《梁场自动测温系统讲义教材》由会员分享，可在线阅读，更多相关《梁场自动测温系统讲义教材（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、梁场蒸养温控系统,-高铁箱梁测温,混凝土蒸汽养护技术及设备研究报告,3,技术目录,施工说明,蒸汽养护的设计,实验方案,蒸氧技术方案,蒸养制度是指对养护过程的时间和温度的规定，其表示方法为：预养升温恒温降温。即分别确定： （1）预养期 （2）升温期 （3）恒温期 （4）降温期,一、蒸养制度确定和关键参数计算,1.预养期 预养时间一般为36h，可用“临界初始结构强度”和“最佳预养期”确定。具体关于最佳预养期可参照图1中的曲线并结合实际的试验数据来确定。,图1 预养期对蒸养混凝土强度及变形的影响,2.升温期 升温期的主要控制参数是升温速度。采用分段升温方案：开始低速升温，随着温度的升高，增大升温速率
2、，温度时间曲线的斜率逐渐增大。升温速度计算公式如下：,t恒恒温温度，； t初罩内的环境温度，； V升升温速度，/h；,3.恒温期 恒温期的确定可以根据米洛诺夫提出了不同混凝土的强度于恒温温度和恒温时间的关系曲线（如图2所示）。,图2 恒温温度及时间对混凝土强度增长速度的影响,4.降温期 降温期的关键是确定适当的降温速度，在保证减少降温期的结构损伤的同时，尽量缩短养护周期。本设计为保证梁养护质量，降温速率为10 /h。,t恒恒温温度，； t预预养期结束罩内温度，； V升降温速度，/h；,5. 结论 根据已有的初始结构强度、最佳预养期、升温速度、恒温时间、降温速度要求初步拟定一个分段升温养护制度如
3、下图所示：,图3 蒸养制度图,6. 蒸养制度各养护期的参数控制说明 （1）预养期应控制养护罩内温度 在15。温控参数为温度。 （2）升温期分段升温，开始升温速率5/h，然后恒温13h，再以8/h的速率快速升温至55。温控参数为温升速率和温度。 （3）恒温期：以55的温度恒温，控制恒温温度波动在552。温控参数为温度。 （4）降温期：控制降温速率在10/h以下。温控参数为降温速率。,7. 蒸养制度关键参数的保证 根据混凝土手册（第二分册）的有关混凝土蒸汽养护各阶段的导温情况的计算，可以验证，采用该养护制度： （1）混凝土表面至中心的最大温差为14.3，小于15，符合规定； （2）考虑水化热后，升
4、温阶段的最高温升为30.1，恒温阶段的最高温升为57.42，均在60以下，符合要求。,8.蒸汽养护的参数设计 蒸汽养护适用的最低温度：-10 传感器的测量范围：-40350 饱和蒸汽压力： 1.25Mpa； 环境风力： 5级,整个蒸养系统由供热系统、通风降温系统、养护罩系统、温控系统、几部分组成，如下图所示。以下将分别加以介绍。,二、蒸汽养护系统的组成及设计计算,为确定供热系统的热源锅炉的容量，应该首先计算蒸汽养护过程中的热量消耗。热量消耗的计算主要考虑以下几个方面： （1）升温期的热量消耗 加热混凝土制品所消耗的热量 砼制品中蒸发水分所消耗的热量 钢模、箱梁中的钢筋及其他钢结构所消耗的热量
5、充满养护设备自由空间的蒸汽耗热量 养护设备蓄热和散失的热量、冷凝水带走的热量、逸失介质的耗热量 水泥的水化热,一、供热系统,1. 热量计算,（2）恒温阶段的热量消耗 恒温阶段热量消耗主要有散失于周围介质的热量、漏失蒸汽损失的热量两部分。其热量计算参考台湾的养护方案，可取为升温期热量的15%。 （3）养护期间单位时间需要供给的最大热量为升温期和恒温期的热量消耗的总和。 经热量计算后，可知蒸汽养护所消耗的总热量（转化为所需的蒸汽量）为5.2t/h。 以上计算未考虑的管道损失和蒸养罩缝隙损失等因素的影响，取富裕系数1.4。最终所需的蒸汽量为7.28 t/h。,2.供热设备、部件的选择 2.1 锅炉
