ЖИДКОСТНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ

Полезная модель относится к области геофизических исследований и может быть использована для измерений скорости движения грунта, объектов и элементов их конструкций в ближней зоне крупномасштабных взрывов зарядов химических взрывчатых веществ.
Из области взрывотехники известно устройство для измерений кинематических параметров движения грунта в ближней зоне взрыва [1], состоящее из корпуса, индуктивной двухсекционной катушки, обмотки и цилиндрической сейсмомассы, размещающейся во внутреннем (рабочем) канале катушки с демпфирующей жидкостью, которая также заполняет объем между корпусом устройства и катушкой и соединяется с рабочим каналом катушки.
Технической проблемой является исключение образования парогазовых пузырьков в рабочем канале устройства при многократных колебаниях температуры окружающей среды. Появление пузырьков в рабочем канале искажает характер движения сейсмомассы, в соответствии с которым она должна перемещаться пропорционально скорости движения корпуса, и, как следствие, существенно снижает надежность и точность получаемых результатов измерений.
Известно также устройство измерений параметров движения грунта в зоне взрывов [2], состоящее из корпуса, индуктивной двухсекционной катушки с обмотками, цилиндрической сейсмомассы, размещенной в рабочем канале катушки с демпфирующей жидкостью, и дополнительного объема, соединенного с каналом катушки и заполненного той же жидкостью. Дополнительный объем изолирован от заполненной воздухом полости между корпусом и катушкой эластичной воздухонепроницаемой оболочкой.
К недостаткам данного устройства относится появление парогазовых пузырьков в рабочем канале при колебаниях температуры окружающей среды в случае неполного завинчивания винта в пробку, закрывающую рабочий канал, вследствие воздействия вибрации и возможных ударов при транспортировке и монтаже устройства в измерительной скважине.
Наиболее близким к данной модели по технической сущности и достигаемому результату является устройство «Жидкостной измеритель скорости» [3], предназначенное для измерений параметров вертикальной составляющей линейной ударной скорости перемещения грунтовых сред в условиях воздействия сейсмовзрывных волн, состоящее из корпуса, индуктивной двухсекционной катушки с обмотками, цилиндрической сейсмомассы, размещенной в рабочем канале катушки с демпфирующей жидкостью. Дополнительный объем с той же жидкостью соединен с каналом катушки и изолирован от полости между корпусом и катушкой эластичной воздухонепроницаемой оболочкой. Соединение дополнительного объема и рабочего канала катушки выполнено капилляром, образованным резьбовыми поверхностями пробки, закрывающей рабочий канал, и ввинченного в нее винта. На головке винта с двух противоположных сторон выполнены лыски глубиной до внутреннего диаметра резьбы, обеспечивающие доступ жидкости к капилляру и ее перетекание из рабочего канала в дополнительный объем и наоборот при изменении температуры окружающей среды. Основание пробки выполнено с конусообразной выемкой для беспрепятственного выхода воздуха и исключения возможного присутствия на нем микрообъемов воздуха, являющихся центрами зарождения парогазовых пузырьков, при заполнении дополнительного объема жидкостью, а также после окончания данного процесса.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности бездемонтажного контроля его работоспособности и точностных характеристик после воздействия взрывных волн различной интенсивности при проведении серии испытаний с целью оценки возможности его повторного использования из-за практической невозможности демонтажа устройства из измерительной скважины, а также ввиду отсутствия возможности оперативного внесения поправок в показания измерителя скорости в зависимости от температуры грунта в месте его установки для повышения точности измерений.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является обеспечение возможности контроля работоспособности жидкостного измерителя скорости на месте установки в процессе эксплуатации без его демонтажа из измерительной скважины и оперативное внесение температурных поправок в показания измерителя скорости в зависимости от температуры грунта в месте его установки.
Данная задача решается за счет того, что в конструкцию жидкостного измерителя скорости введено два дополнительных элемента: электрический нагреватель для нагрева демпфирующей жидкости в рабочей полости измерителя до температуры не выше +50°С и датчик температуры демпфирующей жидкости, применение которых позволяет проводить контроль работоспособности измерителя в месте его установки.
Сущность полезной модели поясняется чертежом на фиг. 1, где изображен общий вид жидкостного измерителя скорости (с элементами встроенного контроля).
Жидкостной измеритель скорости имеет корпус 1, в котором размещается индуктивная двухсекционная катушка 2 с обмотками 3. В рабочем канале катушки 4, заполненном демпфирующей жидкостью 5, располагается цилиндрическая сейсмомасса 6 из ферромагнитного материала, подвешенная на цилиндрической пружине 7 симметрично относительно середин обмоток. Рабочий канал катушки закрывается пробкой 8 с завинченным в нее винтом 9. На пробке закреплена эластичная воздухонепроницаемая оболочка 11 с дополнительным объемом той же жидкости 12, которая сообщается через капилляр 13 с рабочим каналом катушки. Корпус измерителя закрывается нижней 14 и верхней 15 крышками. В рабочем канале катушки 4, заполненном демпфирующей жидкостью, для целей проверки работоспособности жидкостного измерителя скорости не месте его установки размещены электрический нагреватель для нагрева демпфирующей жидкости 17 и датчик температуры демпфирующей жидкости 18. Корпус измерителя закрывается нижней 14 и верхней 15 крышками. Через сальник из верхней крышки выведен измерительный и питающий кабель 16.
