CC BY
163
УДК 528.482
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УКЛОНОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ
Владимир Григорьевич Демин
АО «Сибтехэнерго», 630032, Россия, г. Новосибирск, ул. Планировочная, 18/1, начальник цеха зданий и сооружений, e-mail: v.g.demin@sibte.ru
Антон Викторович Никонов
АО «Сибтехэнерго», 630032, Россия, г. Новосибирск, ул. Планировочная, 18/1, инженер-геодезист цеха зданий и сооружений, e-mail: sibte@bk.ru
Юрий Петрович Казанков
АО «Сибтехэнерго», 630032, Россия, г. Новосибирск, ул. Планировочная, 18/1, главный специалист цеха зданий и сооружений
В статье приводятся требования к точности определения уклонов паропроводов высокого давления. Описаны способы работы с электронным тахеометром для определения планово-высотного положения трубопровода относительно строительных конструкций, а также его уклона. Установлено, что уклон может быть определен электронным тахеометром с ошибкой не более 0,000 5. Положение центра сечения трубопровода (окружности) может быть получено в программном продукте AutoCAD по трем точкам на поверхности трубопровода, координаты которых определяются способом бесконтактной тахеометрической съемки.
Ключевые слова: уклон паропровода, электронный тахеометр, геодезическая съемка, нивелирование, точность, геометрические параметры.
GEODETIC METHODS OF DETERMINING SLOPES TECHNOLOGICAL PIPELINES
Vladimir G. Demin
Sibrechenergo, 630032, Russia, Novosibirsk, 18/1 Planirovochnya St., Chief of department buildings and structures, e-mail: v.g.demin@sibte.ru
Anton V. Nikonov
Sibtechenergo, 630032, Russia, Novosibirsk, 18/1 Planirovochnaja St., engineer surveyor, e-mail: sibte@bk.ru
Yuri P. Kazankov
Sibrechenergo, 630032, Russia, Novosibirsk, 18/1 Planirovochnya St., Chief specialist of department buildings and structures
The article contains the requirements of inclination accuracy determination of high tense steampipes. It describes the methods of work with total station for determination of planned high-altitude steampipe position in reference to constructions, and also its inclination. It is stated that the inclination can be determined by total station with the error not more than 0,000 5. Steampipe (circus) section centre position can be modeled in program product AutoCAD by three points on pipe surface, the coordinates of which are determined by remote tacheometric survey.
Key words: slope pipeline, total station, geodetic survey, leveling, accuracy, geometric parameters.
Для обеспечения безаварийного производства пуско-наладочных работ и дальнейшей безопасной эксплуатации трубопроводов, транспортирующих воду или водяной пар, важное значение на этапе монтажа имеет установка элементов трубопроводов (паропроводов) в проектное положение. Обычно привязку трубопровода в плане осуществляют путем промеров рулеткой до строительных конструкций или оборудования (колонн главного корпуса, конструкций каркаса котла и пр.), вертикальные участки выверяются по отвесу, а горизонтальные - по простейшему гидроуровню или микронивелиру. В настоящее время в монтажных организациях, кроме перечисленных, применяются лазерные приборы (ротационные нивелиры и построители плоскостей).
Трубопроводы должны иметь уклоны для стока конденсата пара или воды к дренажным устройствам. Недостаточные уклоны или контруклоны могут вызвать скопление конденсата, что, в свою очередь, может привести к гидравлическим или тепловым ударам, к короблению трубопроводов и недопустимым изгибным напряжениям в период пусков, к разбалансировке пружинных креплений, деформации или разрушению креплений, к взрывообразному разрушению гибов трубопровода и другим неблагоприятным последствиям. В этой связи к монтажу трубопроводов в вертикальной плоскости подходят наиболее ответственно.
Как правило, для трубопроводов транспортирующих перегретый пар, уклон должен быть не менее 0,004, а для трубопроводов насыщенного пара, отборов от турбины, а также продувочных и дренажных трубопроводов - не менее 0,006. В трубопроводах высокого давления (более 100 кгс/см ) уменьшение величины уклона от проектной допускается не более 1 мм на 1 м длины трубопровода или в относительной мере не более 0,001 [1]. Исходя из этого, погрешность определения уклона не должна превышать 0,000 5.
