CN109338895A - 大体积混凝土智能混合冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁施工技术领域，具体是一种大体积混凝土混合冷却系统。包括在大体积混凝土内螺旋装铺设的外圈螺旋管路以及与外圈螺旋管路相连的内圈螺旋管路，外圈螺旋管路和内圈螺旋管路连接为混合冷却管路，外圈螺旋管路中部设置有外圈管路温度传感器，内圈螺旋管路中部安装有内圈管路温度传感器，外圈螺旋管路通过进口管路转换器连接进水管和进风管，内圈螺旋管路通过出口管路转换器连接出风管和出水管，进水管路转换器将进口风管与进口水管转换成混合冷却管道，出管路转换器将混合冷却管道转换成出口风管与出口水管。本发明采用螺旋式布管，冷却路径为从外到内，温度场稳定，有利于在小温差下实现整体温降。

Description

大体积混凝土智能混合冷却系统

技术领域

本发明属于桥梁施工技术领域，具体是一种大体积混凝土混合冷却系统。

背景技术

目前国内铁路、公路的桥梁施工中，大体积混凝土的水化热是裂缝产生的主要原因之一，混凝土是热的不良导体，水化热造成大体积混凝土内部温度升高，混凝土内外温差增大，当内外温差在混凝土凝结初期产生的拉应力超过混凝土抗拉强度时，就会导致混凝土裂缝产生。为避免大体积混凝土产生裂缝，通常需在大体积混凝土中预埋冷却管，采用风冷或水冷系统降低大体积混凝土内部温度，降低混凝土内外温差，降低裂缝产生的概率甚至完全避免裂缝。

传统风冷或水冷方法具有以下缺点：

1.通风冷却效果会随着管长的增加而减弱较快,不适宜在混凝土中布置过长的冷却管线。

2.通水冷却需水量大，不利于干旱地区施工。

3.通水时，在混凝土内部，混凝土与冷却水管直接接触，包裹冷却水管的混凝土骤然遇冷，容易在混凝土内部冷却水管周围产生微小裂缝（裂缝部位见图1）。

4.大体积混凝土单一通风冷却或通水冷却容易在进风口或进水口产生冷集中，温降较快，而在离进风口或进水口较远的地方温降慢，不利于降低混凝土整体温差。

5.传统冷却水管的蛇形布置虽然能增加冷却长度，但管路布置路径通常为从混凝土周边到中心反复变化，温度场紊乱，不利于整体温降。

发明内容

本发明为了提高大体积混凝土传统单一通风冷却和通水冷却效果，提供一种大体积混凝土混合冷却系统。

本发明采取以下技术方案：一种大体积混凝土混合冷却系统，包括在大体积混凝土内螺旋装铺设的外圈螺旋管路以及与外圈螺旋管路相连的内圈螺旋管路，外圈螺旋管路和内圈螺旋管路连接为混合冷却管路，外圈螺旋管路中部设置有外圈管路温度传感器，内圈螺旋管路中部安装有内圈管路温度传感器，外圈螺旋管路通过进口管路转换器连接进水管和进风管，内圈螺旋管路通过出口管路转换器连接出风管和出水管，进水管路转换器将进口风管与进口水管转换成混合冷却管道，出管路转换器将混合冷却管道转换成出口风管与出口水管，进水管的管口安装进水口温度传感器，出水管的管口安装出水口温度传感器，进水管由安装于水箱中的水泵供水，水箱与出水管连接，高压离心式鼓风机对进风管进行供风，出风管与外界连通。

进一步的，外圈管路温度传感器、内圈管路温度传感器、进水口温度传感器、出水口温度传感器与主控制器相连，主控制器控制水泵上的水泵控制器和高压离心式鼓风机上的鼓风机控制器。所述的主控制器与外圈管路温度传感器、内圈管路温度传感器、进水口温度传感器和出水口温度传感器相连，由这4个温度传感器读取数据，进而控制水泵控制器与鼓风机控制器，水泵由水泵控制器进行档位控制，设关闭、低、中、高4个档，高压离心式鼓风机由鼓风机控制器进行档位控制，设关闭、低、中、高4个档，水泵控制器与鼓风机控制器由主控制器进行控制。

