УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО СЛЕЖЕНИЯ ЗА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРУЕМЫМ СОСТОЯНИЕМ НАЗЕМНЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ, ПРОЛОЖЕННЫХ В СЛОЖНЫХ ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЯХ И В СЕЙСМИЧЕСКИХ ЗОНАХ, С ПОМОЩЬЮ ОПТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

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.
1
n
1
n
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 2...2, и излучатели оптических сигналов 3...3.
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.
1
n
Посредством излучателя оптических сигналов 3...3, 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
2
опорой 17 (например). Все напряжения с фотоприемника оптических сигналов 2 поступают на усилители-фотосчитыватели сигналов 6 блока обработки и выдачи сигналов управления электроприводами 5.
i
i
i
i
i
i
При расположении луча 4 от излучателя оптических сигналов 3 луч 4 от соседнего излучателя не сможет воздействовать на фотоприемник оптических сигналов 2, т.к. в плоскости приема фотоприемника оптических сигналов сигналов 2 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 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 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 и номер последнего ряда фотодатчиков с наибольшим уровнем сигналов.
2
2
2
2
1
1
1
2i
1
2i
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 по вертикали вниз, то это приведет к смещению по вертикали вниз как излучателя оптических сигналов 3 так и фотоприемника оптических сигналов 2. Сдвиг излучателя оптического сигнала 3 по вертикали вниз приведет к сдвигу по вертикали вниз светового луча 4 (фиг.2), т.е. будут облучены фотоприемники 2 оптических сигналов с номерами рядов большими, чем число k. Компьютером 16 будут зафиксировано смещение луча 4 и 4(фиг.2), т.е. будут облучены фотодатчики фотоприемника 2 и 2 с
1
номерами рядов меньшими, чем число k. Компьютером 16 будет зафиксировано смещение луча 4 вниз.
1,2
1
1
2i
2i
2
2
Одновременно смещение фотоприемника оптических сигналов 2 вниз приводит к опусканию контура светового луча 4 (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 и 2 будет зафиксировано смещение светового луча 4 вниз. В связи с этим компьютером 16 будет принято решение о формировании необходимого сигнала управления для регулируемой опоры 17 вверх через его преобразование в аналоговую величину посредством цифро-аналового преобразователя 9 и через распределитель сигналов для управления электродвигателем 10 на электродвигатель 13.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
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 13 имеет три состояния = 1, 0, -1. При состоянии +1 или -1 управляющим устройством пуска электродвигателя 13 производится включение электродвигателя 13. При состоянии +1, вал электродвигателя 13 вращается по часовой стрелке, при -1 - против часовой. В нулевом состоянии включение электродвигателя 13 исключается. При использовании маломощного электродвигателя 13 (что требует меньших напряжений и токов) используется передаточное устройство 14 с очень высоким понижающим числом (несколько тысяч), что дает возможность создать большой вращающий момент на выходном валу передаточного устройства 14. Далее, через жесткую механическую связь, передаточное устройство 14 электродвигателя 13 воздействует на шток винтового подъемного устройства 15 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.