Уклон участка трубопровода находится по известной формуле
I = ¿1-2 / 5, (1)
где Н1-2 - превышение между центрами сечений (окружностей) 1 и 2 трубопровода;
5 - расстояние между сечениями 1 и 2.
Для определения превышения между точками с помощью нивелира требуется однообразно прикладывать рейку к трубопроводу и обеспечивать на нее видимость при горизонтальном положении визирного луча, что в стесненных условиях цеха может оказаться затруднительным. Также проблематично определять уклоны трубопроводов, расположенных на подвесках, так как рейку приходится прикладывать пяткой к нижней части трубы. Следует отметить, что нивелирование может выполняться со значительным неравенством плеч, поэтому перед выполнением работ следует тщательно отъюстировать нивелир для соблюдения его главного условия [2].
Наиболее просто задача по определению уклона трубопровода может быть решена путем выполнения бесконтактной тахеометрической съемки с применением электронного тахеометра. Безотражательные электронные тахеометры успешно применяются в судостроении, при выполнении фасадных съемок, при контроле положения строительных конструкций, при выверке оборудования и в других областях [3-11]. Рассмотрим приемы работы с электронным тахеометром для определения уклона трубопровода, закрепленного на подвесках (рис. 1).
Тахеометр устанавливается на жестком основании (не рекомендуется размещать штатив на неустойчивых металлических настилах), откуда имеется видимость на исследуемый участок трубопровода.
Рис. 1. Схема определения положения трубопровода на подвесках по высоте с применением электронного тахеометра
Положение трубопровода относительно балки перекрытия или иной конструкции установлено проектом (расстояние по вертикали Ь от нижней грани балки до оси трубопровода). Фактическое положение трубопровода (фактическое расстояние Ьф до строительной конструкции) находится как
Ьф = И - И + Я, (2)
где И0 - превышение между осью вращения зрительной трубы тахеометра и нижней частью балки;
hi - превышение между осью вращения трубы тахеометра и нижней частью трубопровода в i-м сечении;
R - радиус трубопровода.
Величина hi определяется путем непрерывных измерений расстояний тахеометром (в режиме Tracking) в угловом секторе а и выбором наименьшего значения превышения (до самой низкой точки трубопровода в данном сечении).
Выполняя аналогичные измерения в другом (j-м) сечении, находим превышение hj. Отношение разности hi - hj к расстоянию S между сечениями и есть уклон участка трубопровода. Длина участка S трубопровода между выбранными сечениями измеряется тахеометром в режиме косвенных измерений.
Продифференцировав выражение (1) по dh и переходя к средним квадра-тическим ошибкам, получим
mi = mh / S. (3)
Приняв ошибку измерения превышения между двумя точками трубопровода mh = 2,0 мм и расстояние S = 5 000 мм, получим mi = 0,000 4, а при большем расстоянии S ошибка mi будет еще меньше. Исследованиями [2, 12, 13] установлено, что тригонометрическим методом с использованием электронного тахеометра превышение может быть уверенно определено с ошибкой, не превышающей 1,0 мм. Таким образом, применение электронного тахеометра позволяет обеспечить требуемую точность определения уклонов (с ошибкой не более 0,000 5).
Рассмотрим определение совместного (планового и высотного) положения участка паропровода. Устанавливают электронный тахеометр в месте, с которого имеется прямая видимость на исследуемый участок паропровода, и задают параметры станции: координаты станции (в условной системе координат) и ориентирование прибора. Ориентирование выполняют таким образом, чтобы одна из осей условной системы координат была параллельна оси здания (паропровода) (рис. 2). Высота оси вращения зрительной трубы тахеометра, в соответствии с инструкцией [1], определяется относительно исходного репера, а не от строительных конструкций (перекрытий).
