книги из ГПНТБ / Максимов Л.С. Измерение вибрации сооружений справ. пособие

бетона и т. д.). Знание точного местоположения датчика и индивиду­ альных особенностей его установки особенно важно при обработке ре­ зультатов измерения пульсации давления.

Кабельные коммуникации являются весьма ответственным звеном при проведении исследований с аппаратурой, размещаемой в подводных частях гидросооружений.

Рис. 7.4. Колодец для установки вибродатчиков

Рис. 7.5. Сечения кабелей

а — марки КВД-60 2X1,5; б — марки МКВДС 2x1,5; в — марки КСБШ;

Для закладки в бетон могут быть рекомендованы лишь кабели, специально предназначенные для длительного пребывания под повы­ шенным гидростатическим давлением (табл, 7,2, рис. 7.5).

'182

показал, что свинцовая оболочка сама по себе не является надежной

в бетон подводных частей гидросооружений. Согласно измерениям со­ противление уже через 2—3 года снижается до величины порядка не­ скольких килоом, а в неблагоприятных случаях — до нескольких сот ом. Поэтому в случае отсутствия специальных кабелей, рассчитанных на длительное пребывание в воде под давлением, предпочтение должно быть отдано гибким кабелям с резиновой изоляцией в резиновой обот лочке, например, КРПГ **, РШМ, НРШМ, РПШ и им подобным. Стоимость этих кабелей в среднем в два раза ниже стоимости специ­ альных кабелей, указанных в табл. 7.2.

В случае применения кабеля в свинцовой оболочке предпочтитель­ нее бронированный кабель, например КСРБГ. Броня надежно защи­ щает его при монтажных работах и при бетонировании. При исполь­ зовании кабеля в свинцовой оболочке без брони, например СРМ, необходимо принимать специальные меры для предотвращения повреж­ дения свинцовой оболочки, особенно при прокладке кабеля на верти­ кальных участках.

Во всех случаях применения для укладки в бетон кабелей, не пред­ назначенных для длительного пребывания под водой, следует учиты­ вать возможность того, что через некоторое время сопротивление изо­ ляции резко уменьшится вследствие проникновения в кабель воды. Это обстоятельство влияет в значительной мере на выбор типов дат­ чиков: чтобы сопротивление утечки в кабеле не шунтировало прибор, следует использовать, по возможности, низкоомные датчики.

К каждому датчику давления или герметичному контейнеру с не­ сколькими вибродатчиками должен быть проложен отдельный кабель с соответствующим числом жил. Избегают делать разветвления много­ жильного кабеля, так как наличие тройников в местах ветвления уве­ личивает возможность разгерметизации. По той же причине подключе­ ние каждого прибора следует производить одним целым отрезком ка­ беля, избегая его сращивания.

Число жил кабеля определяется типом и конструкцией приборов. Например, для индуктивного датчика давления требуется трех-, четы­ рехили пятижильный кабель, для индукционного вибродатчика без дистанционной регулировки — двухжильный, для индукционного вибро­ датчика с дистанционной регулировкой — шестижильный, для трехком­ понентной установки индукционных вибродатчиков с дистанционной

числа жил в кабеле целесообразно предусмотреть дополнительную жилу в качестве запасной. Она может понадобиться в случае выхода из строя одной из рабочих жил, а также если это потребуется при борьбе с помехами (в некоторых случаях заземление одной из жил неэкранированного кабеля резко снижает наводки).

При назначении сечения жил руководствуются соображением о том, чтобы падение напряжения за счет сопротивления жил было прене­ брежимо мало по сравнению с падением напряжения на датчике и при­

** Ранее выпускался кабель марок ШРПС и ШРПЛ.

183

Для защиты кабелей при монтажных работах и бетонировании они укладываются на горизонтальных поверхностях в канавки или лотки, заливаемые цементным раствором или битумом *. На вертикальных участках кабели прокладывают в стояках, которые делают из труб или сваривают из швеллеров. Размер поперечного сечения стояка на­ значается из расчета, чтобы площадь сечения прокладываемых кабе­ лей не превышала половины площади прохода в стояке. Стояки выво­ дят на 0,5—1 м выше каждого яруса бетонирования и после протяжки кабелей их также заливают цементным раствором или битумом.

