座環蝸殼數字化變形監控技術的應用探討

彭兵

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川 彭山 620800）

座環、蝸殼水壓試驗及澆筑過程的常規施工方法中，監測蝸殼膨脹及座環軸向、徑向變形是通過架設百分表的方式進行監測的，不能對數據進行實時監測，每個數據均需要人工到測量點進行讀數，需要更多的人力資源及時間。因此，為了優化監測方案，提高工效，保證監測數據實時化，我們提出了數值化變形監控系統。

該系統將傳統的機組安裝過程中架設百分表的讀數方式直接改變為電子數據監測系統中，使之座環蝸殼在整個打壓、澆筑過程的監測數據系統化、可視化。通過直觀數據分析查找澆筑過程質量控制的薄弱點，對于提高機組安裝質量起到了重要的作用。

近年來，數字化技術的應用逐漸進入水電站機電設備安裝過程中，各個專業可以依據本身的特色進行數字化系統定制。從而提高施工質量、施工工效，節省成本。

1 項目簡介

采用位移傳感器（高精密儀器）對座環軸向、徑向變形及蝸殼膨脹變形進行監測是一種新型的監測方式，能夠更準確、及時、有效地實時監測，并將數據及時傳回可視裝置。并可以對各個監測點設置預警值，超過預警值時發出信號，可以準確及時地知道某個點發生狀況并及時處理。

傳統的監測方法中，百分表固定相對位移傳感器較難固定，若有外界因素影響某個監測點時，無法及時發現及時處理，導致測量數據不真實；傳統的監測方法中，每個監測點布置好以后，最終的讀數需要人工到每個監測點讀數，需要更多的人力資源及時間，且百分表屬于易損壞部件。采用這種新型監測方法后，設備更易固定，受到干擾因素較少，可以在數據終端實時監控相關數據，并且節省人力和時間，有效提高了監測精度和效率。

常規的磁力表座及百分表裝置及易損壞，磁體較重，不易大量攜帶，在蝸殼頂部作業時，必須采取有效的防掉落措施。該類型位移傳感器及配套裝置體積小，重量輕，便于攜帶，具有良好的環境適應性及使用壽命，靈敏度及分辨率高，能夠很好地適應水電站溫差大、噪音大、強粉塵、潮濕及有油污等惡劣環境。

通過技術分析，采用位移傳感器對座環軸向、徑向變形及蝸殼膨脹變形進行監測無論是從準確性、及時性、還是有效能性來看，都高于傳統的用百分表對其進行監測。通過對該項目以后發展前景的預測、產后的經濟效益及技術保障來看，該項目是值得推廣的。

2 傳統技術的缺陷和不足

（1）傳統的監測方法中，百分表相對位移傳感器較難固定，若有外界因素影響某個監測點時，無法及時發現及時處理，導致測量數據不真實。

（2）傳統的監測方法中，每個監測點布置好以后，最終的讀數需要測量人員到每個監測點讀數，需要更多的人力資源及時間，且百分表屬于易損壞部件。

（3）不能直觀對數據進行實時全面監測。

3 數字化監控的創新性

座環、蝸殼變形數字化監控技術，通過在座環軸向、徑向蝸殼膨脹變形方向均布一種高精密儀器—位移傳感器，并配備相應的可視裝置等輔助設施，實現了座環蝸殼水壓試驗及澆筑過程中變形監測數據的自動讀取、數字化實時監測，并對超限值進行自動預警，該裝置結構簡單且便于固定，解決了傳統機械檢測方式人工讀數可能碰撞監測支架造成數據不真實、效率低及受外界因素影響大等技術難題，提高了變形監測數據的準確性及效率。

4 應用技術舉例

座環蝸殼上布置變形測量用的位移傳感器，在座環+X、-X、+Y、-Y 四個方向安裝監測支架，焊在下部混凝土預埋基礎上，每個支架設2 個位移傳感器分別用于測量座環上法蘭面軸向位移、徑向位移及座環下法蘭面的軸向位移及徑向位移：在蝸殼4 個斷面的水平及垂直部位共布置8 個位移傳感器，用于監測試驗及混凝土澆筑時蝸殼的變形與座環的水平變化，蝸殼悶頭布置1 個位移傳感器，蝸殼直管段布置2 個位移傳感器，蝸殼舌板（鼻端導葉）處布置1 個位移傳感器，共布置12 個位移傳感器及相應的連接線路和可視化接收設備裝置。座環蝸殼監測設備布置示意圖如圖1。

圖1 座環蝸殼監測設備布置示意圖

用于監測座環的支架在封水環安裝后焊接，檢測支架不得與蝸殼及座環相碰，位移傳感器支架設要牢固、可靠，位移傳感器的初始值應設在中間量程，保證雙向位移測量。

在座環蝸殼試壓及混凝土澆筑過程中，依據施工過程控制要求，對過程控制中數據進行記錄；全方位監控變形位移狀況，根據監控數據及時對混凝土澆筑過程進行控制，有效地保證施工質量。

5 數字化監控應用前景

（1）創新性。采用位移傳感器（高精密儀器）對座環軸向、徑向變形及蝸殼膨脹變形進行監測是一種新型的監測方式，能夠更準確、及時、有效地實時監測，并將數據及時傳回可視裝置。并可對各個監測點設置預警值，超過預警值時發出信號，可準確及時地知道某個點發生狀況并及時處理。

（2）經濟性。通過前期調研與生產廠家咨詢，該位移傳感器及其配套設備市場價格在幾萬元以內，且每臺機組可以重復使用，節約了人工及工期，從后期產生的經濟效益來看，是經濟可行的。

（3）推廣性。通過技術分析，采用位移傳感器對座環軸向、徑向變形及蝸殼膨脹變形進行監測，無論是從準確性、及時性還是有效能性來看，都高于傳統的用百分表對其進行監測。

通過對該項目以后發展前景的預測、產生的經濟效益及技術保障來看，該項目是值得推廣的。

（4）安全性。該位移傳感器及配套裝置體積小、重量輕，便于攜帶，具有良好的環境適應性及使用壽命，靈敏度及分辨率高，能夠很好地適應水電站溫差大、震動力、強粉塵、潮濕及有油污等惡劣環境。

6 結語

水電站建設過程中，機電設備安裝種類繁多，關鍵工序部位監測數據量較大，座環蝸殼作為基礎埋件中最重要的固定件之一，其安裝質量直接影響后期機組運行工況。因此，在打壓或混凝土澆筑施工中，對座環蝸殼進行實時有效的數據監測，對電站建設提供了優異的質量保障。監測數據系統具有可視性、準確性、及時性，方便快捷適用性廣，該技術的成功應用可以為水輪發電機組在盤車過程中數據的自動讀取、處理及瓦間隙分配等積累豐富的實踐經驗，促使機組安裝向人工智能化方向發展，應用前景廣闊。從提高施工質量管理及數字化建設方面值得推廣應用。