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【摘要】拱坝混凝土浇筑施工中，由于混凝土施工温控的要求，需要配置许多台集成冷水机，构成冷水机组，如何正确选择满足水电站大坝施工浇筑用冷水机性能和数量，本文将阐述本话题相关的内容。
【关键词】集成冷水机；参数；选择；数量
一、简述
在水电站大坝混凝土浇筑中，因水泥的水化热的作用，使混凝土产生龟裂。为了防止这种现象的发生，国内通行的办法是在混凝土浇筑施工前，预先埋设降温冷却水管，通过通入一定低温循环冷却水的方法来降低或控制施工中混凝土的温度变化。
目前国内混凝土高拱坝施工中，在选择冷水生产设备时，主要考虑设备的生产冷水量大、体积小、移动方便、能耗低、现场布置空间有限等诸多因素，多采用集成式冷水机组并组运行，实现有效供水。
二、正确选择冷水机组步骤
1、编制坝体各月份高程冷却水需用流量计划。
2、确定年度、月份的设备最大供水流量。特别是年度高温月份的最大供水流量。
3、确定设备配置台数和单台设备补水量百分比。
4、设置合理供水点高程，确定冷水机输水扬程。
5、根据设计大坝混凝土通冷却水技术要求和工程施工特点，选择冷水机类型和各项参数。
6、编制集成式冷水机配置计划。
三、冷水机组配置应考虑的主要因素
1、不同水温冷却水量大小，对冷水机容量选择的影响。
2、不同月份气温，对冷水机容量选择的影响。
3、混凝土进出循环水温度差，对冷水机压缩机制冷量大小选择的影响。
4、冷水机安装布置高程对冷水机供水能力的影响。
5、冷水机并联使用效率对冷水机容量大小选择的影响。
6、两种水温配置不均衡，对冷水机容量选择的影响。
7、管道扬程损失对对冷水机供水能力的影响。
8、冷水机组压缩机型选择对供水效率和经济性的影响。
9、河水利用对对冷水机容量大小选择的影响。
四、工程实例
某拱坝浇筑工程，拱坝高220m，浇筑施工期通水冷却30个月。坝前、坝后边坡每隔30m高程设有一条宽2.5M马道，共计6条马道。最低马道EL.950高程，最高层马道EL.1100高程。
当地年各月历史河水温平均统计表：
拱坝混凝土温度控制技术要求：
①应设两种水温供水系统。即：一套冷却水温为8℃～12℃；另一套冷却水温为14℃～16℃。
②施工期混凝土温度降低至封拱温度，分一期冷却、中期冷却、二期冷却三个时期进行。各期通水的温度、参考流量、降温指标和通水天数要求见下表：
③应设置调节供水流量的可靠设备。
④坝体内埋设导热系数≥1.0KJ/（m.h.℃）HDPE塑料和钢制管。
⑤河水温度满足通水条件时可以利用。
（一）确定冷水机的容量和数量
1、根据工程施工计划和拱坝混凝土温度控制技术要求，编制浇筑施工期月份坝体需用冷却水计划，确定施工期最大冷水需用量。
由于一期和中期冷却水水温接近，采用一套冷却水供水管路。二期采用另一套供水管路。
根据拱坝混凝土温度控制技术要求，当地河水可利用温度范围8℃～16℃。在一年之中2、3、4、5、10、11、12月7个月，河水的平均水温在可利用范围，其它月份只能采用冷水机供应冷却水。下表是根据当地河水可利用时段统计出需要冷水机组供应冷水计划。
根据冷却水使用计划得出以下结论：
①坝体最大需用冷水量是2008年7月1367m3/h。最小需用冷水量是2007年3月份152m3/h。
②坝体最大需用冷却水量是由小逐渐增大，再由大逐渐减小。历时30个月。
2、最大设备供水量Q
Q=K1K2Qmax=1.20×1.10×1367=1804m3/h
K1三台机组并联运行影响系数。单台冷水机最大配置容量因场地布置、起吊运输、生产环节等原因所限，实际生产时须多台冷水机进行并联组合运行。并联运行的机组效率会降低。两台机组并联K1取1.10；三台机组并联K1取1.20。
