L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ МЕРЗЛОГО ГРУНТА СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА С ОБСАДНЫМИ ТРУБАМИ

НазваниеУСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ МЕРЗЛОГО ГРУНТА СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА С ОБСАДНЫМИ ТРУБАМИ
Разработчик (Авторы)Климов Алексей Сергеевич, Амельчугов Сергей Петрович, Инжутов Иван Семенович, Клиндух Надежда Юрьевна
Вид объекта патентного праваИзобретение
Регистрационный номер 2681161
Дата регистрации04.03.2019
ПравообладательФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Область применения (класс МПК)E02D 3/115 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для автоматического управления процессом охлаждения и замораживания грунта, используемым при эксплуатации фундаментных свай сооружений с металлическими обсадными трубами, возведенных в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Устройство для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами содержит систему автоматического управления процессом охлаждения околосвайного пространства фундамента, включающую датчики температуры, установленные в массиве грунта в околосвайном пространстве вдоль металлической обсадной трубы сваи, датчик температуры воздуха окружающей среды, установленный в вентилируемом подполье, связанное с датчиками устройство ввода для преобразования аналогового сигнала в цифровой, блок перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (ППЗУ), связанный с устройством ввода, и устройство вывода для преобразования цифрового сигнала в аналоговый, связанное с блоком ППЗУ и с термоэлектрическими модулями в виде батареи элементов Пельтье, установленными на выступающей части обсадной трубы сваи в вентилируемом подполье. Технический результат состоит в повышении эффективности процесса охлаждения и замораживания грунтов по времени путем обеспечения непосредственного охлаждения околосвайного пространства фундамента с использованием системы автоматического управления процессом охлаждения и предотвращения растепления грунта в зоне вечной мерзлоты. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для автоматического управления процессом охлаждения и замораживания грунта, используемым при эксплуатации фундаментных свай сооружений с металлическими обсадными трубами, возведенных в районах распространения многолетнемерзлых грунтов.

Известен стабилизатор для пластично-мерзлых грунтов с круглогодичным режимом работы, включающий подземную и надземную части трубчатого герметичного корпуса, заполненного хладагентом, подземная часть которого является испарителем, а надземная - конденсатором, имеющим термоэлектрические модули в виде батареи элементов Пельтье. Конденсатор снабжен П-образным стаканом, изготовленным из теплопроводного материала, внутренняя поверхность которого имеет конфигурацию, соответствующую конфигурации наружной поверхности конденсатора, причем П-образный стакан установлен на верхнюю часть конденсатора с возможностью вертикального перемещения и фиксации, а термоэлектрические модули расположены на наружной поверхности П-образного стакана (патент РФ №2231595 С1, дата приоритета 01.10.2002, дата публикации 27.06.2004, авторы: Минкин М.А., и др., RU).

Недостатком аналога является его низкая эффективность в связи с длительным процессом естественного охлаждения и замораживания массива грунта и отсутствием автоматического управления процессом охлаждения грунтов для контроля и регулирования температуры многолетнемерзлых грунтов в зависимости от температуры наружного воздуха.

Известно устройство для стабилизации пластично-мерзлых грунтов с круглогодичным режимом работы, принятое в качестве прототипа, содержащее подземную и надземную части трубчатого герметичного корпуса, заполненного хладагентом, подземная часть которого является испарителем, а надземная - конденсатором, который снабжен полкой, имеющей расположенные на ее поверхности термоэлектрические модули в виде батареи элементов Пельтье. Устройство снабжено тепловой трубой, один конец которой имеет полку, присоединенную к горячей поверхности термоэлектрических модулей. Другой конец, являющийся зоной конденсации, имеет ребристую поверхность, причем ось зоны конденсации имеет угол наклона к горизонту (патент РФ №2405889 С1, дата приоритета 22.04.2009, дата публикации 10.12.2010, авторы: Герасимов С.В. и др., RU, прототип).

Недостатком прототипа также является его низкая эффективность в связи с длительным процессом естественного охлаждения и замораживания массива грунта с использованием хладагента, и отсутствием автоматического управления процессом охлаждения грунтов для контроля и регулирования температуры многолетнемерзлых грунтов в зависимости от температуры наружного воздуха.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является повышение эффективности процесса охлаждения грунтов путем обеспечения непосредственного охлаждения околосвайного пространства фундамента с использованием системы автоматического управления.

Для решения технической проблемы предложено устройство для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами, содержащее систему автоматического управления процессом охлаждения околосвайного пространства фундамента, включающую датчики температуры, установленные в массиве грунта в околосвайном пространстве вдоль металлической обсадной трубы сваи, датчик температуры воздуха окружающей среды, установленный в вентилируемом подполье, связанное с датчиками устройство ввода для преобразования аналогового сигнала в цифровой, блок перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (ППЗУ), связанный с устройством ввода, и устройство вывода для преобразования цифрового сигнала в аналоговый, связанное с блоком ППЗУ и с термоэлектрическими модулями в виде батареи элементов Пельтье, установленными на выступающей части обсадной трубы сваи в вентилируемом подполье.

Согласно изобретению, термоэлектрические модули установлены на каждой обсадной трубе сваи фундамента.

На фиг. 1 схематично показан фрагмент устройства для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами; на фиг. 2 - то же, сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 приведена структурная схема системы автоматического управления процессом охлаждения околосвайного пространства фундамента.

