CN102830730B - 通水智能温度控制试验系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通水智能温度控制试验系统与方法，尤其涉及不同介质（混凝土、沙、岩土）通水智能温度控制试验系统与方法。主要包括：冷热水循环供水系统，在每组冷热水进管上的校核电磁流量计和一体流温控制设备，在出水管上安装数字温度测量装置；将采集的进出口温度、流量和调节阀数据，通过数据线传到控制箱，服务器就能和控制箱持续无线通讯，服务器进行算法计算确定控制量，并根据服务器控制平台指令控制调节阀中电动阀的开度。

Description

通水智能温度控制试验系统与方法

技术领域

本发明涉及一种通水智能温度控制试验系统与方法，尤其涉及不同介质（混凝土、沙、岩土）通水智能温度控制试验系统与方法。

背景技术

在水利水电工程中，对于大体积混凝土结构防裂和限裂动态控制，在施工期一般通过人工通水冷却实施温度控制，使混凝土温度保持在设计温度（按照设计的“温度-时间曲线”）附近，从而使施工程序和质量可控。但怎样制定通水方案一般是根据规范方法、有限元计算方法和经验分析得出大坝和库水的温度场分布。如某特高拱坝，水库为季调节水库，水库水温属分层型，考虑深孔泄流对水温的扰动影响估计在深孔底板高程以下20m范围，即水库约在470m高程以下存在稳定的低温水体。按规范方法计算，低温水体水温值为10.5℃，下游水垫塘塘底水温可取值18℃。采用一维数值模型计算方法，建立“水库－大坝”综合模型，考虑水库入流、厂房引流、坝身泄洪、泄洪洞泄洪等复杂运行工况计算库水温度。相应恒定水温约13.5℃，上部水温受运行水位及孔口过流影响明显。

一般拱坝混凝土的冷却过程分为一期冷却、中期控温+冷却、二期冷却等三个时期，并要求在中期控温+冷却期间，先期控制温度平稳，再进行一定幅度的降温，以减少二期冷却降温幅度。

从以上分析可知，目前的研究大部分还是依靠规范、数值和经验的方法确定通水冷却的温控措施，在现场也主要通过人工对通水进行控制。在实际工程中人为、经验和天气因素，以及水管材质、通水温度与流量等都会直接影响温度控制效果，如何对大体积混凝土结构进行有效的智能温控一直是水工设计和施工中关心的核心问题。为降低开裂的风险、保证施工期温度可控降温，就必须摆脱控制系统对大量人员的依赖、对大量材料的依赖，实现自动通水精细控温，即理论上建立大体积混凝土结构的知识专家库，硬件建设上解决好通水端，控制端设备耐久性，预警系统上建立好预警分析决策服务，从而达到形成无缝大体积混凝土结构，目前国内外尚没有这方面的系统研究工作，尤其是试验研究。因此，建立一套模拟现场的通水环境的试验系统，不但可以开展大体积混凝土结构通水冷却智能控制系统的理论和应用研究，也可对现场使用的控制执行设备进行技术参数拟定和测试，具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供对不同介质内部通水智能温度控制的试验方法，能自动采集冷却水管的温度和通水流量，实现对不同介质通水的流量和水温进行自动测量和数据传输，并在服务器上对数据进行计算，算出控制流量；把计算出的应通水流量和流量采集设备采集的实际流量通过进一步的计算，输出控制信号给流量控制设备；并对下发控制指令控制流量。

一种智能温度控制试验系统，其特征在于包括：换热介质供给系统；安装在每组换热介质进管上的校核电磁流量计；安装在每组换热介质进管上的一体流温控制设备，对进管的换热介质温度和流量进行测量，并对换热介质的流量进行控制；安装在每组换热介质出管的第一数字温度测量装置；试验介质箱；安装在试验介质箱中的换热介质管；换热介质管与换热介质进管和换热介质出管连接。优选校核电磁流量计在一体流温控制设备的上游。这样布置可以精确的测量进管的换热介质温度和流量。

所述换热介质供给系统包括可达2.5MPa的压力泵和换热介质供给箱。

智能温度控制试验系统还包括智能控制箱，所述智能控制箱采集换热介质进管的换热介质温度和流量数据以及换热介质出管的换热介质温度数据，并对一体流温控制装置进行控制。

智能温度控制试验系统还包括控制服务器，所述控制服务器接收智能控制箱有线或无线上传的数据，并将计算出的控制流量反馈给智能控制箱。

所述一体流温控制装置包括：第二数字测温装置；智能控制阀；流量计。

所述第一数字温度测量和/或第二数字温度测量包括：一个三通，三通的水平管左右端口分别与换热管连接，三通的垂直管内设置绝热密封环、中空螺丝和温度传感器，绝热密封环与温度传感器靠中空螺丝与三通的垂直管内螺纹连接固定。

