CC BY
22
УДК 621.592
A.С. Моторкин, A.S. Motorkin, e-mail: sasha521635@mail.ru
B.С. Евдокимов, V.S. Evdokimov, e-mail: omgtu_evdokimov@mail.ru А.А. Новиков, A.A. Novikov
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОР С ВИНТОВЫМ ОРЕБРЕНИЕМ ДЛЯ ЗОНАЛЬНОЙ ЗАМОРОЗКИ ГРУНТА
THERMOSTABILIZATORS SCREWED RIBBING FOR FROZEN GROUND AREA
В данной статье рассматривает возможность зональной заморозки грунта на примере термостабилизатора. Отличительной особенностью данной работы является использование винтового оребрения на испарительной части.
In this article considers the possibility of zonal soil freezing on the example of thermopile. A distinctive feature of this work is the use of a screw on the evaporating zone.
Ключевые слова: Термосваи, термостабилизатор грунта, винтовая свая
Keywords: Thermopiles, thermal stabilization units, screw piles
Одним из основных факторов, определяющих прочность и устойчивость зданий и сооружений в криолитозоне (рис.1), является динамика температурного поля грунтов под их основаниями. Тепловое воздействие отапливаемого здания на вечномерзлый грунт ведет к его таянию и осадке. Если осадка произошла в летний период, то при последующем замерзании возникнет пучение грунта.
Рис.1. 125
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
Осадка, пучение, а в еще большей степени периодично сменяющиеся пучение и осадка, представляют собой опасные криогенные процессы, приводящие здание к аварийной ситуации.
Другие примеры опасных криогенных процессов: образование морозобойных трещин, возникающих при резком понижении температуры грунта; образование наледей, обусловленное различной глубиной промерзания грунта под зданием и на открытой поверхности; солифлюкция - сползание склона в результате периодического процесса промерзания и оттаивания грунта (подразумевается, что здание или сооружение построено на склоне (рис.2)). Все эти опасные процессы определяются динамикой температуры грунтов под их основаниями.
Рис.2.
Поэтому одним из способов поддержания эксплуатационных свойств зданий и сооружений в районах распространения многолетнемерзлых пород является замораживание находящихся под ними грунтов.
Одним из важнейших направлений, отражающих современную практику северного строительства, является сохранение традиционного состояния многолетнемерзлых грунтов в зоне хозяйствования человека. При этом условии сохраняется равновесное состояние окружающей среды и устойчивость сооружений, возводимых на этих грунтах.
Для поддержания или усиления мерзлого состояния грунта в основаниях сооружений применяют низкие температуры наружного воздуха с помощью парожидкостных термосифонов - термостабилизаторов грунта.
На кафедре «Холодильная и компрессорная техника и технология» Омского государственного технического университета, на базе запатентованных элементов, разработан лабораторный стенд для исследования характеристик термостабилизаторов с винтовым оребре-нием и способностью зональной заморозки грунта.
Применение винтовых термостабилизаторов обусловлено наличием следующих преимуществ относительно обычных термосвай:
1. Повышается эффективность процесса теплообмена с грунтом за счет увеличения площади контактной поверхности испарительных зон;
2. Увеличение устойчивости свай в вертикальном положении, что значительно продлевает срок ее службы;
3. Упрощение установки термостабилизаторов в некоторые типы грунта путем ввинчивания, что позволяет устанавливать его вручную, несколькими рабочими, без использования строительной техники.
4. Увеличение шага установки термостабилизторов, благодаря большему радиусу заморозки. Шаг корректируется с учетом взаимного воздействия двух охлаждающих колонок.
5. Возможность использовать на болотистых грунтах.
6. Монтажные работы можно выполнять в любое время года.
126
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
Также благодаря винтовому оребрению усиливается эффект «зональной» заморозки (Устройство для аккумуляции холода: пат. № 62617) из-за увеличения площади теплообмена (рис. 3). Винтовые лопасти выбираются стальные или чугунные. Существуют несколько методик расчета винтовых свай [1].
Рис.3. Схема термостабилизатора потоками, с целью повышения несущей способности и для предупреждения выпучивания свай
С целью повышения эффективности, в устройстве для аккумуляции холода часть промежуточной трубы снабжена испарительной зоной. В ней дополнительно расположен испаритель, выполненный в виде стакана изготовленного из теплоизоляционного материала. Во внутренней полости стакана расположена промежуточная труба для транспортирования жидкого хладагента. Такое решение позволяет разделить зоны промораживания грунта и обойти места с подземными
Устройство для аккумуляции холода включает трубу (рис.3), выполненную в виде термосваи 1, состоящую из испарителей 2 с винтовым наконечником 3 и с винтовым оребре-нием, заполненных хладагентом, конденсатора 4. Термосвая 1 помещается в грунт на глубину Ь (до 50 метров), содержит испаритель 2, который через промежуточную трубу 7 соединен с воронкой 8. Воронка 8 расположена на расстоянии Ь2 от конденсаторной зоны А и выполнена с трапециевидными отверстиями с размерами Я1, Я2, т, И, г и бортиком { таким образом, чтобы бортик { был направлен в сторону движения пара для сбора испаряющихся паров и поступления их в зоны конденсации А или В и во избежание попадания хладагента в отверстия С. Испаритель 2, выполненный из теплоизоляционного материала, через соединенную с внутренней стороны стакана промежуточную трубу 9, соединен с воронкой 10. Воронка 10 расположена на расстоянии Ь1 от конденсаторной зоны и выполнена с трапециевидными отверстиями с размерами Я1, Я2, т, И, г и бортиком таким образом, чтобы бортик { был направлен в сторону движения пара для сбора испаряющихся паров и поступления их в зону конденсации и во избежание попадания хладагента в отверстия.[2]
127
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
Рис. 4. Фото винтового оребрения опытного образца термостабилизатора
Сваи, в зависимости от предлагаемого использования имеют различный диаметры опорной трубы, различный шаг винта. Чем больше шаг винта, тем быстрее происходит монтаж. Для песчаных грунтов рекомендуется больший шаг - это меньше взрыхляет грунт. Для плотных глинистых грунтов, для облегчения установки, рекомендуется небольшой шаг винта.
Библиографический список:
1. Пьянков, С.А. Свайные фундаменты / С. А. Пьянков. - Ульяновск: УлГТУ, 2007. - 105 с.
2. Устройство для аккумуляции холода: пат. 108051. Рос. Федерация : МПК E02D3/115 / В. А. Максименко, В.С. Евдокимов, А.М. Костин, А.С. Губанов. -2011115576/03 ; заявл. 20.04.11 ; опубл. 10.09.11.
3. Система автоматического мониторинга с удаленным доступом для холодильных и компрессорных систем / В. С. Евдокимов, А. Н. Фот, И. П. Аистов, В. Д. Галдин, В. Н. Костюков // Омский научный вестник. - 2012. - № 2 (110). - С. 166-172.
