Разработка пространственной автоматизированной системы гидростатического нивелирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.24.01, кандидат технических наук Криворучко, Владимир Тимофеевич

• Криворучко, Владимир Тимофеевич
• кандидат технических наук
• 1983

Оглавление диссертации кандидат технических наук Криворучко, Владимир Тимофеевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ НАБПКЩЕНШ ЗА ОСАДКАМИ.

1.1. Значение геодезических наблюдений за осадками

1.2. История развития методов наблюдений за осадками инженерных сооружений . Ю

1.3. Характеристика основных методов наблюдений за осадками инженерных сооружений.

1.4. Уровень техники. Основные принципы автоматизации наблвдений.

1.5. Технические требования к автоматическим системам нивелирования для наблодений за осадками. IV

2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ

СИСТЕМЫ НИВЕЛИРОВАНИЯ

2.1. Краткая характеристика существующих систем нивелирования

2.2. Описание пространственной системы нивелирования разработанной автором.

2.3. Анализ погрешностей, действующих в стационарных системах нивелирования

2.4. Блок-схема системы

2.5. Электронное оборудование системы

2.5.1. Краткое описание конструкций коммутаторов

К-30 и АГИ-ЮО.

2.5.2. Выбор конструкции преобразователя уровня жидкости для систем нивелирования.

Исследование струнных преобразователей

2.5.3. Расчет параметров и разработка методики магнитной зашей, обеспечивающей автоматизацию управления и записи информации системы

2.6. Расчет и исследование элементов механического оборудования.

2.6.1. Расчет опорного репера

2.6.2. Теоретическое обоснование и исследование способа определения глубины закладки опорных реперов методом электрогидродинамических аналогий (ЭГДА).

2.6.3. Исследование удлинений стационарно закрепленной инварной проволоки, находящейся в постоянном натяжении.

2.6.4. Испытания струн перед установкой их на опорные реперы.

2.6.5. Краткое описание технологического оборудования.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИН ОСАДОК

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ГИДРОСТАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ НИВЕЛИРОВАНИЯ

3.1. Расчет точности измерений пространственной гидростатической системой нивелирования

3.2. Выбор мест установки датчиков гидростатической системы нивелирования

3.3. Определение температур датчиков

3.4. Размещение и расчет точности измерений системами, установленными на гидротехнических сооружениях различных типов и атомных станциях

3.4.1. Размещение и расчет точности измерений гидростатической системой, установленной на русловой ГЭС

3.4.2. Размещение и расчет точности гидростатической системы нивелирования на станциях приплотинного типа.

3.4.3. Размещение и расчет точности систем нивелирования на шлюзах, плотинах, дюкерах и других гидротехнических сооружениях.

3.4.4. Размещение и расчет точности стационарной гидростатической системы нивелирования на тепловых и атомных электростанциях

3.5. Разработка унифицированного комплекта механического оборудования

3.6. Автоматизация камеральной обработки результатов измерений на ЭВМ.

3.6.1. Математические основы уравнительных вычислений.

3.6.2. Алгоритм программы для ЭВМ математической обработки результатов измерений

4. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ НИВЕЛИРОВАНИЯ НА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЯХ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка пространственной автоматизированной системы гидростатического нивелирования»

ХХУ1 съезд КПСС наметил перед народным хозяйством СССР грандиозные задачи и одной из главнейших задач является успешное решение основных программ современности - продовольственной и энергетической. Реализация этих программ во многом зависит от масштабов, сроков и качества капитального строительства. Значение энергетики неоспоримо. Еще на заре Советской власти на Ж Всероссийском съезде Советов В.И. Ленин говорил, что реализация планов ГОЭЛРО является весьма крупным переломом, который свидетельствует о начале больших успехов Советской власти /I/.

Реализация Продовольственной программы СССР невозможна без интенсификации работ по мелиорации и ирригации земель, т.е. без строительства крупных гидротехнических комплексов водно-хозяйственного назначения.

