Устройство для определения вертикальных деформаций гидротехнических сооружений Российский патент 2024 года по МПК E02B1/00 G01L19/08 

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, исходная гидроемкость выполнена с герметичной податливой оболочкой, погружена в заполненный покоящейся жидкостью водоем и снабжена чувствительным элементом для измерения давления жидкости водоема на ее оболочку, а напорный сосуд размещен выше высотного положения уровня жидкости в водоеме с созданием вакуумметрического давления жидкости в его полости, при измерении которого высотное положение напорного сосуда определяется по зависимости:

,

где: - высотное положение напорного сосуда, м;

- высотное положение уровня жидкости в водоеме, м;

- давление жидкости в водоеме на гидроемкость с герметичной податливой оболочкой, т/м²;

- вакуумметрическое давление жидкости в напорном сосуде, т/м²;

- плотность жидкости в водоеме, т/м³;

- плотность жидкости в устройстве, т/м³.

Кроме того:

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

- устройство оснащено насосом для пополнения напорного сосуда жидкостью из гидроемкости с герметичной податливой оболочкой;

- устройство оснащено датчиком контроля уровня жидкости в напорном сосуде;

- устройство оснащено датчиками для измерения температуры жидкости в водоеме, в герметичной податливой оболочке гидроемкости и в напорном сосуде;

- устройство оснащено циркуляционным насосом и кольцевой гидролинией, сообщающей напорный сосуд и гидроемкость с герметичной податливой оболочкой.

Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 изображены оснащенная устройствами для определения вертикальных деформаций дамба (условно показано только одно устройство), водоем и водомерный пост; на фиг. 2 представлена принципиальная гидравлическая схема устройства; на фиг. 3 представлена принципиальная гидравлическая схема устройства для автоматизированных наблюдений.

Установленные на дамбу 1 независимые друг от друга устройства для определения вертикальных деформаций 2, заполненные гидравлической жидкостью, в качестве основных элементов включают: используемый в качестве осадочной марки напорный сосуд 3, гидроемкость с герметичной податливой оболочкой 4 и сообщающую их гидролинию 5. Напорный сосуд 3 оснащен обратным клапаном 6. В полости напорного сосуда 3 установлены чувствительный элемент для измерения вакуумметрического давления жидкости, электроконтактный датчик уровня жидкости и датчик для определения ее температуры (условно не показаны). Гидроемкость с герметичной податливой оболочкой 4 снаружи оснащена чувствительным элементом для измерения давления жидкости водоема 7 на ее оболочку и датчиками для определения температуры жидкости в водоеме 7 и внутри ее оболочки (датчик давления и датчики температуры условно не показаны).

Вакуумметрическое давление жидкости в устройстве 2 создается при размещении напорного сосуда 3 выше высотного положения гидроемкости с герметичной податливой оболочкой 4, погруженной в водоеме 7.

Высотное положение напорного сосуда 3 при одновременном измерении на автоматизированном водомерном посту 8 уровня жидкости в водоеме 7, вакуумметрического давления жидкости в напорном сосуде 3, давления жидкости в водоеме 7 на гидроемкость с герметичной податливой оболочкой 4 и температуры жидкости в водоеме 7 и в устройстве 2 определяется по зависимости:

,

где: - высотное положение напорного сосуда, м;

- высотное положение уровня жидкости в водоеме, м;

- давление жидкости в водоеме на гидроемкость с герметичной податливой оболочкой, т/м²;

- вакуумметрическое давление жидкости в напорном сосуде, т/м²;

- плотность жидкости в водоеме, определенная по зависимости плотности жидкости от ее температуры, т/м³;

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

Так как при вакуумметрическом давлении в устройстве происходит выделение из жидкости растворенного воздуха и пара, в случае снижения уровня жидкости в полости напорного сосуда 3 ниже высотного положения его электроконтактного датчика уровня перед очередным измерением выполняется подкачка гидравлической жидкости в напорный сосуд 3 из гидроемкости с герметичной податливой оболочкой 4. Подкачка может быть выполнена или при помощи подключенного к обратному клапану 6 вакуум-насоса 9, или насосом, подключенным непосредственно к гидроемкости с герметичной податливой оболочкой 4 (условно не показан), или путем подъема гидроемкости с герметичной податливой оболочкой 4 из водоема 7 и сдавливания ее оболочки руками до завершения выхода воздуха и пара через обратный клапан 6.

