Устройство слежения и управления напряженно-деформируемым состоянием надземных магистральных трубопроводов, проложенных в сложных грунтовых условиях

Устройство слежения и управления напряженно-деформируемым состоянием надземных магистральных трубопроводов, проложенных с сложных грунтовых условиях относится к области управления конструкциями, их напряженно-деформированным состоянием и может быть использована для диагностики наземных магистральных трубопроводов, проложенных в сложных грунтовых условиях. Задача, решаемая полезной моделью - создание устройства для эффективного управления за напряженно-деформируемым состоянием наземных магистральных трубопроводов, проложенных в сложных грунтовых условиях и на вечномерзлых грунтах. Полезная модель содержит регулируемые опоры надземного трубопровода, совмещенные с фундаментной плитой, которые выполнены из фундаментной и надфундаментной части, фундаментная часть выполнена в виде ребристой железобетонной фундаментной плиты ребрами вверх, установленной без заглубления на выровненное основание со скользящим слоем, надфундаментная часть выполнена в виде конструкции козлового типа с помощью наклонных стержневых несущих металлических элементов с набором отверстий для выбора и регулирования необходимой высоты и наклона магистрального трубопровода в соответствии с местными условиями, наклонные стержневые несущие металлические элементы попарно соединены между собой в верхней части с помощью болтов и образуют устройство для укладки трубопровода, в нижней части стержневые несущие элементы присоединены к ребристой железобетонной фундаментной плите, у которой размещены измерительные устройства, например тензодатчики, в опасных поперечных сечениях магистрального трубопровода, установлен централизованный блок обработки и выдачи сигналов, выполненный в виде компьютера с управляющей программой и содержит

усилители сигналов, на которые поступают соответствующие сигналы с измерительных устройств, выходы усилители сигналов соединены с входом коммутатора сигналов, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом цифро-аналового преобразователя, выход которого соединен со входом распределителя сигналов управления электроприводами, выходы которых соединены с соответствующими входами одиночных электроприводов, соединенных последовательно с управляющим устройством пуска электропривода, электродвигателем, передаточным устройством и подъемным устройством опоры, сигнальный выход аналого-цифрового преобразователя и сигнальный вход цифро-аналового преобразователя объединены и соединены с двунаправленной входной шиной компьютера, которая соединена с управляющими входами коммутатора сигналов, аналого-цифрового преобразователя и цифро-аналового преобразователя, управляющая программа компьютера поэтапно малыми шагами обрабатывает сигналы с измерительных устройств и принимается управляющее решение на привод исполнительного механизма для ликвидации напряженно-деформируемого состояния магистрального трубопровода, исполнительные механизмы в виде подъемных устройств, например домкратов, установлены на опорах для предотвращения аварийного состояния магистрального трубопровода.

Полезная модель относится к области управления конструкциями, их напряженно-деформированным состоянием и может быть использована для диагностики наземных магистральных трубопроводов, проложенных в сложных грунтовых условиях и может быть использована при прокладке нового магистрального трубопровода в Красноярском крае на Таймыре от Ванкора до Дудинки.

Известна регулируемая опора надземного трубопровода для строительства в сложных грунтовых условиях, включающая стержневые элементы, установленные под углом и соединенные в верхней части, а в нижней части с фундаментом, у которой нижняя опора выполнена единого цельного блока, включающего фундаментную и надфундаментную часть, фундаментная часть выполнена в виде ребристой железобетонной фундаментной плиты ребрами вверх, установленной без заглубления на выровненное основание, надфундаментная часть выполнена в виде конструкции, козлового типа из наклонных стержневых несущих металлических элементов с набором отверстий под болты для выбора и регулирования необходимой высоты и наклона трубопровода в соотвествии с местными условиями, наклонные стержневые несущие металлические элементы попарно соединены между собой в верхней части с помощью

болтов и образуют устройство для укладки трубопровода, а в нижней части стержневые несущие металлические элементы присоединены к ребристой железобетонной фундаментной плите через закладные детали железобетонной плиты посредством болтовых соединений, стержневые несущие металлические элементы попарно в средней части соединены перекрестными связями с помощью отверстий в связях болтовыми соединениями (см. патент на полезную модель №41829, опубл. БИ №31, 10.11.2004 г.). Данное изобретение принято за прототип.

Недостатком данной полезной модели является то, что не предусмотрено устройство управления за напряженно-деформируемым состоянием магистральных трубопроводов, состоящее из измерительных приборов, регистрирующих неравномерное смещение опор из-за просадок грунта, устройств, передающих информацию на компьютер, и исполнительных механизмов в виде подъемных устройств. Без устройства управления напряженно-деформируемым состоянием магистральных трубопроводов трубопроводы будут подвергаться подвижке грунта особенно в весеннее-летний период.

