Устройство для определения вертикальных деформаций гидротехнических сооружений Российский патент 2024 года по МПК E02B1/00 E02D35/00 

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, а именно к определению вертикальных деформаций гидротехнических сооружений.

Известен способ определения вертикальных деформаций грунтового массива, насыщенного покоящейся водой, заключающийся в одновременном определении положения уровня грунтовых вод в грунтовом массиве, регистрации давления грунтовой воды при помощи заложенных при строительстве в тело грунтового массива датчиков для дистанционного измерения давления воды, используемых в качестве осадочных марок, и в вычислении высотного положения датчиков давления (марок) как разности между высотным положением уровня грунтовых вод в массиве и пьезометрических напоров грунтовой воды в местах установки датчиков давления (марок) [1].

Возможность определения деформации грунтового массива вне зоны насыщения его водой при таком способе отсутствует.

Известно устройство для гидростатического нивелирования, заполненное своей собственной жидкостью, основным рабочим органом которого является оснащенный чувствительным элементом для измерения давления жидкости напорный сосуд, гидравлически сообщающийся по шлангу с исходной гидроемкостью [2].

Данное устройство [2] при его использовании для стационарных наблюдений за вертикальными деформациями сооружений будет иметь следующие недостатки:

- неравномерные по длине гидролинии сезонные и суточные колебания температуры ее жидкости снижают точность измерений;

- на сооружениях большой протяженности при использовании нескольких гидравлически независимых друг от друга устройств [2] необходимо периодически определять взаимное высотное положение всех их исходных гидроемкостей, что увеличивает трудоемкость и снижает точность измерений;

- при установке напорного сосуда выше исходной гидроемкости его превышение ограничивается 2,0-3,0 метрами, что из-за необходимости установки исходной гидроемкости за пределами зоны влияния нагрузок от водоема и от грунтового массива усложняет применение такого устройства для контроля деформаций сооружений высотой более 3,0 м.

Известно устройство для определения вертикальных деформаций грунтового массива, заполненное своей собственной жидкостью, характеризующееся наличием гидравлической системы, включающей заложенные в грунтовый массив и используемые в качестве осадочных марок напорные сосуды, в полость которых установлены чувствительные элементы для дистанционного измерения давления жидкости, выполненную в виде пьезометрической камеры исходную гидроемкость, оснащенную дистанционным уровнемером и возвышающуюся над напорными сосудами, и гидролинию, гидравлически сообщающую исходную гидроемкость с напорными сосудами и имеющую отвод, выведенный из грунтового массива для обеспечения периодической замены жидкости с целью выравнивания ее температуры и последующей калибровки устройства [3].

Такое устройство, предназначенное для стационарных наблюдений за вертикальными деформациями сооружений наиболее близко к предлагаемому устройству, но имеет следующие недостатки:

- на сооружениях, имеющих большую протяженность, при увеличении длины гидролинии замена жидкости в устройстве и последующая его калибровка усложняются, точность измерений снижается.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении возможности гидростатического нивелирования сооружений, расположенных по всей их длине рядом с заполненным покоящейся жидкостью водоемом. Достигаемый при этом технический результат заключается в обеспечении контроля состояния сооружения с использованием простого и надежного устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения вертикальных деформаций гидротехнических сооружений, включающее используемый в качестве осадочной марки, заполненный жидкостью напорный сосуд, оснащенный чувствительным элементом для дистанционного измерения давления жидкости в его полости, и сообщающуюся с напорным сосудом посредством гидролинии исходную гидроемкость, относительно давления жидкости в которой определяется высотное положение напорного сосуда, согласно изобретению, при условии наличия рядом водоема, заполненного покоящейся жидкостью, в качестве исходной гидроемкости используется этот водоем, а сообщающийся с водоемом через гидролинию напорный сосуд заполнен жидкостью из водоема и размещен выше высотного положения уровня жидкости в водоеме с созданием вакуумметрического давления жидкости в его полости, при измерении которого высотное положение напорного сосуда вычисляется как сумма высотного положения определяемого на водомерном посту уровня жидкости в водоеме и вакуумметрической высоты жидкости в устройстве.

Дополнительно:

- напорный сосуд оснащен запорной арматурой для отвода воздуха и пара;

- устройство оснащено насосом для его заполнения жидкостью из водоема;

- устройство оснащено датчиком контроля уровня жидкости в напорном сосуде;

- устройство оснащено датчиками для измерения температуры жидкости на входе в гидролинию и в напорном сосуде.

Изобретение поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 изображены оснащенная устройствами для определения вертикальных деформаций дамба (условно показано только одно устройство), водоем и водомерный пост.

Установленные на дамбу 1 независимые друг от друга устройства для определения вертикальных деформаций 2 в качестве основных элементов включают: используемый в качестве осадочной марки напорный сосуд 3, оснащенный в его полости датчиком, обеспечивающим измерение вакуумметрического давления жидкости, электроконтактным датчиком уровня жидкости и датчиком для определения температуры жидкости (условно не показаны), а также гидролинию 4, оснащенную в ее начале фильтром жидкости 5 и датчиком для определения температуры жидкости (условно не показан), опущенными в водоем 6. К напорному сосуду 3 подключен обратный клапан 7, используемый для отвода из устройства 2 воздуха и пара.

Для проведения измерений устройство 2 заполняется жидкостью из водоема 6 при помощи жидкостного вакуум-насоса 8. Вакуумметрическое давление жидкости в напорном сосуде 3 создается сразу же после прекращения поступления жидкости при автоматическом закрытии обратного клапана 7.