所述的主控制器读取到外圈管路温度传感器与内圈管路温度传感器温差在10摄氏度以下，对鼓风机控制器发出关闭命令，关闭鼓风机，当读取到外圈管路温度传感器与内圈管路温度传感器温差在10～20摄氏度之间时，对鼓风机控制器发出低档命令，使鼓风机低档运行，当读取到外圈管路温度传感器与内圈管路温度传感器温差在20～30摄氏度之间时，对鼓风机控制器发出中档命令，使鼓风机中档运行，当读取到外圈管路温度传感器与内圈管路温度传感器温差在30摄氏度之上时，对鼓风机控制器发出高档命令，使鼓风机高档运行；主控制器读取到进水口温度传感器与出水口温度传感器温差在10摄氏度以下，对水泵控制器发出关闭命令，关闭水泵，当读取到进水口温度传感器与出水口温度传感器温差在10～20摄氏度之间时，对水泵控制器发出低档命令，使水泵低档运行，当读取到进水口温度传感器与出水口温度传感器温差在20～30摄氏度之间时，对水泵控制器发出中档命令，使水泵中档运行，当读取到进水口温度传感器与出水口温度传感器温差在30摄氏度之上时，对水泵控制器发出高档命令，使水泵高档运行，实现智能控制。

进一步的，水箱内设水箱隔板，水箱外设水箱散热板。水箱内设相互交错的水箱隔板，对大体积混凝土进行冷却后的水由出水管进入到水箱中，经水箱隔板蛇形绕流至水泵位置，相互交错的水箱隔板增加了水的行程，水箱外设水箱散热板，利于散热，使冷却水循环使用，有利于节水。所述的水箱为加盖不密封不锈钢水箱，可减少水蒸发损失。

进一步的，混合冷却管包括冷却管外管、冷却管内管及支撑板，冷却管内管通水，冷却管外管与冷却管内管之间的通道通风，冷却管外管和冷却管内管之间设置支撑板，支撑板为螺旋布置，起固定内管及导风作用，使风在管道中螺旋前进，增加风冷行程。所述的混合冷却管路由冷却管道采用外螺旋与内螺旋形式布置在大体积混凝土内，由外螺旋对外层混凝土进行降温后管道中的冷却介质进行了升温，再进入到温度更高的混凝土中心，对内螺旋进行降温，经由外圈升温后的冷却介质对温度更高的混凝土中心进行降温，减少了降温的介质与混凝土温差，进一步减少了微小裂缝产生的概率，相比传统蛇形管路反复变化的温度场，本发明温度场明显单一，有利于整体小温差降温，螺旋圈数可不限于外螺旋与内螺旋2圈，可根据混凝土体积增加。

所述的外管包内管的混合冷却管道内管通水，外管通风，混凝土不与冷却水管直接接触，由冷却风在混凝土与冷却水管之间进行热交换，避免了混凝土与冷却水管直接接触，避免了冷却管周围混凝土骤然遇冷而产生微小裂缝现象。

进一步的，混合冷却管道通过法兰盘连接接长，两组混合冷却管道的法兰盘之间用双管垫片进行密封。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1. 本发明采用螺旋式布管，冷却路径为从外到内，温度场稳定，有利于在小温差下实现整体温降。

2. 本发明采用混合冷却管道，内管通水，外管通风，混凝土与冷却水管不直接接触，解决了传统通水降温时混凝土骤然遇冷现象，不容易在混凝土内部冷却水管周围产生微小裂缝。

3.本发明由内外管道之间的通风做为混凝土与冷却水管的热交换介质，相比传统通风冷却工艺，通风冷却效果随着管长的增加而减弱较慢,适宜在混凝土中布置较长冷却管线。

4. 本发明采用主控制器通过水泵控制器与鼓风机控制器分别对水泵与鼓风机进行控制，分别控制通风速度与通水速度，通过混凝土内外温差控制风速，通过进、出口温差控制水速，实现了精准控制与智能控制。

5.本发明采用水箱循环降温，冷却水循环利用，实现了节水目的。

附图说明

图1为单管水冷内部微小裂缝图；

图2为大体积混凝土智能混合冷却系统图；

图3为大体积混凝土管路循环断面图

图4为混合冷却管道横断面图；

图5为混合冷却管道接头断面图；

图6为混合冷却管道纵面图

图7为冷却管道接头密封垫片图

图8为进口管路转换器

图9为出口管路转换器

图10为智能混合冷却系统大样图

图中1-大体积混凝土，2-外圈螺旋管路，3-内圈螺旋管路，4-外圈管路温度传感器，5-内圈管路温度传感器，6-进水管，7-进风管，8-出水管，9-出风管，10-出口管路转换器，11-进口管路转换器，12-出水口温度传感器，13-进水口温度传感器，14-水泵，15-高压离心式鼓风机，16-主控制器，17-水泵控制器，18-鼓风机控制器，19-密闭水箱，20-水箱隔板，21-水箱散热板，22-冷却管外管，23-冷却管内管，24-支撑板，25-法兰盘，26－双管垫片。