В X и XI пятилетках дальнейшее развитие энергетики будет осуществляться за счет строительства крупных гидроэлектростанций в Сибири, на Дальнем Востоке и в Средней Азии, атомных электростанций в европейской части СССР и тепловых электростанций в районах с крупными запасами топлива, особенно газа, горючих сланцев, бурого угля и торфа /2/.

В период с 1976 по 1980 годы введено в строй более 50 МВт мощностей, в том числе на ГЭС около II МВт. Такой прирост мощностей электростанций достигнут за счет ввода энергоблоков мощностью 0,5-1,5 МВт. Применение агрегатов большой единичной мощности вызывает необходимость расширения программ исследований деформаций их фундаментов. Своевременные и систематические наблюдения за осадками фундаментов энергоблоков и электростанций в целом, позволяют значительно увеличить периоды мезду профилактическими ремонтами агрегатов и тем самым увеличить выработку электроэнергии за счет уменьшения простоев агрегатов. Так на центровку агрегата мощностью 0,5 МВт уходит, в среднем, 7 суток, при этом недовыработка электроэнергии составит 84 МВт/час.

Б последние годы расширены работы по переброске значительных масс воды в засушливые районы страны. Эта переброска осуществляется при помощи целого комплекса гидротехнических сооружений: каналов, насосных станций, дюкеров, акведуков и др. Для этих сооружений существуют те же требования к устойчивости, что и для всех гидротехнических сооружений и также проводятся геодезические наблюдения. Но если на ГЭС все работы сконцентрированы на одной площади, то для проведения наблюдений за осадками бетонных сооружений каналов необходимы значительные переезды от одного сооружения к другому, так как они удалены друг от друга на десятки километров. Например, на первой очереди канала Днепр-Донбасс 23 бетонных сооружений, на которых ведутся геодезические наблюдения. Длина этого участка канала 263 км. Если на одном сооружении производить геодезические работы в течение трех дней, то на производство только одного цикла измерений потребуется 69 дней, т.е. для выполнения наблюдений в течение года необходима одна бригада геодезистов. Применение полуавтоматических и автоматических систем нивелирования на подобных объектах обеспечит значительное сокращение числа исполнителей и повысит оперативность получения информации.

Еще большую актуальность данная тема приобретает в связи с увеличением объемов строительства крупных газопроводов, насосные станции, которых удалены друг от друга на сотни километров. Без автоматических и полуавтоматических систем нивелирования получить необходимый объем информации об осадках этих сооружений практически невозможно.

Б настоящее время достигнуты определенные успехи в области автоматизации геодезических измерений. Разработаны лазерные геодезические приборы, кодовые теодолиты, гидростатические системы нивелирования с дистанционным съемом информации и пр. Бее эти достижения все шире входят в практику инженерно-геодезических работ. Особенно большие успехи достигнуты в области гидростатического нивелирования. В СССР и за рубежом проведены широкие научные исследования в этой области, разработан ряд автоматических и полуавтоматических систем гидростатического нивелирования, - это системы типа СТО, СГДН и пр. Передовые позиции в этой отрасли занимают Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии и Ереванский политехнический институт.

Однако, существующие гидростатические системы нивелирования носят, как правило, экспериментальный характер, имеют небольшое число датчиков, не связаны с опорной сетью и размещены на одном горизонте наблюдений, что не позволяет широко их применять для комплексной автоматизации наблкдений за осадками крупных инженерных сооружений. В связи с этим была поставлена задача разработать и провести исследования универсальной гидростатической системы нивелирования,обеспечивающей полную автоматизацию наблюдений за осадками крупных инженерных сооружений, в основном энергетических.

Целью настоящей работы является научно-техническое решение проблемы полной автоматизации геодезических наблюдений за осадками инженерных сооружений на основе существующих достижений в области гидростатического нивелирования.

