Измерение крена дымовой трубы транспортабельной котельной установки Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ййI:

УДК 528.482

ИЗМЕРЕНИЕ КРЕНА ДЫМОВОЙ ТРУБЫ _ТРАНСПОРТАБЕЛЬНОЙ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ_

Былин Илья Порфирьевич - доцент, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

Сыч Анна Сергеевна - студент, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, [email protected]

Балык Валентин - студент, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, [email protected]

Аннотация: рассмотрены способы измерения кренов дымовых труб транспортабельных котельных установок. Выбран наиболее подходящий способ для проведения геодезических работ и произведены два цикла измерений с последующими выводами о них.

Ключевые слова: крен, способы измерения крена, дымовая труба, способ горизонтальных углов.

Введение.

настоящее время на территории БГТУ им. В.Г Шухова находится пять транспортабельных котельных установок (ТКУ), при помощи которых получают дешевую тепловую энергию за счет сжигания природного газа. В свою очередь эта энергия используется для теплоснабжения комплекса зданий и сооружений университета.

Согласно «Руководству по эксплуатации промышленных дымовых и вентиляционных труб» наблюдения за вертикальностью ствола и осадками фундаментов труб геодезическими методами в первые два года после сдачи в эксплуатацию должны проводится 2 раза в год, а в дальнейшем один раз в год [1].

Крен является совместной деформацией сооружения башенного типа и его основания. Он представляет собой отклонение вертикальной оси сооружения от отвесного направления. Причины возникновения крена могут быть следующие: неравномерная осадка основания сооружения, из-за особенностей конструкции, неравномерный нагрев стен, ветровое давление, техногенный фактор (например, строительные работы, проводимые поблизости).

Дымовые трубы, независимо от их материала, а также прочие высотные сооружения, должны быть вертикальными в пределах допусков, установленных для этих конструкций. Так, в данном примере, согласно

«Руководству по эксплуатации промышленных дымовых и вентиляционных труб (табл. 4.7)» предельно допустимое значение отклонения от вертикальной оси для металлических труб высотой 30 м составляет 90 мм. [ 1 ] .

Кре н сооружения может быть выражен в линейной, угловой и относительной мере.

Абсолютный крен - это отрезок между проекциями центра подошвы фундамента и положения центра верхнего сечения сооружения на координатную (горизонтальную) плоскость. В угловой мере он определяется остр ым углом между отвесной линией в центр е подошвы фундамента и положением оси сооружения.

Относительным креном называют отношение абсолютного крена сооружения к высоте сооружения [2].

Способы определения крена. К методам опреде л е ния кренов относят следующие: механический, оптический, гидростатиче-ск ий и ст ереофотограмметрический.

Самый распространенный метод при контроле кренов агрегатов и сооружений -оптический. Среди них особое место занимают оптические способы определения кренов сооружений башенного типа, как наиболее часто встречающихся сооружений с продольной вертикальной осью.

К ним относят:

- способ координат;

- способ направлений (горизонтальных углов);

- способ малых углов;

- способ вертикального проектирования;

- способ зенитных расстояний.

К основным средствам измерений в оптическом методе относят тахеометры, теодолиты и приборы вертикального проектирования. Вышеперечисленные способы имеют как положительные, так и отрицательные свойства в плане производства и обработки результатов измерений. Поэтому

описание схемы контроля крена и обработки результатов измерений по каждому способу рассмотрены в дальнейшем совместно.

Способ координат заключается в следующем: одновременно с нескольких пунктов наблюдения прямой угловой засечкой (рис. 1) определяют центр верхнего и нижнего сечений сооружения в принятой системе координат.

Рис. 1. Способ координат: а - схема измерений; б - определение величины и направления крена

Для этого на трех-четырех закрепленных пунктах геодезической основы, созданных методом триангуляции или полигоно-метрии, являющихся при этом пунктами наблюдения, способом круговых приемов измеряют горизонтальные углы между направлениями на один пункт, либо соседние пункты наблюдения и на центры верхнего с и нижнего Ь сечений, выбранных на удаленном друг от друга расстоянии по высоте, с хорошей видимостью со всех пунктов наблюдения (рис. 1, а). За направления на центры указанных сечений принимаются средние из значений направлений на центры соответственно верхних и нижних, близких по высоте непосредственно наблюдавшихся сечений.