其中在三通的垂直管内下部设置绝热密封环，上部设置中空螺丝，温度传感器穿过中空螺丝和绝热密封环插入三通水平管内部。

所述绝热密封环由密封和绝热两种材料构成，下部是密封材料，上部是绝热材料。

所述温度传感器，由温度传感器探头和导线组成，导线与温度传感器探头电连接，优选所述温度传感器探头端头位于三通水平管中轴线上。

一种智能温度控制试验方法，其使用智能温度控制试验系统，所述试验系统包括：换热介质供给系统；安装在每组换热介质进管上的校核电磁流量计；安装在每组换热介质进管上的一体流温控制设备，对进管的换热介质温度和流量进行测量，并对换热介质的流量进行控制；安装在每组换热介质出管的第一数字温度测量装置；试验介质箱；安装在试验介质箱中的换热介质管；换热介质管与换热介质进管和换热介质出管连接。优选校核电磁流量计在一体流温控制设备的上游。这样布置可以精确的测量进管的换热介质温度和流量。

所述换热介质供给系统包括可达2.5MPa的压力泵和换热介质供给箱。

所述系统还包括智能控制箱，所述智能控制箱采集换热介质进管的换热介质温度和流量数据以及换热介质出管的换热介质温度数据，并对一体流温控制装置进行控制。

所述系统还包括控制服务器，所述控制服务器接收智能控制箱有线或无线上传的数据，并将计算出的控制流量反馈给智能控制箱。

所述一体流温控制装置包括：第二数字测温装置；智能控制阀；流量计。

所述第一数字温度测量和/或第二数字温度测量包括：一个三通，三通的水平管左右端口分别与换热管连接，三通的垂直管内设置绝热密封环、中空螺丝和温度传感器，绝热密封环与温度传感器靠中空螺丝与三通的垂直管内螺纹连接固定。

其中在三通的垂直管内下部设置绝热密封环，上部设置中空螺丝，温度传感器穿过中空螺丝和绝热密封环插入三通水平管内部。

所述绝热密封环由密封和绝热两种材料构成，下部是密封材料，上部是绝热材料。

所述温度传感器，由温度传感器探头和导线组成，导线与温度传感器探头电连接，优选所述温度传感器探头端头位于三通水平管中轴线上。

由于存在密封绝热环，可以保证温度传感器探头不与三通及外界空气接触，提高了测量精度。

中空螺钉与温度传感器拧入三通垂直管中，使得中空螺钉能够对绝热密封环产生足够压迫作用不致在水压下泄露，且温度传感器探头恰能位于三通水平管中轴线上。

测温装置经过与管壁的绝热处理，能排除外界气温对测温的干扰，准确测量进出口的水温，能准确预测大体积混凝土内部热交换量。

温度传感器探头端头位于水管中轴线，与测温对象充分接触，保证了测温的精度。

本发明提供了一种通水智能温度控制试验系统与方法，尤其涉及不同介质（混凝土、沙、岩土）通水智能温度控制试验系统与方法，有益效果如下：

（1）由于采用智能数据采集，存储并传输安装在冷却水管上的温度计和流量计测得的混凝土冷却通水的流量和水温数据，数据采集方便可靠，实现了对混凝土冷却通水的流量和水温进行自动测试和数据传输，解决了人工测试记录需要耗费大量人工、信息反馈慢且精度不高的缺点，省时省力、测量精度高且反应迅速，能及时调整不同介质的温控措施、拟定温控措施。

（2）通过冷热供水系统和预置温度传感器可开展不同材料（如混凝土、沙、岩土）的温升温降控制试验，可研究不同材质材料的热交换规律。

（3）通过量测进出水口温度数据，根据能量守恒和传热学的傅里叶定律能及时调整不同介质的温控措施，确定针对不同介质的温控控制方案。

（4）可以通过标定，测试一体流温控制设备的耐久性。

（5）智能控制箱由控制器和通讯设备组成，完成采集、控制及数据上传功能；服务器与智能控制箱使用无线连接。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明；

图1本发明的结构示意图。

图2管道内部温度测量装置正面剖视图。

图3管道内部温度测量装置侧面剖视图。

1冷热水供水系统；2校核电磁流量计；3一体流温控制设备；4进出口数字温度计；5通水水管；6控制箱；7控制平台服务器；8装试验介质箱；9连接数据线；10.三通，11.温度传感器探头，12.导线，13.止水绝热环，14.中空螺钉

具体实施方式

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种通水智能温度控制试验系统与方法，尤其涉及不同介质（混凝土、沙、岩土）通水智能温度控制试验系统与方法，它包括：