Задача, решаемая полезной моделью - создание устройства для эффективного управления за напряженно-деформируемым состоянием наземных магистральных трубопроводов, проложенных в сложных грунтовых условиях и на вечномерзлых грунтах.

Поставленная задача достигается тем, устройство слежения и управления напряженно-деформируемым состоянием наземных магистральных трубопроводов, проложенных с сложных грунтовых условиях содержит регулируемые опоры надземного трубопровода, совмещенные с фундаментной плитой, которые выполнены из фундаментной и надфундаментной части, фундаментная часть выполнена в виде ребристой железобетонной фундаментной плиты ребрами вверх, установленной без заглубления на выровненное основание со скользящим слоем, надфундаментная часть выполнена в виде конструкции

козлового типа с помощью наклонных стержневых несущих металлических элементов с набором отверстий для выбора и регулирования необходимой высоты и наклона магистрального трубопровода в соответствии с местными условиями, наклонные стержневые несущие металлические элементы попарно соединены между собой в верхней части с помощью болтов и образуют устройство для укладки трубопровода, в нижней части стержневые несущие элементы присоединены к ребристой железобетонной фундаментной плите, у которой

размещены измерительные устройства, например тензодатчики, в опасных поперечных сечениях магистрального трубопровода,

установлен централизованный блок обработки и выдачи сигналов, выполненный в виде компьютера с управляющей программой и содержит усилители сигналов, на которые поступают соответствующие сигналы с измерительных устройств, выходы усилители сигналов соединены с входом коммутатора сигналов, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом цифро-аналового преобразователя, выход которого соединен со входом распределителя сигналов управления электроприводами, выходы которых соединены с соответствующими входами одиночных электроприводов, соединенных последовательно с управляющим устройством пуска электропривода, электродвигателем, передаточным устройством и подъемным устройством опоры, сигнальный выход аналого-цифрового преобразователя и сигнальный вход цифро-аналового преобразователя объединены и соединены с двунаправленной входной шиной компьютера, которая соединена с управляющими входами коммутатора сигналов, аналого-цифрового преобразователя и цифро-аналового преобразователя,

управляющая программа компьютера поэтапно малыми шагами обрабатывает сигналы с измерительных устройств и принимается управляющее решение на привод исполнительного механизма для

ликвидации напряженно-деформируемого состояния магистрального трубопровода,

исполнительные механизмы в виде подъемных устройств, например домкратов, установлены на опорах для предотвращения аварийного состояния магистрального трубопровода.

Отличительными от прототипа признаками являются:

- наличие устройства для управления за напряженно-деформируемым состоянием надземных магистральных трубопроводов, поступающих с тензодатчиков, установленных в опасных сечениях на компьютер с управляющей программой, выдачей управляющей программой сигналов на управляющее устройство подъема и опускания магистрального трубопровода;

- выполнение исполнительных механизмов в виде регулируемых опор, совмещенных с фундаментной плитой, что позволяет укладывать магистральные надземные трубопроводы в сложных грунтовых условиях, на вечномерзлых грунтах и в сейсмических зонах за счет большой площади фундаментной плиты, ее конструкции;

- регулируемые опоры, совмещенные с фундаментной плитой, снабжены подъемными устройствами, позволяющими при определении напряженно-деформируемого состояния надземного трубопровода производить его медленное опускание или подъем;

- измерительные устройства выполнены в виде тензодатчиков, закрепленных в опасных сечениях на магистральных трубопроводах, которые передают информацию о напряженно-деформируемого состояния магистральных трубопроводов;

- компьютер содержит управляющую программу, при которой поэтапно малыми шагами обрабатывается информация с тензодатчиков и принимается управляющее решение на привод

исполнительного механизма для ликвидации напряженно-деформируемого состояния магистрального трубопровода.

Полезная модель представлена на фигуре:

Фиг.1 - устройство слежения и управления напряженно-деформируемым состоянием надземных магистральных трубопроводов, проложенных в сложных грунтовых условиях тензодатчиков.