Способ применяется к достаточно большим группам сооружений башенного типа, большой высоты, при долговременном активном контроле крена. Недостатками способа являются следующие факторы:

1) необходимость создания плановой исходной основы достаточно высокой точности с обязательной видимостью между пунктами;

2) необходимость высокой сохранности пунктов в течение длительного времени;

3) большой объем вычислительных работ по сравнению с другими способами измерений.

В способе малых углов производят измерения на каждом из трех-четырех пунктов наблюдения малого горизонтального угла между направлениями на центр своего (для данного пункта) наиболее низкого пояса и центр верхнего пояса (рис. 2), а также з енитных расстояний этих направлений. При этом пункты наблюдений могут быть не связаны друг с другом. Начальным направлением при измерении малого угла данным способом считают направление на центр нижнего сечения. Установка ориентирных пунктов не требуется.

Данный способ применяют:

1) при активном контроле по маркам, установленным на стволе сооружения (однако это часто невозможно из-за трудности их установки в процессе эксплуатации сооружения);

2) при летучем контроле сооружений (по точкам ствола сооружения), когда систематические измерения не производились.

Для того чтобы обеспечить контроль наклона сооружения небольшой высоты и обеспечить видимость и доступ к нижней

его части, применяют способ наклонного проектирования. Способ удобен для выверки вертикальности оси сооружения и в процессе строительства.

Рис. 2. Способ малых углов

С каждого из трех пунктов наблюдения проектируют коллимационной плоскостью теодолита при двух кругах на рейку, установленную горизонтально по касательной к выбранному цокольному сечению, перпендикулярно направлению «пункт наблюдения - центр цокольного сечения», центры верхнего с и нижнего, цокольного Ь сечений (рис. 3).

Данный способ проектирования с переменным квадратным или прямоугольным сечением позволяет обнаружить приращение крена между циклами наблюдений, если при этом обеспечивается постоянство установки реек.

Также для сооружений небольшой высоты применяют способ зенитных расстояний. Данный способ предусматривает монтирование четырех кронштейнов на продолжениях двух взаимно перпендикулярных диаметров выбранного цокольного сечения. Кронштейны оснащены устройствами для принудительного центрирования с таким расчетом, чтобы оси вращения теодолитов, которые установлены на двух диаметрально противоположных кронштейнах, находились на одинаковом удалении от поверхности сооружения. Точность способа зависит от точности измерения зенитных расстояний и поэтому в значительной степени ограничивается влиянием вертикальной рефракции и колебаниями изображений

наблюдаемых визирных целей, вызываемыми конвекционными токами воздуха в прилегающем к сооружению слое от солнечного нагрева его поверхности (а при наблюдениях промышленных дымовых труб - и от внутреннего нагрева).

Рис. 3. Способ вертикального проектирования: а - для сооружения с круглым сечением; б - для сооружения с прямоугольным или квадратным сечением

Пр именение способа зенитных расстояний осложняет необходимость специального оборудования сооружения кронштейнами и марками и применением специальных насад о к на инструмент.

Определение составляющих абсолютного крена и его величины в первом цикле, приращение крена в последующих циклах по результатам измерений горизонтальных направлений на центры верхнего среднего и нижнего среднего сечений в первом цикле и на центр только верхнего среднего сечения в последующих циклах (направления образуют прямую засечку) проводят способом направлений (горизонтальных углов) (рис. 4).

Рис. 5. Определение значений частных поперечных кренов qu и qш

Р

Чп 1 =

8&1

Б

Р (1) В этих формулах: и - горизонтальные углы между направлениями на центры верхнего и нижнего средних сечений в пунктах I и II; Sl и S2 - горизонтальные расстояния от пунктов I и II до центра нижнего пояса, которые достаточно определить с точностью 1/2 000.

