CN102654777B - 一种蜗壳内温压协调控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蜗壳内温压协调控制系统，它包括温度维持系统、压力控制系统和温压协调系统，中央控制系统包括温度系统控制模块、压力系统控制模块、温度测量输入模块、压力测量输入模块、温压关系输入模块和控制精度输入模块，中央控制系统分别与温度维持系统、压力控制系统、压力传感器、水温测量计和压力保持系统高度自动调节装置连接。本发明采用中央控制系统对蜗壳内的温压进行动态协调，通过自控升降平台快速调节蜗壳内水压力，使蜗壳的膨胀性在施工过程中快速满足设计要求，改善由于单纯的温度调节造成的调节速度慢，不易协调等对施工进度和施工质量造成的影响，为新型蜗壳在保证施工质量前提下施工速度的提升奠定了基础。

Description

一种蜗壳内温压协调控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于水电工程施工领域，具体涉及一种蜗壳内温压协调控制系统及其控制方法。 

背景技术

充水保压蜗壳是一种新型的蜗壳结构形式，在机组低水头运行时，蜗壳单独承受水压力，高水头运行时，由蜗壳与混凝土联合受力。充水保压蜗壳既降低了对蜗壳的强度要求，同时也减少了对厂房的激振力，以避免引起厂房结构破坏，因此长期以来多采用充水保压浇筑混凝土的蜗壳。在美国、加拿大、巴西、西欧，对大中型机组，多采用充水保压蜗壳，值得指出的是西方的单机容量超过500MW机组的水电站，如大古力、古里、伊太普等水电站，无一例外，都采用充水保压蜗壳。此外，高水头、大容量和可逆式抽水蓄能机组，采用充水保压蜗壳居多。

充水保压蜗壳在混凝土浇筑过程中使 蜗壳形成一个密封的压力容器，人工模拟蜗壳在运行水头作用下的机理，利用蜗壳的温度变形和保压水头的膨胀作用，在维持一定内水压力和温度的条件下浇筑外围混凝土，待全部浇完后放水卸压达到在低水头运行时，蜗壳单独承受水压力，高水头运行时，由蜗壳与混凝土联合受力的目的。虽然通过分析计算可给出蜗壳施工过程中温压应满足的有关系曲线，但由于施工条件复杂，施工环境多变,蜗壳内水体温度调节慢，充水保压蜗壳方案在施工过程中会由于温差的影响导致蜗壳膨胀度的偏差,继而蜗壳承压偏离原有设计方案中联合受力的分配。在机组长期的运行中这些偏差产生的影响便会暴露出来，降低了蜗壳的抗疲劳性能，最终导致蜗壳及座环的变形和厂房结构的破坏。因此，如何在施工条件复杂多变的情况下，维持混凝土浇筑过程中蜗壳膨胀度，使浇筑完成后蜗壳承压与设计方案中联合受力的分配保持一致，成为水电站充水保压蜗壳二期混凝土浇筑过程中必须解决的技术问题。 

发明内容

本发明提供一种蜗壳内温压协调控制系统及其控制方法，其利用分析得到的蜗壳温压关系曲线，通过快速调整蜗壳内水压力，维持蜗壳在多变环境中的膨胀度，保障蜗壳正常运行状况下的稳定性。

本实用新型采用的技术方案：

一种蜗壳内温压协调控制系统，它包括温度维持系统、压力控制系统和温压协调系统，温度维持系统包括加热系统和冷却系统，压力控制系统包括加压泵和高位膨胀水箱，温压协调系统包括压力传感器、温度传感器、压力保持系统高度自动调节装置和中央控制系统，高位膨胀水箱设置在压力保持系统高度自动调节装置顶部，中央控制系统包括温度系统控制模块、压力系统控制模块、温度测量输入模块、压力测量输入模块、温压关系输入模块和控制精度输入模块，中央控制系统分别与温度维持系统、压力控制系统、压力传感器、水温测量计和压力保持系统高度自动调节装置连接。

上述加热系统由锅炉、循环泵与蜗壳通过管路循环连接组成；所述冷却系统由制冷器、循环泵与蜗壳通过管路循环连接组成，锅炉和制冷器并列设置。

上述高位膨胀水箱侧面具有进水口和出水口，进水口上连接有进水软管，进水软管另一端连接有供水直管，出水口上连接有出水软管，出水软管另一端连接有排水直管，高位膨胀水箱底端设有水箱底部承压管软管，水箱底部承压管软管另一端连接蜗壳承压水管。