Научная новизна работы заключается в следующем. Теоретически и экспериментально исследован вопрос автоматизации геодезических наблюдений за осадками инженерных сооружений; получены формулы расчета точности измерений пространственной гидростатической системы нивелирования; разработана и исследована методика определения глубин опорных реперов, предложены способы учета температур датчиков, автоматизации управления системой и регистрации информации; разработана методика камеральной обработки результатов измерений.

Результаты предложенных решений позволят полностью автоматизировать процессы получения, регистрации и обработки информации об осадках инженерных сооружений.

Для реализации поставленной цели автором проведены научно-исследовательские и экспериментальные работы, обеспечивающие решение следующих задач:

- построение гидростатической системы нивелирования;

- связь системы с опорной сетью;

- разработка методики расчета основных элементов системы;

- разработка и исследование способов управления системой и регистрации информации;

- автоматизация управления и камеральной обработки результатов измерений;

- определение глубины закладки опорных реперов, исследование удлинения инварных проволок;

- учет температуры датчиков при обработке информации;

- конструктивные особенности основных узлов и блоков системы;

- расчеты точности измерений системами, установленными на различных сооружениях.

Данная диссертационная работа легла в основу конструкторских разработок, выполненных Особым конструкторским бюро института "Гидропроект", тема № 02356, утвержденная Минэнерго СССР, в результате которых выпущены рабочие чертежи стационарной пространственной гидростатической системы нивелирования, переданные Угличскому опытно-экспериментальному заводу Гидропроекта для производства.

Заключение диссертации по теме «Геодезия», Криворучко, Владимир Тимофеевич

149. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования позволили получить следующие основные результаты:

1. Решена проблема автоматизации геодезических наблюдений за осадками целого комплекса гидротехнических сооружений.

2. Разработано основное оборудование системы: коммутаторы, устройства связи гидростатической системы нивелирования с опорной сетью, защитное и технологическое оборудование.

3. Разработан метод связи гидростатической системы с опорной сетью, для чего предложено использовать струнные реперы, соединенные с опорными датчиками, а якори этих реперов закладывать непосредственно под сооружением в зонах, где динамическое воздействие сооружения не оказывает влияние на высотное положение реперов.

4. Предложена методика определения глубин закладки опорных реперов методом ЭГДА.

5. Предложена методика определения температур датчиков на моменты измерений методом интерполирования, используя результаты натурных исследований; исследование данного метода показало, что точность определения температур - на заданный момент времени, - достаточна для производства измерений в пределах принятой точности.

6. Разработаны схемы установок стационарных систем нивелирования на различных гидротехнических и энергетических сооружениях.

7. Разработан метод математической обработки результатов измерений с учетом температур датчиков и предложен алгоритм вычислений на ЭВМ.

8. Установлено, что для стационарных гидростатических систем нивелирования, предназначенных для наблюдений за осадками гидротехнических сооружений, наиболее целесообразно применять датчики уровня жидкости со струнными преобразователями.

9. Усовершенствован существующий датчик ИВД. Точность измерений разработанного датчика вполне удовлетворяет техническим требованиям системы.

10. Разработана методика записи информации с датчиков на магнитограф в пределах заданной точности информативных сигналов, т.е. с точностью 1-2 Гц.

11. Предложена методика испытания струн для опорных реперов, разработан прибор для проведения испытаний.

12. Проведенный экономический анализ эффективности применения стационарных гидростатических систем нивелирования для наблюдений за осадками гидротехнических сооружений показал, что для гидроэлектростанций средней мощности, порядка 0,3 МВт, экономический эффект применения стационарных гидростатических систем нивелирования составит около 7 тыс. рублей в год. В то же время, с учетом строящихся в настоящее время гидроэлектростанций, каналов и других инженерных сооружений, где автоматизация геодезических наблюдений является актуальной проблемой, экономический эффект применения рассмотренной системы нивелирования составит около

5 млн.рублей.

В соответствии с поставленной целью в данной работе рассмотрены вопросы построения, конструкции и методики измерений пространственной гидростатической системы нивелирования при исследованиях гидротехнических сооружений.