6、经热量计算，可知蒸汽养护所需的蒸汽量为7.28t/h。 锅炉的选择以其容量满足整个养生期的热量消耗为原则。因此，选取WNS4-1.25-YZ型蒸汽锅炉两台。 相关参数如下：额定蒸发量：4t/h 额定压力：1.25 Mpa，蒸汽为饱和蒸汽 燃料：油或气 外形尺寸：587630253608（mm）,2.2 管道 （1）管道布置 管道的布置依据为：使整个养生的梁的区间均匀充满蒸汽。 管道布置如下图5：,（2）管道的水力计算 管道水力计算参考热力管道设计手册中的平均密度法。 备注：具体算例详见研究报告。 管道的水力计算结果： DN125主蒸汽管两根，立管4根、DN125立管两根，DN68蒸汽支管4根，
7、DN32的蒸养管20根。两侧管道相向布置，其中4根布置在地沟里，箱梁内布置4根，腹板两侧各布置4根，顶板布置8根（距离混凝土表面不小于30cm）。每两根蒸汽管为一组相向布置，且轴线一致。,喷 孔： 蒸养管上前2/3管段每隔25mm、后1/3段每隔20mm打制一对直径为2mm的梅花形喷孔。这是考虑到蒸汽沿管道有压力降和温度降。两喷孔的夹角为120度，以防蒸汽直接喷到混凝土或钢模表面上。 （3）管材 主管道选用焊接钢管，蒸养管采用不锈钢无缝钢管，以防生锈堵塞管道。其中，为了便于安装，箱梁内腔内的4根蒸养管在梁端各采用一段2.5m长的软管进行连接。,（4）管道保温计算 为了减少蒸汽输送过程中的热损失
8、，主蒸汽管以及地沟内的蒸养管应加设保温层。主蒸汽管保温材料选用岩棉，保温层厚56mm。地沟内蒸养管的保温材料选用沥青矿渣棉毡，厚度为94mm 。保温层经济厚度的计算公式详见研究报告。 （5）管道支吊架间距的确定 管道的支架间距的确定应满足强度条件和刚度条件。参见热力管道计算手册，支吊架间距定为5m一个。,（6）管道补偿计算 管道受热后将膨胀伸长，应进行管道补偿。经计算，可知管子的伸长较小，利用管道弯曲部分形成L形或Z形管段对热伸长作自然补偿。 （7）阀门的选择 管道上的阀门设置如下： 减压阀 减压阀的选用应根据减压流量、阀前后的压力，以及阀前流体温度条件，,来选定阀孔面积，进而选择减压阀的规格
9、尺寸。 型号：Y43H 电磁阀 电磁阀根据所安装管径及介质温度进行选择。 型号：ZCGL2型 安全阀 安全阀的选择应由公称压力和使用温度范围。 型号：A41H16型,根据负荷计算及风压要求，选4-72-11No12C 离心通风机1 台，转速为1120r/min,流量分别为23000m3/h。所配电机为7.5KW。 2.2 风机出口的连接 在靠近风机出口处的转弯，必须和风机的转到方向一致，使气流通畅均匀，避免不必要的能量损耗。 风机出口到转弯处应有不小于3D（即A3D,D为风机入口直径）的直管段，以免造成不必要的静压损失。 风机的入口和出口处应加软接头，以减少振动的影响。软接头材料宜采用人造革或
10、帆布。,2.1 风机的选择,二 、通风降温系统,2.3 通风系统控制方案 整个系统中设有四个阀门，在系统安装好后，必须调试风量，使出风量均匀。降温开始后，在自控系统的监测下，通过控制风机的开和关来达到控制降温速率，使其保持每小时10/小时。,3.1 养护罩的选择确定,养护罩由养护罩架和养护被两大部分组成。 养护被应该具有良好的保温性、防潮性、抗拉性及柔韧性，且成本低。拟选用纳米复合纤维保温毡。产品有关性能参数如下：包括单层防水复合保温材料、双层高室结构保温材料和厚型三层气室结构保温材料；定重8001100g/m2；抗拉性强6501100N/5CM;保温率82%；具有防水防大雨功能.防污染,防潮
11、性强。 养护罩架由7组型钢焊接成的桁架结构组成。养护罩架的确定以满足强度和刚度要求为原则，同时考虑使用方便、成本低。单个的养护罩架桁架结构见附图“养护罩支撑架（图号YH0301）”，养护罩架在外模上摆放见附图“养护罩支架摆放（图号YH0302）”。,三、养护罩系统,3.2 养护罩系统图,养护被,养护罩,温度自动控制是蒸汽养护的关键环节。温控系统要具有温度的检测、调节、控制功能，同时控制系统还设计有养护罩内温度的实时显示、初始参数的设置及安全报警等功能。形成的控制系统框图如图5：,4.1 控制系统简介,图5 控制系统流程图,四 、控制系统,测温点的布置分为两种：试验测温点布置和现场实施测温点布置
