Разработка измерительно-вычислительного комплекса для исследований работы термостабилизаторов грунтов в криолитозоне

И.П. Рило (Lpolirorip@gmail.com)

В.А. Кривых

В.Г. Бородин

Аннотация

В статье рассмотрены вопросы создания и применения измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) для сбора, обработки и хранения данных исследуемых термостабилизаторов (термосифонов) в условиях полигона, применяемых для активной термостабилизации грунтов оснований объектов нефтегазового комплекса в криолитозоне. С помощью тщательно подобранных технических средств (компонентов комплекса) осуществляют измерение, регистрацию и обработку мгновенных значений наблюдаемых процессов с целью определения вектора информативных параметров (температуры, давления, перепада давления), описывающих модель процесса. Проведен подробный анализ внутреннего устройства ИВК, его программной и аппаратной части. Рассмотрены технические характеристики и принцип работы отдельных компонентов ИВК. Проведен сравнительный анализ схем подключения датчиков, выявлены преимущества и недостатки каждой из схем. Выполнена оценка компонентов системы на предмет их влияния на точность измерения температуры, давления и перепада давления.

Ключевые слова: система активной термостабилизации грунтов, термостабилизатор, измерительно-вычислительный комплекс, термометр сопротивления, преобразователь давления, модуль аналогового ввода.

Введение

В целях обеспечения глобальной энергетической безопасности и энергоэффективности развития российской нефтегазовой индустрии, а также учитывая природно-климатические условия, целесообразно разрабатывать и вовлекать в строительство современные локализованные термостабилизирующие системы для замораживания и термостабилизации грунтов, служащие основаниями для многих объектов и сооружений нефтегазовой отрасли при освоении месторождений в криолитозоне. При создании образцов новой техники и технологических процессов научные исследования представляют собой сложный итерационный процесс, представляющий сочетание теоретических и экспериментальных методов моделирования [12]. Основным направлением развития техники и технологии методов инженерной защиты несущей способности фундаментов зданий и сооружений в криолитозоне является повышение энергетической эффективности и снижение ее воздействия на окружающую среду.

Одними из эффективных элементов систем охлаждения, использующих принцип испарительно-конденсационного цикла, в настоящее время являются замкнутые двухфазные термосифоны различных конструкций. Пример такого агрегата-термостабилизатора представляет собой горизонтальная естественно действующая трубчатая система (ГЕТ), показанная на рисунке 1, с множеством датчиков – преобразователей температуры, давления и перепада давления.

 

Рис. 1. Схема экспериментальной установки углекислотной ГЕТ: 1- конденсатор; 2 – испаритель; 3,4 – транспортный участок,  питающая и сливная трубы соответственно; 5 - элемент оребрения конденсаторного блока; t1-t8 – датчики температуры на испарителе; t9-t12 – датчики температуры на оребрении конденсаторного блока; t13, t14 – датчики температуры на коллекторах конденсаторного блока; p1-p5 – датчики давления на испарителе; p6 – датчик давления на конденсаторном блоке; ∆p – датчик перепада давления.

Тепло и массоперенос, осложненный фазовыми переходами применительно к термостабилизаторам грунта, обуславливают необходимость построения физических гидродинамических моделей, которые уточняли бы те или иные представления и выявляли новые характерные особенности сложных движущихся систем. В случае ГЕТ наиболее надежную информацию о физическом процессе можно получить путем непосредственных измерений по предлагаемой полномасштабной схеме (см. рис. 1).С помощью экспериментального исследования на полномасштабной установке определяют поведение объекта в натурных условиях на полигоне НПО «Фундаментстройаркос» (ФСА) (рис. 2).
 

Рис. 2. Экспериментальная установка в натуральную величину с вертикальным конденсатором.

В большинстве случаев такие полномасштабные опыты чрезмерно дороги и часто невозможны. Альтернативой является проведение экспериментов на маломасштабных моделях. Однако в таком случае полученную информацию необходимо экстра