上述进水口由浮子作为开关，所述的出水口为全开式。

一种蜗壳内温压协调控制系统的控制方法，它包括如下步骤：

1）当蜗壳内平均水温低于指定值时，通过中央控制系统向锅炉发出加热指令，同时循环泵开启，直到蜗壳内平均水温满足设计要求，停止加热，循环泵持续开启，均匀蜗壳内水温；当蜗壳内平均水温高于指定值时，通过中央控制系统向制冷器发出冷却指令，同时循环泵开启，直到蜗壳内平均水温满足设计要求，停止冷却，循环泵持续开启，均匀蜗壳内水温；

2）中央控制系统通过水温测量计得到蜗壳内平均水温后，由原先输入温压关系输入模块的温度和水压间的关系得到蜗壳需要的水压，若实际压力与所需要压力差不满足原先输入控制精度输入模块的精度要求，中央控制系统向压力保持系统高度自动调节装置发出指令，抬高或降低压力平台高度，使蜗壳内水压满足要求。

本实用新型取得的技术效果：

1、本发明采用中央控制系统对蜗壳内的温压进行动态协调，通过自控升降平台快速调节蜗壳内水压力，使蜗壳的膨胀性在施工过程中快速满足设计要求，改善由于单纯的温度调节造成的调节速度慢，不易协调等对施工进度和施工质量造成的影响，为新型蜗壳在保证施工质量前提下施工速度的提升奠定了基础。

附图说明

图1为加热系统示意图；

图2为冷却系统示意图；

图3为压力控制系统示意图；

图4为中央控制系统模块组成图。

其中，1-蜗壳；2-闷头；3-排气孔；4-排水孔；5-压力传感器；6-水温测量计；7-循环导管；8-中央控制系统；9-循环泵；10-压力表；11-进水口；12-锅炉；13-压力控制系统；14-温度传感器；15-温度维持系统控制连接线；16-压力控制系统控制连接线；17-蜗壳承压水管；18-压力保持系统高度自动调节装置；19-供水直管；20-进水软管；21-浮子；22-出水软管；23-排水直管；24-水箱底部承压管软管；25-高位膨胀水箱；26-制冷器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

参见图1-4，一种蜗壳内温压协调控制系统，它包括温度维持系统、压力控制系统和温压协调系统，温度维持系统包括加热系统和冷却系统，压力控制系统包括加压泵和高位膨胀水箱25，温压协调系统包括压力传感器5、温度传感器14、压力保持系统高度自动调节装置18和中央控制系统8，高位膨胀水箱设置在压力保持系统高度自动调节装置顶部，中央控制系统包括温度系统控制模块、压力系统控制模块、温度测量输入模块、压力测量输入模块、温压关系输入模块和控制精度输入模块，中央控制系统分别与温度维持系统、压力控制系统、压力传感器、水温测量计和压力保持系统高度自动调节装置连接。

所述加热系统由锅炉12、循环泵9与蜗壳1通过管路循环连接组成；所述冷却系统由制冷器26、循环泵9与蜗壳1通过管路循环连接组成，锅炉和制冷器并列设置。所述高位膨胀水箱侧面具有进水口和出水口，进水口上连接有进水软管20，进水软管另一端连接有供水直管19，出水口上连接有出水软管22，出水软管另一端连接有排水直管23，高位膨胀水箱底端设有水箱底部承压管软管24，水箱底部承压管软管另一端连接蜗壳承压水管17。所述进水口由浮子21作为开关，所述的出水口为全开式。

 一种蜗壳内温压协调控制系统的控制方法，它包括如下步骤：

1）当蜗壳内平均水温低于指定值时，通过中央控制系统向锅炉发出加热指令，同时循环泵开启，直到蜗壳内平均水温满足设计要求，停止加热，循环泵持续开启，均匀蜗壳内水温；当蜗壳内平均水温高于指定值时，通过中央控制系统向制冷器发出冷却指令，同时循环泵开启，直到蜗壳内平均水温满足设计要求，停止冷却，循环泵持续开启，均匀蜗壳内水温；

2）中央控制系统通过水温测量计得到蜗壳内平均水温后，由原先输入温压关系输入模块的温度和水压间的关系得到蜗壳需要的水压，若实际压力与所需要压力差不满足原先输入控制精度输入模块的精度要求，中央控制系统向压力保持系统高度自动调节装置发出指令，抬高或降低压力平台高度，使蜗壳内水压满足要求。

