CN102797244A - 用于水轮机蜗壳混凝土浇筑过程中的保温保压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水轮机蜗壳混凝土浇筑过程中的保温保压系统，包括形成并维持蜗壳内达到规定压力的压力控制装置和通过控制向系统内补充冷水的量来实现对系统水温控制的温度控制装置。通过两台由变频器控制运行的管道加压泵，一个持压阀，一个高位水箱、两台补水泵及一个温度变送器控制。由变频器控制运行的管道加压泵、持压阀及高位水箱用于形成并维持系统所需要的压力；高位水箱、补水泵及温度变送器用于维持系统的水温。本方法系统组成简单，便于操作实施。采用了本发明的保温保压系统可明显降低施工成本，并减小施工的难度。

Description

用于水轮机蜗壳混凝土浇筑过程中的保温保压系统

技术领域

本发明涉及一种用于混凝土浇筑的保温保压系统，尤其是在高水头电站中用于水轮机蜗壳混凝土浇筑过程中的保温保压系统。

背景技术

随着技术的进步，越来越多的高水头电站甚至百米以下水头的大型电站，在水轮机蜗壳的混凝土设计中采用了蜗壳与混凝土联合承载的设计思路。由于外包混凝土分担了内水压力，降低了设备自身的实际应力，不仅可以增加设备的安全系数，也可以降低设备的交替变化荷载，从而延长机组的寿命。目前此设计已经被证实对机组的运行是有利的。

近年来，随着研究的深入，温度在保压浇筑中的影响也逐渐被重视起来。由于混凝土在浇筑后的凝结过程中会释放大量的热，如果不加以控制，释放出的热量会影响蜗壳的应力分布，另外会使蜗壳的温度变化时同时产生变形，从而影响其安装精度，进而影响其运行效率及寿命。

国内大型水电站如锦屏二级，在蜗壳浇筑中采取了保压并控制混凝土温度的做法。但其温度控制仅仅是采取控制混凝土入仓温度以及在混凝土中埋设冷却水管的措施。这样的措施不能对真正的目标-蜗壳采取有效的控制，只是采取一定措施，尽到了控制温度的努力，不能保证目标温度的实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实用、有效的用于水轮机蜗壳混凝土浇筑过程中的保温保压系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于水轮机蜗壳混凝土浇筑过程中的保温保压系统，包括形成并维持蜗壳内达到规定压力的压力控制装置和通过控制向系统内补充冷水的量来实现对系统水温控制的温度控制装置。

所述压力控制装置包括变频器控制的管道加压泵、持压阀和高位水箱，所述温度控制装置包括与压力控制装置共用的高位水箱、补水泵和温度变送器，蜗壳进出水口均用临时封板封闭，使之成为一个密闭空腔，在蜗壳内有一根冷却水管从进水口沿蜗壳中心布置引至最远的出水口的末端，位于高位水箱下部的水箱出水管接至管道加压泵进口侧，管道加压泵出口侧通过进水管连接到密闭的蜗壳的进水口，位于水箱下部的水箱回水管与位于密闭的蜗壳的进水口的出水管之间依次连接温度变送器和持压阀，所述监测从蜗壳出来的冷却水的温度的温度变送器设置在持压阀的出水管路上，在高位水箱的上部设置有高位水箱溢流管和连通补水泵的高位水箱补水管。

所述冷却水管与蜗壳的进水管连接或蜗壳的出水管连接。

所述高位水箱设有当水箱内水位降低时发出报警信号并同时启动补水泵及时补入水的水位计。

在加压泵的出口设有根据压力信号来控制管道加压泵频率的压力变送器。

所述补水泵和管道加压泵分别为两台，一台工作，一台备用。

所述高位水箱的底高程高于水轮机蜗壳的最高点，最低高程差大于1m；高位水箱的容量不小于水轮机蜗壳体积的5%。

所述持压阀选用弹簧微启式结构。

所述补水泵选用潜水泵，布置在尾水河道内。

本发明的有益效果是：本发明的保温保压系统，简单实用，施工成本低。适用于在中高水头的水轮机蜗壳混凝土浇筑时的保温保压控制，可以提高设备的安装精度，并延长机组的寿命。

