專利名稱：一種蝸殼內溫壓協調控制系統及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于水電工程施工領域，具體涉及一種蝸殼內溫壓協調控制系統及其控制方法。
背景技術：
充水保壓蝸殼是一種新型的蝸殼結構形式，在機組低水頭運行時，蝸殼單獨承受水壓力，高水頭運行時，由蝸殼與混凝土聯合受力。充水保壓蝸殼既降低了對蝸殼的強度要求，同時也減少了對廠房的激振力，以避免引起廠房結構破壞，因此長期以來多采用充水保壓澆筑混凝土的蝸殼。在美國、加拿大、巴西、西歐，對大中型機組，多采用充水保壓蝸殼，值得指出的是西方的單機容量超過500MW機組的水電站，如大古力、古里、伊太普等水電站， 無一例外，都采用充水保壓蝸殼。此外，高水頭、大容量和可逆式抽水蓄能機組，采用充水保壓蝸殼居多。充水保壓蝸殼在混凝土澆筑過程中使蝸殼形成一個密封的壓力容器，人工模擬蝸殼在運行水頭作用下的機理，利用蝸殼的溫度變形和保壓水頭的膨脹作用，在維持一定內水壓力和溫度的條件下澆筑外圍混凝土，待全部澆完后放水卸壓達到在低水頭運行時，蝸殼單獨承受水壓力，高水頭運行時，由蝸殼與混凝土聯合受力的目的。雖然通過分析計算可給出蝸殼施工過程中溫壓應滿足的有關系曲線，但由于施工條件復雜，施工環(huán)境多變，蝸殼內水體溫度調節(jié)慢，充水保壓蝸殼方案在施工過程中會由于溫差的影響導致蝸殼膨脹度的偏差，繼而蝸殼承壓偏離原有設計方案中聯合受力的分配。在機組長期的運行中這些偏差產生的影響便會暴露出來，降低了蝸殼的抗疲勞性能，最終導致蝸殼及座環(huán)的變形和廠房結構的破壞。因此，如何在施工條件復雜多變的情況下，維持混凝土澆筑過程中蝸殼膨脹度，使?jié)仓瓿珊笪仛こ袎号c設計方案中聯合受力的分配保持一致，成為水電站充水保壓蝸殼二期混凝土澆筑過程中必須解決的技術問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種蝸殼內溫壓協調控制系統及其控制方法，其利用分析得到的蝸殼溫壓關系曲線，通過快速調整蝸殼內水壓力，維持蝸殼在多變環(huán)境中的膨脹度，保障蝸殼正常運行狀況下的穩(wěn)定性。本發(fā)明采用的技術方案
一種蝸殼內溫壓協調控制系統，它包括溫度維持系統、壓力控制系統和溫壓協調系統，溫度維持系統包括加熱系統和冷卻系統，壓力控制系統包括加壓泵和高位膨脹水箱，溫壓協調系統包括壓力傳感器、溫度傳感器、壓力保持系統高度自動調節(jié)裝置和中央控制系統，高位膨脹水箱設置在壓力保持系統高度自動調節(jié)裝置頂部，中央控制系統包括溫度系統控制模塊、壓力系統控制模塊、溫度測量輸入模塊、壓力測量輸入模塊、溫壓關系輸入模塊和控制精度輸入模塊，中央控制系統分別與溫度維持系統、壓力控制系統、壓力傳感器、水溫測量計和壓力保持系統高度自動調節(jié)裝置連接。
上述加熱系統由鍋爐、循環(huán)泵與蝸殼通過管路循環(huán)連接組成；所述冷卻系統由制冷器、循環(huán)泵與蝸殼通過管路循環(huán)連接組成，鍋爐和制冷器并列設置。上述高位膨脹水箱側面具有進水口和出水口，進水口上連接有進水軟管，進水軟管另一端連接有供水直管，出水口上連接有出水軟管，出水軟管另一端連接有排水直管，高位膨脹水箱底端設有水箱底部承壓管軟管，水箱底部承壓管軟管另一端連接蝸殼承壓水管。上述進水口由浮子作為開關，所述的出水口為全開式。一種蝸殼內溫壓協調控制系統的控制方法，它包括如下步驟