具体实施方式

结合附图，对本发明作进一步说明：

大体积混凝土混合冷却系统，包括在大体积混凝土1内螺旋装铺设的外圈螺旋管路2、与外圈螺旋管路2相连的内圈螺旋管路3、外圈螺旋管路2中部的外圈管路温度传感器4、安装于内圈螺旋管路3中部的内圈管路温度传感器5、进水管6与进风管7通过进口管路转换器11连接到混合冷却管路外圈螺旋管路2中，再经内圈螺旋管路3由出口管路转换器10转换为出风管9与出水管8，进水管口6安装进水口温度传感器13，出水管口8安装出水口温度传感器12，进水管6由安装于水箱19中的水泵14供水，经外、内圈螺旋管路后经出水管8进入水箱19中，完成水循环。高压离心式鼓风机15对进风管7进行供风，经外、内圈螺旋管路后经出风管9出风，完成大体积混凝土风冷，其中，水泵14由水泵控制器17进行档位控制，设关闭、低、中、高4个档，高压离心式鼓风机15由鼓风机控制器18进行档位控制，设关闭、低、中、高4个档，水泵控制器17与鼓风机控制器18由主控制器17进行控制，外圈管路温度传感器4、内圈管路温度传感器5、进水口温度传感器13、出水口温度传感器12与主控制器16相连，主控制器16由这4个温度传感器读取数据，进而控制水泵控制器17与鼓风机控制器18，水箱19内设水箱隔板20，由出水管8进入到水箱中的水经水箱隔板20蛇形绕流至水泵位置，增加了水的行程，水箱外设水箱散热板21，利于散热，混合冷却管由冷却管外管22、冷却管内管23及支撑板24组成，冷却管内管23通水，冷却管外管22与冷却管内管23之间的通道通风，支撑板24为螺旋布置，起固定内管及导风作用，使风在管道中螺旋前进，增加风冷行程。混合冷却管道由法兰盘25进行连接接长，两组管道的法兰盘25之间用特制的双管垫片26进行密封。进水管路转换器11将进口风管7与进口水管6转换成冷却管外管22包冷却管内管23的混合冷却管道，出管路转换器10将冷却管外管22包冷却管内管23的混合冷却管道转换成出口风管9与出口水管8。如图8，9所示，分别为出管路转换器10和进口管路转换器11的结构。

所述的混合冷却管路由冷却管道采用外螺旋与内螺旋形式布置在大体积混凝土1内，由外圈螺旋管路2对外层混凝土进行降温后，管道中的冷却介质进行了升温，再进入到温度更高的混凝土中心，内圈螺旋管路3对中心混凝土进行降温，经由外圈升温后的冷却介质对温度更高的混凝土中心进行降温，减少了介质与混凝土温差，进一步减少了微小裂缝产生的概率，相比传统蛇形管路反复变化的温度场，本发明温度场明显单一，有利于整体小温差降温，螺旋圈数可不限于外螺旋与内螺旋2圈，可根据混凝土体积增加。

所述的混合冷却管道由冷却管外管22包冷却管内管23组成，冷却管外管22与冷却管内管23之间由支撑板24固定，支撑板24在冷却管外管22、冷却管内管23之间为螺旋布置，起固定冷却管内管23及导风作用，使风在管道中螺旋前进，增加风冷行程。

所述的外管22包内管23的混合冷却管道内管23通水，外管22通风，混凝土不与冷却水直接接触，而内冷却风在混凝土与冷却水管之间进行热交换，避免了混凝土与冷却水管直接接触，避免了冷却管周围混凝土骤然遇冷而产生微小裂缝现象。

如图10所示，所述的水箱19内设相互交错的水箱隔板20，对大体积混凝土进行冷却后的水由出水管8进入到水箱中，经水箱隔板20蛇形绕流至水泵位置，相互交错的水箱隔板20增加了水的行程，水箱外设水箱散热板21，利于散热，使冷却水循环使用，有利于节水。所述的水箱19为加盖不密封不锈钢水箱，可减少水蒸发损失。

所述的混合冷却管道（外圈螺旋管路2相连的内圈螺旋管路3）由法兰盘25进行连接接长，两组管道的法兰盘25之间用特制的双管垫片26进行密封。

所述的进水管路转换器11将进口风管7与进口水管6转换成外管22包内管23的混合冷却管道，出管路转换器10将外管22包内管23的混合冷却管道转换成出口风管9与出口水管8.