12、。 （1）试验测温点的布置 本研究方案决定从混凝土箱型梁的两端供蒸汽，因此测温点的布置以梁的纵向长度的一半作为研究对象，横向截面也对称，所以布置测温点时以截面的一半来布置。在纵向确定四个横截面A-A,B-B,C-C,D-D作为布点的平面，具体截面位置以及测温点的布置如下列各图所示。,4.2 温度传感器的布置,温度传感器布置图,图6 测温点的截面布置图,图7所示的为梁端部A-A截面的内部测温点的布置图，共有14个智能数字温度传感器，分别监测端部的顶板、腹板、翼缘板和底板不同厚度处温度的变化情况。,图7 A-A截面内部温度测温点的布置,图8所示为梁端部A-A截面的外部测温点的布置图，共10个智能数
13、字温度传感器。,图8 A-A截面内部温度测温点的布置,图9示为D-D截面（接近跨中）的混凝土内部测温点的布置图，共有14个智能数字温度传感器。,图9 D-D截面内部温度测温点的布置,图10为D-D截面的外部测温点布置图，共有10个智能数字温度传感器。 B-B截面和C-C截面只布置外部测温点，传感器的布置位置和图10所示的一致。主要为了反应纵向的温度变化规律。 试验测温点共计68个，需要68个智能数字温度传感器。在技术实现上可采用4套测温和控温系统同时监测和控制同一片混凝土梁的蒸汽养护。,图10 D-D截面外部温度测温点的布置,（2）现场施工测温点的布置 在现场正常的蒸汽养护过程中，只需要在A-
14、A截面和B-B截面的外部按照图8和图10所示的测温点布置20个温度传感器 。通过这20个温度传感器所测得的温度数据和试验阶段所得到的混凝土箱型梁的温度变化规律进行比较并对养护温度进行时时修正和控制。,（1）控制系统组成 本温度控制系统主要由1台上位工控PC机、两台PLC下位机、64点温度传感器、6路（24点）电磁阀、4台巡回控制仪和通风机等组成。,4.3 温度控制系统设计,4.3.1 温度控制系统设计,控制系统结构图,4.3.2 系统功能 本系统具有64点的温度采集，12路输出控制功能。 温度传感器采用美国进口的DS18B20智能数字温度传感器。执行元件采用开关型高速电磁阀， 系统可对任意混凝
15、土梁养护曲线参数进行设置。 整个系统是由一套自动检测控制系统和一套手动操作控制系统组成。手动系统只是作为自动控制系统的应急备用。自动检测控制系统由工业控制计算机作人机界面操作站，主要控制由PLC按预置控制曲线完成控制，自动化程度高，可靠性好。,手动控制功能，手动系统由四台十六点的温度巡检仪作温度检测显 示，用手动操作按钮作手动控制，两系统通过手动/自动切换装置进行相互切换，以达到对控制阀和风机进行手动操作的备用作用。 系统能显示各测试点的温度值、主要截面的平均温度值、实时曲线、历史曲线、历史数据、日报表等参数，并打印相关参数。 本系统因采用标准的工业计算机控制软件（三维力控）、硬件平台（PLC
16、）构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强，开发性好，易于扩展，经济实用的特点，运行更安全可靠。,4.3.3 温度控制原理 温度传感器所测得的数据经数据信号线传送到PLC和工业控制计算机，将测量温度与设定函数的计算值进行比较、判断，然后由PLC发出高低电平来控制相应区域的阀门的关，使各个控温空间的升温或降温过程比较平稳地按温度曲线进行自动控制。控制原理界面如下图所示：,4.3.4 温度控制过程,4.3.5 系统软件功能 用户管理 系统设置:系统设置包括测温点数量的设置；升温时间和升温速度的设置；恒温时间和恒温温度的设置。系统设置结构如下图：,动态图形 动态图形显示包括静态显示和动态循环显示。动态循环显示主要实现A截面、B截面、C截面、D截面之间的循环显示，便于监测各截面上的温度值；静态显示可以单独显示A、B、C、D截面中的某一截面，便于集中观察某一截面温度值。可通过标题栏下拉菜单进入动态图形界面，其结构示意图如下：,实时曲线 可将每个测试点在整个混凝土箱型梁养护期间的温度变化曲线