Бронированные кабели прокладывают без защитных приспособле­ ний. Предусматривают лишь крепление их на вертикальных участках

Рис. 7.6. Компенсатор в месте пересечения кабелями осадочного шва

а —разрез; б — план; / — неподвижные короба; 2 — подвижный короб; 3 — кабе­ ли; 4 — осадочный шов

к арматуре. В особенности это относится к кабелям с ленточной бро­ ней, например КСРБГ, которые не рассчитаны на восприятие растя­ гивающих усилий. Точки закрепления кабеля располагают по высоте через 3—5 м.

Если кабели пересекают осадочный шов между отдельными час­ тями или секциями сооружения (например, шов между водобойным устройством и секцией водослива), то для предупреждения обрывов кабелей при неравномерной осадке сооружения устраивают специаль­ ные компенсаторы. Хорошо зарекомендовал себя компенсатор, пока­ занный на рис. 7.6. Он представляет собой металлический короб, сва­ ренный из швеллеров и состоящий из трех отрезков. Два крайних от­ резка забетонированы в части сооружения, отделенные друг от друга осадочным швом. Средний отрезок находится в специальной штрабе и вставлен своими концами на небольшую глубину во внутренние по­ лости крайних отрезков. В коробе волнообразно уложены кабели.

При монтаже оба конца кабеля оснащают металлическими бир­ ками с указанием номера гнезда согласно проекту размещения аппара­

При больших напорах (больше 100 м) лотки лучше залить битумом.

186

закладная часть гнезда, и свободно укладывают там с соблюдением требований о минимально допустимом радиусе изгиба данного ка­ беля.

Другой конец кабеля соединяют с коммутаторным щитом, установ­ ленным в помещении КИА. При проектировании проводки кабелей стремятся к возможно большему сокращению длины кабельных комму­ никаций в бетоне. С этой целью концы кабелей выводят в доступные и незатопляемые помещения (потерну, лестничные клетки и пр.). Даль­ нейшая проводка до коммутаторного щита может быть сделана много­ жильным контрольным кабелем КСРБГ. При этом на каждом выхо­ дящем из бетона кабеле сохраняют бирку для возможности проверки

нумерации.

Если прокладка кабеля предусматривается только на период ис­ пытаний (например, динамических испытаний гидротехнических затво­ ров или креплений откосов земляных сооружений), то обычно исполь­ зуют кабель с резиновой изоляцией в резиновой оболочке (КРПГ, РШМ, НРШМ, РПШ и др.). В некоторых случаях применялся также кабель в полихлорвиниловой оболочке (РВШЭ).

Герметичное присоединение кабеля к прибору достигается различ­ ными способами. Кабель в свинцовой оболочке соединяют с металли­ ческим штуцером прибора с помощью свинцовой муфты, заливаемой кабельной мастикой и припаиваемой к штуцеру и к свинцовой обо­ лочке. Для ввода в прибор кабеля в резиновой оболочке применяют сальники с резиновым уплотнением.

Герметичный ввод кабеля в некоторых датчиках обеспечен самой конструкцией прибора (см. рис. 7.3). В этом случае от прибора выведен отрезок кабеля длиной 1 —1,5 ж, и при монтаже требуется лишь герме­ тично соединить его с кабельной линией.

Соединение двух кабелей, имеющих резиновую оболочку, произво­ дится методом горячей вулканизации, описанным в руководстве [247]. Там же даны конструкции переносных вулканизаторов и указаны спо­

большие удобства при проведении испытаний. Здесь концентрируются выводы кабелей от датчиков. В этом помещении на периоды измере­ ний располагают осциллографы и другую необходимую аппаратуру. Тут же при испытаниях выполняют фотообработку осциллограмм. Устройство такого помещения в ряде случаев бывает возможно, если предусмотреть его заранее и вместе со схемой размещения контрольноизмерительной аппаратуры включить в рабочий проект сооружения.

