水庫閘門的防凍與除冰

俞哲浩

【摘要】文章首先對當(dāng)前水庫閘門防凍領(lǐng)域中常見的技術(shù)特征展開說明，而后就當(dāng)前兩種比較常見的防凍技術(shù)進(jìn)行深入討論，對于優(yōu)化防凍工作體系有著一定的積極意義。

【關(guān)鍵詞】水庫；閘門；防凍

閘門是水庫的重要設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)防洪泄流、電站發(fā)電以及確保水庫安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而北方地區(qū)冬季寒冷，如果不采取必要的措施，水庫閘門很容易出現(xiàn)結(jié)冰問題，導(dǎo)致水封變形漏水等問題的發(fā)生，嚴(yán)重的時候冰層會產(chǎn)生巨大的壓力，通過閘門作用于鉸支座，甚至?xí)毫雁q支座，并且冰層的側(cè)壓力也會造成閘門開啟事故，因此必須給予充足的重視。對于此類問題而言，冬季針對水庫閘門展開必要的防凍養(yǎng)護(hù)，是確保其安全平穩(wěn)運(yùn)行的必要所在。

一、常見的水庫閘門防凍措施

對于水庫閘門防凍問題，其措施有多種，最為原始的即人工除冰法以及電熱除冰法兩種。其中人工方式雖然成本較低，但是安全問題比較突出，多發(fā)事故，并且此種方案本質(zhì)上屬于事后控制的范疇，是在結(jié)冰已經(jīng)形成的基礎(chǔ)上展開除冰，效率有限，對于結(jié)冰危害的控制也有限，因此目前階段基本已經(jīng)不再采用。而電熱除冰，主要是利用電伴熱的手段在閘門上形成一個溫水區(qū)域，此種方式雖然可以保持結(jié)冰狀況不發(fā)生，但是水下絕緣成為核心問題，一旦絕緣失效，必然會造成整個系統(tǒng)的短路，隨之而來的事故便不可避免。

除了上述兩種相對而言比較傳統(tǒng)的水庫閘門防凍方式以外，壓縮空氣吹冰法、水泵擾動破冰法以及熱管傳熱破冰法也比較常見。其中壓縮空氣吹冰法主要是在水庫深處利用空氣壓縮機(jī)制造出壓縮空氣流，形成一股上升淀粉溫水流，進(jìn)一步達(dá)到對于冰層的融化作用，防止或者減緩新冰層的形成過程。該系統(tǒng)通常會需要安排兩臺空氣壓縮機(jī)，兩個貯氣罐，以及對應(yīng)的管網(wǎng)和控制單元等，這樣的安排，雖然相對而言能夠?qū)Ρ鶎拥膬鼋Y(jié)實(shí)現(xiàn)抵御，但是成本偏高，成為該方案的重要硬傷。而對于水泵擾動破冰法而言，則主要是利用潛水泵將水抽上來，而后經(jīng)由鋼管上的小孔將水射出，通過此種方式形成水流，達(dá)到阻礙局部水面凍結(jié)的目標(biāo)。此種方案從經(jīng)濟(jì)層面看表現(xiàn)良好，但是當(dāng)水位發(fā)生變化的時候，必須展開對潛水泵入水深度的調(diào)整，一旦無法及時展開調(diào)整，就會存在結(jié)冰的風(fēng)險(xiǎn)。雖然操作起來比較瑣碎，但是此種方法經(jīng)濟(jì)實(shí)用，是北方大部分水庫都采用的方法之一。最后，熱管傳熱破冰法主要是選用新型的高導(dǎo)熱性的器件來實(shí)現(xiàn)對于水體的加熱而達(dá)到破冰目標(biāo)的，此種方法與電加熱融冰法的思路保持一致，但關(guān)鍵在于新型器件以及相關(guān)材料的引入方面。新型器件必須在經(jīng)濟(jì)和絕緣安全幾個方面同時表現(xiàn)良好，才能夠引入實(shí)際的水庫環(huán)境展開應(yīng)用。但是就目前的發(fā)展?fàn)顩r看，此種破冰法尚未走出實(shí)驗(yàn)室，仍然處于研究階段。雖然如此，從設(shè)計(jì)的角度看，此種方案本身并不消耗電功，因此供熱系數(shù)較高，在未來應(yīng)該會具有比較蓬勃的生命力。

結(jié)合當(dāng)前該領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，結(jié)合運(yùn)行環(huán)境以及工程技術(shù)、安全特征等方面的具體要求，水泵擾動破冰法應(yīng)用最為廣泛。但除此以外，更多破冰方法也在不斷的優(yōu)化中嶄露頭角。

