拱坝施工冷却水水流量波动的控制

摘 要：拱坝施工通水冷却过程中，许多因素均会造成冷却通水流量的波动，如果不及时进行水流量的调整，势必会影响通水冷却的效果，达不到有效控制流量和稳定降温速率的目的。如何保持稳定的水流是文章探讨内容。

关键词：水流量；拱坝；冷却水；波动

1 简述

按照《拱坝混凝土温度控制技术要求》，在拱坝混凝土施工过程中，要求混凝土的温度在不同的凝固时段，其降温速率要求是不同的。应随着水化热量的变化，控制降温水流量大小，逐渐降低混凝土的温度（见混凝土降温曲线）。降温速率过快会极易产生混凝土内部温度应力，使混凝土产生裂缝。要实现坝体温度以技术要求规定的降温速率降温，就要准确的控制、稳定好通入冷却水的两个指标，一个是通水的温度，另一个是通水的流量。通水的温度稳定，可以通过冷却水生产设备的温度自动监测、控制设备制冷量来实现，但是通水的流量自动监测、控制，目前国内生产的集成式冷水机组还未能实现。目前仍是通过人工定时监测坝体温度的变化，控制闸阀增减通水流量，恒定坝体温度控制降低速率。由于人工检测和调整存在控制精度低，坝体温度时高时低，很难满足温控的要求。

2 水流量稳定性分析

拱坝冷却通水水流量波动的主要原因是供水和需水失衡产生的。拱坝在施工浇筑中，造成供需水失衡的两个重要因素：（1）每天需通水浇筑仓位在不断增加，导致需水流量的不断增加；（2）拱坝混凝土的降温曲线要求，不同降温时段所对应通水水流量，导致的需水量大小的变化。当需用水量小于设备总供水量，供水系统总水流量充足，系统水流量就上升；当需用水量大于设备总供水量，供水系统的总水流量不足，系统水流量就下降。分支回路水流量的波动变化也是如此。提高水流量稳定性就是要保持供水量与需水量一致。供、需水流量越接近，水流量的波动越小。

3 供水量的控制

3.1 人工水量控制

目前拱坝冷却水供水量主要采用的是人工调节，满足需水量的办法（见图a）。图示为拱坝两台冷水机构成的供水环路原理图。供水环路中有主管、分管、支管。主管连接冷水机与分水管路构成冷水机并联供水网。分水管连接坝内冷却水管与主管构成并联需水网。供需水网的大小，是根据拱坝冷却需要可以增加需水支路数量，也可以相应的增加冷水机台数。

人工调节水量的流程：

①根据《拱坝混凝土温度控制技术要求》和需水支路数，测算总需水流量和分水流量。②将支路控水阀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全开。③将分水控制阀F分1、F分2全开。

④调节总阀F总1、F总2均分测算需水总流量。⑤调节分水控制阀F分1、F分2开度大小，满足分水流量要求。⑥调节支路控水阀开度大小，满足温控流量要求。⑦反复微调总水阀、分水阀、支路水阀满足各测量点水流要求。

人工调节稳定水流是一个细致反复的过程，调节工作量大，支路水流、分水流、总水流之间在调节过程中，会相互影响，应耐心调整。若需用水支路数增加，应及时调节水流总阀F总1、F总2，分流阀F分1、F分2及支路水阀，保持需水量与供水量的平衡。在实际应用中，完全靠人工调节的办法来稳定水流量，是很难有良好的控制效果。

3.2 自动水量控制

在拱坝通水冷却工作实践中，为了解决水量供需平衡问题，我们参考北方地区供暖系统热水稳定原理，结合拱坝冷却水通水要求与特点，引入平衡阀控水元件，解决了水流波动的问题。

3.2.1 平衡阀的控水原理

平衡阀的结构是由A、B、C三个腔体组成（见结构简图C）。A腔体为进水部分，B腔体为出水部分，C腔体为控制水部分。A、B腔体之间通过控制环口相同。环口有控制阀，控制阀上下移动，可以改变环口截面积大小。当B腔体水压增大时，水压力克服弹簧力作用，推动控制阀向下，环口截面积减小，水流量减小。当B腔体水压减小时，弹簧力克服水压力作用，推动控制阀向上，环口截面积增大，水流量增大。

3.2.2 自动冷却水调节环路原理

为了提高平衡水流波动的灵敏度，我们设计采用二级压差平衡阀控水环路。第一级分管控水环路；第二级为主管控水环路。它与手动冷却水调节环路的区别是：①在每个分水环路上，安装一个压差式平衡阀。②在每台冷水机上，同样也加装一个压差式平衡阀（见图b）。

当某支管管路水流F支11闸阀开度减小，其支路水流减小，致使回水分路水压P分回1减小，第二级平衡阀F分1开度减小，进水量L分进1减小。总回水量减小，使得回水总压力P总回1减小，第一级平衡阀F总1开度减小，总量流量L总进1减小。反之亦然。

4 平衡阀的选择

5 结束语

实际应用中，造成管路中流量波动的因素很多，随机性也很大，自动流量控制供水网在稳定主管、分管流量、压力上效果显著。大大降低了拱坝浇筑冷却中，稳定水流的控制难度，减少了人工水流调节的成本，为拱坝浇筑中实现设计理想降温曲线提供了可靠保证。

参考文献

[1]施俊良.调节阀的选择[M].北京：中国建筑工业出版社，1986.

[2]河北恒创阀门有限公司.ZY47自力式压差平衡阀使用手册.

作者简介：张建中（1960-），男，中国葛洲坝集团公司大岗山电站大坝工程施工项目部，工程师，主要从事设备物资管理。