Комплексный подход к вопросу автоматизации геодезических наблюдений позволил разработать и обосновать способ получения конечной информации об осадках исследуемого объекта, исключив при этом оператора, как связующее звено измерительной системы.

В работе рассмотрен весь ход информации от ее получения с контрольных точек объекта, передачи, записи и обработки ее с использованием ЭВМ.

Результаты проведенных работ неоднократно сообщались на научно-технических конференциях Укргидропроекта в 1975, 1978 и 1981 гг., на кафедре Автоматизации геодезических измерений Киевского инженерно-строительного института в 1978-1983 гг. и на Республиканском семинаре по инженерной геодезии в 1981 г. в г. Киеве.

Материалы исследований легли в основу конструкторских разработок, выполненных Особым конструкторским бюро Всесоюзного ордена Ленина научно-исследовательского и проектно-изыскательского института "Гидропроект" им. С.Я. Жука, проводившихся в соответствии с решением Минэнерго СССР от 14 мая 1981 г., в результате которых выпущены рабочие чертежи стационарной гидростатической системы нивелирования /47,48,49/, которые переданы Угличскому опытно-механическому заводу Гидропроекта для производства.

Исследования выполнены в лабораториях Киевского инженерно-строительного института и на гидротехнических сооружениях Украины.

По материалам данной диссертации опубликованы следующие статьи:

1. Криворучко В.Т., Крумелис В.А. Новая гидростатическая система нивелирования для наблюдения за осадками сооружений. - Известия вузов, Геодезия и аэрофотосъемка. 1979, № 3, стр.13-19.

2. Криворучко В.Т. Определение глубины закладки опорных реперов на застроенных территориях. - Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 1981, № 6, стр. 58-62.

3. Криворучко В.Т. К вопросу определения глубины закладки опорных реперов методом электрогидродинамических аналогий (ЭГДА).-Инженерная геодезия. 1980, вып. 23, стр. 102-104.

4. Криворучко В.Т. К вопросу автоматизации наблюдений за осадками инженерных сооружений. - Инженерная геодезия. 1982, вып. 25, стр. 18-21.

5. Криворучко В.Т., Крумелис В.А. Из опыта наблюдений за осадками сооружений методом гидростатического нивелирования. - Геодезия и картография, 1983, № 3, стр. 21-22.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Криворучко, Владимир Тимофеевич, 1983 год

1. В.И. Ленин об электрификации /Составители В.Стеклов и Л.Фо-тиева. -М.: Госполитиздат, 1964, с. 513.

2. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М.: Политиздат, 1981.

3. Материалы ХХУ съезда КПСС. М.: Политиздат, 1976.

4. Александровская Э.К. Методы измерения и анализа перемещений высоких бетонных плотин (обзор). М.: Информэнерго, 1978, с. 80.

5. Брайт П.И. и Медведцкий Е.М. Измерение осадок и деформаций сооружений геодезическими методами. М.: Недра, 1959, с.199.

6. Брайт П.И. Геодезические методы измерения деформаций оснований и сооружений. М.: Недра, 1965, с.298.

7. Большаков В.Д. и др. Методы и приборы высокоточных геодезических работ в строительстве. М.: Недра, 1976, с. 335.

8. Бончаковский В.Ф. Внутреннее строение Земли. Изд. АН СССР. М.: 1953, стр.17.

9. Васютинский И.Ю. Гидростатическое нивелирование. М.: Недра, 1976, с. 167.

10. Васютинский И.Ю., Рязанцев Г.Е., Ямбаев Х.К. Геодезические приборы при строительно-монтажных работах. М.: Недра, 1982, с. 272.

11. Васютинский И,Ю. Устройство для измерения уровня жидкости. Авт.св.СССР № 385170, кл. 42с. Бюлл.открытий и изобретений, 1973, № 25.

12. Веселовский В.М. Осадки сооружений во времени (теория, эксперименты, примеры расчета). -М.-Л.: Стройиздат, 1940.

