Экспериментальное исследование параметров теплосилового взаимодействия подземного трубопровода с промерзающим грунтом

Для экспериментального исследования нестационарных процессов теплосилового взаимодействия заглубленного модельного трубопровода с окружающими его талыми и мерзлыми грунтами был создан специальный стенд. К его особенностям следует отнести высокую степень автоматизации проводимых измерительных операций, а также использование цифровых измерительных преобразователей температуры, позволяющих получать экспериментальные данные с высокой точностью и надежностью. Автоматизация измерительных операций позволяет не только обеспечить удобство выполнения измерений, но и повысить достоверность экспериментально полученных данных теплосилового взаимодействия «грунт-трубопровод», так как в процессе измерения теплофизических параметров не нарушается выставленный в климатической камере тепловой режим и практически одновременно происходит опрос используемых в эксперименте датчиков.

Конструкция стенда

Принципиальная схема стенда приведена на рис. 6.1. Стенд предназначен для проведения экспериментального исследования теплосилового взаимодействия заглубленного трубопровода с грунтом и состоит из следующих основных элементов и систем: климатической камеры, металлического лотка, системы терморегулирования модельного трубопровода, автоматизированной системы мониторинга температуры грунта и модельного трубопровода, автоматизированной системы мониторинга давлений в грунте, системы измерения вертикального перемещения трубопровода, автоматизированной системы измерения напряженно-деформированного состояния трубопровода, влагомера диэлькометрического типа и персонального компьютера, оснащенного необходимым программным обеспечением.

Как видно из рис. 6.1, лоток с грунтом располагается в климатической камере. В лотке установлена труба с внешним диаметром 22 мм, играющая роль модельного трубопровода. Конструкцией лотка и модельного трубопровода предусмотрена возможность как жесткого закрепления концов трубопровода к торцевым стенкам лотка, так и свободного расположения трубопровода в насыпанном в лотке грунте.

Модельный трубопровод гидравлически соединен с циркуляционной системой терморегулирования теплоносителя, которая позволяет задавать необходимый тепловой режим работы модельного трубопровода.

Циркуляционная терморегулирующая система состоит из следующих элементов: электронагревателя проточного типа номинальной электрической мощностью 1 кВт; терморегулятора, позволяющего задавать температуру в диапазоне от О °С до плюс 80 °C; радиатора типа «вода-воздух», предназначенного для охлаждения модельного трубопровода до температуры, установленной в климатической камере; электрического насоса, необходимого для обеспечения циркуляции теплоносителя в системе; расширительного бака, предназначенного для компенсации теплового расширения теплоносителя; узла кранов, позволяющих выбирать необходимый тепловой режим трубопровода — охлаждение или нагрев; соединительных шлангов, гидравлически соединяющих элементы терморегулирующей циркуляционной системы.

Рис. 6.1. Принципиальная схема стенда: 1 — персональный компьютер;

• 2 — устройства аналого-цифрового преобразования; 3 — измеритель влажности грунта ВИМС-2; 4 — преобразователи грунтового давления;
• 5 — тензометрические преобразователи; 6 — цифровые датчики температуры DS18B20; 7 — преобразователи вертикального смещения трубопровода; 8 — модельный трубопровод; 9 — лоток; 10 — климатическая камера