Устройство автоматического слежения за напряженно-деформируемым состоянием наземных магистральных трубопроводов, проложенных в сложных грунтовых условиях и в сейсмических зонах, с помощью оптических устройств

Устройство слежения и управления напряженно-деформируемым состоянием надземных магистральных трубопроводов, проложенных в сложных грунтовых условиях и сейсмических зонах с помощью оптических устройств относится к области автоматического управления конструкциями, их напряженно-деформированным состоянием с помощью оптических устройств и может быть использована для диагностики наземных магистральных трубопроводов. Задача, решаемая полезной моделью - повышение точности автоматического слежения за напряженно-деформируемым состоянием наземных магистральных трубопроводов, проложенных в сложных грунтовых условиях и на вечномерзлых грунтах с помощью оптических устройств. Поставленная задача достигается тем, что устройство слежения и управления напряженно-деформируемым состоянием надземных магистральных трубопроводов, проложенных в сложных грунтовых условиях и сейсмических зонах с помощью оптических устройств содержит регулируемые опоры надземного трубопровода, совмещенные с фундаментной плитой, 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, наклонные стержневые несущие металлические элементы попарно соединены между собой в верхней части и образуют устройство укладки трубопровода, а в нижней части стержневые несущие элементы присоединены к ребристой железобетонной фундаментной плите, у которого в опасных местах магистрального трубопровода размещены измерительные устройства в виде излучателя

оптических сигналов и фотоприемника оптических сигналов, 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 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 принимает 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 содержит регулируемые опоры надземного трубопровода, совмещенные с фундаментной плитой, 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, наклонные стержневые несущие металлические элементы

попарно соединены между собой в верхней части и образуют устройство укладки трубопровода, а в нижней части стержневые несущие элементы присоединены к ребристой железобетонной фундаментной плите, у которого в опасных местах магистрального трубопровода размещены измерительные устройства в виде излучателя оптических сигналов и фотоприемника оптических сигналов, 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 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 принимает 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 автоматического управления конструкциями, их напряженно-деформированным состоянием с помощью оптических устройств и может быть использована для диагностики наземных магистральных трубопроводов.

Известно устройство слежения и управления напряженно-деформируемым состоянием надземных магистральных трубопроводов, взятое за прототип, проложенных в сложных грунтовых условиях, которое содержит регулируемые опоры надземного трубопровода, совмещенные с фундаментной плитой, 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, наклонные стержневые несущие металлические элементы попарно соединены между собой в верхней части и

образуют устройство укладки трубопровода, а в нижней части стержневые несущие элементы присоединены к ребристой железобетонной фундаментной плите, в опасных поперечных сечениях магистрального трубопровода размещены измерительные устройства, например тензодатчики, 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 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 принимает 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.

Недостатками данного устройства является недостаточная точность управления напряженно-деформированного состояния надземных магистральных трубопроводов.

Задача, решаемая полезной моделью - повышение точности автоматического слежения за напряженно-деформируемым состоянием надземных магистральных трубопроводов, проложенных в сложных грунтовых условиях и на вечномерзлых грунтах с помощью оптических устройств.

Поставленная задача достигается тем, что устройство слежения и управления напряженно-деформируемым состоянием надземных магистральных трубопроводов, проложенных в сложных грунтовых условиях и сейсмических зонах с помощью оптических устройств содержит регулируемые опоры надземного трубопровода, совмещенные с фундаментной плитой, 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, наклонные стержневые несущие металлические элементы попарно соединены между собой в верхней части и образуют устройство укладки трубопровода, а в нижней части стержневые несущие элементы присоединены к ребристой железобетонной фундаментной плите, у которого в опасных местах магистрального трубопровода размещены измерительные устройства в виде излучателя оптических сигналов и фотоприемника оптических сигналов, 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 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 принимает 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.

Применение оптических устройств для автоматического слежения напряженно-деформированного состояния надземных магистральных трубопроводов позволяет повысить точность слежения.

Отличительными от прототипа признаками являются:

- автоматическое слежение за напряженно-деформируемым состоянием надземных магистральных трубопроводов за счет более точного учитывания реальных свойств наземных трубопроводов; выполнение исполнительных механизмов в виде регулируемых опор, совмещенных с фундаментной плитой, что позволяет укладывать магистральные наземные 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;

Полезная модель представлена на фигуре:

Фиг.1 - устройство автоматического слежения за напряженно-деформируемым состоянием надземных магистральных трубопроводов, проложенных в сложных грунтовых условиях и в сейсмических зонах с помощью оптических устройств.

