CN208586566U - 可调控混凝土大坝温度的装置 - Google Patents

Abstract

一种可调控混凝土大坝温度的装置，包括布置于坝体混凝土内部的坝体埋管，输送管道的U型段埋设于地下土壤中，U型段外侧包裹有地埋管换热器，输送管道的U型段一侧通过带流量计的管道与循环泵连接后再通过第一叉管分别与辅助冷凝器、辅助加热器连接，第二叉管一侧与带第三电磁阀的液体补偿箱连通，第二叉管另一侧通过第三叉管分别与坝体埋管的出口端以及大气连通管连通，大气连通管上设有第四电磁阀。本实用新型提供的可调控混凝土大坝温度的装置，开辟出一种全新的大坝温度控制模式不仅能够在施工期对坝体温度调控，而且能够在大坝竣工运行期对坝体温度进行长期调控，大大节省了大坝温度控制的能源消耗。

Description

可调控混凝土大坝温度的装置

技术领域

本实用新型涉及水利工程施工技术领域，尤其是一种可调控混凝土大坝温度的装置。

背景技术

大坝是水利工程重要的组成部分，混凝土材料凭借高强度、高耐久特性在大坝的应用中最为广泛，然而混凝土大坝在服役期间常出现不同规模的裂缝，这些裂缝的产生是多种因素共同作用的结果，除了坝体自身结构受力以及地基的不均匀沉降等因素影响裂缝的产生，还有混凝土自生体积收缩、温度变形以及与混凝土变形有关的其他体积收缩，其中坝体混凝土内外温差引起的应力起着主导作用。

20世纪30年代以来，众多学者围绕调控混凝土大坝的温差做出了大量研究，在浇筑大坝时通过预冷骨料并且在坝体内埋设冷却水管是常用的方法，大坝混凝土浇筑完成后，及时对仓面及坝面进行洒水养护和坝内冷却水管通水降温。经过长期的工程实践，虽然上述温控措施对降低温度梯度起到了一定的成效，也减少了混凝土裂缝的产生，但是由于自身存在的缺陷和功能单一，还需要利用外界人为制造热源对混凝土大坝进行温度控制。特别对于大坝运行期，死水位以下的坝体部分温度基本恒定，无需进行温度调控，而水位变化区及以上区域的混凝土表面由于受到气温影响，其温度变幅大且频繁，会产生较大的温度应力进而引起裂缝的产生，因此需要制定长久的温度控制措施进行大坝温差持续调控。近些年，部分学者利用加热器和冷凝器对坝体通水进行调控，此种方法在温度的控制中起到了一定的成效，但这种调控方法大多利用电能和机械能对坝体循环水加热和冷却，而电能和机械能的产生需要消耗大量的燃料能源，对环境保护产生了不利影响。

随着全球高新科技的发展，地热新源的开采越来越受到大众的关注，地热能源为储存在地下土壤中的热源，在地球中的储存量巨大，是一种新型的清洁热源。因此，迫切需要一种装置和方法对地热开采，并有效的将其应用在混凝土大坝的温度控制中，从而达到环保持续的温度控制效果。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可调控混凝土大坝温度的装置，开辟出一种全新的大坝温度控制模式，从单纯的采用人造热源控制温度转变为利用地热自然热源与人造热源辅助进行坝体温度调控，不仅能够在施工期对坝体温度调控，而且能够在大坝竣工运行期对坝体温度进行长期调控，大大节省了大坝温度控制的能源消耗。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种可调控混凝土大坝温度的装置，包括布置于坝体混凝土内部的坝体埋管，输送管道的U型段埋设于地下土壤中，U型段外侧包裹有地埋管换热器，输送管道的U型段一侧通过带流量计的管道与循环泵连接后再通过第一叉管分别与辅助冷凝器、辅助加热器连接，第一叉管与辅助冷凝器之间设置有第一电磁阀，第一叉管与辅助加热器之间设置有第二电磁阀，辅助冷凝器通过降温管与坝体埋管的进口端连通，辅助加热器通过升温管的进口端连通，输送管道的U型段另一侧与第二叉管连接，第二叉管一侧与带第三电磁阀的液体补偿箱连通，第二叉管另一侧通过第三叉管分别与坝体埋管的出口端以及大气连通管连通，大气连通管上设有第四电磁阀。

优选地，地埋管换热器周边埋设有第一温度传感器，且距离地埋管换热器表面0.5-1.5米。

优选地，坝体混凝土内部布置有第二温度传感器，且距离地埋管换热器表面0.5-1.5米。

优选地，坝体外表面布置有第三温度传感器，且距离坝体表面0.5-1.5米。

优选地，第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器及流量计分别与智能控制器的信息输入端电连接，辅助冷凝器、辅助加热器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、循环泵分别与智能控制器的信息输出端电连接。

一种采用上述装置进行混凝土大坝温度调控的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：在坝体进行混凝土浇筑时，将坝体埋管与施工期混凝土分仓浇筑同步进行，管道埋设至仓位边缘时预留接口，方便下一仓坝体埋管的连接，使之最终成为一个整体；

