Устройство для измерения скорости и направления движения грунта относительно подземного трубопровода

Устройство для измерения скорости и направления движения грунта относительно подземного трубопровода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при эксплуатации трубопроводов, расположенных в оползневых массивах, для принятия своевременных мер по их защите 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 трубопровода. Устройство содержит многооборотные потенциометры, измерительный блок, указатель направления движения грунта в виде флажка и крыльчатки. Устройство позволяет определить направление движения и скорость перемещения грунта в плоскости, перпендикулярной оси флажка. Определение вектора перемещения грунта данным устройством не производится. (1) (Патент RU №2153118, кл. F16L 1/028, оп. 20.07.2000 г.).

Принцип действия устройства основан на преобразовании угловых перемещений флажка и крыльчатки посредством многооборотных потенциометров в электрический сигнал. Поворот флажка и вращение крыльчатки возможны только в сыпучих грунтах.

В связных (глинистых) грунтах оси, на которых расположены крыльчатки и флажок при перемещении грунта, будут не вращаться, а изгибаться, перемещаясь как жесткое целое с грунтом, т.е. информация о перемещении грунта не будет получена.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому устройству является устройство для измерения направления и скорости движения грунта относительно подземного трубопровода (2) (Патент RU 2205919, кл. С2 7 Е02D 1/00, G01В 5/00, оп. 10.06.2003, БИ №16).

Устройство содержит 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, причем 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° друг к другу и соединенные через преобразователи магнитного поля с регистрирующим устройством.

Недостатком данного устройства является малый диапазон и низкая точность измерения перемещений при работе устройства в связных грунтах. Часть измерительного рычага с пластинами находится в грунте, который при своем смещении оказывает сопротивление угловым перемещениям рычага. С увеличением угла наклона рычага уменьшается эффективная площадь пластин, на которую воздействует давление грунта, что уменьшает и силу, вращающую рычаг. По мере увеличения наклона возрастает сила, растягивающая рычаг, а сила давления рычага на грунт соответственно уменьшается. Поэтому при определенном угле наклона силы сопротивления повороту рычага уравновесят силы, вращающие его, и движение рычага прекратится, хотя перемещение грунта будет происходить. Очевидно, что этот угол наклона, соответствующий концу диапазона измерения данным устройством, определяется механическими свойствами грунта, формой и геометрическими размерами рычага и связанных с ним пластин. После достижения максимального угла наклона показания на выходе устройства становятся постоянными и получение информации о перемещениях грунта станет невозможным.

Задачей настоящего изобретения являются расширение диапазона и повышение точности измерения перемещения грунта (в том числе и связного).

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что известное устройство для измерения скорости и направления движения грунта относительно подземного трубопровода, содержащее корпус, измерительный рычаг, шарнир, узел отсчета перемещений, размещенный внутри корпуса и взаимодействующий с первым концом измерительного рычага, регистрирующий блок, соединенный с выходами узла отсчета перемещений, согласно изобретению оно дополнительно содержит датчик удлинения измерительного рычага, последний выполнен телескопическим из N звеньев, причем первый, выдвигающийся конец измерительного рычага жестко соединен с корпусом, второй посредством шарнира связан с трубой газонефтепровода, а выход датчика удлинения измерительного рычага соединен с одним из входов регистрирующего блока.

При этом датчик удлинения измерительного рычага состоит из многооборотного потенциометра, барабана, намотанного на барабан тросика, конец которого жестко связан со вторым концом измерительного рычага, а ось барабана соединена с осью многооборотного потенциометра, выход которого является выходом датчика удлинения измерительного рычага.

Причем узел отсчета перемещений выполнен на основе акселерометров.

На фиг.1 представлено устройство для определения перемещений и скорости движения грунта относительно подземного трубопровода.

На фиг.2 изображен датчик 6 удлинения измерительного рычага 2.

Устройство содержит корпус 1 цилиндрической формы, измерительный рычаг 2, выполненный телескопическим из двух звеньев, шарнир 3, узел 4 отсчета перемещений, выполненный на основе акселерометров, размещенный внутри корпуса 1 и взаимодействующий с первым концом измерительного рычага 2, регистрирующий блок 5, соединенный с выходами узла 4 отсчета перемещений, датчик 6 удлинения измерительного рычага, тросик 7, конец которого жестко связан со вторым концом измерительного рычага 2.

