一种用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统及其控温方法
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; |
| 专利有效性 | 公开 | 当前状态 | 公开 |
| 申请号 | CN202411888071.X | 申请日 | 2024-12-20 |
| 公开(公告)号 | CN119777594A | 公开(公告)日 | 2025-04-08 |
| 申请人 | 中国中铁七局集团有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 李宋涛; 李玉涛; 余美祖; 潘良才; 陈彬; 邱卫东; 王博; 何鹏; 李洪宇; 程文好; | 第一发明人 | 李宋涛 |
| 权利人 | 中国中铁七局集团有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 中国中铁七局集团有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：河南省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：河南省郑州市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：河南省郑州市航海东路1225号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：450016 |
| 主IPC国际分类 | E04G21/02 | 所有IPC国际分类 | E04G21/02 ; E04G21/24 ; C04B40/00 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 9 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 重庆信航知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 吴从吾; |
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于浇筑 混凝土 降温的多模式冷却系统及其控温方法，包括1对温控 水 箱、 外圈 冷却管循环管路、 内圈 冷却管循环管路、外圈冷却管和内圈冷却管；外圈冷却管设置在混凝土内靠近表面处用于冷却混凝土内靠近外侧处，内圈冷却管设置在混凝土内部用于冷却混凝土内部；外圈冷却管循环管路和内圈冷却管循环管路上设有供水主管路、回水主管路、压 力 管路、内循环管路和冷却管路；本发明通过2套单独运行的冷却系统对筑混凝土内部和外表面进行分别降温，冷却系统能够根据 温度 监测结果，及时调整 冷却水 管的通水流量、水温，并具有保温功能，保证混凝土的降温速率，从而实现内外温度梯度差异较小，减小内部温度 应力 ，保证混凝土 质量 的目的。 | ||
| 权利要求 | 1.一种用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统，其特征在于：包括1对温控水箱、与1对温控水箱分别连通的外圈冷却管循环管路和内圈冷却管循环管路以及设置在混凝土内且分别与外圈冷却管循环管路和内圈冷却管循环管路连通的外圈冷却管和内圈冷却管； |
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| 说明书全文 | 一种用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统及其控温方法技术领域[0001] 本发明属于堆料结构，例如混凝土在现场以浇制或类似方法成型的结构，同时利用或不利用附加构件的技术领域，具体是涉及一种用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统及其控温方法。 