Выполнение измерений в условиях влияния вибрации

Введение

Для обеспечения процесса строительства и дальнейшей безопасной эксплуатации ответственных инженерных сооружений и оборудования, таких, как атомные и тепловые электростанции, турбоагрегаты, градирни требуется разработка соответствующих технологических схем производства инженерно-геодезических измерений. К таким измерениям в первую очередь относятся высокоточное определение координат элементов сооружений и оборудования, высокоточное геометрическое нивелирование короткими лучами, высокоточное определение вертикальности инженерных сооружений сложной конструкции.
В настоящее время основным методом контроля устойчивости инженерных объектов являются повторные наблюдения за изменением положения геодезических знаков, выполняемые с помощью высокоточного повторного нивелирования.
Как известно, любые промышленные объекты находятся в условиях влияния комплекса природно-техногенных воздействий, ухудшающих условия наблюдений и, как следствие, надёжность результатов измерений. К такому комплексу относятся: техногенная рефракция, конвекционные потоки от нагретых частей оборудования, резкие перепады температуры, недостаточная освещённость, запылённость, вибрация от работающего оборудования и проходящего транспорта и многое другое.


Влияние вибрации на методику и точность измерений
В ряде случаев при вибрационном воздействии невозможно уверенно выполнять даже сам процесс геодезических измерений /66,69/. В таких ситуациях приходится либо останавливать работу агрегатов, либо принимать специальные меры по защите геодезических приборов от действия вибрации. Естественно, что вместо остановки технологического процесса (которую часто невозможно осуществить, например на ТЭЦ, АЭС, ГРЭС, конвейерах, ускорителях заряженных частиц и др.) желательно иметь арсенал методов и средств, позволяющих уверенно и с высокой точностью вести геодезические измерения в условиях вибрационного воздействия.
На промышленных предприятиях имеют место низкочастотная (до 5 Гц) и высокочастотная (5—60 Гц) вибрации. Так, например, параметры вибрации упруго-податливых фундаментов вращающихся цементных печей, по данным автора, такие: в плане — вдоль оси агрегата частота 1—2,8 Гц, амплитуда 4—122 мкм; поперек оси печи частота 0,8—10,0 Гц; амплитуда 8—356 мкм; по высоте — частота 1,0—2,8 Гц, амплитуда 2— 172 мкм. В работе [42] для турбогенераторов приводятся следующие параметры: частота около 50 Гц, амплитуда — в пределах 10—80 мкм.
Влияние вибрации на геодезические приборы и ошибки измерений приведены в табл. 1. В этой таблице для наглядности показана кратность увеличения ошибок измерений по сравнению с ошибками наблюдений без влияния возмущающихся факторов.
Самый неблагоприятный диапазон частот вибрации основания, на котором устанавливают геодезические приборы, — это диапазон частот от 20 до 60 Гц.
Ошибки измерения превышений нивелиром и углов теодолитом включают в этом случае систематическую часть и требуют специальных мер по демпфированию колебаний.
Установлено, что в условиях низкочастотной вибрации использование уровенных нивелиров более эффективно, чем авторедукционных.
Таблица 1. Зависимость стабильности положения визирной оси труб геодезических приборов и средних квадратических ошибок измерений от параметров вибрации


Эффективность повышается, если применять специальную методику наблюдений - наведение биссектора сетки нитей на касание с двумя соседними штрихами рейки.
В условиях высокочастотной вибрации авторедукционные нивелиры более предпочтительны. Так, производительность натурных наблюдений с использованием нивелира Ni-007 выше в полтора-два раза по сравнению с наблюдениями нивелиром НА-1. Высказывается необходимость создания специальных комплектов нивелиров и штативов, устойчивых к действию вибрации.