После задания параметров станции приступают непосредственно к съемке. Выполняют определение координат точек на поверхности паропровода в нескольких сечениях (A, B и др.), а также определяют положение элементов строительных конструкций, к которым осуществлена привязка паропровода по проекту. Например, рулеткой намечается середина грани колонны главного корпуса (точка K1 - пересечение осей 2 и Б на рис. 2), и тахеометром фиксируются пространственные координаты намеченной точки. Также определяется фактическое положение по высоте строительной конструкции, относительно которой задана привязка трубопровода проектом (фиксируется положение нижней грани балки, точка K2 на рис. 2). В ходе съемки угол падения лазерного луча на отражающую поверхность не должен превышать 40° [11, 14].
Рис. 2. Схема определения планово-высотного положения элемента паропровода с применением электронного тахеометра
Со станции 1 тахеометра может иметься видимость только на одно сечение А (рис. 3). В этом случае условная система координат задается относительно колонн 2 и 3 главного корпуса, высотная привязка осуществляется к реперу Яр1, в качестве которого может использоваться осадочная марка. После получения координат точек трубопровода в сечении А на станции 2 устанавливают второй штатив с отражателем и определяют его координаты полярным способом. Затем тахеометр и отражатель меняются местами, выполняется ориентирование прибора визированием на отражатель, установленный на первом штативе, и выполняется съемка трубопровода в сечении В.
Рис. 3. Схема установки тахеометра при определении уклона трубопровода
Положение тахеометра на станциях 1, 2, ... n может осуществляться методом обратной линейно-угловой засечки [15, 16] от пунктов цеховой геодезической сети [17, 18], если такая сеть была предварительно создана на этапе выполнения строительных работ или позднее, специально для обеспечения установки трубопроводов и технологического оборудования в проектное положение.
После выполнения съемки данные импортируют на компьютер и затем в программный продукт AutoCAD. По полученным в ходе съемки координатам точек a1, a2, ... an, принадлежащих трубопроводу, строят окружность А (рис. 4). Средствами AutoCAD окружность можно построить по трем точкам. Если в ходе съемки в одном сечении паропровода определены координаты большего числа точек (например восьми) решается математическая задача аппроксимации полученных точек окружностью [19]. В результате аппроксимации находится центр окружности ОА и ее радиус R, по которым строится окружность в AutoCAD и визуально оцениваются отклонения исходных точек a1, a2, ... an от окружности.
нижняя грань балки
-
La AL
О Y
Рис. 4. Результат съемки участка паропровода в сечениях А и B
Затем средствами AutoCAD (линейный размер) оценивается положение трубопровода относительно строительных конструкций (по высоте - расстояние HA и в плане - LA, см. рис. 4). После выполнения аналогичных действий для второго сечения B строится окружность с центром OB и определяется ее фактическое положение.
Превышение между центрами окружностей hA-B характеризует уклон трубопровода, который окончательно находится по формуле (1). Вычисленный ук-
лон сравнивается с нормативным (эксплуатационным). Величины HA и LA сравниваются с проектными и делается вывод о соответствии положения смонтированного паропровода проекту. Фактические и проектные расстояния от оси трубопровода до колонн, стен и перекрытий не должны отличаться более чем на ± 15 мм [1].
Предложенная методика позволяет с высокой точностью (с ошибкой до 2 мм [20]) определить пространственное положение трубопровода без изоляции относительно строительных конструкций или элементов оборудования, а также определить геометрические параметры трубопровода: уклон, радиус сечения, длину участка. В сравнении с классическими способами определения уклонов (по гидроуровню) бесконтактная тахеометрическая съемка позволяет ускорить и облегчить процесс сбора, обработки и интерпретации данных.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. РД 34.39.201 Инструкция по монтажу трубопроводов пара и воды на тепловых электростанциях. - М. : Информэнерго, 1976. - 162 с.
2. Никонов А. В. Особенности применения современных геодезических приборов при наблюдении за осадками и деформациями зданий и сооружений объектов энергетики // Вестник СГГА. - 2013. - Вып. 4 (24). - С. 12-18.
3. Хасенов К. Б., Гольцев А. Г., Салпышев О. Д. Выверка строительных конструкций с использованием лазерных приборов // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 3 (19). - С. 14-17.
4. Теоретические основы применения лазерных тахеометров в измерительной системе, привязанной к корпусу судна / В. Н. Блащук, И. А. Бунов, Хоанг Шон Минь, В. Н. Лубенко // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия : Морская техника и технология. - 2011. - № 2. - С. 13-19.
