Стенд моделирования напряженно-деформированного состояния трубопроводов
STAND FOR SIMULATION OF STRESS-STRAIN STATE OF PIPELINES

Изобретение относится к области исследования напряженно-деформированного состояния трубопроводов и может быть использовано для моделирования трубопроводов, подверженных геодинамическим процессам. Техническим результатом изобретения является определение напряжений и перемещений в модели натурного трубопровода, подверженного геодинамическим нагрузкам. Модель позволяет экспериментально оценить возможное поведение трубопровода при действии на него той или иной нагрузки, имеется возможность моделировать работу вспомогательного оборудования, установленного на трубопроводе и техники в масштабе. Способ определения напряженно-деформированного состояния заключается в том, что создается уменьшенная копия моделируемого участка трубопровода с установленными на него тензодатчиками. Перед испытаниями трубопровод устанавливается в положение с теми же геодезическими относительными отметками, пропорциональными натурным, далее прикладываются вариативные нагрузки: давление, изгибающие, растягивающие и сжимающие нагрузки. После приложения всех нагрузок проводится исследование напряженно-деформированного состояния трубопровода во время интересующих процессов, регистрируются показания тензодатчиков в течение опыта.
Изобретение относится к области исследования напряженно-деформированного состояния трубопровода и может быть использовано для моделирования трубопроводов, подверженных геодинамическим процессам.
Известен стенд (RU 2473068, кл. G01M 99/00; опубл. 27.09.2011) для исследования оборудования и процессов бестраншейного ремонта трубопроводов. Технический результат заключается в обеспечении возможности исследования оборудования и процессов бестраншейного ремонта трубопроводов способами нанесения внутритрубных покрытий. Недостатком данного способа является отсутствие возможности исследования трубопровода при действии изгиба.
Известен стенд (RU 2691271, кл. G01M 10/00, G01N 3/20; опубл. 11.06.2019) для испытаний труб внутренним давлением и на изгиб, содержащий основание в виде силовой плиты с Т-образными продольными пазами, опорные узлы для трубы с нижними опорными хомутами для опоры трубы, узлы нагружения испытуемой трубы изгибом (порталы) с гидроцилиндрами нагружения, с нагрузочной траверсой с верхними нагружающими хомутами для труб, установленные с возможностью перемещения в Т-образных пазах вдоль трубы, при этом гидроцилиндры шарнирно связаны с нагрузочной траверсой, а проушины гидроцилиндров снабжены сферическими шарнирами, систему управления узлами нагружения испытываемой трубы изгибом, гидравлическую систему стенда, а также измерительно-вычислительный комплекс.
Недостатком данного способа является отсутствие возможности моделирования окружающего грунта вокруг трубопровода в условиях, приближенных к реальным.
Технической задачей изобретения является определение механических напряжений и перемещений трубопровода при воздействии на него вариативных нагрузок.
Поставленная задача решается с помощью стенда: на протяженный трубопровод устанавливаются датчики измерения напряжений с определенным шагом. Далее данный трубопровод укладывается в разборный лоток стенда с исследуемым грунтом. На трубопровод прикладываются нагрузки, при помощи приспособлений, установленных на стенде. Датчиками измеряются деформации, которые передаются на компьютер и показывают полную эпюру напряжений на исследуемом участке трубопровода.
Преимущество предлагаемого стенда моделирования напряженно-деформированного состояния трубопроводов заключается возможности моделирования процессов карстовых провалов, просадок, оползней, ударов и др. в лабораторных условиях, обеспечивать измерение и изменение основных технологических и конструктивных элементов (глубины заложения, жесткости и сцепление грунта, частоту расположения опор, толщину изоляции, радиус изгиба трубопровода и др.).
На фиг. 1 показан стенд моделирования напряженно-деформированного состояния трубопровода (вид сбоку); на фиг. 2 - то же (вид сверху); на фиг. 3 - то же (продольное сечение); на фиг. 4 - то же (поперечное сечение); на фиг. 5 - узел приложения продольной нагрузки.
Стенд моделирования напряженно-деформированного состояния трубопроводов состоит из металлического секционного лотка 1, трубопровода малого диаметра с резьбой на торцах 2, кранов роликовых для захвата трубопровода 3, заслонок 4 для перекрытия перфорированного днища, прокладок 5 для предотвращения высыпания грунта, гаек 6, направляющей балки 7, контейнеров 8 с крышкой 9 для хранения грунтов. Стенд моделирования напряженно-деформированного состояния трубопроводов работает следующим образом.
Перед началом опыта стенд подготавливают к работе. На трубопровод 2 в интересующих нас сечениях устанавливаются тензодатчики, трубопровод изолируется во избежание повреждения датчиков и проводов грунтом. Далее трубопровод устанавливают в лоток 1, учитывая физическое и математическое подобие модели и реального участка трубопровода (глубина заложения, радиус изгиба, перепад высот и др.). Провода выводятся вдоль трубопровода через прокладку 5, к станции измерения и преобразования сигналов. Заслонки 4 устанавливаются под перфорированное днище. Над сечениями, на которых моделируются сосредоточенные нагрузки или опоры, устанавливаются краны роликовые 3, перемещаясь по направляющей балке 7. На торцы трубопровода с внутренней и внешней стороны лотка на предварительно подготовленную резьбу устанавливаются гайки 6. После данных процедур в лоток засыпается испытуемые грунты до необходимого уровня в зависимости от типа прокладки исследуемого участка.
Скорость оползня (просадок) регулируют путем извлечения заслонки 4 из днища лотка 1. Величину продольной сжимающей или растягивающей нагрузки регулируют затяжкой гаек 6. Величину поперечной изгибающей нагрузки регулируют путем закручивания талрепов, установленных на роликовой опоре и с помощью хомутов прикрепленных к трубопроводу. Варьирование характеристик грунта осуществляют путем изменения состава и влажности моделируемого грунта. Радиус изгиба, начальное положение трубопровода, местоположение опор изменяют с помощью крана роликового 3 и гаек 6.
В результате работы на данном стенде получают зависимости напряжений, действующих в трубопроводе при приложении на него различных нагрузок. Полученные результаты сопоставляют с расчетами, которые показывают адекватность полученных значений. Полученные зависимости позволяют спроектировать участок трубопровода и учесть все действующие на него нагрузки, проверить работоспособность различного оборудования, устанавливаемого на трубопровод (запорная арматура, опоры, камеры пуска и приема средств очистки и диагностики).