拱壩施工冷卻水水流量波動的控制

摘 要：拱壩施工通水冷卻過程中，許多因素均會造成冷卻通水流量的波動，如果不及時進行水流量的調整，勢必會影響通水冷卻的效果，達不到有效控制流量和穩定降溫速率的目的。如何保持穩定的水流是文章探討內容。

關鍵詞：水流量；拱壩；冷卻水；波動

1 簡述

按照《拱壩混凝土溫度控制技術要求》，在拱壩混凝土施工過程中，要求混凝土的溫度在不同的凝固時段，其降溫速率要求是不同的。應隨著水化熱量的變化，控制降溫水流量大小，逐漸降低混凝土的溫度（見混凝土降溫曲線）。降溫速率過快會極易產生混凝土內部溫度應力，使混凝土產生裂縫。要實現壩體溫度以技術要求規定的降溫速率降溫，就要準確的控制、穩定好通入冷卻水的兩個指標，一個是通水的溫度，另一個是通水的流量。通水的溫度穩定，可以通過冷卻水生產設備的溫度自動監測、控制設備制冷量來實現，但是通水的流量自動監測、控制，目前國內生產的集成式冷水機組還未能實現。目前仍是通過人工定時監測壩體溫度的變化，控制閘閥增減通水流量，恒定壩體溫度控制降低速率。由于人工檢測和調整存在控制精度低，壩體溫度時高時低，很難滿足溫控的要求。

2 水流量穩定性分析

拱壩冷卻通水水流量波動的主要原因是供水和需水失衡產生的。拱壩在施工澆筑中，造成供需水失衡的兩個重要因素：（1）每天需通水澆筑倉位在不斷增加，導致需水流量的不斷增加；（2）拱壩混凝土的降溫曲線要求，不同降溫時段所對應通水水流量，導致的需水量大小的變化。當需用水量小于設備總供水量，供水系統總水流量充足，系統水流量就上升；當需用水量大于設備總供水量，供水系統的總水流量不足，系統水流量就下降。分支回路水流量的波動變化也是如此。提高水流量穩定性就是要保持供水量與需水量一致。供、需水流量越接近，水流量的波動越小。

3 供水量的控制

3.1 人工水量控制

目前拱壩冷卻水供水量主要采用的是人工調節，滿足需水量的辦法（見圖a）。圖示為拱壩兩臺冷水機構成的供水環路原理圖。供水環路中有主管、分管、支管。主管連接冷水機與分水管路構成冷水機并聯供水網。分水管連接壩內冷卻水管與主管構成并聯需水網。供需水網的大小，是根據拱壩冷卻需要可以增加需水支路數量，也可以相應的增加冷水機臺數。

人工調節水量的流程：

①根據《拱壩混凝土溫度控制技術要求》和需水支路數，測算總需水流量和分水流量。②將支路控水閥F支11、F支12、F支13、F支14和F支21、F支11、F支22、F支23、F支24全開。③將分水控制閥F分1、F分2全開。

④調節總閥F總1、F總2均分測算需水總流量。⑤調節分水控制閥F分1、F分2開度大小，滿足分水流量要求。⑥調節支路控水閥開度大小，滿足溫控流量要求。⑦反復微調總水閥、分水閥、支路水閥滿足各測量點水流要求。

人工調節穩定水流是一個細致反復的過程，調節工作量大，支路水流、分水流、總水流之間在調節過程中，會相互影響，應耐心調整。若需用水支路數增加，應及時調節水流總閥F總1、F總2，分流閥F分1、F分2及支路水閥，保持需水量與供水量的平衡。在實際應用中，完全靠人工調節的辦法來穩定水流量，是很難有良好的控制效果。

3.2 自動水量控制

在拱壩通水冷卻工作實踐中，為了解決水量供需平衡問題，我們參考北方地區供暖系統熱水穩定原理，結合拱壩冷卻水通水要求與特點，引入平衡閥控水元件，解決了水流波動的問題。

3.2.1 平衡閥的控水原理

平衡閥的結構是由A、B、C三個腔體組成（見結構簡圖C）。A腔體為進水部分，B腔體為出水部分，C腔體為控制水部分。A、B腔體之間通過控制環口相同。環口有控制閥，控制閥上下移動，可以改變環口截面積大小。當B腔體水壓增大時，水壓力克服彈簧力作用，推動控制閥向下，環口截面積減小，水流量減小。當B腔體水壓減小時，彈簧力克服水壓力作用，推動控制閥向上，環口截面積增大，水流量增大。

3.2.2 自動冷卻水調節環路原理

為了提高平衡水流波動的靈敏度，我們設計采用二級壓差平衡閥控水環路。第一級分管控水環路；第二級為主管控水環路。它與手動冷卻水調節環路的區別是：①在每個分水環路上，安裝一個壓差式平衡閥。②在每臺冷水機上，同樣也加裝一個壓差式平衡閥（見圖b）。

當某支管管路水流F支11閘閥開度減小，其支路水流減小，致使回水分路水壓P分回1減小，第二級平衡閥F分1開度減小，進水量L分進1減小。總回水量減小，使得回水總壓力P總回1減小，第一級平衡閥F總1開度減小，總量流量L總進1減小。反之亦然。

4 平衡閥的選擇

5 結束語

實際應用中，造成管路中流量波動的因素很多，隨機性也很大，自動流量控制供水網在穩定主管、分管流量、壓力上效果顯著。大大降低了拱壩澆筑冷卻中，穩定水流的控制難度，減少了人工水流調節的成本，為拱壩澆筑中實現設計理想降溫曲線提供了可靠保證。

參考文獻

[1]施俊良.調節閥的選擇[M].北京：中國建筑工業出版社，1986.

[2]河北恒創閥門有限公司.ZY47自力式壓差平衡閥使用手冊.

作者簡介：張建中（1960-），男，中國葛洲壩集團公司大崗山電站大壩工程施工項目部，工程師，主要從事設備物資管理。