Устройство для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами содержит систему автоматического управления процессом охлаждения околосвайного пространства фундамента, включающую датчики температуры 1, установленные в массиве грунта в околосвайном пространстве вдоль металлической обсадной трубы 2, датчик температуры воздуха окружающей среды 3, установленный в вентилируемом подполье на поверхности ростверка сооружения, связанное с датчиками 1, 3 устройство ввода 4 для преобразования аналогового сигнала в цифровой, блок перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (ППЗУ) 5, связанный с устройством ввода 4, и устройство вывода 6 для преобразования цифрового сигнала в аналоговый, связанное с блоком 5 ППЗУ и с термоэлектрическими модулями 7 в виде батареи элементов Пельтье, установленными на выступающей части обсадной трубы 2 в вентилируемом подполье.

Для реализации изобретения могут быть использованы известные элементы.

Датчики температуры 1, например (http://h-pol.ru/products/23205383?frommarket=https%3A//market.yandex.ru/search%3Ftext%3Dдатчик+температуры+грунта%26cvredirect%3D2%26from_yandex%3D1%26clid%3D545&ymclid=248189237898980079000005. дата просмотра 27.04.2018 г.), которые могут быть установлены в массиве грунта равномерно в околосвайном пространстве вдоль металлической обсадной трубы 2 каждой сваи.

Датчик температуры воздуха окружающей среды 3, например (http://fb.ru/article/66054/datchik-temperaturyi-vozduha-printsip-rabotyi-i-sfera-primeneniya. дата просмотра 27.04.2018 г.), может быть установлен в вентилируемом подполье на поверхности ростверка сооружения.

Устройство ввода 4, например (https://www.moxa.ru/shop/io/?_openstat=ZGlyZWN0LnlhbmRleC5ydTs1NjIzNTc5OzQ0MTIzMDg1MjM7eWFuZGV4LnJ1OnByZW1pdW0&yclid=2268044717815512027. дата просмотра 27.04.2018 г.) для преобразования аналогового сигнала в цифровой (место установки условно не показано).

Блок перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (ППЗУ) 5, например (https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1090236. дата просмотра 27.04.2018 г.), (место установки условно не показано).

Устройство вывода 6, например (https://www.moxa.ru/shop/io/?_openstat=ZGlyZWN0LnlhbmRleC5ydTs1NjIzNTc5OzQ0MTIzMDg1MjM7eWFuZGV4LnJ1OnByZW1pdW0&yclid=2268044717815512027. дата просмотра 27.04.2018 г.), для преобразования цифрового сигнала в аналоговый, (место установки условно не показано).

Термоэлектрические модули 7, например (https://yandex.ru/images/search?text=элeмeнтa%20Пeльтьe&img_url=http%3A%2F%2Fezetil.ru%2Fimg%2Fsigns%2Fcontent%2Ftechnology%2Fpeltie.png&pos=16&rpt:=simage&lr=62, дата просмотра 27.04.2018 г.), в виде батареи элементов Пельтье, установлены холодной стороной на выступающей части обсадной трубы 2 в вентилируемом подполье.

Устройство для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами работает следующим образом. При повышении температуры воздуха окружающей среды выше +1°С сигнализирует датчик температуры 3, который подает сигнал на устройство ввода 4, преобразующее сигнал из аналогового в цифровой, далее в блок ППЗУ 5. При повышении температуры массива грунта в околосвайном пространстве вдоль металлической обсадной трубы любой сваи выше -5°С сигнализируют датчики температуры 1, которые подают сигналы на устройство ввода 4, преобразующее сигналы из аналоговых в цифровые, далее в блок ППЗУ 5. Блок ППЗУ 5 выполняет расчетные операции в соответствии с алгоритмом, а именно сравнивает поступившие цифровые сигналы из устройства ввода 4 с запрограммированными в ППЗУ 5 оптимальными температурами многолетнемерзлых грунтов. При несоответствии оптимальным температурам многолетнемерзлых грунтов блок ППЗУ 5, в свою очередь, через устройство вывода 6, которое преобразует цифровой сигнал в аналоговый, подает сигнал о включении термоэлектрических модулей 7 для охлаждения металлических обсадных труб и замораживания массива многолетнемерзлых грунтов.

Преимущество заявляемого изобретения заключается в повышении эффективности процесса охлаждения и замораживания грунтов по времени путем обеспечения непосредственного охлаждения околосвайного пространства фундамента с использованием системы автоматического управления процессом охлаждения околосвайного пространства фундамента и предотвращения растепления грунта в зоне вечной мерзлоты.

Формула изобретения

1. Устройство для стабилизации мерзлого грунта свайного фундамента с обсадными трубами, содержащее систему автоматического управления процессом охлаждения околосвайного пространства фундамента, включающую датчики температуры, установленные в массиве грунта в околосвайном пространстве вдоль металлической обсадной трубы сваи, датчик температуры воздуха окружающей среды, установленный в вентилируемом подполье, связанное с датчиками устройство ввода для преобразования аналогового сигнала в цифровой, блок перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (ППЗУ), связанный с устройством ввода, и устройство вывода для преобразования цифрового сигнала в аналоговый, связанное с блоком ППЗУ и с термоэлектрическими модулями в виде батареи элементов Пельтье, установленными на выступающей части обсадной трубы сваи в вентилируемом подполье.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что термоэлектрические модули установлены на каждой обсадной трубе сваи фундамента.

Изобретение "УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ МЕРЗЛОГО ГРУНТА СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА С ОБСАДНЫМИ ТРУБАМИ" (Климов Алексей Сергеевич, Амельчугов Сергей Петрович, Инжутов Иван Семенович, Клиндух Надежда Юрьевна ) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля