Система измерения деформации модельного трубопровода

Система измерения деформации модельного трубопровода включает в себя: персональный компьютер; 7 тензорезисторов; модуль аналого-цифрового преобразователя (АЦП) ZET220 (технические характеристики преобразователя приведены выше, в табл. 6.1); лабораторный источник питания. Возможна мостовая или полумостовая схемы подключений тензорезисторов к модулю ZET220. Тензорезисторы приклеиваются к модельному трубопроводу в местах, определяемых измерительной задачей.

Пример методики проведения экспериментального исследования теплосилового взаимодействия подземного трубопровода с промерзающим глинистым грунтом.

Для проведения экспериментального изучения параметров теплосилового взаимодействия модельного трубопровода с промерзающим грунтом необходимо было выбрать грунт, имеющий большую величину морозного пучения. В качестве модельного грунта была выбрана глина, обладающая нужными свойствами. Концы модельного трубопровода были жестко закреплены к торцевым стенкам лотка для того, чтобы исключить их перемещение в процессе морозного пучения грунта.

Целью экспериментов было измерение и построение следующих характеристик: температурного поля грунта вблизи модельного трубопровода (датчики размещались в плоскости, соответствующей центральному сечению модельного трубопровода), величины вертикального перемещения модельного трубопровода, температур стенки модельного трубопровода, средней влажности талого грунта.

Перед началом измерений были проведены следующие подготовительные мероприятия. В лотке был закреплен модельный трубопровод, на концах которого имелись штуцеры, к которым подключалась система терморегулирования. Тепловой режим системы был установлен в положение «охлаждение» модельного трубопровода. Теплоносителем был выбран тосол марки А40, имеющий температуру замерзания -40 °С. Затем в лоток слоями укладывался предварительно увлажненный глинистый грунт. Слои тщательно утрамбовывались для удаления крупных пустот и получения равномерной структуры и однородных теплофизических свойств грунта.

Температурное поле грунта определялось по показаниям 26 датчиков, установленных в поперечном, по отношению к модельному трубопроводу, сечению. Это сечение делит длину трубы пополам. Датчики располагаются в полуплоскости, так как температурное поле имеет симметрию относительно вертикальной прямой, проходящей через центр трубы. Установка датчиков производилась в предварительно увлажненный грунт. Место установки каждого датчика вымерялось линейкой с систематической погрешностью, не превышающей 0,5 мм. Информационные провода, идущие от датчиков температуры, ориентировались перпендикулярно по отношению к плоскости измерения температуры. Для сведения к минимуму влияния информационных проводов на картину измеряемых температурных полей провода не собирались в жгут.

Вертикальное смещение модельного трубопровода измерялось по показаниям трех датчиков. Для предотвращения смерзания грунта и измерительной штанги датчика использовалась гофрированная ПВХ-трубка. Одетая на штангу трубка препятствовала прямому контакту с грунтом, что позволило обеспечить свободное перемещение измерительной штанги и, как следствие, снизить влияние действия датчика вертикального перемещения на величину смещения модельного трубопровода. Индикатор часового типа фиксировался в кронштейне датчика вертикального перемещения в «поджатом состоянии», это давало возможность измерения вертикального перемещения трубопровода вниз на величину 1 мм.

После установки и настройки датчиков, задействованных в эксперименте, поверхность грунта выравнивалась до удаления видимых углублений и неровностей. С целью повышения теплообмена грунта с воздухом в климатической камере, информационные провода проложенных над поверхностью грунта датчиков температуры были собраны в единый жгут.

Для контроля температуры воздуха над поверхностью грунта на расстоянии 0,05 м был установлен датчик температуры. Два датчика температуры были закреплены на концах модельного трубопровода, с их помощью измеряли температуру поступающего и уходящего теплоносителя.

Спустя 72 ч после завершения подготовительного этапа, был проведен замер влажности грунта. Температурный режим в климатической камере был установлен на уровне -15 °С. Для обеспечения равномерности распределения температуры воздуха в камере режим работы циркуляционного вентилятора холодильной машины был установлен в положение «включен» постоянно (независимо от работы компрессора). На компьютере запущены программы ТешрКеерег и DVR, выполнены настройки интервала опроса датчиков температуры 600 сек. и записи результатов измерений в текстовый файл с указанием даты и времени. Включена непрерывная запись видеоинформации, поступающей с видеокамер, снимающих табло индикаторов часового типа (ИЧ).

Далее следовал запуск климатической камеры. Продолжительность эксперимента определялась однородностью распределения температуры в грунте.