（1）安装冷热水循环供水系统1，包括可达2.5MPa的压力泵，以及冷热水供水箱，通过调节压力泵可输出不同扬程压力，测控不同流控设备的耐久性；

（2）将校核电磁流量计2安装在每组冷热水进水管上，流量计尽量安装在一体流温控制设备3之前，流量计为模拟型流量计，流量计与冷却水管采用法兰连接；

（3）将一体流温控制设备3安装在每组冷热进水管上，且一般安装在校核电磁流量计之后；

（4）将冷却水管5和供水箱1直接连接，数字温度测量装置4安装在每组冷热水管5出水管上，温度计与管道通过异径三通连接，保证与水充分接触；

（5）将采集数字温度测量装置4的温度数据、一体流温控制设备3中流量、温度和调节阀数据，通过数据线传到控制箱6，控制箱6上电，启动服务器7中服务程序，服务器就能和智能控制箱持续无线通讯，服务器进行算法计算确定控制量，并根据服务器控制平台7指令控制一体流温控制设备3中电动阀的开度。服务器上就能进行查看和分析数据、打印报表及控制措施修正等操作。

数字温度测量装置4的结构和安装方法为：

三通10下端左右两端口配有螺纹，分别与通水水管相连接。三通上端口配有螺纹，把止水绝热环13从上端口放入压紧，把温度传感器从上端口和止水绝热环中插入，使温度传感器探头11位于三通下端部分的中轴上。中空螺钉14通过螺纹与三通上端口连接，对止水绝热环、温度传感器探头11和导线12进行固定，导线下端与温度传感器探头上端电连接。

Claims (14)

1.一种智能温度控制试验系统，其特征在于包括：换热介质供给系统；安装在每组换热介质进管上的校核电磁流量计；安装在每组换热介质进管上的一体流温控制装置，对进管的换热介质温度和流量进行测量，并对换热介质的流量进行控制；安装在每组换热介质出管的第一数字温度测量装置；试验介质箱；安装在试验介质箱中的换热介质管；换热介质管与换热介质进管和换热介质出管连接，所述校核电磁流量计在一体流温控制装置的上游；还包括智能控制箱，所述智能控制箱采集换热介质进管的换热介质温度和流量数据以及换热介质出管的换热介质温度数据，并对一体流温控制装置进行控制；还包括控制服务器，所述控制服务器接收智能控制箱有线或无线上传的数据，并将计算出的控制流量反馈给智能控制箱。

2.如权利要求1所述的系统，所述换热介质供给系统包括可达2.5MPa的压力泵和换热介质供给箱。

3.如权利要求2所述的系统，所述一体流温控制装置包括：第二数字温度测量装置；智能控制阀；流量计。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述第一数字温度测量装置和/或第二数字温度测量装置包括：一个三通，三通的水平管左右端口分别与换热管连接，三通的垂直管内设置绝热密封环、中空螺丝和温度传感器，绝热密封环与温度传感器靠中空螺丝与三通的垂直管内螺纹连接固定。

5.如权利要求4所述的系统，其中在三通的垂直管内下部设置绝热密封环，上部设置中空螺丝，温度传感器穿过中空螺丝和绝热密封环插入三通水平管内部。

6.如权利要求5所述的系统，所述绝热密封环由密封和绝热两种材料构成，下部是密封材料，上部是绝热材料。

7.如权利要求4－6任一所述的系统，所述温度传感器，由温度传感器探头和导线组成，导线与温度传感器探头电连接，所述温度传感器探头端头位于三通水平管中轴线上。

8.一种智能温度控制试验方法，其使用智能温度控制试验系统，所述试验系统包括：换热介质供给系统；安装在每组换热介质进管上的校核电磁流量计；安装在每组换热介质进管上的一体流温控制装置，对进管的换热介质温度和流量进行测量，并对换热介质的流量进行控制；安装在每组换热介质出管的第一数字温度测量装置；试验介质箱；安装在试验介质箱中的换热介质管；换热介质管与换热介质进管和换热介质出管连接，所述校核电磁流量计在一体流温控制装置的上游；还包括智能控制箱，所述智能控制箱采集换热介质进管的换热介质温度和流量数据以及换热介质出管的换热介质温度数据，并对一体流温控制装置进行控制；还包括控制服务器，所述控制服务器接收智能控制箱有线或无线上传的数据，并将计算出的控制流量反馈给智能控制箱。

9.如权利要求8所述的方法，所述换热介质供给系统包括可达2.5MPa的压力泵和换热介质供给箱。

10.如权利要求9所述的方法，所述一体流温控制装置包括：第二数字温度测量装置；智能控制阀；流量计。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述第一数字温度测量装置和/或第二数字温度测量装置包括：一个三通，三通的水平管左右端口分别与换热管连接，三通的垂直管内设置绝热密封环、中空螺丝和温度传感器，绝热密封环与温度传感器靠中空螺丝与三通的垂直管内螺纹连接固定。

12.如权利要求11所述的方法，其中在三通的垂直管内下部设置绝热密封环，上部设置中空螺丝，温度传感器穿过中空螺丝和绝热密封环插入三通水平管内部。

13.如权利要求12所述的方法，所述绝热密封环由密封和绝热两种材料构成，下部是密封材料，上部是绝热材料。

14.如权利要求11-13任一所述的方法，所述温度传感器，由温度传感器探头和导线组成，导线与温度传感器探头电连接，所述温度传感器探头端头位于三通水平管中轴线上。

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