способ градуировки резервуара шарового (сферического) для определения вместимости, соответствующей высоте его наполнения

Формула изобретения

Способ градуировки резервуара шарового (сферического) для определения вместимости, соответствующей высоте его наполнения, включающий определение площадей горизонтальных сечений резервуара шарового (сферического) и посредством расчетных методов определения вместимости резервуара шарового (сферического), отличающийся тем, что выполняют сканирование при помощи наземного лазерного сканера (НЛС) с линейной дискретностью шага сканирования в пределах от 2 до 5 мм, не менее чем с двух сканерных станций и в соответствии с эксплуатационной документацией (ЭД) на прибор выполняют объединение сканов, при этом качество объединения полученных данных контролируют путем выполнения одного из следующих условий:

средняя квадратическая погрешность единицы веса объединения НЛС не должна превышать ±3 мм,

расхождение координат расположения специальных марок не должно превышать ±5 мм,

средняя квадратическая ошибка определения элементов внешнего ориентирования для линейных величин не должна превышать ±2 мм, а для угловых величин -±15", производят построение трехмерной модели внутреннего пространства резервуара шарового (сферического), перпендикулярно отвесной линии в программном обеспечении для обработки данных наземного лазерного сканирования выполняют рассечение трехмерной модели резервуара горизонтальными плоскостями с расстоянием 1 см между ними на g-e количество слоев и вычисляют площадь сечений слоев трехмерной модели резервуара S_j, м² , и площадь сечений внутренних конструкций резервуара , м², затем производят вычисление объема шарового слоя, соответствующего односантиметровому уровню наполнения резервуара, по формулам (1)-(3):



где h₁ - высота первого шарового слоя, равная 0,01 м,



где j - количество шаровых слоев изменятся от 2 до n (определяется путем округления в меньшую сторону до целого числа значения Н_резер/h),

h - высота каждого у-го шарового слоя, равная 0,01 м (1 см),



где h_n+1 - высота (n+1)-го шарового слоя, м, равная h_n+1=Н_резер-(h₁ +h·(n-1)), вместимость резервуара без учета конструкций V^c.резер, м³, вычисляют по формуле:



объем g-го шарового слоя (с учетом конструкций), соответствующий g-му односантиметровому уровню, , м³, вычисляют по формуле:



где - объем g-го шарового слоя, определяемый по формуле (1) для g=1, по формуле (2) для g=j (от 2 до n) и по формуле (3) для g=(n+1), g - количество шаровых слоев изменяется от 1 до (n+1),

- объем внутренних конструкций для каждого g-ого шарового слоя, вместимость резервуара V^резер, м³ , вычисляют по формуле:

Описание изобретения к патенту

Данный способ относится к измерительной технике и может быть использован для определения вместимости и градуировки резервуаров шаровых (сферических).

Известен способ, который заключается в определении площадей горизонтальных сечений поясов резервуара и посредством расчетных методов определении его вместимости. [Патент № (11)2286549. Способ градуировки резервуара для определения вместимости, соответствующей высоте его наполнения. Второв А.Ю., 2005].

Данный способ предполагает предварительную горизонтальную разбивку исходного сечения резервуара путем измерения длины периметра первого пояса резервуара с последующим делением периметра на отрезки. Выполняют вертикальную разбивку исходного сечения резервуара методом технического нивелирования. Вертикальной проекцией точек предварительной горизонтальной разбивки на уровень вертикальной разбивки определяют опорные точки исходного горизонтального сечения резервуара. Электронным тахеометром с функцией измерения расстояний в безотражательном режиме и электронной регистрацией данных осуществляют измерение высот поясов резервуара, наклонных расстояний, горизонтальных и вертикальных углов при координировании точек. С учетом полученных данных определяют пространственные координаты опорных точек на периметрах горизонтальных сечений резервуара. Строят трехмерную математическую модель резервуара. На основе построенной модели с использованием математических методов интерполяции определяют площади горизонтальных сечений проверяемого резервуара, по которым рассчитывают вместимость резервуара.

Недостатком этого способа является то, что он основан на интерполяции между измерениями. В результате чего не учитываются изменения вместимости из-за неровностей стенок резервуара. Кроме того, формулы для вычисления объема для резервуара цилиндрического не подходят к резервуарам шаровым (сферическим).