Размеры помещения определяются количеством размещаемой в нем аппаратуры и конструктивными возможностями устройства такого помещения в каждом конкретном сооружении.

Место расположения помещения выбирается из соображений крат­ чайшей длины линий датчик—осциллограф, однако чтобы предотвра­ тить сырость в помещении, не следует располагать его в подводных частях сооружения (для сооружений напорного фронта — на отметках ниже кривой депрессии). Помещение оборудуется электрической про­ водкой —220 в. Кабели, идущие от датчиков, подпаивают к коммута­ торному щиту с разъемами (по одному разъему на каждый кабель), которые маркируют согласно обозначениям, принятым в проекте раз­ мещения аппаратуры. Расположение разъемов на панели щита дол­ жно отвечать требованиям удобства коммутации и наглядности. При­ боры объединяют в группы по их назначению (вибродаттаки, датчики

187

давления, тензометры) и местоположению на сооружении или кон­ струкции (секция сооружения, измерительный створ и т. д.).

ров вместе с подключенными кабелями, установку приборов в гнезда. При использовании вибродатчиков с дистанционной регулировкой де­ лают проверку и убеждаются в четкой работе регуляторов после за­ крепления контейнера с датчиками на сооружении.

Монтажные и демонтажные работы осуществляются наиболее просто на воздухе (например, монтаж аппаратуры на затворах в пе­ риод, когда они извлечены на поверхность, в водосбросных и водопро­ водных галереях, отсасывающих трубах при их осушении, на бетонных частях гидросооружений в периоды понижения уровня бьефа и т. д.).

Монтажные работы усложняются, если кабель подключается к при­ бору «насухо», а затем требуется проложить под водой кабель и ус­ тановить прибор в гнездо. Подводные работы выполняются водолазами в вентилируемом снаряжении или (при глубинах менее 20 м) в аппа­ ратах на сжатом воздухе. Еще более сложны монтажные работы, когда необходимо подключить приборы к находящимся под водой выводам кабелей, заложенных ранее в сооружение. В этом случае водолазы от­ крывают крышку гнезда или колодца, поднимают кабель на поверх­ ность, а после подключения датчика укладывают кабель в гнездо или колодец и закрепляют монтируемый прибор. Соединение кабеля с дат­ чиком или герметичным контейнером производят на борту плавсред­ ства (водолазного бота, лодки), которое должно находиться для этого над соответствующим гнездом. Опыт показывает, что точная установка водолазного бота над гнездом (с отклонением не более двух-трех мет­ ров) всегда сопряжена со значительными трудностями: необходимо­ стью использования двух или трех якорей, которые к тому же трудно закрепить на бетонном дне, дрейфом судна под влиянием течений и ветра и пр. Поэтому подключение приборов к кабелю производят чаще на борту лодки. При такой схеме монтажных работ свободные концы кабеля, оставляемые при строительстве в гнездах, должны иметь до­ статочную длину, равную примерно полутора глубинам воды в пе­ риод, когда предполагается производить монтаж и демонтаж датчиков.

Для подключения электропаяльников, прозвонки кабелей, проверки работоспособности приборов после соединения их с кабелем, определе­ ния полярности приборов и пр. протягиваются временные кабельные

о распределении жил в кабеле, о полярности приборов и другие необ­ ходимые сведения. На случай утери документации рекомендуется эти записи продублировать во втором журнале.

Методика проведения измерений с помощью аппаратуры, смонти­ рованной на сооружении, имеет ряд специфических особенностей.

До начала каждого цикла испытаний необходимо проверить все датчики и выяснить, какие из них находятся в работоспособном со­ стоянии. С учетом этого обстоятельства составляют схемы подключе­ ния датчиков к регистрирующей аппаратуре при испытаниях.