Величины полных поперечных кренов определяют по формулам (2):

= ч11- н , вц1= Чп1-н

К

К

(2)

Рис. 4. Способ направлений

В первом цикле одновременно на трех-четырех пунктах измеряют горизонтальные углы. Измерения проводят способом круговых приемов между начальным направлением и направлениями на центры верхнего и нижнего поясов (рис. 4). Контролем измерения служит постоянство значений углов.

Способ направлений и способ координат предполагает выполнение единообразной совокупности измерений. Однако, различаются способы процедурой определения крена. По способу направлений сначала необходимо вычислить значения частных поперечных кренов qI1 и дП1 (1), каждое из которых - это смещение в горизонтальной плоскости центра верхнего сечения относительно центра нижнего (рис. 5):

- превышение верхнего сечения над нижним, определенное по зенитным расстояниям.

Абсолютное значение крена вычисляют по его составляющим (3) в первом цикле из первой комбинации засечки (с первой пары пунктов наблюдения):

а = — ^О/1 + О/1 -2• 0!,•О//•ООЗУ, (3)

где угол засечки (4):

Аналогично определяют значение полного крена Ql'' из второй комбинации засечки (рис. 4).

Окончательное значение абсолютного крена есть среднее из двух значений Q1' и Q1" (5) в первом цикле:

01 =

О

1+01

(5)

2

В последующих циклах находят приращения полных поперечных кренов по формулам, аналогичным формулам (1)...(5).

Точность определения (6) составляющих приращения крена из первой комбинации в каждом цикле оценивают по формулам:

Б,, • тг

мао, =

. ' т^2 .

тА0/, =■

(6)

где тр - средняя квадратическая погрешность (СКП) измерения горизонтальных углов.

Среднюю квадратическую погрешность (СКП) приращения полных поперечных кренов из второй комбинации определяют по таким же формулам.

Точность определения приращения (7) полного крена из каждой комбинации можно оценить по формулам:

mr

mQ,=

mQ,, =

p • sin y\

m

V2(S¿ + SV );

(7)

p • sin y2

Затем определяют СКП среднего значения (8) приращения крена в i-м цикле:

m

Ш

=ч 2Ч

2 2 mAQ' + mAQ''

(8)

Оценка точности определения составляющих и величины полного крена в первом цикле выполняется по аналогичным формулам [2].

Измерения крена дымовой трубы ТКУ-4. Способ направлений удобен для систематических наблюдений за приращениями крена.

Он позволяет производить измерения с опорных пунктов, не связанных между собой, что создает более благоприятные условия для выбора направлений измерений и закладки знаков. Однако, как и способ координат, требует закладки и длительной сохранности опорных пунктов для наблюдений и значительного объема вычислений [3].

Анализируя вышеописанные методы и реальные условия наблюдения крена дымовых труб ТКУ был выбран способ горизонтальных углов с двух постоянных опорных знаков, расположенных на взаимно перпендикулярных направлениях по отношению к объекту наблюдения. К преимуществам данного метода можно отнести высокую точ ность и наличие необходимых приборов.

Так в период с 3 по 11 июня 2016 г. был выполнен первый цикл определения крена. Измерения производились электронным тахеометром SOKKIA 630-К (табл.1).

Таблица 1

Определение крена дымовой трубы ТКУ-4 (первый цикл)

С та КЛ, КП Уча- Отсчет по горизонтальному кругу

н ц и я сток трубы левый край правый край Ось трубы

КЛ верх 290°59'18 291°30'13" 291°14'46

1 низ 290°33'16 291°18'30" 290°55'58

КП верх 110°59'17 111°30'08" 111°14'4

низ 110°33'36 111°18'33" 110°56'04

КЛ верх 12°03'25" 12°37'21" 12°20'23"

2 низ 12°00'47" 12°44'00" 12°22'24"

КП верх 192°03'10 192°37'12" 192°20'14

низ 192°00'46 192°44'01" 192°22'24

Угол между верхом и низом трубы,

D, м

k, м

0°18'48

0°18'43

90,87

0°18'38

0,495

0,498

0°02'01

0°02'06

82,00

0°02'10

0,050

Измеренная величина крена явилась недопустимой. Поэтому строительно-монтажной организацией были проведены работы по устранению крена.