背景技术[0002] 大体积混凝土在浇筑后，由于水泥水化热的释放，内部温度会急剧上升，如果不进行冷却温控，混凝土内部与外部之间会形成较大的温度梯度，这种温度梯度会在混凝土内部产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会引发温度裂缝，通过冷却温控，可以有效地降低混凝土内部的温度，减小温度梯度，从而防止温度裂缝的产生，传统的冷却方式分为两种，连续通水和间歇通水，连续通水是在混凝土浇筑后立即开始通水，并保持一定的水流速度和水温，直到混凝土内部温度达到设计要求，间歇通水则是在混凝土内部温度上升到一定程度后开始通水，当温度下降到一定程度后停止通水，如此反复进行；这两种降温方式都忽略了混凝土降温的速率要求；另一方面，传统的降温模式采用单管串通布局，即混凝土内部和表层的冷却管为同一根，由于外表面散热较快，此种冷却方式仍存在较大的温度梯度，产生内部温度应力，如图1所示为传统的冷却布管图，冷却管的入口端进入某一特定温度的冷却水，由于混凝土外表面与空气接触，散热能力远远大于混凝土内部的散热能力，故混凝土内部与靠近表面的混凝土存在较大的温度梯度。 [0003] 在此需要设计了一种新的用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统，能够解决混凝土内部与靠近表面的混凝土存在较大的温度梯度。 发明内容[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统及其控温方法，该用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统通过设置在混凝土内部和靠近外表面去处分别设置有S形冷却管和外冷却管，通过2套单独运行的冷却系统对筑混凝土内部和外表面进行分别降温，冷却系统能够根据温度监测结果，及时调整冷却水管的通水流量、水温，并具有保温功能，保证混凝土的降温速率，从而实现内外温度梯度差异较小，减小内部温度应力，保证混凝土质量的目的。 [0005] 为了达到上述目的，本发明一种用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统，包括1对温控水箱、与1对温控水箱分别连通的外圈冷却管循环管路和内圈冷却管循环管路以及设置在混凝土内且分别与外圈冷却管循环管路和内圈冷却管循环管路连通的外圈冷却管和内圈冷却管；所述外圈冷却管设置在混凝土内靠近表面处用于冷却混凝土内靠近外侧处，所述 内圈冷却管设置在混凝土内部用于冷却混凝土内部； 所述温控水箱均包括水箱体、设置在水箱体内的水位检测仪、水箱温度传感器和 电加热计； 所述外圈冷却管循环管路包括连通在温控水箱和外圈冷却管之间的供水主管路 以及连通在外圈冷却管和温控水箱之间的回水主管路； 所述供水主管路上依次设置有水泵、流量阀、压力表、进水温度传感器、进水电动球阀和手动球阀； 所述回水主管路上依次设置有手动球阀I、回水电动球阀、出水温度传感器、回水过滤器和回水电动球阀I； 所述供水主管路位于水泵出口处连通有与温控水箱连通的压力管路，所述压力管 路上设置有压力阀； 所述供水主管路和回水主管路之间连通有用于内循环的内循环管路，所述内循环 管路一端连通在进水电动球阀的进水端，另一端连通在回水电动球阀的出水端，所述内循环管路上设置有用于关闭/开启内循环管路的内循环切换电动球阀； 所述回水主管路上位于回水过滤器和回水电动球阀I之间处连通有与温控水箱连 通的冷却管路，所述冷却管路上依次设置有冷却切换电动球阀和冷却器； 所述内圈冷却管循环管路包括连通在温控水箱和内圈冷却管之间的供水主管路I 以及连通在内圈冷却管和温控水箱之间的回水主管路I； 所述供水主管路I上设置有水泵I、流量阀I、压力表I、进水温度传感器I、进水电动球阀I和手动球阀II； 所述回水主管路I上依次设置有手动球阀III、回水电动球阀II、出水温度传感器 I、回水过滤器I和回水电动球阀III； 所述供水主管路I位于水泵I出口处连通有与温控水箱连通的压力管路I，所述压 力管路I上设置有压力阀I； 所述供水主管路I和回水主管路I之间连通有用于内循环的内循环管路I，所述内 循环管路I一端连通在进水电动球阀I的进水端，另一端连通在回水电动球阀II的出水端，所述内循环管路I上设置有用于关闭/开启内循环管路I的内循环切换电动球阀I； 所述回水主管路I上位于回水过滤器I和回水电动球阀III之间处连通有与温控水 箱连通的冷却管路I，所述冷却管路I上依次设置有冷却切换电动球阀I和冷却器I。 [0006] 进一步，所述混凝土内设置有不少于2层冷却层，每层所述冷却层内均对应设置有外圈冷却管和内圈冷却管，所述供水主管路上位于进水电动球阀出口处设置有与每一层外圈冷却管一一对应连通的供水支管路，手动球阀设置为多个且对应设置在供水支管路上，所述回水主管路上位于回水电动球阀入口处设置有与每一层外圈冷却管一一对应连通的回水支管路，手动球阀I设置为多个且对应设置在供水支管路上，所述供水主管路I上位于进水电动球阀I出口处设置有与每一层内圈冷却管一一对应连通的供水支管路I，手动球阀II设置为多个且对应设置在供水支管路I上，所述回水主管路I上位于回水电动球阀I入口处设置有与每一层内圈冷却管一一对应连通的回水支管路I，手动球阀III设置为多个且对应设置在供水支管路I上。 [0007] 进一步，所述内圈冷却管设置为S形冷却管，外圈冷却管设置为C字型冷却管。 [0008] 进一步，所述内圈冷却管进水口处的冷却水温度低于外圈冷却管进水口处的冷却水温度。 [0009] 进一步，所述内圈冷却管出水口处的冷却水温度高于外圈冷却管出水口处的冷却水温度。 [0010] 进一步，还包括用于给温控水箱补水的补水箱，所述补水箱连通有补水管路，所述补水管理上设置有补水泵和过滤器II。 [0011] 本发明还公开了一种用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统的控温方法，其控制过程如下：1）实时监测混凝土各监测点的温度：通过设置在大体积混凝土内部和外部的温度监控系统监控里表不同位置的温度，将温度数据传递到温度监控中心，通过温度监测数据，调整降温措施； 2）冷却管路布置：在每层混凝土布置两组冷却管道，一组对混凝土内部进行冷却的内圈冷却管，另一组对靠近混凝土表面位置进行冷却的外圈冷却管，内圈冷却管和外圈冷却管由1对温控水箱分别进行控温供水，在同时进行冷却工作时，内圈冷却管进水口的冷却水温度要低于外圈冷却管进水口的冷却水温度； 3）控制降温速度：根据温度监测结果，及时调整外圈冷却管和外圈冷却管的通水流量和水温，保证混凝土的降温速率不会超过25°C～30°C/天。 [0012] 进一步，内圈冷却管和外圈冷却管在进行外循环冷却前，根据温度监控系统监测并计算给出的水箱水温温度为T设，此时温控水箱内的水温传感器实测水温为T水，当T水 [0013] 进一步，内圈冷却管和外圈冷却管在进行外循环冷却时，其进水口温度比出水口温度差值超过设定温差值时，需要对混凝土冷却温度进行保温，温控水箱进入外循环加热模式，提高温控水箱内水温。 [0014] 本发明的有益效果在于：1、本发明用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统通过设置在混凝土内部和靠近 外表面去处分别设置有S形冷却管和外冷却管，通过2套单独运行的冷却系统对筑混凝土内部和外表面进行分别降温，冷却系统能够根据温度监测结果，及时调整冷却水管的通水流量、水温，并具有保温功能，保证混凝土的降温速率，从而实现内外温度梯度差异较小，减小内部温度应力，保证混凝土质量的目的。 [0015] 2、本发明用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统具有以下优点：1）均匀降温：降温速度应该尽量均匀，避免过快或过慢的降温速度造成混凝土内部温度梯度过大；避免温度梯度过大容易引起混凝土表面和内部的温度差异，从而导致温度裂缝的产生； 2）控制降温速率：尽量控制降温速率，避免过快的温度下降。过快的降温速率会导致混凝土内部的收缩速率过大，易引起表面开裂；通常建议将混凝土温度降低不超过25°C至30°C/天； 3）避免快速冷却：避免使用过冷的水进行降温，尤其是在高温季节，快速冷却可能导致混凝土表面快速凝固，形成"冻夹层"，影响混凝土的整体性能。 [0016] 4）保持湿润：在进行降温的过程中，保持混凝土表面湿润是很重要的；通过覆盖湿润的麻袋、草帘等，保持混凝土表面的湿润，有利于温度的均匀降低，减缓混凝土的水化反应速率；5）实时监测温度：在进行混凝土浇筑和降温的过程中，需要对混凝土的温度进行实时监测；通过温度监测数据，及时调整降温措施，确保混凝土温度在安全范围内。 附图说明 [0017] 图1为现有的用于浇筑混凝土降温的冷却系统中混凝土内管路的结构示意图；图2为本发明用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统的工作流程图； 图3为本发明用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统的管路结构示意图； 图4为本发明用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统中混凝土内管路的结构示意 图； 图5为本发明用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统中内循环加热模式的管路结 构图； 图6为本发明用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统中内循环冷却模式的管路结 构图； 图7为本发明用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统中外循环加热模式的管路结 构图； 图8为本发明用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统中外循环冷却模式的管路结 构图； 图9为现有的用于浇筑混凝土降温的冷却系统冷却模式下混凝土块的稳态温度场 分布图； 图10为本发明用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统冷却模式下混凝土块的稳 态温度场分布图。 [0018] 附图标记：1‑混凝土；2‑混凝土内部；3‑内圈冷却管；4‑外圈冷却管；5‑温控水箱；6‑水泵；7‑压力阀；8‑流量阀；9‑压力表；10‑进水温度传感器；11‑水箱温度传感器；12‑电加热计；13‑手动球阀；14‑补水箱；15‑补水泵；16‑过滤器；17‑冷却器；18‑出水温度传感器； 19‑内循环切换电动球阀；20‑冷却切换电动球阀；21‑回水过滤器；22‑回水电动球阀；23‑进水电动球阀。 具体实施方式[0019] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。 [0020] 如图2‑4所示为本发明用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统的结构示意图；本发明一种用于浇筑混凝土降温的多模式冷却系统，包括1对温控水箱5、与1对温控水箱5分别连通的外圈冷却管循环管路和内圈冷却管循环管路以及设置在混凝土1内且分别与外圈冷却管循环管路和内圈冷却管循环管路连通的外圈冷却管4和内圈冷却管3；外圈冷却管4设置在混凝土内靠近表面处用于冷却混凝土1内靠近外侧处，内圈冷 却管设置在混凝土1内部用于冷却混凝土内部2； 温控水箱5均包括水箱体、设置在水箱体内的水位检测仪、水箱温度传感器11和电加热计12； 外圈冷却管循环管路包括连通在温控水箱5和外圈冷却管4之间的供水主管路以 及连通在外圈冷却管4和温控水箱5之间的回水主管路； 供水主管路上依次设置有水泵6、流量阀8、压力表9、进水温度传感器10、进水电动球阀23和手动球阀13； 回水主管路上依次设置有手动球阀I、回水电动球阀22、出水温度传感器18、回水过滤器21和回水电动球阀I； 供水主管路位于水泵6出口处连通有与温控水箱5连通的压力管路，压力管路上设 置有压力阀7； 供水主管路和回水主管路之间连通有用于内循环的内循环管路，内循环管路一端 连通在进水电动球阀23的进水端，另一端连通在回水电动球阀22的出水端，内循环管路上设置有用于关闭/开启内循环管路的内循环切换电动球阀19； 回水主管路上位于回水过滤器和回水电动球阀I之间处连通有与温控水箱连通的 冷却管路，冷却管路上依次设置有冷却切换电动球阀20和冷却器17； 内圈冷却管循环管路包括连通在温控水箱和内圈冷却管之间的供水主管路I以及 连通在内圈冷却管和温控水箱之间的回水主管路I； 供水主管路I上设置有水泵I、流量阀I、压力表I、进水温度传感器I、进水电动球阀I和手动球阀II； 回水主管路I上依次设置有手动球阀III、回水电动球阀II、出水温度传感器I、回水过滤器I和回水电动球阀III； 供水主管路I位于水泵I出口处连通有与温控水箱连通的压力管路I，压力管路I上 设置有压力阀I； 供水主管路I和回水主管路I之间连通有用于内循环的内循环管路I，内循环管路I 一端连通在进水电动球阀I的进水端，另一端连通在回水电动球阀II的出水端，内循环管路I上设置有用于关闭/开启内循环管路I的内循环切换电动球阀I； 回水主管路I上位于回水过滤器I和回水电动球阀III之间处连通有与温控水箱连 通的冷却管路I，冷却管路I上依次设置有冷却切换电动球阀I和冷却器I。 [0021] 本实施例中多模式冷却系统由四部分组成温控系统、管路系统、冷水系统、控制系统组成。 [0022] 其中温控系统中温控水箱包含水箱本体、水位检测仪、温度传感器、加热棒；加热棒负责给水箱内部水加热，使冷却水温度与混凝土内部温度之差在规定范围；温度传感器实时监测水箱温度；水位检测仪检测水箱内部水位，控制水箱供水泵WB1的运作，同时保证水位不低于加热棒，保证设备的安全运行；管路系统包含循环管道、水泵、流量计、压力计、安全阀、电动阀、手动阀、温度传感器、过滤器等；水泵包含补水泵和循环水泵，负责冷却水的供给和循环；流量计、压力计、温度传感器负责监测管道内部情况，反馈相应数据指导冷却动作；安全阀保证管路安全；过滤器保证进入循环管路和冷水系统的水没有大颗粒杂质，保证管路的清洁，避免管路堵塞；电动阀和手动阀用于管路切换，实现系统的多模式运作； 冷水系统负责冷却从混凝土流出的冷却水； 控制系统负责该多模式冷却系统各个模块的协调运作，控制水泵等电气设备，实 现加热、降温的功能；实时监测混凝土、出水、入水管温度并进行数据的记录、管理和传输； 并支持远程监控功能。 [0023] 本实施例内外圈温控水箱和内圈温控水箱的外围管路和元器件完全相同，外圈温控水箱负责对浇筑混凝土外圈管道覆盖的区域进行冷却，内圈温控水箱负责对浇筑混凝土内圈管道的覆盖区域进行冷却；外圈温控水箱和内圈温控水箱根据混凝土内部温度传感器的测量结果控制两水箱的各自温度。 [0024] 如图5所示为多模式冷却系统内循环加热模式其中电动阀MQ2、MQ3、MQ5关闭，MQ1、MQ4打开，该种模式用于提前将管路中的循环水加热到指定的冷却水温度；适用于大体积混凝土初始降温，内部温度较高的情况；水泵工作，冷却水在水泵工作下，沿着供水主管路进入流量阀、压力阀、内循环管路、内循环切换电动球阀、回水主管路、回水过滤器和回水电动球阀I，流回温控水箱内。 [0025] 如图6所示为多模式冷却系统内循环冷却模式其中电动阀MQ2、MQ3、MQ4关闭，MQ1、MQ5打开，该种模式用于提前将管路中的循环水冷却到指定的冷却水温度；适用于初始降温一段时间后，内部温度较下降一定程度后，降温缓慢的情况下，需要冷却水箱中冷却水的情况，水泵工作，冷却水在水泵工作下，沿着供水主管路进入流量阀、压力阀、内循环管路、内循环切换电动球阀、回水主管路、回水过滤器、回水电动球阀II和冷却器，流回温控水箱内。 [0026] 如图7所示为多模式冷却系统外循环加热模式其中电动阀MQ1、MQ5关闭，MQ2、MQ3、MQ5打开，该种模式用于冷却水的温度大幅度低于混凝土内部的温度（超过指定温差值）；用于需要对混凝土进行指定温度保温的情况； 水泵工作，冷却水在水泵工作下，沿着供水主管路进入流量阀、压力阀、进水电动球阀、手动球阀、外圈冷却管、回水主管路、回水过滤器和回水电动球阀I，流回温控水箱内。 [0027] 如图8所示为多模式冷却系统外循环冷却模式电动阀MQ1、MQ4关闭，MQ2、MQ3、MQ5打开，该种模式用于混凝土持续放热的情况，需要循环水对混凝土内部进行降温，水泵工作，冷却水在水泵工作下，沿着供水主管路进入流量阀、压力阀、进水电动球阀、手动球阀、外圈冷却管、回水主管路、回水过滤器、回水电动球阀II和冷却器，流回温控水箱内。 [0028] 本实施例中整个冷却过程为一个动态过程，温度传感器实时监测水温的变化，控制系统根据温度传感器的反馈数据命令系统加热或者制冷，始终让冷却水的温度保持在规定的范围之内；当混凝土内部温度降至当天指定温度时，系统会调节水温使得混凝土内部温度始终保持该温度，起到保温作用。 [0029] 如图9和图10分别为图1现有的冷却系统和本发明双冷系统这两种冷却模式下混凝土块的稳态温度场分布状态图，可知图10中混凝土外围边界上的温度梯度较图9中平稳光滑，温度分布更为均匀，冷却效果更好，混凝土的整体性能更强。 [0030] 优选的实施方式，混凝土1内设置有不少于2层冷却层，每层冷却层内均对应设置有外圈冷却管和内圈冷却管，供水主管路上位于进水电动球阀出口处设置有与每一层外圈冷却管一一对应连通的供水支管路，手动球阀设置为多个且对应设置在供水支管路上，回水主管路上位于回水电动球阀入口处设置有与每一层外圈冷却管一一对应连通的回水支管路，手动球阀I设置为多个且对应设置在供水支管路上，供水主管路I上位于进水电动球阀I出口处设置有与每一层内圈冷却管一一对应连通的供水支管路I，手动球阀II设置为多个且对应设置在供水支管路I上，回水主管路I上位于回水电动球阀I入口处设置有与每一层内圈冷却管一一对应连通的回水支管路I，手动球阀III设置为多个且对应设置在供水支管路I上。 [0031] 优选的实施方式，内圈冷却管3设置为S形冷却管，外圈冷却管设置为C字型冷却管。 [0032] 优选的实施方式，内圈冷却管3进水口处的冷却水温度低于外圈冷却管进水口处的冷却水温度外圈冷却管辅助混凝土内部的冷却，外圈冷却管负责靠近混凝土表面的冷却；由于混凝土内部的散热较外表层慢，所以在进行冷却工作时，IN1口的冷却水温度要低于IN2口的冷却水温度，这样就能减小因外表层散热较快对混凝土质量带来的影响。 [0033] 优选的实施方式，内圈冷却管3出水口处的冷却水温度高于外圈冷却管出水口处的冷却水温度。 [0034] 优选的实施方式，还包括用于给温控水箱5补水的补水箱4，补水箱连通有补水管路，补水管理上设置有补水泵15和过滤器II。 [0035] 最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。 |
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