Фиг.2 - схема прохождения оптического луча.

Устройство слежения и управления напряженно-деформируемым состоянием надземных магистральных трубопроводов содержит установленный надземный трубопровод 1, на котором в опасных местах магистрального трубопровода 1 размещены измерительные устройства, например фотоприемники оптических сигналов 2₁...2 _n, и излучатели оптических сигналов 3₁ ...3_n.

Фотоприемник оптических сигналов 2 регистрирует оптический луч 4, который и передает сигнал в блок обработки и выдачи сигналов управления 5, выполненный в виде компьютера с управляющей программой, который содержит усилители-фотосчитыватели сигналов 6, на которые поступают соответствующие сигналы с фотоприемника оптических сигналов 2. Выходы усилителей-фотосчитывателей сигналов 6 соединены с входом коммутатора сигналов 7, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 8, выход которого соединен со входом цифро-аналогово преобразователя 9, выход которого соединен со входом распределителя сигналов управления электроприводами 10, выходы которых соединены с соответствующими входами одиночных электроприводов 11, соединенных последовательно с управляющим устройством пуска электропривода 12, электродвигателем 13, передаточным устройством 14 и подъемным устройством регулируемой опоры 15. Сигнальный выход аналого-цифрового преобразователя 8 и сигнальный вход цифро-аналового

преобразователя 9 объединены с двунаправленной входной шиной компьютера 16, которая соединена с управляющими входами коммутатора сигналов 7, аналого-цифрового преобразователя 8 и цифро-аналового преобразователя 9. Управляющая программа компьютера 16 поэтапно малыми шагами обрабатывает сигналы с фотоприемника оптических сигналов 2 и принимает управляющее решение на привод 11 исполнительного механизма для ликвидации напряженно-деформируемого состояния магистрального трубопровода 1. Исполнительные механизмы в виде подъемных устройств 15, например домкратов, установлены на опорах для предотвращения аварийного состояния магистрального трубопровода 1.

Магистральный трубопровод 1, проложенный в сложных грунтовых условиях, уложен на регулируемые опоры 17, совмещенные с фундаментной плитой 18, установленной ребрами вверх без заглубления на выровненное основание 19 со скользящим слоем. Надфундаментная часть 20 выполнена в виде конструкции козлового типа с помощью наклонных стержневых несущих металлических элементов 21 с набором отверстий для выбора и регулирования необходимой высоты и наклона магистрального трубопровода 1. Наклонные стержневые несущие металлические элементы 21 попарно соединены между собой в верхней части и образуют устройство укладки трубопровода 22, а в нижней части стержневые несущие элементы присоединены к ребристой железобетонной фундаментной плите 18.

Устройство монтируется следующим образом.

Исходное положение - установка магистрального трубопровода 1 на регулируемых опорах 17. На магистральный трубопровод 1 в опасных местах установлены фотоприемники оптических сигналов и излучатели оптических сигналов.

Посредством излучателя оптических сигналов 3₁...3 _n, принимающих излучение оптических сигналов 4, расположенных в опасных поперечных сечениях трубопровода 1, производится измерение появившегося напряжения в трубопроводе 1 в связи с появлением подвижки грунта под

опорой 17₂ (например). Все напряжения с фотоприемника оптических сигналов 2 поступают на усилители-фотосчитыватели сигналов 6 блока обработки и выдачи сигналов управления электроприводами 5.

При расположении луча 4_i от излучателя оптических сигналов 3 луч 4 от соседнего излучателя не сможет воздействовать на фотоприемник оптических сигналов 2_i, т.к. в плоскости приема фотоприемника оптических сигналов сигналов 2 _i контур его сечения будет существенно отклонен вверх (см. фиг.2). Эффективная часть фотоприемника 2 представляет собой в общем случае ряды фотодатчиков, обозначенные цифрами. В нашем случае контур сечения луча 4_i обучает ряды фотодатчиков с номерами 1 по k-ый. В этом случае информация поступает в блок обработки и выдачи сигналов управления электроприводами 5, в котором посредством усилителей-фотосчитывателей сигналов 6_i производится определение сигналов фотоприемника 2i оптических сигналов, которые имеют максимальный уровень. Через коммутатор сигналов 7 и далее через аналого-цифровой преобразователь 8 компьютером 16 производится определение номера считываемого фотоприемника оптических сигналов 2_i и номер последнего ряда фотодатчиков с наибольшим уровнем сигналов.