5. Каткова Д. Ю. Исследование по применению высокоточного электронного тахеометра Sokkia NET 1200 при съемке пространственного положения строительных конструкций зданий и сооружений // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия : Строительство и архитектура. - 2011. - № 35. - С. 44-47.
6. Нестеренок М. С., Вексин В. Н. Применение электронного тахеометра для исполнительной съемки лифтовых шахт // Наука и техника. - 2015. - № 2. - С. 38-41.
7. Методика высокоточной бесконтактной исполнительной съемки навесных фасадных систем с воздушными зазорами при возведении высотных зданий. МДС 11-20.2009 / ООО «Тектоплан». - М. : ОАО «ЦПП», 2009. - 41 с.
8. Уставич Г. А., Скрипников В. А., Скрипникова М. А. Геодезическое обеспечение реконструкции гидрогенераторов // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2015. XI Междунар. науч. конгр., 13-25 апреля 2015 г., Новосибирск : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 2 т. Т. 1. - Новосибирск : СГУГиТ, 2015. -С. 68-71.
9. Комиссаров А. В., Ашраф А. Бешр. Исследование точности определения деформаций сооружений при помощи электронного тахеометра и наземного лазерного сканера // ГЕО-Сибирь-2008. IV Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 5 т. (Новосибирск, 22-24 апреля 2008 г.). - Новосибирск: СГГА, 2008. Т. 1, ч. 1. - С. 107-111.
10. Скрипников В. А. Применение высокоточных оптико-электронных приборов при измерении деформаций инженерных сооружений // ГЕО-Сибирь-2009. V Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 20-24 апреля 2009 г.). - Новосибирск: СГГА, 2009. Т. 1, ч. 1. - С. 170-172.
11. Ашраф А. Бешр. Исследование влияния угла наклона и цвета отражающих поверхностей на точность измерений безотражательным тахометром // ГЕО-Сибирь-2009. V Меж-дунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 20-24 апреля 2009 г.). - Новосибирск: СГГА, 2009. Т. 1, ч. 1. - С. 202-206.
12. Разработка и совершенствование технологии инженерно-геодезического нивелирования тригонометрическим способом / Г. А. Уставич , М. Е. Рахымбердина, А. В. Никонов, С. А. Бабасов // Геодезия и картография. - 2013. - № 6. - С. 17-22.
13. Никонов А. В. Методика тригонометрического нивелирования первого и второго разрядов // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2015. - № 5/С. - С. 39-45.
14. Назаров И. А. Исследование влияния угла падения лазерного луча и отражающих свойств поверхности на точность измерения расстояний безотражательным электронным тахеометром // Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер. : Политематическая. - 2011. - Вып. 2 (16). -URL : http://vestnik.vgasu.ru/?source=4&articleno=548.
15. Никонов А. В. К вопросу о точности обратной линейно-угловой засечки на малых расстояниях // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск : СГГА, 2013. Т. 1. - С. 93-100.
16. Никонов А. В., Чешева И. Н., Лифашина Г. В. Исследование влияния стабильности положения геодезической основы на точность обратной линейно-угловой засечки // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2014. Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 8-18 апреля 2014 г.). - Новосибирск : СГГА, 2014. Т. 1. - С. 63-70.
17. Создание геодезической основы на территории строительства объектов энергетики / Г. А. Уставич, Г. Г. Китаев, А. В. Никонов, В. Г. Сальников // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2013. - № 4/С. - С. 48-54.
18. Могильный С. Г., Шоломицкий А. А., Фролов И. С. Геодезический мониторинг и выверка металлургического оборудования // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск : СГГА, 2013. Т. 1. - С. 132-143.
19. Никонов А. В., Никонов В. Г. Современные способы определения кренов промышленных дымовых труб // Геодезия и картография. - 2015. - № 4. - С. 13-21.
20. Никонов А. В. Исследование точности измерения расстояний электронными тахеометрами в безотражательном режиме // Вестник СГУГиТ. - 2015. - Вып. 1 (29). - С. 43-53.
Получено 10.11.2015
© В. Г. Демин, А. В. Никонов, Ю. П. Казанков, 2015