附图说明

图1为本发明的用于水轮机蜗壳混凝土浇筑过程中的保温保压系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图1所示，本发明的用于水轮机蜗壳混凝土浇筑过程中的保温保压系统，包括形成并维持蜗壳15内达到规定压力的压力控制装置和通过控制向系统内补充冷水的量来实现对系统水温控制的温度控制装置。

所述压力控制装置包括变频器控制的管道加压泵1、持压阀2和高位水箱3，所述温度控制装置包括与压力控制装置共用的高位水箱3、补水泵4和温度变送器5，蜗壳15进出水口均用临时封板封闭，使之成为一个密闭空腔，在蜗壳内有一根冷却水管9从进水口16沿蜗壳中心布置引至最远的出水口17的末端，位于高位水箱3下部的水箱出水管10接至管道加压泵1进口侧，管道加压泵1出口侧通过进水管12连接到密闭的蜗壳15的进水口16，位于水箱下部的水箱回水管11与位于密闭的蜗壳的进水口16的出水管13之间依次连接温度变送器5和持压阀2，所述监测从蜗壳出来的冷却水的温度的温度变送器5设置在持压阀2的出水管路上，在高位水箱3的上部设置有高位水箱溢流管8和连通补水泵4的高位水箱补水管14。

所述冷却水管9与蜗壳的进水管12连接或蜗壳的出水管13连接。

所述高位水箱3设有当水箱内水位降低时发出报警信号并同时启动补水泵4及时补入水的水位计7。

在加压泵1的出口设有根据压力信号来控制管道加压泵1频率的压力变送器6。

所述补水泵4和管道加压泵1分别为两台，一台工作，一台备用。

所述高位水箱3的底高程高于水轮机蜗壳的最高点，最低高程差大于1m；高位水箱3的容量不小于水轮机蜗壳体积的5%。

所述持压阀2选用弹簧微启式结构。所述持压阀2的设置应使水压在低于规定的保压压力下限时关闭，在压力逐渐升高时，持压阀逐渐开启；待达到额定压力时，其通过的流量应接近管道加压泵1的工作点流量。

所述补水泵4选用潜水泵，布置在尾水河道内。

下面对本发明进行详细说明：

本发明由两个相对独立而又紧密联系的系统分别实现对压力和温度的控制。压力控制系统可以实现蜗壳内维持规定的压力，且使水保持流动。温度控制系统可以将系统水温维持在一定的范围内，从而保证蜗壳的温度相对稳定。

所述压力控制系统包括两台由变频器控制的管道加压泵1、一个持压阀2及一个高位水箱3等。所述高位水箱3的布置需高于蜗壳15一定高度，作为整个压力控制系统的缓冲水箱。所述高位水箱3的出水管接至管道加压泵进口侧，将蜗壳的进水口及出水口均用临时封板封闭，使之成为一个密闭空腔。在蜗壳内有一根冷却水管从进水口16沿蜗壳中心布置引至末端，本实施例中该冷却水管与所述压力控制系统的持压阀2通过出水管13连接，持压阀2后管路再引回至所述高位水箱3。这样，即形成一套在蜗壳内有一定压力的循环水系统，其路线为：高位水箱—管道加压泵—蜗壳的进水口—冷却水管—蜗壳的出水口17-持压阀—高位水箱。

所述持压阀2的设置应使水压在低于规定的保压压力下限时关闭，以保护系统不失压；在压力逐渐升高时，持压阀逐渐开启，排放一定的流量；待达到额定压力时，其通过的流量应接近管道加压泵1的工作点流量。

所述温度控制系统包括压力控制系统所述的高位水箱3、两台补水泵4和一个温度变送器5。所述温度变送器5设置在持压阀2后的出水管路上，监测从蜗壳出来的冷却水的温度。所述补水泵4一般选用潜水泵，布置在尾水河道内。所述压力控制系统内的水由于在循环过程中吸收混凝土凝固所释放的热量，水温将逐渐升高。当水温升高达到上限后，补水泵4将启动，将河水泵入高位水箱内。补入的冷水进入高位水箱3后由于密度大将下沉，原水箱内的热水上升，并从水箱上部的溢流管8流出。这样，通过冷热水的置换，将系统内的水温降低到允许的范围。当系统水温降低到下限后，补水泵4停止补水。两台补水泵为一台工作，一台备用。