1)當蝸殼內平均水溫低于指定值時，通過中央控制系統向鍋爐發(fā)出加熱指令，同時循 環(huán)泵開啟，直到蝸殼內平均水溫滿足設計要求，停止加熱，循環(huán)泵持續(xù)開啟，均勻蝸殼內水溫；當蝸殼內平均水溫高于指定值時，通過中央控制系統向制冷器發(fā)出冷卻指令，同時循環(huán)泵開啟，直到蝸殼內平均水溫滿足設計要求，停止冷卻，循環(huán)泵持續(xù)開啟，均勻蝸殼內水溫;
2)中央控制系統通過水溫測量計得到蝸殼內平均水溫后，由原先輸入溫壓關系輸入模塊的溫度和水壓間的關系得到蝸殼需要的水壓，若實際壓力與所需要壓力差不滿足原先輸入控制精度輸入模塊的精度要求，中央控制系統向壓力保持系統高度自動調節(jié)裝置發(fā)出指令，抬高或降低壓力平臺高度，使蝸殼內水壓滿足要求。本發(fā)明取得的技術效果
I、本發(fā)明采用中央控制系統對蝸殼內的溫壓進行動態(tài)協調，通過自控升降平臺快速調節(jié)蝸殼內水壓力，使蝸殼的膨脹性在施工過程中快速滿足設計要求，改善由于單純的溫度調節(jié)造成的調節(jié)速度慢，不易協調等對施工進度和施工質量造成的影響，為新型蝸殼在保證施工質量前提下施工速度的提升奠定了基礎。


圖I為加熱系統示意 圖2為冷卻系統不意 圖3為壓力控制系統示意 圖4為中央控制系統模塊組成圖。其中，I-蝸殼；2-悶頭；3-排氣孔；4-排水孔；5-壓力傳感器；6-水溫測量計；7-循環(huán)導管；8-中央控制系統；9_循環(huán)泵；10_壓力表；11_進水口 ；12_鍋爐；13_壓力控制系統；14_溫度傳感器；15_溫度維持系統控制連接線；16_壓力控制系統控制連接線；17-蝸殼承壓水管；18_壓力平臺高度自動調節(jié)裝置；19_供水直管；20_進水軟管；21_浮子；22_排水軟管；23_排水直管；24_水箱底部邊承壓管軟管；25_高位膨脹水箱；26_制冷器。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的實施方式做進一步的說明。參見圖1-4，一種蝸殼內溫壓協調控制系統，它包括溫度維持系統、壓力控制系統和溫壓協調系統，溫度維持系統包括加熱系統和冷卻系統，壓力控制系統包括加壓泵和高位膨脹水箱25，溫壓協調系統包括壓力傳感器5、溫度傳感器14、壓力保持系統高度自動調節(jié)裝置18和中央控制系統8，高位膨脹水箱設置在壓力保持系統高度自動調節(jié)裝置頂部，中央控制系統包括溫度系統控制模塊、壓力系統控制模塊、溫度測量輸入模塊、壓力測量輸入模塊、溫壓關系輸入模塊和控制精度輸入模塊，中央控制系統分別與溫度維持系統、壓力控制系統、壓力傳感器、水溫測量計和壓力保持系統高度自動調節(jié)裝置連接。所述加熱系統由鍋爐12、循環(huán)泵9與蝸殼I通過管路循環(huán)連接組成；所述冷卻系統由制冷器26、循環(huán)泵9與蝸殼I通過管路循環(huán)連接組成，鍋爐和制冷器并列設置。所述高位膨脹水箱側面具有進水口和出水口，進水口上連接有進水軟管20，進水軟管另一端連接有供水直管19，出水口上連接有出水軟管22，出水軟管另一端連接有排水直管23，高位膨脹水箱底端設有水箱底部承壓管 軟管24，水箱底部承壓管軟管另一端連接蝸殼承壓水管17。所述進水口由浮子21作為開關，所述的出水口為全開式。一種蝸殼內溫壓協調控制系統的控制方法，它包括如下步驟