13. Ганьшин В.Н. и др. Измерение вертикальных смещений и анализ устойчивости реперов. М.: Недра, 1981, с. 215.

14. Гайдаев П.А. и Большаков В.Д. Теория математической обработкигеодезических измерений. М.: Недра, 1969, с.400.

15. Гордеев JI.C., Фридман A.A. Аппаратура точной магнитной записи с частотной модуляцией. М.: Энергия, 1978, с. 110.

16. Гидротехнические сооружения. Учебное пособие для вузов (Под редакцией Н.П. Рязанова).- М.: Стройиздат, 1978, с.647.

17. Гидротехнические сооружения (в двух частях), ч.1, учебник для вузов (Под редакцией М.М. Гришина). М.: Высшая школа, 1979, с. 615.18. Зацаринный A.B. Автоматизация высокоточных геодезическихизмерений. ГЛ.: Недра, 1976, с. 24?.

18. Гинсбург Н.Б. Натурные исследования бетонных плотин в Италии.-Л.: Энергия, 1969, с.264.

19. Зурнаджи В.А., Николаев В.В. Механика грунтоЕ, основания и фундаменты. М.: Высшая школа, 1967, с. 412 .

20. Зенцов A.C. Геодезия при строительстве крупных гидроэлектростанций и их туннелей. М.: Госгеолтехиздат, 1963.

21. Измеритель вертикальных деформаций гидротехнических сооружений. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ТО ИВД-74. М.: Гидропроект, 1974, с.II.

22. Инструкция о построении государственной геодезической сети СССР. -М.: Недра, 1974, с. 34).

23. Карлсон A.A. Руководство по натурным наблюдениям за деформациями гидротехнических сооружений и их оснований геодезическими методами. М.: Энергия, 1980, с. 200.

24. Крумелис В.А., Криворучко В.Т. Новая гидростатическая система нивелирования для наблюдения за осадками сооружений. -Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 1979, № 3,стр. 13-19.

25. Криворучко В.Т. К вопросу определения глубины закладки опорных реперов методом электрогидродинамических аналогий (ЭГДА).-Инженерная геодезия. 1980, вып.23, стр.102-104.

26. Криворучко В.Т. Определение глубины закладки глубинных реперов на застроенных территориях. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 19В1 7 №8, стр. 58 -62.

27. Криворучко В.Т. К вопросу автоматизации наблюдений за осадками инженерных сооружений. Инженерная геодезия. 1982, вып.25, с. m-m.

28. Криворучко В.Т., Крумелис В.А. Из опыта наблюдений за осадками сооружений методом гидростатического нивелирования. -Геодезия и картография. 1983, № 3, стр.21-22.

29. Лаврентьев И.В., Мовсесян P.A., Таплавашвили И.А., Хесед Е.Д. Система СГН-27Д для гидростатического нивелирования. Геодезия и картография. 1972, № II, стр. 23-28.

30. Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. 9-е изд., Киев: Техн1ка, 1980,с.464.

31. Левчук Г.П., Новак В.Е., Конусов В.Г. Прикладная геодезия: Основные методы и принципы инженерно-геодезических работ. Учебник для вузов. М.: Недра, 1981, с. 438.

32. Манаев Е.И. 0 ширине полосы при приеме частотно-модулированных сигналов, необходимой для отсутствия нелинейных искажений. М.: Радиотехника, 1948, № 5, стр. 54-61.

33. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977, с. 344.

34. Мовсесян P.A., Бархудорян A.M. Ошибки гидростатического характера в системах для гидростатического нивелирования с большим числом сообщающихся сосудов. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 1975, Ш 6, стр.21-29.

35. Мовсесян P.A., Бабаян Г.А. Гидродинамическое нивелированиепри наблюдениях за сооружениями. Геодезия и картография. 1975, № 6, стр. 24-28.

36. Новая техника и ее применения в строительстве. Учебное пособие для вузов. /Под редакцией проф. В.А. Величко/. М.: Высшая школа, 1973, стр.224.