所述高位水箱3是压力控制系统和温度控制系统的汇合处。一方面所述高位水箱作为压力循环系统的缓冲区，另一方面高位水箱作为冷水和热水混合的点，可以通过向高位水箱注入合适数量的冷水来控制循环系统的水温。

在安装的时候应使高位水箱3的底高程高于水轮机蜗壳的最高点，其高程差宜根据现场的情况掌握，但最低高程差应大于1m。高位水箱3的容量可根据现场条件选择，一般不小于水轮机蜗壳体积的5%，但最小不宜小于1m³，且高度不宜小于1m。高位水箱3设有四根进出水管，其中高位水箱出水管10和高位水箱回水管11即为压力控制系统的水管路，出水管10连接至管道加压泵1的进口侧。

管道加压泵1即为压力控制系统形成压力的元件。根据蜗壳混凝土浇筑过程中所需要保持的压力，再计算管道系统的水力损失，即可确定管道加压泵1的扬程。管道加压泵1的流量根据混凝土发热量峰值及现场冷却水源（一般为河水）的水温来决定。由于水泵为标准系列化产品，其选择的额定点的扬程及流量应略大于所需要的值。在实际使用时将根据所需的保压值来调整水泵的运行频率（降低频率使用），此时的流量仍应略大于所需的冷却水量。两台管道加压泵1为一台工作，一台备用。在每台管道加压出口装设压力变送器6，并根据压力信号来控制管道加压1的频率。同时，在每台水泵的进口设置检修闸阀，在每台水泵的出口设置止回阀、检修闸阀等必要的阀门装置。

从管道加压泵1流出的带有压力的水，经水泵出水连接管道即进入密闭的蜗壳15。压力水进入蜗壳后沿蜗壳向其末端流动，至末端后进入冷却水管9，然后沿冷却水管9流至蜗壳的进水口处而流出蜗壳，从而将蜗壳冷却。冷却水管9的管径可采用DN50~DN100的不锈钢无缝钢管。本实施例中，所述冷却水管9与蜗壳的出水管13连接。当然，也可以选择与蜗壳的进水管12连接。

从蜗壳流出的水经蜗壳的出水管13流至持压阀2。持压阀2是控制该系统压力的关键元件。持压阀2应选用弹簧微启式结构，其整定压力（即开启压力）可通过改变弹簧的预紧压缩量进行调节。持压阀2的设置应使水压在低于规定的保压压力下限时关闭，以保护系统不失压；在压力逐渐升高时，持压阀逐渐开启，排放一定的流量；待达到额定保压压力时，其通过的流量应接近水泵的工作点流量，此时即形成了一个带有规定压力的循环系统。持压阀2的口径应根据系统的工作流量（水泵工作点流量）来确定，此时对应的动作压力应为系统保压所需的额定压力。

从持压阀2流出的水经高位水箱回水管11再流回高位水箱，即完成了从压力控制系统的一个循环。

当冷却水在系统内循环多次以后，吸收了混凝土释放的热量，温度逐渐升高。当温度变送器5监测到水温达到一定值（如比额定水温高2℃时），补水泵4即启动，将冷水通过高位水箱补水管14泵入高位水箱3内。由于冷水进入高位水箱3后下沉，使高位水箱3内原有的温度较高的热水上浮并通过高位水箱溢流管8流出。这样通过冷热置换，温度较高的水逐渐被置换出循环系统，系统的水温逐渐降低。当温度变送器5监测到水温达到一定值（如比额定水温低2℃时），补水泵4即停止运行。

