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

該系統(tǒng)將傳統(tǒng)的機組安裝過程中架設百分表的讀數(shù)方式直接改變?yōu)殡娮訑?shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)中，使之座環(huán)蝸殼在整個打壓、澆筑過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)系統(tǒng)化、可視化。通過直觀數(shù)據(jù)分析查找澆筑過程質(zhì)量控制的薄弱點，對于提高機組安裝質(zhì)量起到了重要的作用。

近年來，數(shù)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(yè)可以依據(jù)本身的特色進行數(shù)字化系統(tǒng)定制。從而提高施工質(zhì)量、施工工效，節(jié)省成本。

1 項目簡介

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

傳統(tǒng)的監(jiān)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(jiān)測點時，無法及時發(fā)現(xiàn)及時處理，導致測量數(shù)據(jù)不真實；傳統(tǒng)的監(jiān)測方法中，每個監(jiān)測點布置好以后，最終的讀數(shù)需要人工到每個監(jiān)測點讀數(shù)，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(jiān)測方法后，設備更易固定，受到干擾因素較少，可以在數(shù)據(jù)終端實時監(jiān)控相關數(shù)據(jù)，并且節(jié)省人力和時間，有效提高了監(jiān)測精度和效率。

常規(guī)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(yè)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(huán)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(huán)境。

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

2 傳統(tǒng)技術的缺陷和不足

（1）傳統(tǒng)的監(jiān)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(jiān)測點時，無法及時發(fā)現(xiàn)及時處理，導致測量數(shù)據(jù)不真實。

（2）傳統(tǒng)的監(jiān)測方法中，每個監(jiān)測點布置好以后，最終的讀數(shù)需要測量人員到每個監(jiān)測點讀數(shù)，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(shù)據(jù)進行實時全面監(jiān)測。

3 數(shù)字化監(jiān)控的創(chuàng)新性

座環(huán)、蝸殼變形數(shù)字化監(jiān)控技術，通過在座環(huán)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(xiàn)了座環(huán)蝸殼水壓試驗及澆筑過程中變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動讀取、數(shù)字化實時監(jiān)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(tǒng)機械檢測方式人工讀數(shù)可能碰撞監(jiān)測支架造成數(shù)據(jù)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(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性及效率。

4 應用技術舉例

座環(huán)蝸殼上布置變形測量用的位移傳感器，在座環(huán)+X、-X、+Y、-Y 四個方向安裝監(jiān)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(huán)上法蘭面軸向位移、徑向位移及座環(huán)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(jiān)測試驗及混凝土澆筑時蝸殼的變形與座環(huán)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(huán)蝸殼監(jiān)測設備布置示意圖如圖1。

圖1 座環(huán)蝸殼監(jiān)測設備布置示意圖

用于監(jiān)測座環(huán)的支架在封水環(huán)安裝后焊接，檢測支架不得與蝸殼及座環(huán)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(huán)蝸殼試壓及混凝土澆筑過程中，依據(jù)施工過程控制要求，對過程控制中數(shù)據(jù)進行記錄；全方位監(jiān)控變形位移狀況，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)及時對混凝土澆筑過程進行控制，有效地保證施工質(zhì)量。

5 數(shù)字化監(jiān)控應用前景

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

（2）經(jīng)濟性。通過前期調(diào)研與生產(chǎn)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(nèi)，且每臺機組可以重復使用，節(jié)約了人工及工期，從后期產(chǎn)生的經(jīng)濟效益來看，是經(jīng)濟可行的。

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

通過對該項目以后發(fā)展前景的預測、產(chǎn)生的經(jīng)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(huán)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(huán)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(jiān)測數(shù)據(jù)量較大，座環(huán)蝸殼作為基礎埋件中最重要的固定件之一，其安裝質(zhì)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(huán)蝸殼進行實時有效的數(shù)據(jù)監(jiān)測，對電站建設提供了優(yōu)異的質(zhì)量保障。監(jiān)測數(shù)據(jù)系統(tǒng)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(fā)電機組在盤車過程中數(shù)據(jù)的自動讀取、處理及瓦間隙分配等積累豐富的實踐經(jīng)驗，促使機組安裝向人工智能化方向發(fā)展，應用前景廣闊。從提高施工質(zhì)量管理及數(shù)字化建設方面值得推廣應用。