Если в недоступные части сооружения устанавливают вибродат­ чики с дистанционной регулировкой, то при их монтаже подвесную си­ стему обычно кладут на ограничитель, чтобы уменьшить натяжение

188

пружины. Поэтому до начала измерений необходимо с помощью си­ стемы дистанционной регулировки вывести маятники датчиков в ра­ бочую зону. В таком положении они должны находиться до окончания цикла наблюдений. Если при измерениях маятник какого-либо дат­ чика начинает ударяться об ограничитель, то это легко обнаруживается с помощью системы индикации и даже, при некотором опыте, непо­ средственно по экрану осциллографа, после чего немедленно произво­ дят регулировку этого датчика. Опыт работ с подобной аппаратурой показал, что дополнительная регулировка датчиков требуется редко, поскольку температура в контейнере, находящемся под водой, колеб­ лется незначительно. По окончании цикла измерений, перед демонта­ жом регистрирующих устройств маятники датчиков с помощью си­ стемы дистанционной регулировки снова кладут на ограничители.

Опыт показывает, что датчики давления обладают в целом значи­ тельно меньшей «живучестью», чем вибродатчики. Датчики давления чаще всего выходят из строя от ударов твердых тел, что бывает в зоне гидравлического прыжка, при обрушении ветровых волн на от­ кос и в других случаях. Указанное обстоятельство заставляет отдать предпочтение датчикам с небольшими размерами приемной части, по­ скольку в этом случае вероятность удара твердого тела о датчик умень­ шается. При планировании измерений пульсации давления в натурных условиях всегда следует считаться с тем, что время, в течение кото­ рого возможно снятие показаний, может быть существенно ограничено вследствие постепенного выхода из строя датчиков давления.

Как правило, при снятии показаний установленной на сооружении аппаратуры используют значительное число измерительных каналов, что требует применения двух или большего числа осциллографов. Из­ мерения, производимые с помощью смонтированных на сооружении датчиков (вибрации, пульсации давления, деформаций и др.), допол­ няют измерениями вибрации сооружений или конструкций с помощью переносных вибродатчиков, поэтому синхронизируют все регистрирую­ щие устройства (см. § 7.2).

Динамические исследования гидросооружений с помощью аппара­ туры, специально монтируемой на сооружении, трудоемки и дороги. Иногда несколько лет затрачивается только на подготовительные ра­ боты. Поэтому на этапе производства самих измерений перед исследо­ вателями ставится задача получить возможно более полную информа­ цию с помощью созданной сети датчиков. Обычно измерения органи­ зуют в несколько циклов, отделенных друг от друга промежутками времени, в течение которых производят обработку материалов наблю­ дений. Это дает возможность учесть при выполнении последующего цикла отдельные недостатки измерений, которые выявляются в процессе обработки материалов предыдущих циклов.

Исследователь, проводя натурные испытания гидросооружений, всегда ограничен в диапазоне изменения условий и параметров, влияющих на исследуемый процесс. Кроме того, не всегда возможно изменять какой-либо параметр, сохраняя неизменными остальные. Поэтому при выполнении натурных динамических исследований соору­ жений с применением приборов, смонтированных на сооружении, в, це­ лях охвата возможно большего диапазона изменения условий опыта, всегда стремятся проводить испытания, меняя режимы источников виб­ рации по определенной программе, согласованной со службой эксплуа­ тации гидросооружения.

При исследовании водосбросных сооружений изменяют расход, кратковременно открывая ступенями затворы. С точки зрения сопо­ ставления с данными расчетов и модельных исследований наибольший интерес представляет случай равномерного открытия нескольких

189

пролетов водослива (или отверстий водоспуска). Для создания таких условий равномерно открывают пролеты (отверстия) исследуемой и со­ седних секции.

При исследованиях проточного тракта гидроагрегатов меняют от­ крытие направляющего аппарата и угол разворота лопастей (у пово­ ротно-лопастных турбин), выходя за пределы комбинаторной зависимо­ сти. Объектом специальных исследований здесь являются нестационар­ ные режимы.

При исследовании глубинных и поверхностных затворов варьи­ руется величина открытия и скорость движения затвора.

Исследования водопроводных систем шлюзов встречают дополни­ тельные методические трудности, связанные с тем, что относительно продолжительные динамические процессы, возникающие при работе шлюза, имеют нестационарный характер. При исследовании шлюзов меняют величину открытия затворов, скорость их движения и, если возможно, начальный напор.

