизу ребре теплоноситель опускается в пространство между этим и расположенным под ним ребрами и т.д. При этом теплоноситель интенсивно охлаждается, отдавая тепло стенкам корпуса 1 и ребрам верхней трубы 3. Расстояние между ребрами н надземной части термосваи принято одинаковым.В предлагаемой термосвае дости гается съем большого количества тепла теплоносителем с большой поверхности, представленной стенками корпуса и ребрами; имеет место интенсивная теплопередача через стенки кор пуса и ребер, так как они выполнены иэ материала с повышенной тепло- передачей; обеспечивается глубокое насыщение теплом теплоносителя за счет увеличения длины его пути рас О положением 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 изобретения1, Термрсвая, включающая частично эаглубленный в грунт и заполненный теплоносителем трубчатый корпус и коаксиально установленные в надземной и подземной частях корпуса соответственно верхнюю и нижнюю разделительные трубы, каждая йз которых выполнена с ребрами на наружной боковой поверхности, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения эф. фективности ее работы, каждое ребро выполнено в виде поперечной пластины, перекрывающей кольцевой зазор между стенками соответствующей разделительной трубы и стенками корпуса, имеющей сквозные отверстия и выполненной иэ материала, теплопроводность которого вьвае теплопроводности материала разделительных труб, причем.ребра нижней разделительной трубы размещены на расстоянии друг от друт га, уменьшающемся в направлении к поверхности грунта, а ребра верхней разделительной трубы размещены на одинаковом расстоянии друг от друга.2. Термосвая по п.1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что каждая разделительная труба выполнена с нечет"ным количеством ребер, причем отверстия на нечетных ребрах смещеныв сторону соответствующей разделительной трубы, а отверстия на четных ребрах смещены в сторону корпуса.3, Термосвая по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что онаснабжена разделителем потока теплоносителя, выполненным в виде трубок,один конец которых примыкает к отверстиям верхней пластины нижней разделительной трубы, а другой - заведен вполость верхней разделительной трубыс нижнего конца.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Гапеев С. И. Укрепление мерзлых,оснований охлаждением. Л., Строй.издат, 1969, с.18-20.2. Авторское свидетельство СССР9 667635, кл. Е 02.0 3/12, 1978.337999 Фи 1 Гав ва Составн Техред К Редакторв и Заказ 4480/89 ю де илиал ППП Патент", г. Ужгород, Ул. Проектная, 4 Тираж ВНИИПИ Госу по делаи 3035, Москва