17. Гидростатическое нивелирование. Область применения. Приборы и оборудование.

Гидростатическое нивелирование применяется при монтаже строительных конструкций, в тоннелестроении, выверке технологического оборудования, паровых и гидравлических турбин, при наблюдениях за осадками зданий и сооружений, при передаче высот через большие водные преграды.

Гидростатическое нивелирование основано на принципе сообщающихся сосудов, в которых свободная поверхность жидкости устанавливается на одном уровне (исключая случаи капиллярности) независимо от массы жидкости, её удельного веса и сечения сосудов.

При гидростатическом нивелировании превышение точек определяют непосредственно по мениску жидкости, что даёт возможность избежать ряд ошибок присущих геометрическому нивелированию (инструментальные, влияние рефракции и конвекции).

Из основное уравнение гидростатики запишем:

Р1+h1*ρ1*g = P2+ h2*ρ2*g

Р1=Р2 → h1*ρ1*g = h2*ρ2*g

h1/h2= ρ2/ρ1- закон сообщающихся сосудов

если ρ2 = ρ1, то h1 = h2

Принцип устройства приборов

Исходя из принципа сообщающихся сосудов, гидростатический нивелир должен включать в себя следующие части:

1. Сосуды для отсчёта мениска жидкости;

2. Соединительные шланги (трубы);

3. Устройство для установки на измеренные точки;

4. Устройство для точного отсчитывания уровня жидкости в сосудах;

5. Жидкость, заполняющую шланги и сосуды.

Требования, предъявляемые к сосудам:

а) сосуды на должны создавать условие капиллярности, иметь стёкла для просмотра уровня жидкости, быть одного диаметра, не иметь перегибов и др. дефектов;

б) шланги и сосуды должны герметически соединяться, иметь устройства для перекрытия жидкости во время переноски приборов, для слива и наполнения системы;

в) сосуды д.им. устройства для однообразной установки на измеренные поверхности;

г) поверхности опорных площадок д.б. перпендикулярны к оси сосудов;

д) нивелиры д.им. устройства для отсчитывания;

е) микрометренные устройства должны позволять с высокой точностью фиксировать уровень жидкости.

Измерение превышений гидростатическим нивелиром выполняют в прямом и обратном направлении.

Превышения измеряют при 2х положениях сосудов. Открывают краны сосудов, берут отчеты (П1, З1), затем меняют местами сосуды и снова берут отчеты (З2, П2). Вычисляют превышение м/у точками и место нуля для контроля качества измерений:

Δh = ((П1 – З1) + (П2-З2))/2

МО = ((П2-З2) - (П1-З1))/2

СКО определения превышения на станции гидронивелиром = ошибке отсчета одного из сосудов.

Гидростатическое нивелирование может выполняться с помощью стационарных систем и переносных гидронивелиров.

Стационарные системы применяются для наблюдения за осадками бетонных арочных, конфорстных и каменно-набросных плотин и сложных малодоступных сооружений. Эта система состоит из измерительных сосудов, закреплённых на блоках бетонных сооружений, распределённого подпиточного блока, системы труб, проложенной в теле сооружения, соединительных муфт и тройников.

Более сложная гидросистема смонтирована на Красноярской ГЭС и Сояносушенской ГЭС. Вся система располагается в смотровых потернах и представляет собой систему труб, заполненную до половины диаметра жидкостью. Над трубами установлены осадочные марки. Отстояние марок от уровенной поверхности воды измеряют с помощью переносного микрометра с точностью 0,01мм. Момент контакта щупа с поверхностной жидкостью определяется при загорании неоновой лампой. Точность измерения осадок в любой точке сооружения, относительно поверхности жидкости, составляет около 0,03 мм.

Более широкое применение в практике получили переносные гидростатические нивелиры. В настоящее время разработано более 10 конструкций гидронивелиров.

В зависимости от точности измерения превышений на станции переносные гидронивелиры делятся на 3 класса точности:

1) прецизионные

2)технические средней точности

3)технические малой точности

Прецизионные гидронивелиры снабжены специальными отсчётными приспособлениями. А технические имеют шкалы с мм делениями на стеклянной поверхности сосудов.

К прецизионным гидронивелирам относятся:

• Гидростатический уровень м. 115, который применяется для высокоточной выверки энергетического, металлургического и машиностроительного оборудования;

• Нивелир Мейссера, предназначенный для определения осадков зданий, сооружений и оборудования

• Гидростатический прибор Мартина так же предназначен для определения осадков зданий, сооружений и оборудования

Основные источники ошибок:

1) неточное заполнение системы жидкостью до заранее установленного уровня

2) изменение температуры жидкости внутри гидросистемы

3) ошибки отсчетов по шкалам или микрометрам

4) ошибки за различное атмосферное давление на разных участках системы

5) ошибки установки измерительных трубок на измерительные точки

4) неровность стенок шланга (капиллярность)

5) ошибки от вибрации конструкций