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无压隧洞输水工程流量控制设计

发布时间:2021-11-03人气:
本文摘要:本文先容了在大流量无压隧洞输水工程中,以流量丈量为焦点的输水控制设计。水资源是种种资源中不行替代的一种重要资源。水资源与情况密切相关,也与人口间接有关,因此水资源问题已成为举世瞩目的重要问题之一。 科学使用,合理分配是解决水资源问题的重要途径。而水量最优调理的执行唯一手段即是计量。科学计量发生公正的经济指标,公正经济的指标促进资源合理分配。

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本文先容了在大流量无压隧洞输水工程中,以流量丈量为焦点的输水控制设计。水资源是种种资源中不行替代的一种重要资源。水资源与情况密切相关,也与人口间接有关,因此水资源问题已成为举世瞩目的重要问题之一。

科学使用,合理分配是解决水资源问题的重要途径。而水量最优调理的执行唯一手段即是计量。科学计量发生公正的经济指标,公正经济的指标促进资源合理分配。

工程概况鞍山市是我国北方缺水比力严重的都会,都会供水量为43.72万m3/d,都会生活缺水量为11.97万m3/d,严重地制约当地的社会经济生长,兴建新水源十分迫切。经充实论证,太子河支流细河是现在鞍山市最佳新水源。工程任务是将细河的优质余水经全长为15.294km输水隧洞调入,经由汤河水库的调治,供鞍山都会生活用水。

设计引水能力为平均150000t/d,最大引水能力为6m3/s。为形成良好输水入口水利条件,防止淤积,本工程在输水隧洞入口下游设置4孔冲砂闸门,输水隧洞入口设置1孔闸门。闸门上设启闭机室。闸门为潜孔式平面悬臂轮钢闸,选用QPQ型手电动两用式牢固卷扬式启闭机。

隧洞底坡为0.42‰。由于地址条件差别,隧洞内断面及外貌处置惩罚方式也有差异。

其中流量制约段断面为衬砌型式(2.6×2.5m),底宽2.6m,直墙高1.7m,拱半径1.456m,圆拱直墙断面,圆心角126.430。引水流量控制系统由于工程地处较为偏僻,所以水源分配、系统运行及维护以无人值班,少人值守为设计目的。1 系统组成整个控制系统由上层监控室和下层现地级两层结构组成:监控室内设置IPC事情站1个,其主板具有可编程的硬件定时复位技术和高平均无故障小时数,保证了控制的可靠性及抗滋扰能力;打印机1台;UPS电源1台;HUB 1部;丈量装置1台。

现地级在冲砂闸上游、冲砂闸下游、输水洞内水流平缓处各设一个水位传感器(超声波型)。引水隧洞内设多声路超声波流速传感器1套。现地LCU使用可靠性高、适应性强的PLC举行现地机旁数据收罗控制。

冲砂闸启闭机室设置两台LCU屏。输水洞进水闸启闭机室设置一台LCU屏,由屏内PLC控制变频调速器驱动启闭机调治闸门开度。变频调速器选用具有智能化功率模块,矢量控制特性,起动转矩大,过载能力强,并适用有打击性负载的闸门起闭机运行特性。

工控机与LCU之间接纳RS-485总线通讯方式。工控机与流量丈量装置接纳具有扩展能力星形结构局域网,以10M/100M速率互联通讯。

冲砂闸上游、冲砂闸下游水位由PLC模拟单元输入模块通过LCU屏上的二次仪表收罗处置惩罚并上传。监控室与远方调理中心以2B通道128K ISDN方式经公共电话网络租用专线举行数据通讯。

站内的重要参数实时传送至调理中心,并接受调理中心的供水调理。(1)系统功效自动监控系统主要功效为:凭据水资源分配调理计划,控制输水洞入口启闭机开度,调治输水量,计量输水洞引水流量;控制冲砂闸启闭机运行,充实使用泄流水源清瘀。监控室内事情站功效:1)实时监测通过事情站显示器对引水流量、冲砂闸上游水位、冲砂闸下游水位、输水洞内水位和主要设备的运行工况状态举行动态实时显示。

监控法式界面接纳组态软件设计,多画面切换,彩色图像动态显示,具有引水曲线的显示与打印、电气量的显示与打印、生产报表的打印、满足生产治理和生产研究的参数检测、收集等功效。全部记载生存并定时自动输出打印各参数,并有状态报警信息。具有停电恢复再启动,停电前后,确保计量准确无误。

2)系统控制正常运行工况下,监控室内的事情站凭据水量分配计划,自动调治各闸门运行工况。同样也可对站内闸门举行直接控制干预。该系统具备自动和手动选择方式。自动方式分为变频自动控制及工频自动控制,以确保变频器故障后以工频自动运行。

当控制网络故障时,可通过在现场机旁控制盘举行手动现地控制,保证供水。(2)控制系统的稳定性为丈量准确淘汰水流颠簸及涌流滋扰,传感器的设置远离闸门。但由于闸门启闭速度较快,流量随之变化大,而流量变化通报速度相对滞后,从而发生控制精度显著下降,泛起超调,因而带来控制系统的稳定性问题。解决方案是:通过上游水位和流量预测闸门开度后先将闸门粗调至相应开启高度。