Устройство состоит из магистрального трубопровода 1 (см. фиг.1), на котором расположены тензодатчики 2_в1 и 2_n1 в опасных метах магистрального трубопровода 1. Тензодатчики 2_в1 и 2 _n1 связаны с аналоговыми входами централизованного блока 3 обработки и выдачи сигналов управления электроприводом, к которым подключены усилители сигналов 4₁, 4 ₂, ... 4_n тензодатчиков 2 _в1 и 2_n1, 2_в2 и 2_n2, ... 2_вn и 2_nn. Усилители сигналов 4 соединены с на коммутатором сигналов 5, сигнальный выход которого соединен с сигнальным входом аналого-цифрового преобразователя 6, сигнальный выход которого соединен со входом компьютера 7 и со входом цифроаналогового преобразователя 8, который выходом соединен со входом распределителя сигналов 9, который выходом соединен со входами соответствующих приводов исполнительных механизмов подъема и опускания 10 ₁, 10₂ ... 10_n , включающими последовательно соединенные управляющими устройствами 11₁, 11₂ ... 11 _n, электродвигателями 12₁, 12 ₂ ... 12_n, редуктор 13 ₁, 13₂ ... 13_n , которые управляет исполнительными механизмами в виде подъемных устройств опоры магистрального трубопровода 14 ₁, 14₂ ... 14_n . Двунаправленная входная шина компьютера 7 соединена с управляющими входами коммутатора сигналов 5, распределителя сигналов 9, аналого-цифрового преобразователя 6 и цифро-аналогово преобразователя 8.

Регулируемые опоры надземного трубопровода 15, совмещенные с фундаментной плитой 16 под наземный магистральный трубопровод для строительства в сложных грунтовых условиях выполнены из фундаментной

и надфундаментной части, фундаментная часть выполнена в виде ребристой железобетонной фундаментной плиты 16 ребрами вверх, установленной без заглубления на выровненное основание со скользящим слоем. Надфундаментная часть выполнена в виде конструкции козлового типа из четырех наклонных стержневых несущих металлических элементов 17 с набором отверстий для выбора и регулирования необходимой высоты и наклона магистрального трубопровода 1 в соответствии с местными условиями, наклонные стержневые несущие металлические элементы 17 попарно соединены между собой в верхней части с помощью болтов 18 и образуют устройство для укладки трубопровода 19. В нижней части стержневые несущие элементы 17 присоединены к ребристой железобетонной фундаментной плите 15. Между железобетонными плитами 16 установлен привод механизма 10 для подъема или опускания трубопровода 1.

Устройство работает следующим образом:

Исходное положение - установка магистрального трубопровода 1 на регулируемых опорах 15.

Посредством тензодатчиков 2в и 2н, расположенных в опасных поперечных сечениях трубопровода например, над опорами и в середине пролета 1 сверху 2в и снизу 2н, параллельно друг другу, вдоль трубопровода 1, производится измерение появившегося напряжения в трубопроводе в связи с появлением подвижки грунта под опорой 15₂ (например). Все напряжения с тензодатчиков 2 поступают на аналоговые входы централихованного блока 3 обработки и выдачи сигналов, к которым подключены усилители сигналов 4₁-4 _n. Усилители сигналов 4 необходимы для предварительного усиления сигналов, полученных с тензодатчиков 2 до необходимой величины, достаточной, чтобы по ним можно было принять решение о состоянии напряженностей в трубопроводе 1.

Посредством коммутатора сигналов 5 производится опрос всех сигналов с усилителей 4₁-4_n и далее в аналого-цифровом преобразователе 6 каждый из выбранных сигналов усилителя 4 преобразуется в цифровую форму, необходимую для правильной работы компьютера 7. В компьютере 7 производится непрерывный анализ всех тензодатчиков 2. Хотя процессы анализа тензодатчиков 2 разнесены во времени, но информация об их состоянии есть всегда. Это достигается тем, что процессы изменения состояния напряжений в трубопроводе очень медленные, а время переключения коммутатора 5 не требуется большим, достаточно 1 мкС.

Таким образом, в течение 1 сек. можно иметь информацию о 10⁶ тензодатчиках. По анализу информации о тензодатчиках 2_вi 2_ni принимается решение о формировании управляющих сигналов. Это достигается посредством преобразования формируемых сигналов в компьютере 7 в аналоговую форму посредством цифро-аналогово преобразователя 8. Распределителем сигналов управления 9 производится коммутация очередного сигнала в цифро-аналоговом преобразователе 8 с очередным электроприводом 10 ₂ (например).

Необходимый сигнал для электродвигателя 12 и номер электродвигателя задается компьютером 7 через управляющие сигналы, поступающие на распределитель сигналов управления электроприводами 9 и информационные, поступающие на вход цифро-аналогово преобразователя 8. Сигнал для привода исполнительного механизма 102 имеет три состояния +1, 0, -1. При состоянии +1 или -1 управляющим устройством пуска электропривода 11₂ производится включение электродвигателя 12₂. При состоянии +1, вал электродвигателя 12₂ вращается по часовой стрелке, при -1 - против часовой. В нулевом состоянии включение электродвигателя 12₂ исключается. При использовании маломощного электродвигателя 12₂ (что требует меньших питающих напряжений и токов) используется редуктор 13 ₂ с очень высоким понижающим числом (несколько тысяч), что дает возможность создать большой вращающий момент на выходном валу

передаточного устройства 13₂ . Далее, через жесткую механическую связь, редуктор 13 ₂ механизм подъема и опускания 10₂ действие передается на шток винтового подъемника - опоры 14 ₂ таким образом поднимает или опускает магистральный трубопровод 1, чтобы свести к нулю напряжение, возникающее в трубопроводе, в месте подключения тензодатчиков 2_и1 и 2_в1.