Кроме вертикальной составляющей амплитуды вибрации, место установки прибора может иметь вертикальное смещение от передающихся полу цеха колебаний фундаментов вследствие работы с искривленной осью от переменных нагрузок перемещающегося материала и т.п.
Методы и средства виброзащиты геодезических приборов.
При выполнении геодезических работ (в том числе и при контроле прямолинейности и соосности технологического оборудования) на действующих крупных инженерных сооружениях измерения ведутся зачастую в условиях неустойчивости геодезических приборов вследствие вибрации. Причиной воздействия стационарных вибрационных полей могут быть различного рода роторы вращения, а нестационарных — работа ударных механизмов, движение транспорта, ветровая нагрузка.
Вибрация существенно влияет на точность геодезических измерений

. Она вызывает колебания линии визирования оптических приборов, резонансные колебания маятниковых компенсаторов наклона, смещения пузырька уровня и т. п. Для проведения геодезических работ в этих условиях необходимы специальные методы и средства виброзащиты измерительных приборов, позволяющие с высокой точностью производить геодезические измерения.
Следует отметить, что известные методы и средства виброзащиты промышленного оборудования мало пригодны для геодезических приборов, к которым предъявляются требования высокой устойчивости, компактности, надежности. Анализ существующих в настоящее время способов, приемов и средств защиты геодезических приборов от вибрационного воздействия с целью повышения точности измерений позволяет классифицировать их по трем основным группам: пассивные, активные, безамортизационные.
К первой группе относятся способы и средства виброзащиты, не требующие дополнительных устройств или изменений в системе штатив — прибор; ко второй — способы и средства, связанные с созданием и использованием специальных приспособлений или требующие изменения в системе штатив — прибор; к третьему — методы и средства, не предусматривающие применение виброзащитных элементов, но обеспечивающие в условиях вибрации повышение точности измерений за счет использования других эффектов.
Пассивные способы и средства виброзащиты предусматривают использование простейших амортизационных средств таких как различные упругие прокладки, подвешивание к штативу или добавление к массе прибора инерционных грузов, специальные приемы установки штатива, выбор места установки и т. п.
Одним из наиболее распространенных способов защиты геодезических приборов является виброизоляция. Специальные упругие элементы — виброизоляторы могут быть выполнены в виде стальных пружин, рессор, прокладок из резины и других материалов. Действие виброизоляторов сводится к ослаблению связей между основанием и штативом, на котором устанавливается прибор. Гашение колебаний происходит в результате внутреннего поглощения энергии вибраций в материале виброизоляторов.
Недостатки пассивных способов виброзащиты связаны прежде всего с невозможностью использования эффективной системы амортизации (особенно в области низких частот), уменьшением общей устойчивости геодезических приборов, ограниченным спектром рабочих частот из-за возможных резонансных явлений, существенным увеличением массы прибора при присоединении дополнительных грузов, неудобствами переноса прокладок и инерционных грузов при переходе на новую станцию.
Активные способы и средства виброзащиты требуют создания дополнительных устройств и специальных приспособлений для защиты геодезических приборов от воздействия вибраций. Такими устройствами являются различного рода динамические гасители с ручной и автоматической регулировкой, а также амортизаторы с регулируемой жесткостью, гироскопические устройства, гидравлические и пневматические системы с обратной связью и без нее. Основным недостатком активных способов виброзащиты геодезических приборов является сложность их конструкции. Особенно это относится к автоматическим системам с обрат- ной связью.
Безамортизационные средства и методы основаны на использовании эффективных приемов измерений, способов наведения и снятия отсчета по «размытому» или колеблющемуся изображению визирной цели. В ряде случаев такие измерения выполняют с одновременным использованием виброизоляционных прокладок. Диафрагмирование зрительной трубы и оптимальное ориентирование геодезического прибора относительно источника вибрации также могут повысить точность измерений.
2.1 Стробоскопический метод
Одним из наиболее перспективных методов повышения точности визирования в условиях вибрации является стробоскопический метод. Рассмотрим основы стробоскопии и возможности ее применения для повышения точности геодезических измерений в условиях вибраций.
Стробоскопический эффект основывается на инерционности зрения человека. При рассмотрении колеблющегося объекта наблюдатель может видеть последовательное изменение фа з процесса только до определенного предела.
Использование стробоскопического эффект а позволяет трансформировать зрительное восприятие, благодаря чему колеблющееся изображение визирной цели кажетс я неподвижным или заторможенным в движении.
Стробоскопический эффект получают двумя основными способами — путем перекрывания поля зрения геодезического прибора и путем освещения визирной цели короткими световыми вспышками