所述的主控制器16与外圈管路温度传感器4、内圈管路温度传感器5、进水口温度传感器13和出水口温度传感器12相连，由这4个温度传感器读取数据，进而控制水泵控制器17与鼓风机控制器18，水泵14由水泵控制器17进行档位控制，设关闭、低、中、高4个档，高压离心式鼓风机15由鼓风机控制器18进行档位控制，设关闭、低、中、高4个档，水泵控制器17与鼓风机控制器18由主控制器16进行控制。

所述的主控制器16读取到外圈管路温度传感器4与内圈管路温度传感器5温差在10摄氏度以下，对鼓风机控制器18发出关闭命令，关闭高压离心式鼓风机15，当读取到外圈管路温度传感器4与内圈管路温度传感器5温差在10～20摄氏度之间时，对鼓风机控制器18发出低档命令，使高压离心式鼓风机15低档运行，当读取到外圈管路温度传感器4与内圈管路温度传感器5温差在20～30摄氏度之间时，对鼓风机控制器18发出中档命令，使高压离心式鼓风机15中档运行，当读取到外圈管路温度传感器4与内圈管路温度传感器5温差在30摄氏度之上时，对鼓风机控制器18发出高档命令，使高压离心式鼓风机15高档运行；主控制器16读取到进水口温度传感器13与出水口温度传感器12温差在10摄氏度以下，对水泵控制器17发出关闭命令，关闭水泵14，当读取到进水口温度传感器13与出水口温度传感器12温差在10～20摄氏度之间时，对水泵控制器17发出低档命令，使水泵14低档运行，当读取到进水口温度传感器13与出水口温度传感器12温差在20～30摄氏度之间时，对水泵控制器17发出中档命令，使水泵14中档运行，当读取到进水口温度传感器13与出水口温度传感器12温差在30摄氏度之上时，对水泵控制器17发出高档命令，使水泵14高档运行，实现智能控制。

Claims (5)

1.一种大体积混凝土混合冷却系统，其特征在于：包括在大体积混凝土（1）内螺旋装铺设的外圈螺旋管路（2）以及与外圈螺旋管路（2）相连的内圈螺旋管路（3），外圈螺旋管路（2）和内圈螺旋管路（3）连接为混合冷却管路，外圈螺旋管路（2）中部设置有外圈管路温度传感器（4），内圈螺旋管路（3）中部安装有内圈管路温度传感器（5），外圈螺旋管路（2）通过进口管路转换器（11）连接进水管（6）和进风管（7），内圈螺旋管路（3）通过出口管路转换器（10）连接出风管（9）和出水管（8），进水管路转换器（11）将进口风管（7）与进口水管（6）转换成混合冷却管道，出管路转换器（10）将混合冷却管道转换成出口风管（9）与出口水管（8），进水管（6）的管口安装进水口温度传感器（13），出水管（8）的管口安装出水口温度传感器（12），进水管（6）由安装于水箱（19）中的水泵（14）供水，水箱（19）与出水管（8）连接，高压离心式鼓风机（15）对进风管（7）进行供风，出风管（9）与外界连通。

2.根据权利要求1所述的大体积混凝土混合冷却系统，其特征在于：所述的外圈管路温度传感器（4）、内圈管路温度传感器（5）、进水口温度传感器（13）、出水口温度传感器（12）与主控制器（16）相连，主控制器（16）控制水泵（14）上的水泵控制器（17）和高压离心式鼓风机（15）上的鼓风机控制器（18）。

3.根据权利要求1或2所述的大体积混凝土混合冷却系统，其特征在于：所述的水箱（19）内设水箱隔板（20），水箱（19）外设水箱散热板（21）。

4.根据权利要求3所述的大体积混凝土混合冷却系统，其特征在于：所述的混合冷却管包括冷却管外管（22）、冷却管内管（23）及支撑板（24），冷却管内管（23）通水，冷却管外管（22）与冷却管内管（23）之间的通道通风，冷却管外管（22）和冷却管内管（23）之间设置支撑板（24），支撑板（24）为螺旋布置。

5.根据权利要求4所述的大体积混凝土混合冷却系统，其特征在于：所述的混合冷却管道通过法兰盘（25）连接接长，两组混合冷却管道的法兰盘（25）之间用双管垫片（26）进行密封。