二、水庫閘門防凍與除冰工作設(shè)備的選用

通過上文中對于當(dāng)前常見的防凍除冰方案的具體分析，可以發(fā)現(xiàn)，水泵擾動破冰法的應(yīng)用偏廣泛，但是比較傳統(tǒng)的電加熱除冰法，雖然安全水平有所局限，但是在某些小環(huán)境中仍然有著一定的生命力，因此下面就這兩個方案設(shè)備的選用展開進(jìn)一步的討論。

對于水泵擾動破冰法而言，需要關(guān)注兩個細(xì)節(jié)的規(guī)格確定，其一在于自動升降系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，其二則是噴管的設(shè)計(jì)。對于前者而言，由于直接決定著整體系統(tǒng)防凍除冰的整體效果，因此作為此種防凍法的核心進(jìn)行對待。浮筒用以確保破冰裝置始終漂浮于水面之上，潛水泵則與水面保持固定距離。整個系統(tǒng)設(shè)置兩臺潛水泵，用以實(shí)現(xiàn)對于系統(tǒng)穩(wěn)定性的保障，同樣考慮到穩(wěn)定，多選用雙浮筒方案，在精確計(jì)算整個系統(tǒng)重量的前提之下，確定出每個浮筒的承載力。注意系統(tǒng)的重量應(yīng)當(dāng)包括每一臺潛水泵的質(zhì)量，以及排水干管的質(zhì)量，對于出口逆止閥，以及浮筒固定支架等細(xì)節(jié)也應(yīng)當(dāng)納入考慮范圍內(nèi)，在此基礎(chǔ)之上確定浮筒浮力，平衡整個系統(tǒng)。在確定自動升降功能系統(tǒng)扥基礎(chǔ)上，未來避免裝置的大范圍游動，還可以考慮設(shè)定升降限位機(jī)構(gòu)。具體做法實(shí)在排水干管兩側(cè)加裝了兩只導(dǎo)向環(huán)，在門槽上部用槽鋼向下固定一鋼絲繩作為牽引，其下固定重錘進(jìn)行配重，用于保持鋼絲繩延展程度，形成一個導(dǎo)向性的索道，引導(dǎo)升降實(shí)現(xiàn)的方向。而在噴管的選用方面，雖然全部垂直向上噴水就可以實(shí)現(xiàn)對于水面結(jié)冰的避免，但是常常會在門槽兩側(cè)及電機(jī)電纜處經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象?；谶@一問題的考慮，可以將噴管出口改為斜向45°，此時當(dāng)外側(cè)噴管噴出的水流射到砼表面上時就會發(fā)生反彈，進(jìn)一步形成環(huán)流，同樣實(shí)現(xiàn)擾動目標(biāo)，杜絕了配套設(shè)備結(jié)冰問題。

對于電加熱除冰系統(tǒng)而言，多采用循環(huán)導(dǎo)熱油的方法予以實(shí)現(xiàn)，通過熱傳導(dǎo)的作用，對閘門門體以及門槽埋件實(shí)現(xiàn)加熱，消除其中的冰凍狀況，保證閘門在冬季的正常運(yùn)行。此類設(shè)備主要包括熱油泵站以及現(xiàn)地電氣控制系統(tǒng)兩個部分。對于前者而言，主要包括油箱、油泵電機(jī)組、控制閥組以及站外管線幾個部分，實(shí)際工作中同樣考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定性，引入兩套油泵電機(jī)組輪換進(jìn)行工作，這一部分與油箱一同固定在底架上。導(dǎo)熱油需要選擇低溫防凍油，必須能夠抗零下30℃低溫，運(yùn)行過程中應(yīng)當(dāng)注重對油溫以及油壓的監(jiān)測，如果超過限定標(biāo)準(zhǔn)，則發(fā)出告警信號。加熱油管外需要包裹泡沫聚氨酯保溫板，防止熱量散失并且盡量降低其對于混凝土的不利影響。

三、結(jié)論

防凍是水庫閘門的重要保護(hù)工作之一，是提升閘門穩(wěn)定性的重要支持力量。實(shí)際工作中應(yīng)當(dāng)密切關(guān)注行業(yè)發(fā)展，積極分析實(shí)際需求環(huán)境特征，有針對性地對當(dāng)前現(xiàn)有除冰防凍體系進(jìn)行改良，才能獲取良好效果。

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