При возникновении в устройстве 2 перепада температуры, влияющего на точность определения высотного положения напорного сосуда 3, производится подъем гидроемкости с герметичной податливой оболочкой 4 из водоема 7 с ее выдерживанием на воздухе до выравнивания температуры жидкости в устройстве 2.

Для возможности полной автоматизации измерений устройство оснащается циркуляционным вакуум-насосом 10, кольцевой гидролинией 11 и автоматизированными задвижками 12 и 13, которые при снижении уровня жидкости в напорном сосуде 3 ниже его электроконтактного датчика уровня после включения циркуляционного вакуум-насоса 10 и открытии задвижки 12 при закрытой задвижке 13 обеспечивают отвод воздуха и пара из напорного сосуда 3 наружу, а при появлении в устройстве перепада температуры жидкости, влияющей на точность измерений, после включения циркуляционного вакуум-насоса 10 и открытия задвижки 13 при закрытой задвижке 12 - циркуляцию жидкости в устройстве до выравнивания ее температуры по длине кольцевой гидролинии 11.

Для возможности использования устройства 2 в зимний период оно заполняется незамерзающей жидкостью. В летний период измерения для исключения ошибок выполняются при отсутствии ветрового волнения и ветровых сгонно-нагонных явлений.

Сигналы от датчиков давления, датчиков уровня и датчиков температуры на пульт управления передаются по каналам радиосвязи 14.

Высота установки напорного сосуда 3 над уровнем жидкости в водоеме 7 ограничивается вакуумметрической высотой всасывания вакуум-насоса 9 (10), которая может быть принята равной 5,0-6,0 м. Что достаточно для использования предлагаемого устройства 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.

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. Manual_niv0908_RUS.pdf

3. Патент Российской Федерации №2377364, кл. E02B 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 -гидроемкость с герметичной податливой оболочкой

5 - гидролиния

6 - обратный клапан

7 - водоем

8 - водомерный пост

9 - вакуум-насос

10 - циркуляционный вакуум-насос

11 - кольцевая гидролиния

12, 13 - автоматизированные задвижки

14 - 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 включает заполненные гидравлической жидкостью, сообщающиеся между собой по гидролинии напорный сосуд, используемый в качестве осадочной марки, оснащенный чувствительным элементом для дистанционного измерения вакуумметрического давления жидкости в его полости, и гидроемкость с герметичной податливой оболочкой, погруженную в водоем, оснащенную чувствительным элементом для дистанционного измерения внешнего давления жидкости на ее оболочку. Напорный сосуд размещается выше высотного положения уровня жидкости в водоеме с созданием вакуумметрического давления жидкости в его полости. Высотное положение напорного сосуда при этом вычисляется по зависимости. Технический результат - обеспечение контроля состояния сооружения с использованием простого и надежного устройства. 5 з.п. ф-лы, 3 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 исходная гидроемкость выполнена с герметичной податливой оболочкой, погружена в заполненный покоящейся жидкостью водоем и снабжена чувствительным элементом для измерения давления жидкости водоема на ее оболочку, а напорный сосуд размещен выше высотного положения уровня жидкости в водоеме с созданием вакуумметрического давления жидкости в его полости, при измерении которого высотное положение напорного сосуда определяется по зависимости:

,

где: - высотное положение напорного сосуда, м;

- высотное положение уровня жидкости в водоеме, м;

- давление жидкости в водоеме на гидроемкость с герметичной податливой оболочкой, т/м²;

- вакуумметрическое давление жидкости в напорном сосуде, т/м²;

- плотность жидкости в водоеме, определенная по зависимости плотности жидкости от ее температуры, т/м³;

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

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 пополнения напорного сосуда жидкостью из гидроемкости с герметичной податливой оболочкой.

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 в водоеме, в герметичной податливой оболочке гидроемкости и в напорном сосуде.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что оно оснащено циркуляционным насосом и кольцевой гидролинией, сообщающей напорный сосуд и гидроемкость с герметичной податливой оболочкой.