Устройство для измерения направления и скорости движения грунта относительно подземного трубопровода и нагрузок на трубопровод, вызванных перемещением грунта

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности. При создании изобретения решались задачи - расширение функциональных возможностей устройства, упрощение его конструкции и повышение точности измерений. Поставленные задачи решаются в устройстве для измерения перемещений, содержащем корпус, соединенный с ним посредством сферического шарнира измерительный рычаг с измерительным наконечником на одном, выступающем из корпуса конце, двухкоординатный узел отсчета перемещений, размещенный внутри корпуса и взаимодействующий с другим концом измерительного рычага. Измерительный наконечник выполнен в виде двух взаимно перпендикулярных пластин, жестко закрепленных на измерительном рычаге и перпендикулярных его оси, а двухкоординатный узел отсчета перемещений включает постоянный магнит, закрепленный на измерительном рычаге, и два феррозонда, расположенные под углом 90^o друг к другу и соединенные через преобразователи магнитного поля с регистрирующим устройством. 3 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при эксплуатации трубопроводов, расположенных в теле оползневых склонов, для оценки напряженно-деформированного состояния трубопроводов при перемещениях грунта, вызванных нарушением весового баланса в результате сезонного оттаивания, насыщения грунта водой или иными причинами.

Известно устройство для измерения направления и скорости движения грунта относительно подземного газопровода [1], содержащее многооборотные потенциометры, измерительный блок, указатель направления движения грунта в виде флажка и крыльчатки.

Данное устройство позволяет определить направление движения и скорость перемещения грунта в плоскости, перпендикулярной оси флажка. Определение вектора перемещений грунта с помощью данного устройства не предусмотрено. Принцип действия данного устройства основан на преобразовании угловых перемещений флажка и крыльчатки в электрический сигнал, следовательно, областью его применения являются только сыпучие грунты, так как вращение флажка и крыльчатки в любых других грунтах невозможно. В связных (глинистых) грунтах оси, на которых расположены крыльчатка и флажок, в случае перемещения грунта не вращаются, а изгибаются, перемещаясь как жесткое целое с грунтом. Следовательно, регистрируемый с потенциометров сигнал остается постоянным.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для измерения перемещений [2], содержащее корпус, соединенный с ним посредством сферического шарнира измерительный рычаг с измерительным наконечником на одном, выступающем из корпуса конце и двухкоординатный узел отсчета перемещений, размещенный внутри корпуса и состоящий из двух датчиков и двух секторов с криволинейными поверхностями, описываемыми спиралью Архимеда и дугой окружности. Устройство для измерения перемещений предназначено для измерения деформаций поверхности какого-либо объекта (модели). Принцип действия устройства основан на изменении в процессе деформирования модели положения измерительного рычага и его воздействии на датчики перемещений.

Недостатком данного устройства является наличие кинематически сложного контактного механизма передачи перемещений с измеряемой поверхности модели на датчики перемещений и в связи с этим большая погрешность при измерениях. Кроме этого, известное устройство не приспособлено для определения перемещений грунтовых сред, в которых размещаются такие инженерные сооружения, как трубопроводы.

Задачи изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, упрощение его конструкции и повышение точности измерений.

Поставленные задачи решаются тем, что в устройстве для измерения перемещений, содержащем корпус, соединенный с ним посредством сферического шарнира измерительный рычаг с измерительным наконечником на одном, выступающем из корпуса конце и двухкоординатный узел отсчета перемещений, размещенный внутри корпуса и взаимодействующий с другим концом измерительного рычага, измерительный наконечник выполнен в виде двух взаимно перпендикулярных пластин, жестко закрепленных на измерительном рычаге и параллельных его оси, а двухкоординатный узел отсчета перемещений включает постоянный магнит, закрепленный на измерительном рычаге, и два феррозонда, расположенные под углом 90^o друг к другу и соединенные через преобразователи магнитного поля с регистрирующим устройством.

На фиг.1, 2 изображено устройство для определения перемещений и скорости движения грунта относительно подземного трубопровода.

Устройство содержит корпус 1, соединенный с ним посредством сферического шарнира 2 измерительный рычаг 3 с измерительным наконечником на одном, выступающем из корпуса конце и двухкоординатный узел отсчета перемещений. Измерительный наконечник выполнен в виде двух взаимно перпендикулярных пластин 4, параллельных оси измерительного рычага и жестко закрепленных на его конце.