Задачей предлагаемого изобретения является повышение достоверности и точности градуировки резервуара шарового (сферического) для определения вместимости, соответствующей высоте его наполнения.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе градуировки резервуара шарового (сферического) для определения вместимости, соответствующей высоте его наполнения, выполняется определение площадей горизонтальных сечений резервуара шарового (сферического) и посредством расчетных методов определение вместимости резервуара шарового (сферического), для чего выполняют сканирование при помощи наземного лазерного сканера с линейной дискретностью шага сканирования в пределах от 2 до 5 мм не менее чем с двух сканерных станций и в соответствии с эксплуатационной документацией (ЭД) на прибор, выполняют объединение сканов, при этом качество объединения полученных данных контролируют путем выполнения одного из следующих условий:

- средняя квадратическая погрешность единицы веса объединения НЛС не должна превышать ±3 мм,

- расхождение координат расположения специальных марок не должно превышать ±5 мм,

- средняя квадратическая ошибка определения элементов внешнего ориентирования для линейных величин не должна превышать ±2 мм, а для угловых величин - ±15",

производят построение трехмерной модели внутреннего пространства резервуара шарового (сферического), перпендикулярно отвесной линии в программном обеспечении для обработки данных наземного лазерного сканирования выполняют рассечение трехмерной модели резервуара горизонтальными плоскостями с расстоянием 1 см между ними на g-e количество слоев и вычисляют площадь сечений слоев трехмерной модели резервуара S_j, м², и площадь сечений внутренних конструкций резервуара , м², затем производят вычисление объема шарового слоя, соответствующего односантиметровому уровню наполнения резервуара, по формулам:

где h₁ - высота первого шарового слоя, равная 0,01 м,

где j - количество шаровых слоев, изменятся от 2 до n (определяется путем округления в меньшую сторону до целого числа значения Н_резер/h),

h - высота каждого j-го шарового слоя, равная 0,01 м (1 см),

где h_n+1 - высота (n+1)-го шарового слоя, м, равная h_n+1=Н_резер-(h ₁+h·(n-1)), вместимость резервуара без учета конструкций V^c.резер, м³, вычисляют по формуле:

объем g-го шарового слоя (с учетом конструкций), соответствующий g-му односантиметровому уровню, , м³, вычисляют по формуле:

где - объем g-го шарового слоя, определяемый по формуле (1) для g=1, по формуле (2) для g=j (от 2 до n) и по формуле (3) для g=(n+1),

g - количество шаровых слоев, изменяется от 1 до (n+1),

- объем внутренних конструкций для каждого g-ого шарового слоя, вместимость резервуара V^резер, м³ , вычисляют по формуле:

Способ поясняется чертежами.

На Фиг.1 представлена модель резервуара,

где Н _резер - высота резервуара, Z_max и Z_min - максимальная и минимальная отметки резервуара, V₁ , V₂, V₃, , V_n+1 - вместимости резервуара шарового (сферического), соответствующие высоте его наполнения (h₁, h₂ , h₃, , h_n+1).

Сущность способа заключается в том, что устанавливают внутри резервуара наземный лазерный сканер. Производят сканирование с линейной дискретностью шага в пределах от 2 до 5 мм не менее чем с двух сканерных станций и в соответствии с эксплуатационной документацией (ЭД) на прибор. Подсоединяют полученные сканы, при этом качество объединения полученных данных контролируют путем выполнения одного из следующих условий:

- средняя квадратическая погрешность единицы веса объединения НЛС не должна превышать ±3 мм;

- расхождение координат расположения специальных марок не должно превышать ±5 мм;

- средняя квадратическая ошибка определения элементов внешнего ориентирования для линейных величин не должна превышать ±2 мм, а для угловых величин - ±15".

Строят трехмерную модель внутреннего пространства резервуара шарового (сферического). Выполняют рассечение трехмерной модели резервуара горизонтальными плоскостями с расстоянием 1 см между ними на g-e количество слоев перпендикулярно отвесной линии в программном обеспечении для обработки данных наземного лазерного сканирования. Производят вычисление площади сечений слоев трехмерной модели резервуара S_j, м, и площади сечений внутренних конструкций резервуара , м². Производят вычисление объема шарового слоя, соответствующего односантиметровому уровню наполнения резервуара, по формулам:

где h₁ - высота первого шарового слоя, равная 0,01 м,

где j - количество шаровых слоев, изменятся от 2 до n (определяется путем округления в меньшую сторону до целого числа значения Н_резер/h),

h - высота каждого j-го шарового слоя, равная 0,01 м (1 см),

где h_n+1 - высота (n+1)-го шарового слоя, м, равная h_n+1=Н_резер-(h ₁+h·(n-1)).

Вычисляют вместимость резервуара без учета конструкций V^c.резер, м³, по формуле:

Производят вычисление объема g-го шарового слоя (с учетом конструкций), соответствующего g-му односантиметровому уровню, , м³, по формуле:

где - объем g-го шарового слоя, определяемый по формуле (1) для g=1, по формуле (2) для g=j (от 2 до n) и по формуле (3) для g=(n+1),

g - количество шаровых слоев изменяется от 1 до (n+1),

- объем внутренних конструкций для каждого g-го шарового слоя.

Вместимость резервуара V^резер , м³, вычисляют по формуле:

В настоящее время не существует достоверного геометрического способа определения вместимости резервуара шарового (сферического). Предлагаемый способ позволит проводить калибровку и градуировку резервуаров шаровых (сферических) с относительной погрешностью измерений вместимости резервуара 0,07%.