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工业设备现状测量中基准建立实例

发表时间：2020/11/9 来源：《基层建设》2020年第21期作者：霍炀

[导读] 摘要：在钢铁企业的大型工业设备在运行过程中的现状测量，测量基准的选择对测量结果的准确性与重复性至关重要，本文简要介绍若干工业设备现状测量中基准选择的实例

        上海源正科技有限责任公司上海 201900
        摘要：在钢铁企业的大型工业设备在运行过程中的现状测量，测量基准的选择对测量结果的准确性与重复性至关重要，本文简要介绍若干工业设备现状测量中基准选择的实例
        关键字：工业设备现状测量测量基准
        1.引言
        钢铁企业中的大型冶金设备具有占地范围大，安装精度要求高，设备运行时间长，停产检修时间短，周边环境复杂等特点。设备运行过程是动态过程设备组件间的几何关系不完全固定。设备体量较大，在运行过程中存在不均匀沉降、结构形变等不可控的问题。
        由于存在以上的诸多问题，设备运行过程中的现状测量已经越来越多的成为冶建测量行业中的一个新兴业务。作者在多年的冶金工业设备现状测量过程中发现，现状测量中的基准点的选择对于测量成果的准确性与可复测性至关重要。
        2.实例
        2.1.线性设备的测量基准建立实例
        2.1.1.设备综述
        线性设备是指能连续运行，具备一致的运行方向，运行方向的线性安装精度要求较高的一类设备。例如轧制生产线，涂镀生产线等。
        主要的测量内容为设备主要运转部件与生产线中心线的正交度及其相互间的平行度。
        2.1.2.设备一般具备的测量条件及测量难点
        2.1.2.1.测量条件
        ●线性设备示意图如图2.1线性设备示意图

        图2.1线性设备示意图
        ●通常情况下，线性设备会在设备安装之前测设若干长、短线方向且连线互相垂直的设备安装基准点（亦称中心标板）。这些中心标板即为该设备的原始测量基准点。
        2.1.2.2.测量难点
        ●中心标板点位于设备间，不具备通视条件。
        ●由于设备已经运行故标板点的直线度、正交度可能已经发生变化。
        ●对于运营时间较长的设备，某些部位的标板点可能缺失或无法辨认。
        2.1.3.测量基准的建立
        2.1.3.1.标板点可以完全确认的情况
        ●经现场踏勘后，若标板点可以完全确认，则建立如图2.2线性设备控制点布置示意图的测量控制

        图2.2线性设备控制点布置示意图
        ●在现场首先布设A、B两点，测量两点间的距离。根据实测距离并假定北方向建立辅助坐标系（坐标系1）。
        ●在辅助坐标系下，测设若干设站点（图中C、D点），并在各设站点对需要的标板进行测量。
        ●利用辅助坐标系坐标反算出生产线两端的两个标板点的距离。根据实测距离并以流水线方向为北方向建立使用坐标系（坐标系2）。
        ●如果在设备中心线上有多个标板，亦可根军最小二乘原理对多个点的直线度进行拟合，最终以拟合后的直线建立使用坐标系（坐标系2）。
        ●对辅助坐标系下的各点的坐标转换至使用坐标系。即完成了该线性设备的测量基准建立。
        ●坐标系间的转换原理：
        坐标系1（X、Y）换算至坐标系2（a，b）公式：

        式中    （x0，y0）    为两坐标系间的平移量
        α       为两坐标系间的旋转角
        （X，Y）    为坐标系1坐标
        （a，b）    为坐标系2坐标
        2.1.3.2.标板点不能完全确认的情况
        ●若现场踏勘后发现有标板点缺失或无法辨认，如图2.3线性设备标板点缺示意图所示

        图2.3线性设备标板点缺示意图
        ●开包入口段入口方向的端点标板缺失，对于这样的情况，可以采取以下办法来建立测量基准
        1）以开包段设备的理论中心位置（设备牌坊中心、运转辊中心等）为该端的依据点建立基准。
        2）以标板和整条生产线上的可以测量的理论中心线位置拟合一条中心线来建立基准。
        3）以标板座的几何中心为该端的依据点建立基准。
        ●依据点确定后的基准建立方法同2.1.3.1.
        2.2.圆形（环形）设备的测量基准建立实例
        2.2.1.设备综述
        圆形（环形）设备是设备外观为正圆的环状或筒状的一类设备。例如干式煤气柜、烧结环冷机等。
        主要的测量内容为设备各部件的圆度、各高度间的同心度。
        2.2.2.设备一般具备的测量条件及测量难点
        2.2.2.1.测量条件
        ●圆形（环形）设备示意图如图2.4圆形（环形）设备示意图