K2二套水管供水不均衡系数。两套水温供水系统存在不均衡供水，造成部分设备容量闲置浪费。根据实际情况K2取1.10。
Qmax坝体最大需用水量。
3、冷水机配置数量n
n=Q/360=1804/360=5台。
合理集成式冷水机数量选择是360m3/h 4台、180m3/h1台。
Q是设备最大供水量
360是合理大小集成冷水机组容量。即：单台容量360m3/h。
4、单台机组最大补水量Qbs
冷却水使用中，会产生各种损耗，需要及时的向冷水循环系统中，补充冷却水。冷水机组的最大补水量也是冷水机组的重要参数。补水量Qbs选的太大，增加机组成本；补水量Qbs选的太小不能满足实际生产需要。
单台机组补水量百分比
Qbs%=Qbs1% +Qbs2%+Qbs3%=5%+4%+7%=15%
Qbs1%管路接头绑扎泄漏水流量百分比，5%为经验值；
Qbs2%灌浆施工打断冷却水管封堵后的泄漏水流量百分比。4%为经验值；
Qbs3%其它不确定因素造成的泄漏水流量百分比。也就是预留富余量，按7%损失考虑。
（二）确定冷水机组输水扬程H
根据大坝高程流量计划表，冷水机组供水点应随着大坝浇筑高程升高逐渐升高。大坝总高度220m，冷水机组供水点的设置要考虑四点因素： ①机组布置土建施工量要小。
②距离用水点要近。最佳选择是布置在坝后施工马道，紧贴坝体一侧。
③冷水机组转移次数要少。如果按照30m一次，需转移供水点6～7次，工程量较大。如果按照60m一次，需要转移供水点3～4次，比较合适。
④管道水压要小。与因素③有矛盾，水压小，方便水管绑扎操作，但转移次数增多。按照60m高度静水压0.6Mpa，加上管路水头损失0.5Mpa，在最低处操作水压1.1Mpa，对冷却水管的绑扎能力要求较高，建议水管连接采用管路附件机械连接形式。HDPE塑料管承压2.0 Mpa，满足最低处承压要求。
因此，冷水机组的输水高度H在60m基础上，再加10m富余量作为复杂管路附加水头损失。冷水机输水扬程选定为70m。
（三）确定冷水机组最低供水温度Tmin和出水、回水温差Δt
1、冷水机组最低供水温度Tmin确定
根据拱坝混凝土温度控制技术要求：两种冷却水供水系统所供冷却水温范围8℃～16℃。冷水机组最低供水温度Tmin指标选定为8℃。
2、出水、回水温差Δt的确定
Δt=t1+t2+ t3=0.5℃+0.5℃+4℃=5℃
t1为冷水机至供水点之间的进水温度损失，经验平均值取0.5℃；
t2为冷水机至供水点之间的回水温度损失，经验平均值取0.5℃；
t3为坝体进水与回水之间的温度损失，经验平均值取4℃；
（四）冷水机组类型选型
集成式冷水机组的核心设备是制冷压缩机。制冷压缩机有活塞式压缩机、离心式压缩机和螺杆式压缩机三种类型。
三种压缩机各自特点见下表：
内容 体积 容量 重量 结构 平稳性 调节性 经济性 可靠性 噪声 适用范围
活塞机 大 小 大 复杂 差 有级 好 低 中 小容量
离心机 小 大 轻 简单 好 无级 差 高 小 大容量
螺杆机 小 大 大 简单 好 无级 好 中 高 大容量
本工程考虑到前期混凝土的浇筑量较小，还没有形成通冷却水规模，对于根据上述分析制冷压缩机宜先配置一台4组合的活塞机，可以根据制冷负荷逐渐增加，而逐渐加大活塞机头数投入。其余四台机全部选择离心式压缩机，主要满足无极大制冷负荷要求，该机型体积小，重量轻，宜于在空间狭小的集装箱内布置，因此具备良好的移动性能。投入的数量根据冷却水使用计划量进行增减。
五、结束语
拱坝混凝土浇筑施工期，对坝体通水冷却的标准比较高，需要配备的冷水生产设备量也较大。正确、合理、有计划的选择好冷水设备各项参数是拱坝施工前配置冷水机组的一项重要工作。生产计划、通水标准、当地气温、自然河水、安装位置及设备类型等因素均会对设备配置选择，产生重大影响。过大的配置会造成资源的浪费，过小的配置会严重影响生产计划实现。本文为正确选择冷水机生产设备，提供一种选择思路，供各位同仁参考。