步骤2：在坝体混凝土内部和外界布置第二温度传感器、第三温度传感器，对大坝混凝土内部及外界的温度进行实时监测，并将温度数据反馈给智能控制器；

步骤3：将地埋管换热器埋设于地下土壤中，并布置第一温度传感器，将温度数据反馈给智能控制器；

步骤4：智能控制器读取接收第一温度传感器、第二温度传感器及第三温度传感器反馈的温度数据，根据这些实时监控得到的温度数据控制循环泵、冷凝器、加热器、第一电磁阀、第二电磁阀及第三电磁阀的运行，调控流入坝体埋管的液体温度逐步减小坝体混凝土的内外温差；实现混凝土大坝温度调控。

步骤4的调控过程为：

当坝体进行浇筑施工时和工程完工初期，由于混凝土自身水化作用坝体温度升高，坝体内部与坝体表层混凝土温差大于设定的最大温差值，循环泵开启，第一电磁阀打开，辅助冷凝器启动，输送管道内的液体通过地埋管换热器将地下土壤中的热量与循环液体交换，进一步通过辅助冷凝器冷却液体温度注入坝体埋管内，使坝体内部温度下降，达到温度设定值时断开循环泵及辅助冷凝器停止降温；

当坝体竣工后处于运行期时，由于坝体表面温度受气温影响较大，分两种情况：

当坝体上下游混凝土表面温度较高时，通过更换循环液体的方式对坝体进行降温；

当坝体上下游混凝土表面温度较低时，坝体内部与坝体表层混凝土温差大于设定的最大温差值，循环泵开启，第二电磁阀打开，辅助加热器启动，输送管道内的液体通过地埋管换热器将地下土壤中的热量与循环液体交换，进一步通过辅助加热器加热液体温度注入坝体埋管内，使坝体内部温度上升，达到温度设定值时断开循环泵及辅助冷加热器停止升温。

更换循环液体的步骤为：打开第四电磁，在循环泵的运作下将管道内液体排往大气中的液体储存箱中，然后关闭第四电磁阀，打开第三电磁阀，将液体补偿箱中液体注入输送管道中。

本实用新型提供的可调控混凝土大坝温度的装置，有益效果如下：

1、通过利用循环管道持续不断将地热能源交换输出对坝体温度调控，不仅能够节约人为制造热源所造成的能源消耗，而且采用此方法可长久对坝体进行温度调控，减少工程造价。

2、采用地埋管换热器包裹于输送管道U型段，能够有效提高地热与循环液体的热交换效率。

3、结合地热自然热源与人造热源辅助进行坝体温度调控，可为坝体温度调控进一步提供安全保证。

4、在坝体表面混凝土的内外侧均布置温度传感器，可实时监测温度变化数据，当内外温差超过一定的幅度，能够通过智能控制器进行自动化调节坝体内外温差。

5、在辅助人造热源的设计中，不仅可以利用泠凝器辅助降低循环液体温度，而且可以利用加热器辅助加热循环液体温度，起到双向调节作用。

6、采用流量计监测通过输送管道内液体的流量情况，以此判别输送管道内液体的损失情况，从而可以利用液体补偿箱及时进行管道内循环液体补偿，达到坝体温度调控的高效率运作状态。

7、采用智能控制器接收流量计、温度传感器数据，并进行处理控制循环泵、电磁阀的开闭，从而达到坝体温度调控的自动化控制。

开辟出一种全新的大坝温度控制模式，从单纯的采用人造热源控制温度转变为利用地热自然热源与人造热源辅助进行坝体温度调控，不仅能够在施工期对坝体温度调控，而且能够在大坝竣工运行期对坝体温度进行长期调控，大大节省了大坝温度控制的能源消耗。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的剖视图；

图3为本实用新型的智能控制器的输入输出连接示意图。

具体实施方式

实施例一

一种可调控混凝土大坝温度的装置，包括布置于坝体13混凝土内部的坝体埋管12，输送管道2的U型段2-1埋设于地下土壤中，U型段2-1外侧包裹有地埋管换热器1，输送管道2的U型段2-1一侧通过带流量计3的管道与循环泵4连接后再通过第一叉管5分别与辅助冷凝器6、辅助加热器7连接，第一叉管5与辅助冷凝器6之间设置有第一电磁阀8，第一叉管5与辅助加热器7之间设置有第二电磁阀9，辅助冷凝器6通过降温管10与坝体埋管12的进口端连通，辅助加热器7通过升温管11的进口端连通，输送管道2的U型段2-1另一侧与第二叉管14连接，第二叉管14一侧与带第三电磁阀16的液体补偿箱15连通，第二叉管14另一侧通过第三叉管17分别与坝体埋管12的出口端以及大气连通管26连通，大气连通管26上设有第四电磁阀18。