要求在充水保温保压条件下浇筑混凝土，以保证机组低水头运行时，蜗壳单独承受水压力，高水头运行时，由蜗壳与混凝土联合受力。

施工中，在安装好的蜗壳进口端焊接上闷头，在座环内侧安装上试压环，使蜗壳成为一个密封的压力容器，并充水加压使蜗壳产生一定的变形，保持蜗壳一定的内水压力及温度，在这种条件下进行蜗壳外围混凝土的浇筑，在浇筑完最后一个仓的混凝土一个星期后放水泄压，使蜗壳与外围混凝土之间产生一定的间隙。

蜗壳保温保压施工主要顺序为：闷头安装、试压环安装、保温保压装置安装（30天）→保温保压装置系统试验（5天）→蜗壳充水、加压（5天）→加温（4天）→浇筑混凝土→卸压蜗壳排水（3天）→设备拆除（10天）。

依据本发明内容设立了蜗壳充水保压系统（含外循环系统、内循环系统、膨胀水箱、补水箱等），加温、冷却系统以及与之配套的蜗壳水温、水压监测系统、座环、蜗壳变形监测系统、温压协调系统等（有的部件在图中未示出，都是现有技术）。

温度和水压间的关系，其应满足的关系可由计算分析得出，这对本领域技术人员来说可以根据具体工矿具体分析得出。在某一具体工程中，保压水头与水温按如下关系控制： 

当16℃≤t≤22 ℃时，保压水头为70m。

当22℃<t≤25℃时，  保压水头为67.2m。

当25℃<t≤27℃ 时   保压水头为64.40m。

当27℃<t时          保压水头为62.0m.。

蜗壳内平均水温不允许超过32℃。

在温压协调系统的控制下，蜗壳从加压前到压力达70m水头时的压力变形值最大值约3.02mm，最小值约1mm。蜗壳卸压后，蜗壳与混凝土之间的间隙最大值为3.37mm，最小值0.54mm，与蜗壳变监测数据基本一致。在外围混凝土浇筑期间，蜗壳水温基本保持在20±1°C，蜗壳水压稳定在0.7Mpa。 

Claims (5)

1.一种蜗壳内温压协调控制系统，其特征在于：它包括温度维持系统、压力控制系统和温压协调系统，温度维持系统包括加热系统和冷却系统，压力控制系统包括加压泵和高位膨胀水箱（25），温压协调系统包括压力传感器（5）、温度传感器（14）、压力保持系统高度自动调节装置（18）和中央控制系统（8），高位膨胀水箱设置在压力保持系统高度自动调节装置顶部，中央控制系统包括温度系统控制模块、压力系统控制模块、温度测量输入模块、压力测量输入模块、温压关系输入模块和控制精度输入模块，中央控制系统分别与温度维持系统、压力控制系统、压力传感器、水温测量计和压力保持系统高度自动调节装置连接。

2.如权利要求1所述的蜗壳内温压协调控制系统，其特征在于：所述加热系统由锅炉（12）、循环泵（9）与蜗壳（1）通过管路循环连接组成；所述冷却系统由制冷器（26）、循环泵（9）与蜗壳（1）通过管路循环连接组成，锅炉和制冷器并列设置。

3.如权利要求1或2所述的蜗壳内温压协调控制系统，其特征在于：所述高位膨胀水箱侧面具有进水口和出水口，进水口上连接有进水软管（20），进水软管另一端连接有供水直管（19），出水口上连接有出水软管（22），出水软管另一端连接有排水直管（23），高位膨胀水箱底端设有水箱底部承压管软管（24），水箱底部承压管软管另一端连接蜗壳承压水管（17）。

4.如权利要求3所述的蜗壳内温压协调控制系统，其特征在于：所述进水口由浮子（21）作为开关，所述的出水口为全开式。

5.利用权利要求4所述的蜗壳内温压协调控制系统的控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：

1）当蜗壳内平均水温低于指定值时，通过中央控制系统向锅炉发出加热指令，同时循环泵开启，直到蜗壳内平均水温满足设计要求，停止加热，循环泵持续开启，均匀蜗壳内水温；当蜗壳内平均水温高于指定值时，通过中央控制系统向制冷器发出冷却指令，同时循环泵开启，直到蜗壳内平均水温满足设计要求，停止冷却，循环泵持续开启，均匀蜗壳内水温；

2）中央控制系统通过水温测量计得到蜗壳内平均水温后，由原先输入温压关系输入模块的温度和水压间的关系得到蜗壳需要的水压，若实际压力与所需要压力差不满足原先输入控制精度输入模块的精度要求，中央控制系统向压力保持系统高度自动调节装置发出指令，抬高或降低压力平台高度，使蜗壳内水压满足要求。

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