Установка для натурных исследований воздействия льда на опоры гидротехнических сооружений Советский патент 1981 года по МПК G01M5/00 E04C3/30 

для регистрации горизонтальной и вертикальной составляющих давления льда на наклонную плоскость, выполненным в виде гидроцилиндров с датчиками, установленных перпендикуляр но друг к другу, причем штоки гидро цилиндров соединены с наклонной пло костью. Кроме того, передняя полость горизонтального гидроцилиндра гидравлически связана с верхней полостью вертикального гидроцилиндра, а штоки гидроцилиндров соединены с на клонной плоскостью шарнирно. На фиг.1 показана установка, общи вид; на фиг.2 - то же, вид сверху (наклонная плоскость оборвана); на фиг.З схема гидравлической установ . ки; на фиг.4 - установка при исполь зовании для определения ледовой нагрузки на опоры конической формы, общий вид сбоку; на фиг.5 - установ ка с полусекцией опоры конической формы (часть конической поверхности вырезена), вид сверху. Установка состоит из жесткой рам 1, снабженной полозьями 2. На раме установлены два измерительных устро ства в виде гидроцилиндров 3 и 4, расположенных горизонтально и верти кально и служащих для восприятия горизонтальной и вертикальной соста ляющих давления льда. Для регистрац величин давления льда гидроцилиндры снабжены измерительными датчиками 5 Штоки 6 гидроцилиндров при помощи шарниров 7 прикреплены к наклонной плоскости 8. Для перетока масла из одного гидроцилиндра в другой при изменении угла наклона плоскости ве хняя полость вертикального гидроцилиндра k и передняя полость горизон тального 3 соединены маслопроводом с запорным вентилем 10. Наклонная плоскость с обеих сторон -снабжена, бортиками 11 во. избежа ние сползания льдины 12 в стороны при движении установки по ледяному покрову 13 и наползании льдины на наклонную плоскость. Для продвижения установки по льд применен гидроцилиндр 14 с большим ходом поршня, шток 15 которого при помощи шарнирного устройства 1б сое динен с жесткой рамой, 1 установки. Гидроцилиндр снабжен измерительным датчиком 17 для регистрации суммарной величины нагрузки. Гидроцилйндр заякорен во льду к упорному устройству 18 одним из известных способов. Нижний конец наклонной плоскости 8 в рабочем положении опущен под лед, для чего во льду устроена небольшая майна 19. По направлению движения установки во льду по ширине наклонной плоскости сделаны прорези 20 на длину продвижения установки. Гидравлическая система для продвижения установки по льду и возврата поршня гидроцилиндра 14 в начальное положение для повторных экспериментов состоит из маслонасоса 21 с масляным баком 22 и маслопроводов 23-26 с запорными вентилями 27-30. Гидравлическая система для изменения угла наклона плоскости 8 состоит из маслопроводов 9, 31, 32, 33 и 34 с запорными вентилями 10, 35, 36, 37 и 38. Установка работает следующим образом. Для проведения экспериментов установку устанавливают на лед 13, причем нижний конец наклонной плоскости 8опускают в прорубленную майну 19Силовое устройство в виде гидроцилиндра 14 заякоривают по льду к упорному устройству 18, Далее во льду по направлению движения установки делают прорези 20 по ширине наклонной плоскости с таким расчетом, чтобы при движении установки по льду бортики 11 попадали в следанные прорези. Для продвижения установки по льду масло насосом 2 по маслопроводу 23 нагнетают в заднюю полость гидроцилиндра 14, причем вентили 28 и 29 в это время открыты, а вентили 27 и 30 - закрыты. При движении поршня гидроцилиндра 14 вперед масло из передней полости по маслопроводу 25 перетекает в масляный бак 22. При проведении эксперимента вентили 10, 35, Зб, 37 и 38 системы изменения угла наклона плоскости .8 закрыты. При движении установки по льду льдины 12 наползает на наклонную плоскость. При действии льдин на наклонную плоскость в нижней полости гидроцилиндра 4 и в задней полости гидроцилиндра 3 в связи с тем, что вентили закрыты, возникает давление, по величине равное вертикальной и горизонтальной составякяцим давления льда, а измерительные датчики 5 фиксируют эти величины авления. Датчик 17 фиксирует суммар ую величину давления. Установку 5 продвигают по льду на такую длину, чтобы зафиксировать максимальную величину давления льда, после чего цикл напоязания льдины повторяется. Для возврата поршня гидроцилиндра Н в первоначальное положение для повто рения эксперимента масло нагнетают в переднюю полость по маслопроводам 2k и.25, а из задней полости масло перетекает в масляный бак по маслопроводам 23 и 26, причем вентили 27 30 в это время открыты, а вентили 28 и 29 - закрыты. При необходимости изменения угла наклона плоскости 8 используют те же маслонасог. 