地埋管换热器1周边埋设有第一温度传感器19，且距离地埋管换热器1表面0.5-1.5米，优选为1米。

坝体13混凝土内部布置有第二温度传感器20，且距离地埋管换热器1表面0.5-1.5米，优选为1米。

坝体13外表面布置有第三温度传感器21，且距离坝体13表面0.5-1.5米，优选为1米。

第一温度传感器19、第二温度传感器20、第三温度传感器21及流量计3分别与智能控制器22的信息输入端23电连接，辅助冷凝器6、辅助加热器7、第一电磁阀8、第二电磁阀9、第三电磁阀16、循环泵4分别与智能控制器22的信息输出端24电连接。

坝体13上下游混凝土表面铺设一层保温层25，保温层的材质优选为聚氨酯，其厚度为0.5米，可以有效降低外界温度与混凝土的直接接触，减少坝体混凝土温度损失，有利于坝体13的温度调控。

坝体埋管12采用多层管道的模式平行于坝体13上下游表面布置，上下层管道间距为5米。

实施例二

一种采用上述装置进行混凝土大坝温度调控的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：在坝体13进行混凝土浇筑时，将坝体埋管12与施工期混凝土分仓浇筑同步进行，管道埋设至仓位边缘时预留接口，方便下一仓坝体埋管的连接，使之最终成为一个整体；

步骤2：在坝体13混凝土内部和外界布置第二温度传感器20、第三温度传感器21，对大坝混凝土内部及外界的温度进行实时监测，并将温度数据反馈给智能控制器22；

步骤3：将地埋管换热器1埋设于地下土壤中，并布置第一温度传感器19，将温度数据反馈给智能控制器22；

步骤4：智能控制器22读取接收第一温度传感器19、第二温度传感器20及第三温度传感器21反馈的温度数据，根据这些实时监控得到的温度数据控制循环泵4、冷凝器6、加热器7、第一电磁阀8、第二电磁阀9及第三电磁阀16的运行，调控流入坝体埋管12的液体温度逐步减小坝体混凝土的内外温差；实现混凝土大坝温度调控。

步骤4的调控过程为：

当坝体13进行浇筑施工时和工程完工初期，由于混凝土自身水化作用坝体温度升高，坝体13内部与坝体表层混凝土温差大于设定的最大温差值，循环泵4开启，第一电磁阀8打开，辅助冷凝器6启动，输送管道2内的液体通过地埋管换热器1将地下土壤中的热量与循环液体交换，进一步通过辅助冷凝器6冷却液体温度注入坝体埋管12内，使坝体内部温度下降，达到温度设定值时断开循环泵4及辅助冷凝器6停止降温；

当坝体13竣工后处于运行期时，由于坝体表面温度受气温影响较大，分两种情况：

当坝体13上下游混凝土表面温度较高时，通过更换循环液体的方式对坝体13进行降温；

当坝体13上下游混凝土表面温度较低时，坝体内部与坝体表层混凝土温差大于设定的最大温差值，循环泵4开启，第二电磁阀9打开，辅助加热器7启动，输送管道2内的液体通过地埋管换热器1将地下土壤中的热量与循环液体交换，进一步通过辅助加热器7加热液体温度注入坝体埋管12内，使坝体内部温度上升，达到温度设定值时断开循环泵4及辅助冷加热器7停止升温。

更换循环液体的步骤为：打开第四电磁18，在循环泵4的运作下将管道内液体排往大气中的液体储存箱15中，然后关闭第四电磁阀18，打开第三电磁阀16，将液体补偿箱15中液体注入输送管道2中。

当循环液体持续在管道内进行热交换时，循环液体根据其使用年限需要更换时，同样采用上述步骤对循环液体进行更换。

上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可调控混凝土大坝温度的装置，包括布置于坝体（13）混凝土内部的坝体埋管（12），其特征在于：输送管道（2）的U型段（2-1）埋设于地下土壤中，U型段（2-1）外侧包裹有地埋管换热器（1），输送管道（2）的U型段（2-1）一侧通过带流量计（3）的管道与循环泵（4）连接后再通过第一叉管（5）分别与辅助冷凝器（6）、辅助加热器（7）连接，第一叉管（5）与辅助冷凝器（6）之间设置有第一电磁阀（8），第一叉管（5）与辅助加热器（7）之间设置有第二电磁阀（9），辅助冷凝器（6）通过降温管（10）与坝体埋管（12）的进口端连通，辅助加热器（7）通过升温管（11）的进口端连通，输送管道（2）的U型段（2-1）另一侧与第二叉管（14）连接，第二叉管（14）通过第三叉管（17）分别与坝体埋管（12）的出口端以及大气连通管（26）连通，大气连通管（26）上设有第四电磁阀（18）。

2.根据权利要求1所述的可调控混凝土大坝温度的装置，其特征在于：地埋管换热器（1）周边埋设有第一温度传感器（19），且距离地埋管换热器（1）表面0.5-1.5米。

3.根据权利要求2所述的可调控混凝土大坝温度的装置，其特征在于：坝体（13）混凝土内部布置有第二温度传感器（20），且距离地埋管换热器（1）表面0.5-1.5米。

4.根据权利要求3所述的可调控混凝土大坝温度的装置，其特征在于：坝体（13）外表面布置有第三温度传感器（21），且距离坝体（13）表面0.5-1.5米。