В период с 16 по 17 октября 2017 г. был проведен еще один цикл измерений. Измерения остаточного крена выполнялись аналогично предыдущим измерениям. При этом сравнивалось и оценивалось несовпадение осей верхней и нижней части трубы (табл. 2).

Согласно данным приведенным в табл. 2 можно сделать вывод, что в ходе строительных работ крен изменился в меньшую

сторону, и его значение стало в допустимых пределах.

Заключение. Рассмотрев методы измерения кренов, был выбран наиболее рациональный способ и апробирован на примере дымовой металлической трубы транспортабельной котельной установки ТКУ-4 на территории БГТУ им. В.Г. Шухова. По результатам проведения второго цикла из мере н ий видно, что проведенные строительно-монтажные работы проведены качественно, крен уменьшен до предельно допустимого значения.

Таблица 2

Определение крена дымовой трубы ТКУ-4 (второй цикл)

Стан ция Участок трубы Отсчет по горизонтальному кругу Ось трубы Угол между верхом и низом трубы, Aß D, м k, м Ko, м

левый край правый край

1 верх 00O09'25 00O40'35" 25O00' 0°03'15" 91,18 0,086 на юг 0,11

низ 00O00'00 00O43'30" 21O45' 91,17

2 верх 0O07'15" 00O40'45" 24O00' 0°02'38" 82,01 0,069 на запад

низ 00O00'00 42O44'00" 21O22' 81,92

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. СП 13-101-99 «Правила надзора, обследования, проведения технического обслуживания и ремонта промышленных дымовых и вентиляционных труб». М.: Госстрой России, 1999. 22 с.

2. Руководство по определению кренов инженерных сооружений башенного типа геодезическими методами. URL : http:// files.stroyinf.ru/

Data2/1/4293782/4293782898.pdf (дата обращения 15.12.2018).

3. Авакян В.В. Прикладная геодезия: технологии инженерно-геодезических работ. М.: Амалданик, 2012. 330 с.

REFERENCES

1. SP 13 -101 -99 «Pravila nadzora, obsledovaniya, provedeniya tekhnicheskogo obsluzhivaniya i remonta promyshlennyh dymovyh i ventilyacionnyh trub». M.: Gos stroj Rossii, 1999. 22 s.

2. Rukovodstvo po opredeleniyu krenov inzhenernyh sooruzhenij bashennogo tipa ge-odezicheskimi metodami. URL : http:// files.stroyinf.ru/

Data2/1/4293782/4293782898.pdf (data

obrashcheniya 15.12.2018).

3. Avakyan V.V. Prikladnaya geodeziya: tekhnologii inzhenerno-geodezicheskih rabot. M.: Amaldanik, 2012. 330 s.

MEASUREMENT OF THE ROLL OF THE CHIMNEY TRANSPORTABLE BOILER INSTALLATION

Bylin ¡.P., Sych A.S., Balyk V.

Annotation: methods for measuring the rolls of chimneys of transportable boiler installations are considered. The most suitable method for surveying has been selected and two measurement cycles have been carried out with subsequent conclusions about them.

Key words: roll, methods of measuring roll, chimney, horizontal angle method.

© Былин И.П., Сыч А.С., Балык В., 2018

Былин И.П., Сыч А.С., Балык В. Измерение крена дымовой трубы транспортабельной котельной установки //Вектор ГеоНаук. 2018. Т.1. №4. С. 36-41.

Bylin I.P., Sych A.S., Balyk V., 2018. Measurement of the roll of the chimney transportable boiler installation. Vector of Geosciences. 1(4): 36-41.