Для примера в нашем случае согласно фигуре 2 этому номеру будет соответствовать число k. Компьютером 16 производится непрерывный опрос всех фотоприемников оптических сигналов 2. Например, если по каким-то причинам произойдет сдвиг регулируемой опоры 17 ₂ по вертикали вниз, то это приведет к смещению по вертикали вниз как излучателя оптических сигналов 3₂ так и фотоприемника оптических сигналов 2₂ . Сдвиг излучателя оптического сигнала 3₂ по вертикали вниз приведет к сдвигу по вертикали вниз светового луча 4₁ (фиг.2), т.е. будут облучены фотоприемники 2₁ оптических сигналов с номерами рядов большими, чем число k. Компьютером 16 будут зафиксировано смещение луча 4₁ и 4_2i (фиг.2), т.е. будут облучены фотодатчики фотоприемника 2 ₁ и 2_2i с

номерами рядов меньшими, чем число k. Компьютером 16 будет зафиксировано смещение луча 4₁ вниз.

Одновременно смещение фотоприемника оптических сигналов 2_1,2 вниз приводит к опусканию контура светового луча 4₁ (фиг.2) по стрелке вниз и тогда будут облучены фотоприемники оптических сигналов 2 и с номерами рядов меньшими (k-1), чем число k. Компьютером 16 при опросе фотоприемника оптических сигналов 2 ₁ и 2_2i будет зафиксировано смещение светового луча 4_2i вниз. В связи с этим компьютером 16 будет принято решение о формировании необходимого сигнала управления для регулируемой опоры 17₂ вверх через его преобразование в аналоговую величину посредством цифро-аналового преобразователя 9 и через распределитель сигналов для управления электродвигателем 10 на электродвигатель 13 ₂.

Необходимый сигнал для электродвигателя 10 и номер электродвигателя задается компьютером 16 через управляющие сигналы, поступающие на распределитель сигналов управления электродвигателями 10 и информационные, поступающие на вход цифро-аналового преобразователя 9. Сигнал для электродвигателя 13₂ имеет три состояния = 1, 0, -1. При состоянии +1 или -1 управляющим устройством пуска электродвигателя 13₂ производится включение электродвигателя 13₂ . При состоянии +1, вал электродвигателя 13₂ вращается по часовой стрелке, при -1 - против часовой. В нулевом состоянии включение электродвигателя 13₂ исключается. При использовании маломощного электродвигателя 13₂ (что требует меньших напряжений и токов) используется передаточное устройство 14₂ с очень высоким понижающим числом (несколько тысяч), что дает возможность создать большой вращающий момент на выходном валу передаточного устройства 14₂. Далее, через жесткую механическую связь, передаточное устройство 14 ₂ электродвигателя 13₂ воздействует на шток винтового подъемного устройства 15₂ таким образом поднимает и опускает трубопровод 1, чтобы свести к нулю напряжение, возникающее в

трубопроводе 1 в месте подключения светового луча излучателя оптического сигнала 3.

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). Регулируемая опора магистрального трубопровода 17 выполняет вместе с механизмом подъема и опускания трубопровода две функции - стационарный и исполнительный. Стационарный - магистральный трубопровод расположен на регулируемых опорах 17. При исполнительном режиме нагрузка от магистрального трубопровода воспринимается подъемным устройством 15.

Предлагаемая полезная модель обладает повышенной точностью управления и слежения за напряженно-деформируемым состоянием надземных 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 и сейсмических зонах с помощью оптических устройств, содержит регулируемые опоры надземного трубопровода, совмещенные с фундаментной плитой, 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, наклонные стержневые несущие металлические элементы попарно соединены между собой в верхней части и образуют устройство укладки трубопровода, а в нижней части стержневые несущие элементы присоединены к ребристой железобетонной фундаментной плите, отличающееся тем, что в опасных местах магистрального трубопровода размещены измерительные устройства в виде излучателя оптических сигналов и фотоприемника оптических сигналов, 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 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 цифроаналового преобразователя, управляющая программа компьютера поэтапно малыми шагами обрабатывает сигналы с измерительных устройств и принимает 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.