Осуществление автоматического слежения за напряженно-деформируемым состоянием наземных магистральных трубопроводов осуществляется после высвечивания на компьютере 7 управляющего решения на подъем или опускание трубопровода 1. Бригада эксплуатационников создает условия для реализации управляющего решения: подводится подъемное устройство 14 до контакта с трубопроводом 1 так, что после разъединения наклонных стержневых несущих металлических элементов 17 подъемное устройство 14 поддерживает трубопровод 1, осуществляет подъем наклонных стержневых несущих элементов 17, например домкратом, на необходимую высоту и их закрепление болтами в предусмотренных отверстиях. Высвобождается подъемное устройство 14 магистрального трубопровода 1. В итоге трубопровод занимает желаемое положение. На этом заканчивается цикл управления. Следующий цикл управления происходит после замеров, которые продолжаются периодически в период оттаивания грунтов. С целью предотвращения оттаивания грунтов под опорами могут производиться стационарные мероприятия, например, покрытие фундаментной плиты и окружающего участка теплоизоляционным слоем.

Управляющий блок 3 (с программой и компьютером 7) может устанавливаться на станциях перекачки и совмещаться с другими контролирующими функциями, например, контроль коррозии, температурными деформациями и др.).

Реализация управления компьютерной программы выполняется малыми шагами с контролем за выполнением управляющего воздействия и необходимой корректировкой, что обеспечивает надежность управления.

Непрерывное (периодическое) управление и обработка тензометрической информации в управляющей программе позволяет разделить и отдельно оценить изменения напряжений из-за смены температурных воздействий и неравномерной осадки опор, которая происходит постепенно (а не внезапно). Опора магистрального трубопровода 14 выполняет вместе с механизмом подъема и опускания трубопровода две функции - стационарный и исполнительный. Стационарный - магистральный трубопровод расположен на опорах 15. При исполнительном режиме нагрузка от магистрального трубопровода воспринимается подъемным устройством 14.

Предлагаемая полезная модель обладает повышенной эффективностью управления и слежения за напряженно-деформируемым состоянием наземных магистральных трубопроводов, проложенных в сложных грунтовых условиях и на вечномерзлых грунтах; повышенной надежностью и качеством управления за счет учитывания реальных свойств конструкции.

Устройство слежения и управления напряженно-деформируемым состоянием надземных магистральных трубопроводов, проложенных в сложных грунтовых условиях, содержит регулируемые опоры надземного трубопровода, совмещенные с фундаментной плитой, которые выполнены из фундаментной и надфундаментной части, фундаментная часть выполнена в виде ребристой железобетонной фундаментной плиты ребрами вверх, установленной без заглубления на выровненное основание со скользящим слоем, надфундаментная часть выполнена в виде конструкции козлового типа с помощью наклонных стержневых несущих металлических элементов с набором отверстий для выбора и регулирования необходимой высоты и наклона магистрального трубопровода в соответствии с местными условиями, наклонные стержневые несущие металлические элементы попарно соединены между собой в верхней части с помощью болтов и образуют устройство для укладки трубопровода, в нижней части стержневые несущие элементы присоединены к ребристой железобетонной фундаментной плите, отличающееся тем, что размещены измерительные устройства, например тензодатчики, в опасных поперечных сечениях магистрального трубопровода, установлен централизованный блок обработки и выдачи сигналов, выполненный в виде компьютера с управляющей программой и содержит усилители сигналов, на которые поступают соответствующие сигналы с измерительных устройств, выходы усилителей сигналов соединены с входом коммутатора сигналов, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен со входом распределителя сигналов управления электроприводами, выходы которых соединены с соответствующими входами одиночных электроприводов, соединенных последовательно с управляющим устройством пуска электропривода, электродвигателем, передаточным устройством и подъемным устройством опоры, сигнальный выход аналого-цифрового преобразователя и сигнальный вход цифроаналогового преобразователя объединены и соединены с двунаправленной входной шиной компьютера, которая соединена с управляющими входами коммутатора сигналов, аналого-цифрового преобразователя и цифроаналогового преобразователя, управляющая программа компьютера поэтапно малыми шагами обрабатывает сигналы с измерительных устройств и принимается управляющее решение на привод исполнительного механизма для ликвидации напряженно-деформируемого состояния магистрального трубопровода, исполнительные механизмы в виде подъемных устройств, например домкратов, установлены на опорах для предотвращения аварийного состояния магистрального трубопровода.