座环蜗壳数字化变形监控技术的应用探讨

彭兵

（中国水利水电第七工程局有限公司，四川 彭山 620800）

座环、蜗壳水压试验及浇筑过程的常规施工方法中，监测蜗壳膨胀及座环轴向、径向变形是通过架设百分表的方式进行监测的，不能对数据进行实时监测，每个数据均需要人工到测量点进行读数，需要更多的人力资源及时间。因此，为了优化监测方案，提高工效，保证监测数据实时化，我们提出了数值化变形监控系统。

该系统将传统的机组安装过程中架设百分表的读数方式直接改变为电子数据监测系统中，使之座环蜗壳在整个打压、浇筑过程的监测数据系统化、可视化。通过直观数据分析查找浇筑过程质量控制的薄弱点，对于提高机组安装质量起到了重要的作用。

近年来，数字化技术的应用逐渐进入水电站机电设备安装过程中，各个专业可以依据本身的特色进行数字化系统定制。从而提高施工质量、施工工效，节省成本。

1 项目简介

采用位移传感器（高精密仪器）对座环轴向、径向变形及蜗壳膨胀变形进行监测是一种新型的监测方式，能够更准确、及时、有效地实时监测，并将数据及时传回可视装置。并可以对各个监测点设置预警值，超过预警值时发出信号，可以准确及时地知道某个点发生状况并及时处理。

传统的监测方法中，百分表固定相对位移传感器较难固定，若有外界因素影响某个监测点时，无法及时发现及时处理，导致测量数据不真实；传统的监测方法中，每个监测点布置好以后，最终的读数需要人工到每个监测点读数，需要更多的人力资源及时间，且百分表属于易损坏部件。采用这种新型监测方法后，设备更易固定，受到干扰因素较少，可以在数据终端实时监控相关数据，并且节省人力和时间，有效提高了监测精度和效率。

常规的磁力表座及百分表装置及易损坏，磁体较重，不易大量携带，在蜗壳顶部作业时，必须采取有效的防掉落措施。该类型位移传感器及配套装置体积小，重量轻，便于携带，具有良好的环境适应性及使用寿命，灵敏度及分辨率高，能够很好地适应水电站温差大、噪音大、强粉尘、潮湿及有油污等恶劣环境。

通过技术分析，采用位移传感器对座环轴向、径向变形及蜗壳膨胀变形进行监测无论是从准确性、及时性、还是有效能性来看，都高于传统的用百分表对其进行监测。通过对该项目以后发展前景的预测、产后的经济效益及技术保障来看，该项目是值得推广的。

2 传统技术的缺陷和不足

（1）传统的监测方法中，百分表相对位移传感器较难固定，若有外界因素影响某个监测点时，无法及时发现及时处理，导致测量数据不真实。

（2）传统的监测方法中，每个监测点布置好以后，最终的读数需要测量人员到每个监测点读数，需要更多的人力资源及时间，且百分表属于易损坏部件。

（3）不能直观对数据进行实时全面监测。

3 数字化监控的创新性

座环、蜗壳变形数字化监控技术，通过在座环轴向、径向蜗壳膨胀变形方向均布一种高精密仪器—位移传感器，并配备相应的可视装置等辅助设施，实现了座环蜗壳水压试验及浇筑过程中变形监测数据的自动读取、数字化实时监测，并对超限值进行自动预警，该装置结构简单且便于固定，解决了传统机械检测方式人工读数可能碰撞监测支架造成数据不真实、效率低及受外界因素影响大等技术难题，提高了变形监测数据的准确性及效率。

4 应用技术举例

座环蜗壳上布置变形测量用的位移传感器，在座环+X、-X、+Y、-Y 四个方向安装监测支架，焊在下部混凝土预埋基础上，每个支架设2 个位移传感器分别用于测量座环上法兰面轴向位移、径向位移及座环下法兰面的轴向位移及径向位移：在蜗壳4 个断面的水平及垂直部位共布置8 个位移传感器，用于监测试验及混凝土浇筑时蜗壳的变形与座环的水平变化，蜗壳闷头布置1 个位移传感器，蜗壳直管段布置2 个位移传感器，蜗壳舌板（鼻端导叶）处布置1 个位移传感器，共布置12 个位移传感器及相应的连接线路和可视化接收设备装置。座环蜗壳监测设备布置示意图如图1。

图1 座环蜗壳监测设备布置示意图

用于监测座环的支架在封水环安装后焊接，检测支架不得与蜗壳及座环相碰，位移传感器支架设要牢固、可靠，位移传感器的初始值应设在中间量程，保证双向位移测量。

在座环蜗壳试压及混凝土浇筑过程中，依据施工过程控制要求，对过程控制中数据进行记录；全方位监控变形位移状况，根据监控数据及时对混凝土浇筑过程进行控制，有效地保证施工质量。

5 数字化监控应用前景

（1）创新性。采用位移传感器（高精密仪器）对座环轴向、径向变形及蜗壳膨胀变形进行监测是一种新型的监测方式，能够更准确、及时、有效地实时监测，并将数据及时传回可视装置。并可对各个监测点设置预警值，超过预警值时发出信号，可准确及时地知道某个点发生状况并及时处理。

（2）经济性。通过前期调研与生产厂家咨询，该位移传感器及其配套设备市场价格在几万元以内，且每台机组可以重复使用，节约了人工及工期，从后期产生的经济效益来看，是经济可行的。

（3）推广性。通过技术分析，采用位移传感器对座环轴向、径向变形及蜗壳膨胀变形进行监测，无论是从准确性、及时性还是有效能性来看，都高于传统的用百分表对其进行监测。

通过对该项目以后发展前景的预测、产生的经济效益及技术保障来看，该项目是值得推广的。

（4）安全性。该位移传感器及配套装置体积小、重量轻，便于携带，具有良好的环境适应性及使用寿命，灵敏度及分辨率高，能够很好地适应水电站温差大、震动力、强粉尘、潮湿及有油污等恶劣环境。

6 结语

水电站建设过程中，机电设备安装种类繁多，关键工序部位监测数据量较大，座环蜗壳作为基础埋件中最重要的固定件之一，其安装质量直接影响后期机组运行工况。因此，在打压或混凝土浇筑施工中，对座环蜗壳进行实时有效的数据监测，对电站建设提供了优异的质量保障。监测数据系统具有可视性、准确性、及时性，方便快捷适用性广，该技术的成功应用可以为水轮发电机组在盘车过程中数据的自动读取、处理及瓦间隙分配等积累丰富的实践经验，促使机组安装向人工智能化方向发展，应用前景广阔。从提高施工质量管理及数字化建设方面值得推广应用。