1)當蝸殼內平均水溫低于指定值時，通過中央控制系統向鍋爐發(fā)出加熱指令，同時循環(huán)泵開啟，直到蝸殼內平均水溫滿足設計要求，停止加熱，循環(huán)泵持續(xù)開啟，均勻蝸殼內水溫；當蝸殼內平均水溫高于指定值時，通過中央控制系統向制冷器發(fā)出冷卻指令，同時循環(huán)泵開啟，直到蝸殼內平均水溫滿足設計要求，停止冷卻，循環(huán)泵持續(xù)開啟，均勻蝸殼內水溫;
2)中央控制系統通過水溫測量計得到蝸殼內平均水溫后，由原先輸入溫壓關系輸入模塊的溫度和水壓間的關系得到蝸殼需要的水壓，若實際壓力與所需要壓力差不滿足原先輸入控制精度輸入模塊的精度要求，中央控制系統向壓力保持系統高度自動調節(jié)裝置發(fā)出指令，抬高或降低壓力平臺高度，使蝸殼內水壓滿足要求。要求在充水保溫保壓條件下澆筑混凝土，以保證機組低水頭運行時，蝸殼單獨承受水壓力，高水頭運行時，由蝸殼與混凝土聯合受力。施工中，在安裝好的蝸殼進口端焊接上悶頭，在座環(huán)內側安裝上試壓環(huán)，使蝸殼成為一個密封的壓力容器，并充水加壓使蝸殼產生一定的變形，保持蝸殼一定的內水壓力及溫度，在這種條件下進行蝸殼外圍混凝土的澆筑，在澆筑完最后一個倉的混凝土一個星期后放水泄壓，使蝸殼與外圍混凝土之間產生一定的間隙。蝸殼保溫保壓施工主要順序為悶頭安裝、試壓環(huán)安裝、保溫保壓裝置安裝(30天)一保溫保壓裝置系統試驗(5天)一蝸殼充水、加壓(5天)一加溫(4天)一澆筑混凝土—卸壓蝸殼排水(3天)一設備拆除(10天)。依據本發(fā)明內容設立了蝸殼充水保壓系統(含外循環(huán)系統、內循環(huán)系統、膨脹水箱、補水箱等)，加溫、冷卻系統以及與之配套的蝸殼水溫、水壓監(jiān)測系統、座環(huán)、蝸殼變形監(jiān)測系統、溫壓協調系統等(有的部件在圖中未示出，都是現有技術)。溫度和水壓間的關系，其應滿足的關系可由計算分析得出，這對本領域技術人員來說可以根據具體工礦具體分析得出。在某一具體工程中，保壓水頭與水溫按如下關系控制
當16°C彡t彡22 °〇時，保壓水頭為70m。當22°C <t彡25°C時，保壓水頭為67. 2m。當25°C <t ^ 27°C 時保壓水頭為 64. 40m。
當27°C <t時保壓水頭為62. 0m.。蝸殼內平均水溫不允許超過32 °C。
在溫壓協調系統的控制下，蝸殼從加壓前到壓カ達70m水頭時的壓カ變形值最大值約3. 02mm,最小值約1mm。蝸殼卸壓后,蝸殼與混凝土之間的間隙最大值為3. 37mm,最小值O. 54mm,與蝸殼變監(jiān)測數據基本一致。在外圍混凝土澆筑期間，蝸殼水溫基本保持在20±1° C，蝸殼水壓穩(wěn)定在O. 7Mpa。
權利要求