Первый, выдвигающийся конец измерительного рычага 2 жестко соединен с корпусом 1, а второй посредством шарнира 3, через шарнирное основание 8 связан с трубой 9 газонефтепровода.

Устройство погружено в грунт 10 и закрепляется на трубе 9 любым известным способом.

Датчик 6 состоит из многооборотного потенциометра 11, барабана 12, тросика 7, намотанного на барабан 12. Ось барабана 12 соединена с осью многооборотного потенциометра 11, выход которого подключен к одному из входов регистрирующего блока 5. Оси барабана 12 и потенциометра 11 находятся на опорах 13. Датчик 6 удлинения измерительного рычага размещен в корпусе 1.

При установке на трубу 9 длина измерительного рычага 2 устанавливается минимальной (телескопические звенья входят друг в друга), при этом движок потенциометра 11 датчика 6 удлинения измерительного рычага находится в начальном положении, а сопротивление потенциометра 11 близко к нулю. Измерительный рычаг 2 при установке устройства на трубу приводится в вертикальное положение.

Устройство работает следующим образом. При активизации оползня грунт 10 воздействует на корпус 1 устройства и наклоняет измерительный рычаг 2 в направлении движения грунта. Узел отсчета перемещений, выполненный на основе акселерометров, путем измерения составляющих ускорения силы тяжести Земли по трем координатным осям вычисляет угол отклонения измерительного рычага 2 от начального вертикального положения и угол между проекцией оси измерительного рычага на горизонтальную плоскость и осью трубопровода.

Информация об угловых перемещениях поступает в регистрирующий блок 5.

Перемещение грунта S определяется по формуле

где l_о - начальная длина измерительного рычага 2;

Δl - приращение длины измерительного рычага 2;

Δl=k·ΔR,

где ΔR - изменение сопротивления потенциометра 11;

k - коэффициент преобразования датчика удлинения (мм/Ом);

α - угол отклонения измерительного рычага 2 от первоначального вертикального положения.

В начальной стадии оползневого процесса при небольших смещениях Δl≈0 и перемещение грунта определяется углом отклонения α:

S=l_оsinα.

При дальнейшем развитии процесса воздействие грунта будет приводить как к наклону, так и к удлинению измерительного рычага 2 за счет выдвижения его подвижного звена. При этом барабан 12 датчика 6 удлинения измерительного рычага 2 под действием натяжения тросика 7 начинает вращаться вместе с осью многооборотного потенциометра 11. Сигнал об изменении омического сопротивления потенциометра 11, связанного с удлинением измерительного рычага 2, передается в регистрирующий блок 5.

После достижения максимального для данного типа грунта угла наклона α._max измерительного рычага 2 будет происходить только удлинение измерительного рычага. При этом перемещение грунта определяется формулой S=(l_о+Δl)sinα_max.

Таким образом, диапазон измеряемых перемещений грунта значительно расширяется, соответственно повышается точность измерений.

Устройство сохраняет работоспособность в любых типах грунтов. При необходимости дальнейшего расширения диапазона измерений количество звеньев телескопического измерительного рычага 2 может быть увеличено.

По результатам измерения перемещений вычисляют скорость движения грунта и направление смещения, производят оценку напряженно-деформированного состояния трубопровода, что позволяет своевременно принять меры по обеспечению безопасности трубопровода.

1. Устройство для измерения скорости и направления движения грунта относительно подземного трубопровода, содержащее корпус, измерительный рычаг, шарнир, узел отсчета перемещений, размещенный внутри корпуса и взаимодействующий с первым концом измерительного рычага, регистрирующий блок, соединенный с выходами узла отсчета перемещений, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит датчик удлинения измерительного рычага, последний выполнен телескопическим из N звеньев, причем первый, выдвигающийся, конец измерительного рычага жестко соединен с корпусом, второй посредством шарнира связан с трубой газонефтепровода, а выход датчика удлинения измерительного рычага соединен с одним из входов регистрирующего блока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик удлинения измерительного рычага состоит из многооборотного потенциометра, барабана, намотанного на барабан тросика, конец которого жестко связан со вторым концом измерительного рычага, а ось барабана соединена с осью многооборотного потенциометра, выход которого является выходом датчика удлинения измерительного рычага.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел отсчета перемещений выполнен на основе акселерометров.