Двухкоординатный узел отсчета перемещений включает постоянный магнит 5, закрепленный на конце измерительного наконечника, размещенного внутри корпуса, два феррозонда 6, расположенные под углом 90^o друг к другу и соединенные через преобразователи магнитного поля 7 с регистрирующим устройством 8.

Устройство закрепляется непосредственно на трубопроводе 9 любым известным образом. С помощью фиксирующего винта 10, ввернутого через хомутик 11 в отверстие на измерительном рычаге 3, измерительный рычаг 3 устанавливается перпендикулярно поверхности трубопровода 9 таким образом, чтобы одна из пластин 4 была параллельно оси трубопровода 9. После засыпки трубопровода грунтом 12 до фиксирующего винта 10 последний вывинчивается из хомутика 11, а измерительный рычаг 3 получает возможность для угловых перемещений в сферическом шарнире 2.

Устройство работает следующим образом.

При активизации оползня грунт 12 воздействует на жестко закрепленные на измерительном рычаге перпендикулярные пластины 4, одна из которых ориентирована вдоль оси трубопровода 9. В результате воздействия грунта на перпендикулярные пластины они перемещаются и наклоняют измерительный рычаг 3. Постоянный магнит 5, закрепленный на противоположном конце измерительного рычага 3, перемещается относительно феррозондов 6, что приводит к изменению напряженности магнитного поля, действующего на феррозонды. Феррозонды регистрируют напряженность магнитного поля, которая преобразуется преобразователями магнитного поля 7 в частоту, данные о которой подаются на регистрирующее устройство 8.

На фиг.3 представлена зависимость изменения частоты регистрируемого сигнала в зависимости от перемещений магнита 5 и перемещений точки крепления пластин 4 к измерительному рычагу 3. Эти данные являются исходными для градуировки шкалы показаний (в перемещениях) регистрирующего устройства, которые и записываются регистрирующим устройством. Непрерывная регистрация показаний позволяет зафиксировать данные, по которым определяются координаты вектора перемещений по двум осям, и по ним вычислить динамику изменения направления вектора перемещений в плоскости, перпендикулярной к исходному состоянию измерительного рычага, и его скорость. По составляющим вектора перемещений определяется направление и величина нагрузки, действующей на трубопровод.

Для определения пространственного положения вектора перемещений и нагрузки необходимо устанавливать как минимум два устройства на трубе таким образом, чтобы оси их измерительных рычагов в начальном положении (до засыпки трубопровода грунтом) располагались в одной плоскости, перпендикулярной оси трубопровода.

Предлагаемое устройство непрерывно регистрирует частоту сигнала и по результатам измерений определяются перемещения грунта относительно трубопровода, по которым вычисляются скорость перемещения грунта и дополнительные нагрузки, действующие на трубопровод. По этим данным определяется напряженно-деформированное состояние трубопровода, что позволяет своевременно обнаружить критические значения суммарных напряжений, эксплуатационных и напряжений, связанных с оползневыми явлениями, и принять меры по обеспечению безопасности трубопровода.

Устройство также позволяет зарегистрировать величину и направление перемещений трубопровода относительно грунта, а также величину нагрузки на трубопровод, вызванные изменением температурного режима.

Предлагаемое устройство просто в реализации и удобно в эксплуатации. Данные с выхода измерительных устройств могут быть по каналам телеметрии переданы на диспетчерский пункт для оперативного наблюдения за состоянием трубопровода на опасном оползневом участке.

Источники информации 1. Патент РФ 2153118 на изобретение "Способ измерения направления и скорости движения грунта относительно подземного трубопровода и устройство для его реализации". В.В. Харионовский, Ю.П. Бородин, В.И. Городниченко, А. Н. Шилин, А.Ф. Заец.

2. Авт. св. 937979 на изобретение "Устройство для измерения перемещений". М.Т. Щедрин, А.Н. Якушин.

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещений, содержащее корпус, соединенный с ним посредством сферического шарнира измерительный рычаг с измерительным наконечником на одном, выступающем из корпуса конце, двухкоординатный узел отсчета перемещений, размещенный внутри корпуса и взаимодействующий с другим концом измерительного рычага, отличающееся тем, что измерительный наконечник выполнен в виде двух взаимно перпендикулярных пластин, жестко закрепленных на измерительном рычаге и параллельных его оси, а двухкоординатный узел отсчета перемещений включает постоянный магнит, закрепленный на измерительном рычаге, и два феррозонда, расположенные под углом 90^o друг к другу и соединенные через преобразователи магнитного поля с регистрирующим устройством.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3