再通过隧洞内流速和水位丈量盘算出实际流量并与设定值比力,当实际流量与设定流量之差大于十倍允许偏差时,由变频调速器动员闸门作快速升降运动;当二者之差小于十倍而大于五倍允许偏差时,变频调速器动员闸门作慢速升降运动;当二者之差小于五倍允许偏差时,由工控机控制电机按“点动”方式(即电机事情一段较短时间tR后,停止一段较长时间tS。如此循环。tR时段的流量变化小于允许流量偏差)事情至到达要求的流量数值。2 闸门自动控制设计由于闸门起调治流量作用,所以电机起动频繁。

加之工艺要求电机转速需有快慢变化, 因此接纳变频调速器驱动闸门启闭,电机可以实现软起动、软停止,淘汰电流打击,增加电机使用寿命。闸门作慢速运动,可防止超调,增加调治稳定性。

同时接纳制动电阻以减小关闸时由闸门自重引起的自由落体使电机发生反感应电动势,消除对变频器的影响,掩护了变频器。确定进水闸前正常高水头H0=1.36m,当闸门全开时,隧洞可通过最大设计输水能力Q=6 m3/s。

为保证隧洞为无压洞,当进水闸前水头高于1.36m时,应限制闸门最大开度来调治入闸流量。典型值如下表:本自动控制系统设计,在初期运行时可凭据依据理论盘算公式及理论盘算效果,举行输水流量控制,可能与实际情况有一定收支。因此在系统投入运行后,实测种种数据,对理论值举行校正,以提高实际流量的丈量、控制精度,淘汰闸门行动次数以提高控制稳定性。

输水流量丈量方案的选择输水流量丈量即流速的丈量是本系统乐成与否的关键。众所周知,满管管道流量丈量技术已十分成熟。

种种精度、种种价钱档次品种富厚。而在明渠(非满管管道)流量丈量中鲜有产物。

基本有三种方案:1尺度堰/槽水位法在尺度堰/槽中处于常压状态下的自然水流,其瞬时流量Q与有效水位H满足函数 Q=K×Hn 的数学关系,其中K与n均为尺度堰/槽的特性常数。液位传感器检测有效水位,经由流量计的水位--流量变换显示并输出用户要求的流量信号形式。常用尺度堰/槽有:巴歇尔水槽、V形开口堰、文丘里槽、大口堰。

差别制造商可能有称谓差异。此方案堰/槽为制造商尺度产物,系数K与n因差别厂商而变化。

为改善过堰水流条件,提高测流精度,产物要求堰体上游有10倍堰宽的平直段。大流量尺度堰/槽制作、施工难度大,丈量精度随之降低。

且本工程为隧洞输水,堰/槽安装无疑会增加开挖量,加重投资。2 长距离尺度断面水位法此方案与上述方案相类似。

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由于本工程系无压隧洞,其下游没有挡水修建物,可实现长距离尺度断面,这样就可以直接建设一个洞内水位与流速及过水断面的数学模型,因而可以制止测流速带来的繁琐施工方法及数据处置惩罚精度问题。此方案初期投资最少。但由于隧洞水利特性奇特,尺度断面精度差,理论公式与实际相差较大,须经由实际流量丈量多次率定。

后期事情量较大,且种种闸前水头均泛起的周期很长,完善的系统运行需较长时间才气实现。3 超声波时差法超声波,因其丈量时间(T)与长度(L)二个基本计量单元具有良好的计量可溯源性,已被作为是一种常用丈量方法。

同时,因使用利便和对被测流道无滋扰等优点获得推广。超声波传感器是由发射声波的和接受声波的超声波转换器组成。

特定编码的超声波信号由发射端发出,通过被测介质,经接受传感器接受信号并解码。记载的传输时间经温度赔偿后转换成距离数据。4 超声波传感器(1)超声波传感器特点:高分辨率(低于0.2mm);较长的丈量距离达(用FM和AM信号激励);通过使用高的频率调整声的距离和敏捷度来保证传感器的可靠性和精度。

(2)超声波用于测流基本原理为:过流断面S(H)由设于换能器四周下游侧的超声波水位传感器获得。此方案优点是不破坏流场,无压力损失。换能器检验不影响输水;丈量精度高,通常可达±0.5%。对直段无严格要求,不增加水工工程量。

但其缺点是对换能器安装要求较高。凭据以上分析,本工程接纳了超声波时差法方案。选择4声路,8只大口径换能器(带双备份探头),在安装断面上匀称漫衍。

声路角选择在450~700之间。结论本工程设计积累了多年来当地区类似输水工程设计、运行履历,设计效果获得了业主的认可。随着调水工程的不停增加,对水源控制、合理分配等要求,将会对自动控制、准确计量等方面提出更高需求。

(本文选编自《电气技术》,原文标题为“无压隧洞输水工程流量控制设计”,作者为石江天、王彤。)。


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