37. Новак В.Е., Рязанцев Г.Е. Исследования струнных реперов. -Вопросы атомной науки и техники. Серия Проектирование,1974, вып. 1(8), с. 161-164.

38. Пискунов М.Е. Наблюдения за устойчивостью глубинного репера МИИГАиК. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 1958, вып. 5, стр. 107-116.

39. Преобразователь уровня жидкости струнный 03У63С. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 9С.2.834.007 ТО. -Киев: Союзэнергоавтоматика (Киевский филиал). 1980, с.20.

40. Проценко В.И., Якирин Р.В. Метрология в промышленности. -Киев: Техника, 1979, с. 223.

41. Рабцевич И.С. Методика и результаты наблюдений деформаций гравитационной плотины Красноярской ГЭС. Геоделия и картография, 1970, № 2, с. 35-39.

42. Руководство по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1975.

43. Сотсков Б.С. Основы теории расчета методики надежности элементов и устройств автоматики и вычислительной техники. -М.: Энергия, 1970, с. 2?\.

44. Справочник геодезиста (В.Д. Большаков, Г.В. Барратуни, Г.П. Левчук и др.). М.: Недра, 1975, с. 1056.

45. Справочник радиолюбителя (Терещук P.M., Домбругов P.M., Бо-сый Н.Д. и др.). В двух частях. 4.1. Киев: Техника, 1969, с. 694.

46. Стационарная гидростатическая система нивелирования. Техническое предложение 408 ÏÏK-00.00 ПТ. Харьков: Гидропроект (украинское отделение). 1981, с.9.

47. Стационарная гидростатическая система нивелирования. Технический проект 410 ПК-00.00.ООО ТП. Харьков: Гидропроект (украинское отделение). 1981, с.12.

48. Стационарная гидростатическая система нивелирования. Рабочие чертежи 411 ПК-00.00.ООО РЧ. Харьков: Гидропроект (украинское отделение). 1982, с.зо.

49. Строительные нормы и правила (СНиП): III-2-75. Геодезические работы в строительстве. М.: Стройиздат, 1976.

50. Строительные нормы и правила (СНиП): 11-16-76. Основания гидротехнических сооружений. -М.: Стройиздат, 1977.

51. Строительные нормы и правила (СНиП): 11-54-77. Плотины бетонные и железобетонные. М.: Стройиздат, 1978.

52. Ступель Ф.А. Электромеханические датчики и преобразователи не электрических величин. М.-Л.: Энергия, 1965, с.116

53. Терещук P.M., Терещук K.M., Седов С.А. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. Справочник радиолюбителя. -Киев: Наукова думка, 1981, с. 671.

54. Угинчус A.A., Бобчинский В.П. Контрольно-измерительная аппаратура гидротехнических сооружений. М.: Стройиздат, 1954,с. 259.

55. Управление и измерение на расстоянии (материалы национальной конференции по телеизмерению, состоявшейся в Чикаго в 1955 г.). Перевод с английского (под редакцией C.B. Алексеева, A.B. Лебедева). М.: Изд-во иностранной литературы, 1959, с. 318.

56. Флорин В.А. Расчеты оснований гидротехнических сооружений. -М.: Стройиздат, 1948.

57. Фильчаков П.Ф., Панчишин В.И. Интегратор. ЭГДА. Моделирование потенциальных полей на электропроводной бумаге. Киев: Изд.1. АН УССР, 1961.

58. Чебатарев A.C. Способ наименьших квадратов с основами теорий вероятностей (руководство для геодезических вузов). M.-JI.: Главная редакция геолого-разведочной и геодезической литературы, 1936, с. 475.

59. Чугаев P.P. Гидравлика (учебник для вузов). Л.: Энергия, 1975, с. 600.

60. Шурко H.H. Предел длительного сопротивления высокопрочной проволоки. Строительная промышленность, I960, № 10, стр. 17-18.

61. Цитович H.A. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1973,с.280.

62. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. Л.: Энергия, 1969, с. 375.