21 с масляным баком 22, что и для продвижения установки. Изменяют угол наклона плоскости при помощи гидроцилиндров 3 и t следующим образом. Для увеличения угла наклона плоскости масло нагнетают по маслопроводу 31 в нижнюю полость вертикального гидроцилиндра . При этом поршень со штоком выдвигаются вверх, увеличивая угол наклона плоскости, масло из верхней полости гидроцилиндра по маслопроводу 9 перетекает в переднюю полость горизонтального гидроцилиндра 3, поршень со штоком которого под давлением этого масла задвигаются внутрь, а масло из задней полости гидроцилиндра 3 выдав ливается по маслопроводам 33 и З в масляный бак 22. При этой операции вентили 35 и 38 открыты, а вентили 3 и 37 закрыты. Для уменьшения угла наклона плоскости 8 масло нагнетают по маслопроводу 33 в заднюю полость горизонтального гидроцилиндра 3,поршень со штоком которого выдвигаются, уменьшая, тем самым, у гол наклона плоскости, масло перетекает в верхнюю полость гидроцилиндра , поршень и шток которого при этом опускаются, а масло из нижней полости гидроци линдра Ц по маслопроводу 32 выдавливается в масляный бак 22. При этой операции вентили 36 и 37 открыты, а вентили 35 и 38 закрыты. При операциях изменения угла наклона плоскости 8 вентили 27-30 системы перемещения установки по льду закрыты. Ширина Ь наклонной плоскости может выбираться произвольно. Мощность .установки при этом определяют,исходя и ожидаемых величин ледовых нагрузок. результате проведения экспериментов о ределяют величины вертикальной состав ляющей Р и горизонтальной составляющей Н аавления льда на наклонную плоскость шириной t) при определенной толщине льда Чп . Делением величин вертикальной Р и горизонтальной Н составляющих давления льда на ширину |) определяют величину давления льда на 1 п.м. ширины сооружения. На основании таких экспериментов, проведенных при различных толщинах льда и углах наклона плоскости, могут быть получены общие зависимости давления льда на гидротехнические сооружения с наклонной передней гранью. Опоры морских нефтегазопромысловых гидротехнических сооружений с целью снижения действующих на них ледовых нагрузок выполняются конической формы. При этом обеспе 1ивается наползание льда при его подвижках, разрушение путем изгиба и снижение, тем самым, горизонтальных нагрузок, посколь ку изгибная прочность льда в 5-6 раз меньше, чем прочность льда на сжатие. Однако при конической форме опор так же, как и при наклонной плоскостак и вертикальная составляющая давления льда. Предлагаемая установка применяется также для одновременного определения горизонтальной и вертикальной составляющих давления льда на конические элементы опор гидротехнических сооружений. Для этого в предлагаемой установке вместо наклонной плоскости на штоки гидроцилиндров навешивают полусекцию модели опоры конической формы. Установка (фиг. и 5) устроена аналогично описанной выше установке с наклонной плоскостью. На штоки 6 гидроцилиндров 3 и 4 навешена полусекция модели опоры 39 конической формы. Штоки соединяют с полусекцией конуса при помощи шарниров 7. Для уменьшения длины штока горизонтального гидроцилиндра 3 соединение его с полусекцией конуса и передача горизонтального усилия осуществлены при помощи полукруглой балки 40 ферменного типа. Установка работает аналогично описанному . Применение предлагаемой установки позволяет экспериментально определять в натурных условиях с большой степенью точности составляющие - на наклонную плоскость и конические элементы опор сооружений при различных толщине льда и углах наклона плоскости или образующей конуса. На основании серии экспериментов могут быть получены общие зависимости ледовых нагрузок на наклонные грани или конусные элементы опор гидротехнических сооружений. Эксперименты, проведенные в натурных условиях, увеличивают достоверность измеренных, величин ледовых нагрузок и, соответственно, зависимостей, полученных на основании этих данных, что в свою очередь увеличивает надежность гидротехнических сооружений, рассчитываемых на основании полученных зависимостей.

Формула изобретения

1. Установка для натурных исследований воздействия льда на опоры гидротехнических сооружений, содержащая жесткую раму, установленную на полозьях, наклонную плоскость и силовой механизм для перемещения установки по льду, отличающаяся тем, что, с целью повышения

точности исследований, установка снабжена приспособлением для регистрации горизонтальной и вертикальной составляющих давления льда на наклонную плоскость, выполненным в виде гидроцилиндров с датчиками, установленных перпендикулярно друг к другу, причем штоки гидроцилиндров соединены с наклонной плоскостью.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что, с целью возможности изменения угла наклона плоскости, передняя полость горизонтального гидроцилиндра гидравлически

s связана с верхней полостью вертикального гидроцилиндра, а штоки гидроцилиндров соединены с наклонной плоскостью шарНИРно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 702299, кл. G 01 N 33/24, 1978.

2.Копайгородский Е.М, и др.

Исследование воздействия ледовых полей на нефтепромысловые опоры в натурных условиях. РНТС Нефтепромысловое строительство, вып.2, М., ВНИМОЭНГ, 1979, с.3-5.

D- т г ) -М «

фиг.З ь «

п

г

f If rf

г Г72Г.