        图2.4圆形（环形）设备示意图
        ●通常情况下，圆形（环形）设备会在在设备安装之前在圆心及若干方向线上连线互相垂直的设备安装基准点（亦称中心标板）。这些中心标板即为该设备的原始测量基准点。
        2.2.2.2.测量难点
        ●绝大多数的圆形（环形）设备的圆心中心标板在安装结束后都会被设备本体所遮盖，造成这一最重要的几何基准点缺失。
        ●多数圆形（环形）设备为钢结构且设置于室外，在现状测量过程中，日照，温度等外界条件对设备本身的影响较大。
        ●多数的圆形（环形）设备会集中设置，所以周边空间都较为狭小，测量控制网点的布设难度较大。
        2.2.3.测量基准的建立
        2.2.3.1.圆心可见的情况
        ●经现场踏勘，若圆心清晰可见，则建立如图2.5 圆心可见圆形（环形）设备控制点布置示意图的测量控制

        图2.5 圆心可见圆形（环形）设备控制点布置示意图
        ●在现场合适的位置设置A、B、C、D四个施工控制点，并精确测量各点间的角度及距离关系。
        ●根据测量结果选择距离最长的两个点，假定其坐标和方向，建立辅助坐标系（坐标系1）。
        ●在辅助坐标系下对圆心及具有几何意义的钢结构柱梁进行测量。
        ●根据整理后的测量结果并结合相关图纸将辅助坐标系转换至圆心和图纸指定方向构成的使用坐标系（坐标系2）。
        ●辅助坐标系（坐标系1）和使用坐标系（坐标系2）的相互转换关系见 2.1.3.1
        2.2.3.2.圆心不可见的情况
        ●若为圆心不可见的设备，如图2.6 圆心不可见圆形（环形）设备控制点布置示意图

        图2.6 圆心不可见圆形（环形）设备控制点布置示意图
        ●建立辅助坐标系的方法同2.2.3.1
        ●在辅助坐标系下对全部具有几何意义的钢结构部件进行测量。
        ●根据测量结果并结合相关图纸，对测量结果进行整理，把理论上在同一个圆周上的点整理在一起。
        ●对同一圆周上的点进行拟合计算，计算出这些点的所在的最或然圆的圆心坐标。
        ●对于只有一个圆的设备，该圆的圆心坐标即为该设备的最终圆心坐标。
        ●对于能得到多个同心圆的设备，将多个同心圆所得得圆心坐标取中数作为该设备的最终圆心坐标。
        ●根据测量和计算结果并结合相关图纸将辅助坐标系转换至圆心和图纸指定方向构成的使用坐标系（坐标系2）。
        ●辅助坐标系（坐标系1）和使用坐标系（坐标系2）的相互转换关系见 2.1.3.1
        2.3.不确定基准设备的测量基准建立实例
        2.3.1.设备综述
        不确定基准设备是指在设备正式运营后，原有的设备安装基准由于设备自身的温度升高或者外界条件的换，造成设备安装基准产生了不可逆的规律性变化。例如：工业焦炉及其附属设备（干熄焦等）。
        2.3.2.设备一般具备的测量条件及测量难点
        2.3.2.1.测量条件
        以焦炉为例，此不确定基准设备示意图如图2.7不确定基准设备（焦炉）示意图

        图2.7不确定基准设备（焦炉）示意图
        2.3.2.2.测量难点
        ●由上图即知，焦炉本体抵抗墙上的设备安装基准点已经产生了规律性变形。
        ●炉顶的高温、设备运转等因素对测量产生不利影响。
        ●两座焦炉的耐材等施工建材不同一，造成两座焦炉的膨胀量亦有所不同。
        2.3.3.测量基准的建立
        ●经现场踏勘，建立如图2.7不确定基准设备（焦炉）控制点布置示意图的测量控制

        图2.7不确定基准设备（焦炉）控制点布置示意图
        ●在现场合适的位置设置K-1~K-9九个施工控制点，精确测量各点及炉顶基准点间的角度及距离关系，组成导线网。
        ●根据测量结果选择距离最长的两个点，假定其坐标和方向，建立辅助坐标系（坐标系1）。
        ●在辅助坐标系下对整个导线网进行平差计算。
        ●根据计算结果将辅助坐标系转换至以炉顶基准点为基准构成的使用坐标系（坐标系2）中。
        ●辅助坐标系（坐标系1）和使用坐标系（坐标系2）的相互转换关系见 2.1.3.1
        2.3.4.关于此不确定基准设备测量基准建立的几点说明
        ●使用坐标系的基准点选择需要根据各基准点的变化情况及设备生产工艺的要求具体情况具体分析。
        ●在本案例中同时建立了另外两套使用坐标系如图2.8 不确定基准设备（焦炉）控制点布置示意图2，目的是为了便于单个炉子的现状的分析。
        ●导线网的各导线点的选择除了方便施测外，同时需要考虑导线边长及站数对整个导线网精度的影响。

        图2.8 不确定基准设备（焦炉）控制点布置示意图2
        3.结束语
        本文通过对多个实际案例的描述对工业设备的现状测量中基准选择的方法进行了详细阐述。测量基准建立的方法多种多样，更多的需要工程技术人员根据工程项目的实际情况具体实施。希望本文对同行有所帮助。
        参考文献：
        [1]樊兆馥.机械安装使用技术手册[M].北京冶金工业出版社
        [2]谷士强.冶金机械安装工程手册[M].北京冶金工业出版社