Вместо вакуум-насоса 8 в устройстве 2 может быть использован погружной насос, установленный совместно с фильтром жидкости 5.

Из-за разряжения в устройстве 2 происходит выделение из жидкости растворенного воздуха и пара. Поэтому при снижении уровня жидкости в полости напорного сосуда 3 ниже высотного положения его электроконтактного датчика уровня перед выполнением измерения производится подкачка жидкости в устройство 2 из водоема 6. При возникновении в устройстве 2 перепада температуры, влияющего на точность измерений, при помощи вакуум-насоса 8 производится замена всей жидкости в устройстве 2 свежей жидкостью из водоема 6.

Измерения выполняются при положительных температурах наружного воздуха и при отсутствии в водоеме 6 ветрового волнения и ветровых сгонно-нагонных явлений.

Как стационарное устройство 2 используется при наличии автоматизированного вакуум-насоса 8. Как переносное устройство 2 может быть использовано и без вакуум-насоса, при отсутствии которого перед измерением заполнение устройства 2 жидкостью выполняется путем погружения его в водоем 6.

Высотное положение напорного сосуда 3 при одновременном измерении уровня жидкости в водоеме 6 на автоматизированном водомерном посту 9, вакуумметрического давления жидкости в полости напорного сосуда 3 и температуры жидкости в устройстве определяется по зависимости:

где: ∇M -высотное положение напорного сосуда, м;

∇УВ - высотное положение уровня жидкости в водоеме, м;

- вакуумметрическое давление жидкости в напорном сосуде (отрицательное число), т/м²;

γ - плотность жидкости в устройстве, определяемая по зависимости плотности жидкости от ее температуры, т/м³.

Сигналы от датчиков давления, датчиков уровня и датчиков температуры на пульт управления передаются по каналам радиосвязи 10.

Высота установки напорного сосуда 3 над уровнем жидкости в водоеме 6 ограничивается вакуумметрической высотой всасывания вакуум-насоса 8, которая может быть принята равной 5,0-6,0 м. Что при условии наличия заполненного покоящейся жидкостью водоема достаточно для использования предлагаемого устройства 2 при автоматизированном контроле вертикальных деформаций всех основных типов гидротехнических сооружений и береговых склонов вне зависимости от их полной высоты, протяженности и удаления от места расположения водомерного поста 9.

При этом достижение технического результата, заключающегося в обеспечении контроля состояния сооружений с использованием простого и надежного устройства, наиболее полно обеспечивается при взаимосвязанном выполнении всех существенных признаков заявляемого устройства.

Кроме этого, следует отметить простоту и доступность известных средств и методов, воплощающих изобретение, и их очевидную способность обеспечить получение указанного технического результата. Все это указывает на соответствие заявляемого изобретения условию патентования «промышленная применимость».

Использованные источники

1. Авторское свидетельство СССР №1778213, кл. Е02В 1/00, опубл. 30.11.92.

2. Инструкция по эксплуатации NIVCOMP™ / Dietzsch & Rothe MSR-Technik OHG, www.dirotec.com. Maniml_niv0908_RUS.pdf

3. Патент Российской Федерации №2377364, кл. Е02В 1/00 (2006.01), E02D 35/00 (2006.01), опубл. 10.06.2013.

Обозначения

1 - дамба

2 - устройство для определения вертикальных деформаций

3 - напорный сосуд

4 - гидролиния

5 - фильтр жидкости

6 - водоем

7 - обратный клапан

8 - вакуум-насос

9 - водомерный пост

10 - передача сигнала по каналам радиосвязи.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при определении вертикальных деформаций гидротехнических сооружений, расположенных у водоема, заполненного покоящейся жидкостью. Устройство, заполненное жидкостью из водоема, включает используемый в качестве осадочной марки напорный сосуд, оснащенный чувствительным элементом для дистанционного измерения вакуумметрического давления жидкости в его полости, и гидролинию, сообщающую напорный сосуд с водоемом. Напорный сосуд установлен на сооружении выше высотного положения уровня жидкости в этом водоеме и заполнен жидкостью из водоема с созданием в нем вакуумметрического давления жидкости. Высотное положение напорного сосуда вычисляется как сумма высотного положения уровня жидкости в водоеме, определяемого на водомерном посту, и вакуумметрической высоты жидкости в устройстве. Технический результат изобретения заключается в обеспечении контроля состояния сооружения с использованием простого и надежного устройства. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для определения вертикальных деформаций гидротехнических сооружений, включающее используемый в качестве осадочной марки заполненный жидкостью напорный сосуд, оснащенный чувствительным элементом для дистанционного измерения давления жидкости в его полости, и сообщающуюся с напорным сосудом посредством гидролинии исходную гидроемкость, относительно давления жидкости в которой определяется высотное положение напорного сосуда, отличающееся тем, что при условии наличия рядом водоема, заполненного покоящейся жидкостью, в качестве исходной гидроемкости используется этот водоем, а сообщающийся с водоемом через гидролинию напорный сосуд заполнен жидкостью из водоема и размещен выше высотного положения уровня жидкости в водоеме с созданием вакуумметрического давления жидкости в его полости, при измерении которого высотное положение напорного сосуда вычисляется как сумма высотного положения, определяемого на водомерном посту уровня жидкости в водоеме, и вакуумметрической высоты жидкости в устройстве.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что напорный сосуд оснащен запорной арматурой для отвода воздуха и пара.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно оснащено насосом для его заполнения жидкостью из водоема.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что оно оснащено датчиком контроля уровня жидкости в напорном сосуде.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что оно оснащено датчиками для измерения температуры жидкости на входе в гидролинию и в напорном сосуде.