1.一種蝸殼內溫壓協調控制系統，其特征在于它包括溫度維持系統、壓力控制系統和溫壓協調系統，溫度維持系統包括加熱系統和冷卻系統，壓力控制系統包括加壓泵和高位膨脹水箱(25)，溫壓協調系統包括壓力傳感器(5)、溫度傳感器(14)、壓力保持系統高度自動調節(jié)裝置(18)和中央控制系統(8)，高位膨脹水箱設置在壓力保持系統高度自動調節(jié)裝置頂部，中央控制系統包括溫度系統控制模塊、壓力系統控制模塊、溫度測量輸入模塊、壓力測量輸入模塊、溫壓關系輸入模塊和控制精度輸入模塊，中央控制系統分別與溫度維持系統、壓力控制系統、壓力傳感器、水溫測量計和壓力保持系統高度自動調節(jié)裝置連接。
2.如權利要求I所述的蝸殼內溫壓協調控制系統，其特征在于所述加熱系統由鍋爐(12)、循環(huán)泵(9)與蝸殼(I)通過管路循環(huán)連接組成；所述冷卻系統由制冷器(26)、循環(huán)泵(9)與蝸殼(I)通過管路循環(huán)連接組成，鍋爐和制冷器并列設置。
3.如權利要求I或2所述的蝸殼內溫壓協調控制系統，其特征在于所述高位膨脹水箱側面具有進水口和出水口，進水口上連接有進水軟管(20)，進水軟管另一端連接有供水直管(19)，出水口上連接有出水軟管(22)，出水軟管另一端連接有排水直管(23)，高位膨脹水箱底端設有水箱底部承壓管軟管(24)，水箱底部承壓管軟管另一端連接蝸殼承壓水管(17)。
4.如權利要求3所述的蝸殼內溫壓協調控制系統，其特征在于所述進水口由浮子(21)作為開關，所述的出水口為全開式。
5.利用權利要求4所述的蝸殼內溫壓協調控制系統的控制方法，其特征在于，它包括如下步驟 . 1)當蝸殼內平均水溫低于指定值時，通過中央控制系統向鍋爐發(fā)出加熱指令，同時循環(huán)泵開啟，直到蝸殼內平均水溫滿足設計要求，停止加熱，循環(huán)泵持續(xù)開啟，均勻蝸殼內水溫；當蝸殼內平均水溫高于指定值時，通過中央控制系統向制冷器發(fā)出冷卻指令，同時循環(huán)泵開啟，直到蝸殼內平均水溫滿足設計要求，停止冷卻，循環(huán)泵持續(xù)開啟，均勻蝸殼內水溫； . 2)中央控制系統通過水溫測量計得到蝸殼內平均水溫后，由原先輸入溫壓關系輸入模塊的溫度和水壓間的關系得到蝸殼需要的水壓，若實際壓力與所需要壓力差不滿足原先輸入控制精度輸入模塊的精度要求，中央控制系統向壓力保持系統高度自動調節(jié)裝置發(fā)出指令，抬高或降低壓力平臺高度，使蝸殼內水壓滿足要求。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種蝸殼內溫壓協調控制系統，它包括溫度維持系統、壓力控制系統和溫壓協調系統，中央控制系統包括溫度系統控制模塊、壓力系統控制模塊、溫度測量輸入模塊、壓力測量輸入模塊、溫壓關系輸入模塊和控制精度輸入模塊，中央控制系統分別與溫度維持系統、壓力控制系統、壓力傳感器、水溫測量計和壓力保持系統高度自動調節(jié)裝置連接。本發(fā)明采用中央控制系統對蝸殼內的溫壓進行動態(tài)協調，通過自控升降平臺快速調節(jié)蝸殼內水壓力，使蝸殼的膨脹性在施工過程中快速滿足設計要求，改善由于單純的溫度調節(jié)造成的調節(jié)速度慢，不易協調等對施工進度和施工質量造成的影響，為新型蝸殼在保證施工質量前提下施工速度的提升奠定了基礎。
文檔編號G05D27/02GK102654777SQ20121013746
公開日2012年9月5日 申請日期2012年5月5日 優(yōu)先權日2012年5月5日
發(fā)明者張鴻清, 戴會超, 曹廣晶, 蔣定國, 陸航 申請人:中國長江三峽集團公司