Предлагаемое техническое решение, обеспеченное совокупностью указанных выше признаков, позволяет осуществлять оперативный контроль работоспособности жидкостного измерителя скорости в условиях эксплуатации без его демонтажа из измерительной скважины на основе использования информации о перемещениях цилиндрической сейсмомассы под действием ускорения свободного падения вследствие значительного уменьшения вязкости демпфирующей жидкости при повышении ее температуры в рабочем канале жидкостного измерителя скорости до определенного значения, а также вводить необходимые температурные поправки в показания измерителя с учетом температуры окружающей среды (грунта), измеренной датчиком температуры жидкостного измерителя скорости.
Жидкостной измеритель скорости (с элементами встроенного контроля) работает следующим образом. Жидкостные измерители скорости устанавливаются в грунте с использованием измерительных скважин глубиной до нескольких метров. Сцепление с грунтом (стенками скважин) осуществляется с помощью грунтоцементного раствора. При взрывном воздействии грунт и объекты приходят в движение, а вместе с ними и измерители, при этом происходит перемещение сейсмомассы (чувствительного элемента) относительно корпуса и обмоток, вызывая изменение их индуктивностей, причем это перемещение, ввиду движения сейсмомассы в демпфирующей жидкости, пропорционально скорости движения грунта или объекта. Изменение индуктивностей обмоток аппаратурным путем преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный скорости перемещения измерителя (грунта), который записывается регистрирующим устройством.
Контроль работоспособности жидкостного измерителя скорости проводится, как правило, после проведения взрывных испытаний с применением аппаратуры его измерительного канала без его демонтажа из измерительной скважины по следующему алгоритму:
- фиксируются показания жидкостного измерителя скорости в ненагруженном состоянии (уход нуля) по монитору его измерительного канала, а также показания встроенного датчика температуры демпфирующей жидкости, соответствующие температуре окружающего грунта;
- включается электрический нагреватель, входящий в состав жидкостного измерителя скорости грунта, и проводится нагрев демпфирующей жидкости в корпусе измерителя от температуры окружающего грунта до температуры не более +50°С.
При этом под действием ускорения свободного падения происходит перемещение сейсмомассы измерителя вследствие значительного уменьшения вязкости демпфирующей жидкости при повышении ее температуры от температуры грунта, измеренного датчиком температуры, до +50°С. Перемещения сейсмомассы под действием ускорения свободного падения контролируются по монитору измерительного канала жидкостного измерителя скорости грунта, а изменение температуры демпфирующей жидкости - по показаниям датчика температуры измерителя скорости;
- в показания жидкостного измерителя скорости вводятся поправки, соответствующие температуре, измеренной датчиком температуры, рассчитанные по формуле температурного коэффициента испытываемого измерителя скорости, указанного в Паспорте жидкостного измерителя скорости;
- после достижения температуры +50°С и выдержке на указанной температуре не менее 30 минут нагрев прекращается, и измеритель остывает до первоначальной температуры;
- операции нагрева и охлаждения проводятся не менее 3-х раз, при необходимости возможен ступенчатый нагрев демпфирующей жидкости с дискретностью 10°С и выдержкой на каждом диапазоне не менее 30 минут;
- результаты заносятся в Протокол проверки работоспособности жидкостного измерителя скорости и обрабатываются с целью получения информации о величине возможного невозврата сейсмомассы в начальное положение (отклонение от нулевого положения сейсмомассы) вследствие воздействия взрывных волн различной интенсивности и периодичности. При этом отклонение сейсмомассы от нулевого положения не должно превышать значений, указанных в Паспорте жидкостного измерителя скорости.
- по полученным результатам принимается решение о работоспособности измерителя и его годности для дальнейшего применения.
Применение заявленного технического решения позволяет решать вопрос о возможности повторного применения жидкостных измерителей скорости после воздействия взрывных волн различной интенсивности на месте их применения без демонтажа из измерительной скважины.
Источники информации
1. B.C. Бочаров, В.П. Вдовин, К.И. Никонов, Г.М. Серпученко, Л.Н. Феофанов. Приборы для измерения кинематических параметров движения грунта в ближней зоне взрыва. / В сб. Методики измерений и аппаратура для исследования действий взрыва. Взрывное дело. №83/40. - М.; Недра, 1982. С. 98-100.
2. B.C. Басов, В.В. Гуров, Л.С. Евтерев, П.В. Никулин, Ю.А. Пичугин, В.М. Чернышов. Методы измерения параметров грунта. / В сб. Физика ядерного взрыва. Том 3. Воспроизведение факторов взрыва. - М.: Физматлит, 2013. С. 144-155.
3. Патент на изобретение RU 2677951 С1 «Жидкостной измеритель скорости», опубликован 22.01.2019 Бюл. №3.