【关键词】集成冷水机；参数；选择；数量
一、简述
在水电站大坝混凝土浇筑中，因水泥的水化热的作用，使混凝土产生龟裂。为了防止这种现象的发生，国内通行的办法是在混凝土浇筑施工前，预先埋设降温冷却水管，通过通入一定低温循环冷却水的方法来降低或控制施工中混凝土的温度变化。
目前国内混凝土高拱坝施工中，在选择冷水生产设备时，主要考虑设备的生产冷水量大、体积小、移动方便、能耗低、现场布置空间有限等诸多因素，多采用集成式冷水机组并组运行，实现有效供水。
二、正确选择冷水机组步骤
1、编制坝体各月份高程冷却水需用流量计划。
2、确定年度、月份的设备最大供水流量。特别是年度高温月份的最大供水流量。
3、确定设备配置台数和单台设备补水量百分比。
4、设置合理供水点高程，确定冷水机输水扬程。
5、根据设计大坝混凝土通冷却水技术要求和工程施工特点，选择冷水机类型和各项参数。
6、编制集成式冷水机配置计划。
三、冷水机组配置应考虑的主要因素
1、不同水温冷却水量大小，对冷水机容量选择的影响。
2、不同月份气温，对冷水机容量选择的影响。
3、混凝土进出循环水温度差，对冷水机压缩机制冷量大小选择的影响。
4、冷水机安装布置高程对冷水机供水能力的影响。
5、冷水机并联使用效率对冷水机容量大小选择的影响。
6、两种水温配置不均衡，对冷水机容量选择的影响。
7、管道扬程损失对对冷水机供水能力的影响。
8、冷水机组压缩机型选择对供水效率和经济性的影响。
9、河水利用对对冷水机容量大小选择的影响。
四、工程实例
某拱坝浇筑工程，拱坝高220m，浇筑施工期通水冷却30个月。坝前、坝后边坡每隔30m高程设有一条宽2.5M马道，共计6条马道。最低马道EL.950高程，最高层马道EL.1100高程。
当地年各月历史河水温平均统计表：
拱坝混凝土温度控制技术要求：
①应设两种水温供水系统。即：一套冷却水温为8℃～12℃；另一套冷却水温为14℃～16℃。
②施工期混凝土温度降低至封拱温度，分一期冷却、中期冷却、二期冷却三个时期进行。各期通水的温度、参考流量、降温指标和通水天数要求见下表：
③应设置调节供水流量的可靠设备。
④坝体内埋设导热系数≥1.0KJ/（m.h.℃）HDPE塑料和钢制管。
⑤河水温度满足通水条件时可以利用。
（一）确定冷水机的容量和数量
1、根据工程施工计划和拱坝混凝土温度控制技术要求，编制浇筑施工期月份坝体需用冷却水计划，确定施工期最大冷水需用量。
由于一期和中期冷却水水温接近，采用一套冷却水供水管路。二期采用另一套供水管路。
根据拱坝混凝土温度控制技术要求，当地河水可利用温度范围8℃～16℃。在一年之中2、3、4、5、10、11、12月7个月，河水的平均水温在可利用范围，其它月份只能采用冷水机供应冷却水。下表是根据当地河水可利用时段统计出需要冷水机组供应冷水计划。
根据冷却水使用计划得出以下结论：
①坝体最大需用冷水量是2008年7月1367m3/h。最小需用冷水量是2007年3月份152m3/h。
②坝体最大需用冷却水量是由小逐渐增大，再由大逐渐减小。历时30个月。
2、最大设备供水量Q
Q=K1K2Qmax=1.20×1.10×1367=1804m3/h
K1三台机组并联运行影响系数。单台冷水机最大配置容量因场地布置、起吊运输、生产环节等原因所限，实际生产时须多台冷水机进行并联组合运行。并联运行的机组效率会降低。两台机组并联K1取1.10；三台机组并联K1取1.20。
K2二套水管供水不均衡系数。两套水温供水系统存在不均衡供水，造成部分设备容量闲置浪费。根据实际情况K2取1.10。
Qmax坝体最大需用水量。