Повторяя циклы измерений при изменившихся напоре, горизонтах бьефов и пр., получают данные о влиянии этих условий на параметры исследуемых процессов.

Специфичны исследования динамического воздействия волн на гид­ ротехнические сооружения, поскольку ветровое волнение на водохрани­ лище представляет собой неуправляемое человеком явление [124]. Здесь представляет интерес регистрация динамических процессов при высоте волны, превышающей некоторый минимальный уровень, поэтому целе­ сообразна автоматизация измерений.

§7.4. ИЗМЕРЕНИЕ ВИБРАЦИИ РАБОЧИХ МЕСТ

ВПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

С ЦЕЛЬЮ ИХ САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ

Одна из наиболее частых задач, возникающих при эксперимен­ тальном исследовании колебаний сооружения, заключается в решении

то достаточно определить их частоту и амплитуду, что может быть выполнено различными методами с помощью относительно несложных приборов.

Как будет показано ниже (см. § 9.1), если складываются две гар­ монических составляющих с разными частотами, то во многих случаях по осциллографической' кривой легко можно найти их частоты и ам­ плитуды. В более сложных случаях, когда колебания рабочих мест имеют сплошной спектр или являются полигармоническими, поль­ зуются аппаратурой, измеряющей эффективные значения колебательной скорости в октавных полосах в диапазоне частот от 1,4 до 90 гц. Из отечественных образцов наиболее подходящей для таких работ яв­ ляется низкочастотная виброизмерительная аппаратура НВА-1 с дат­ чиками пьезоэлектрического типа и стрелочным индикатором (см. § 9.2).

При измерениях вибраций сооружений с целью их санитарно-ги­ гиенической оценки руководствуются соответствующими нормативными документами [101, 185].

На каждом рабочем месте измеряют вибрации как по вертикаль­ ному, так и по горизонтальным направлениям.

Места установки датчиков должны быть точно нанесены на схему обследуемого объекта, чтобы облегчить сравнение результатов прово­

190

Для определения динамических характеристик (собственных частот, форм и декрементов колебаний) сооружения или его какого-либо эле­ мента прибегают к специальному возбуждению колебаний * следующих видов:

а) гармонических, частота которых меняется в достаточно широком диапазоне. В результате испытаний получают амплитудно- и фазо­ частотные характеристики ** конструкции для каждой исследуемой формы колебаний;

б) собственных, возбуждаемых ударом или начальным смещением. Динамические характеристики конструкции определяются в этом слу­ чае известными методами из полученной записи собственных коле­ баний;

в) вынужденных колебаний в переходном режиме при пуске (ос­ тановке) оборудования или специального возбудителя гармонических колебаний. Результаты испытаний позволяют приближенно определить значения собственных частот.

Специфическим и относительно редким видом испытаний конструк­ ций в действующем сооружении являются испытания на выносливость. Они производятся обычно путем приложения (кроме системы стати­ ческих сил и моментов) гармонической силы или момента фиксирован­ ной частоты и амплитуды с большим числом циклов колебаний. Здесь вопросы испытаний на выносливость не затрагиваются.

Для возбуждения вынужденных гармонических колебаний приме­

ланса) т с круговой частотой ы возникает центробежная сила Р = тга>2, проекции которой на оси X и Z изменяются во времени по гармониче­ скому закону.

Схема направленного двухвального вибратора приведена на рис. 8.1, б. Две равные массы т, кинематически связанные между со­ бой так, что в любой момент времени углы а равны, вращаются в про­ тивоположные стороны. Вследствие этого проекции на ось X центро­ бежных сил равны, но противоположны по направлению, и, следова­

быть приближенно определены из записей их колебаний под воздействием экс­ плуатационной нагрузки.

** Чаще ограничиваются только амплитудно-частотными характеристиками.

*** Отметим, что для динамических испытаний машиностроительных конструк­ ций в последнее время все чаще используются электродинамические силовозбу­ дители (см. работы [35, 216]). В практике натурных испытаний сооружений они пока не нашли применения.

192