所述高位水箱是压力维持系统和温度控制系统的汇合处。一方面高位水箱作为压力循环系统的缓冲区，另一方面高位水箱作为冷水和热水混合的点，可以通过向高位水箱注入合适数量的冷水来控制循环系统的水温。如前所述，高位水箱设有四根进出水管，其中高位水箱补水管14和高位水箱溢流管8为温度控制系统的水管路，冷水从补水管14流入水箱而热水从溢流管8流出水箱，从而使水温降低。同时，高位水箱3也设有水位计7，当水箱内水位降低时，水位计发出报警信号，同时启动补水泵4及时补入水。

所述补水泵一般选用潜水泵，运行可靠，故障率低。每台补水泵的流量可按2~5分钟内充满高位水箱来选择，其扬程根据水源与高位水箱的高程差及管路布置情况确定。两台补水泵为一台工作、一台备用的工作模式。

所述温度变送器5宜选用量程较窄，精度较高的元件。其测量精度绝对值不宜大于±0.5℃。

所述方法的管路、阀门等设备的额定压力根据所在位置及相应的工作压力确定。各管路的管径根据其流量及经济流速确定。

以上对本发明所提供的水轮机蜗壳混凝土浇筑保温保压系统进行的介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于水轮机蜗壳混凝土浇筑过程中的保温保压系统，其特征在于，包括形成并维持蜗壳内达到规定压力的压力控制装置和通过控制向系统内补充冷水的量来实现对系统水温控制的温度控制装置。

2.根据权利要求1所述的用于水轮机蜗壳混凝土浇筑过程中的保温保压系统，其特征在于，所述压力控制装置包括变频器控制的管道加压泵（1）、持压阀（2）和高位水箱（3），所述温度控制装置包括与压力控制装置共用的高位水箱（3）、补水泵（4）和温度变送器（5），蜗壳（15）进出水口均用临时封板封闭，使之成为一个密闭空腔，在蜗壳内有一根冷却水管（9）从进水口（16）沿蜗壳中心布置引至最远的出水口（17）的末端，位于高位水箱（3）下部的水箱出水管（10）接至管道加压泵（1）进口侧，管道加压泵（1）出口侧通过进水管（12）连接到密闭的蜗壳（15）的进水口（16），位于水箱下部的水箱回水管（11）与位于密闭的蜗壳的进水口（16）的出水管（13）之间依次连接温度变送器（5）和持压阀（2），所述监测从蜗壳出来的冷却水的温度的温度变送器（5）设置在持压阀（2）的出水管路上，在高位水箱（3）的上部设置有高位水箱溢流管（8）和连通补水泵（4）的高位水箱补水管（14）。

3.根据权利要求2所述的用于水轮机蜗壳混凝土浇筑过程中的保温保压系统，其特征在于，所述冷却水管（9）与蜗壳的进水管（12）连接或蜗壳的出水管（13）连接。

4.根据权利要求2所述的用于水轮机蜗壳混凝土浇筑过程中的保温保压系统，其特征在于，所述高位水箱（3）设有当水箱内水位降低时发出报警信号并同时启动补水泵（4）及时补入水的水位计（7）。

5.根据权利要求2所述的用于水轮机蜗壳混凝土浇筑过程中的保温保压系统，其特征在于，在加压泵（1）的出口设有根据压力信号来控制管道加压泵（1）频率的压力变送器（6）。

6.根据权利要求2所述的用于水轮机蜗壳混凝土浇筑过程中的保温保压系统，其特征在于，所述补水泵（4）和管道加压泵（1）分别为两台，一台工作，一台备用。

7.根据权利要求2所述的用于水轮机蜗壳混凝土浇筑过程中的保温保压系统，其特征在于，所述高位水箱（3）的底高程高于水轮机蜗壳的最高点，最低高程差大于1m；高位水箱（3）的容量不小于水轮机蜗壳体积的5%。

8.根据权利要求2所述的用于水轮机蜗壳混凝土浇筑过程中的保温保压系统，其特征在于，所述持压阀（2）选用弹簧微启式结构。

9.根据权利要求1所述的用于水轮机蜗壳混凝土浇筑过程中的保温保压系统，其特征在于，所述补水泵（4）选用潜水泵，布置在尾水河道内。

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