3、冷水机配置数量n
n=Q/360=1804/360=5台。
合理集成式冷水机数量选择是360m3/h 4台、180m3/h1台。
Q是设备最大供水量
360是合理大小集成冷水机组容量。即：单台容量360m3/h。
4、单台机组最大补水量Qbs
冷却水使用中，会产生各种损耗，需要及时的向冷水循环系统中，补充冷却水。冷水机组的最大补水量也是冷水机组的重要参数。补水量Qbs选的太大，增加机组成本；补水量Qbs选的太小不能满足实际生产需要。
单台机组补水量百分比
Qbs%=Qbs1% +Qbs2%+Qbs3%=5%+4%+7%=15%
Qbs1%管路接头绑扎泄漏水流量百分比，5%为经验值；
Qbs2%灌浆施工打断冷却水管封堵后的泄漏水流量百分比。4%为经验值；
Qbs3%其它不确定因素造成的泄漏水流量百分比。也就是预留富余量，按7%损失考虑。
（二）确定冷水机组输水扬程H
根据大坝高程流量计划表，冷水机组供水点应随着大坝浇筑高程升高逐渐升高。大坝总高度220m，冷水机组供水点的设置要考虑四点因素： ①机组布置土建施工量要小。
②距离用水点要近。最佳选择是布置在坝后施工马道，紧贴坝体一侧。
③冷水机组转移次数要少。如果按照30m一次，需转移供水点6～7次，工程量较大。如果按照60m一次，需要转移供水点3～4次，比较合适。
④管道水压要小。与因素③有矛盾，水压小，方便水管绑扎操作，但转移次数增多。按照60m高度静水压0.6Mpa，加上管路水头损失0.5Mpa，在最低处操作水压1.1Mpa，对冷却水管的绑扎能力要求较高，建议水管连接采用管路附件机械连接形式。HDPE塑料管承压2.0 Mpa，满足最低处承压要求。
因此，冷水机组的输水高度H在60m基础上，再加10m富余量作为复杂管路附加水头损失。冷水机输水扬程选定为70m。
（三）确定冷水机组最低供水温度Tmin和出水、回水温差Δt
1、冷水机组最低供水温度Tmin确定
根据拱坝混凝土温度控制技术要求：两种冷却水供水系统所供冷却水温范围8℃～16℃。冷水机组最低供水温度Tmin指标选定为8℃。
2、出水、回水温差Δt的确定
Δt=t1+t2+ t3=0.5℃+0.5℃+4℃=5℃
t1为冷水机至供水点之间的进水温度损失，经验平均值取0.5℃；
t2为冷水机至供水点之间的回水温度损失，经验平均值取0.5℃；
t3为坝体进水与回水之间的温度损失，经验平均值取4℃；
（四）冷水机组类型选型
集成式冷水机组的核心设备是制冷压缩机。制冷压缩机有活塞式压缩机、离心式压缩机和螺杆式压缩机三种类型。
三种压缩机各自特点见下表：
内容 体积 容量 重量 结构 平稳性 调节性 经济性 可靠性 噪声 适用范围
活塞机 大 小 大 复杂 差 有级 好 低 中 小容量
离心机 小 大 轻 简单 好 无级 差 高 小 大容量
螺杆机 小 大 大 简单 好 无级 好 中 高 大容量
本工程考虑到前期混凝土的浇筑量较小，还没有形成通冷却水规模，对于根据上述分析制冷压缩机宜先配置一台4组合的活塞机，可以根据制冷负荷逐渐增加，而逐渐加大活塞机头数投入。其余四台机全部选择离心式压缩机，主要满足无极大制冷负荷要求，该机型体积小，重量轻，宜于在空间狭小的集装箱内布置，因此具备良好的移动性能。投入的数量根据冷却水使用计划量进行增减。
五、结束语
拱坝混凝土浇筑施工期，对坝体通水冷却的标准比较高，需要配备的冷水生产设备量也较大。正确、合理、有计划的选择好冷水设备各项参数是拱坝施工前配置冷水机组的一项重要工作。生产计划、通水标准、当地气温、自然河水、安装位置及设备类型等因素均会对设备配置选择，产生重大影响。过大的配置会造成资源的浪费，过小的配置会严重影响生产计划实现。本文为正确选择冷水机生产设备，提供一种选择思路，供各位同仁参考。