吉林省團山子水庫閘門防凍設(shè)備的應(yīng)用技術(shù)

王景波

閘門是水工建筑物的重要組成部分，為防洪泄洪電站發(fā)電水庫安全提供了可靠保障。吉林省冬季氣候寒冷，冬季結(jié)冰期較長，江河最深凍層可達到1.2m以上。進入冬季以后，如果不采取有效的防范措施對閘前結(jié)冰進行有效處理，就會導(dǎo)致水庫閘門出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。冬季水庫水面冰層產(chǎn)生巨大推力，對閘門安全構(gòu)成威脅。為防止冰壓力對閘門造成破壞，我們經(jīng)過借鑒學(xué)習(xí)和改進，設(shè)計制造安裝了防冰凍設(shè)備。經(jīng)過兩年多的運行使用，效果滿足設(shè)計達到了預(yù)期效果。

1 吉林省團山子水庫概述

團山子水庫位于吉林省蛟河市義氣河下游，蛟河市前進鄉(xiāng)團山子村境內(nèi)，距蛟河市約29公里。地理位置為東經(jīng)127°37′，北緯43°47′50″是以城市供水為主，兼顧防洪、灌溉、發(fā)電等綜合利用的中型水利樞紐工程，總庫容為2774.86×104m3。正常溢洪道設(shè)置3孔弧形鋼閘門，每扇閘門寬10m，高6.6m。

2 防凍設(shè)備工藝參數(shù)

2.1 防凍設(shè)備簡介

采用壓力水射流法，用潛水泵深層溫水抽至表層進行熱量交換并擾動水流，防止閘門前一定范圍內(nèi)表層水不結(jié)冰進而有效保護閘門的方法。正常溢洪道3孔閘門各用一套防凍設(shè)備，長度10m，由DN100鍍鋅管分2節(jié)用法蘭橫向連接而成。5.5KW潛水泵位于管路中部下方，通過膠管與管路連接。管路上方在管壁上鉆有Φ5mm的圓孔，間距30cm。防凍設(shè)備一般在11月初安裝，由于受閘門上方啟閉機室和護欄等影響，整套設(shè)備只能在平臺上預(yù)先組裝好，下放至水面下，開啟水泵，觀察水面翻出的水花情況調(diào)整設(shè)備到合適深度，最后將吊裝的鋼索固定于平臺欄桿上。

2.2 防凍設(shè)備的設(shè)計

考慮用潛水泵防冰凍的的方式與其他方式相比具有較大的優(yōu)越性，依據(jù)《水工建筑物抗冰凍設(shè)計規(guī)范》，以節(jié)能降耗、減輕重量、方便安裝、滿足使用的原則來進行，采用一孔一套防凍設(shè)備的方式。參數(shù)計算根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃摹庀筚Y料，當(dāng)?shù)刈畹蜌鉁豻r=-43℃；最冷月最大風(fēng)速Vw=13m/s；冰蓋下水溫補給的熱量QH（KW）： QH=0.6×Qp×tWQH-潛水泵流量（m/h）； tW-潛水泵放置水深Hp處的水溫，Hp=2m處實測水溫為1.5℃。水氣交界面的全部熱流量損失強度：S=0.003（1.553E-tk）VW補給的熱流量應(yīng)滿足QH>K2×B0×L0，代入數(shù)值可得：Qp>13.07m3/h。

3 設(shè)備選型

3.1 噴管設(shè)計

原來破冰裝置噴管采用安裝在DN50的主干管上的8根DN32的直管豎直向上噴水，這種方法能夠基本解決水面結(jié)冰問題，但是在門槽兩側(cè)以及電機電纜處，經(jīng)常會出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，這種現(xiàn)象如果長期存在就會對電纜造成危害，使得冰凌割裂電纜。噴嘴出口與浮筒電纜及鋼絲繩設(shè)置在一條直線上，這樣能夠有效預(yù)防相關(guān)配套設(shè)施出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。

3.2 科學(xué)設(shè)計自動升降系統(tǒng)

在浮筒的作用下，破冰裝置能夠始終漂浮在水面上，潛水泵和水面能夠保持在固定的距離。整個破冰系統(tǒng)采用兩臺潛水泵，一個作為主要潛水泵，一個作為預(yù)備潛水泵。兩個潛水泵的總質(zhì)量為90公斤，排水干管總長度為8m，總質(zhì)量為140多公斤。出口逆止閥總質(zhì)量大概為10公斤左右，浮筒固定支架重量為40公斤，整個升降系統(tǒng)的總重量大概為280多公斤。系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，為了保證能夠均勻受力，確保整個系統(tǒng)能夠安全漂浮在水面，并安全運行，可以采用雙浮筒方案。這樣每個浮筒的承載力均大于150公斤以上。在具體設(shè)計過程中，要結(jié)合整個裝置的結(jié)構(gòu)，制定單個承載能力在150公斤以上的不銹鋼圓形浮筒，浮筒裝置和相應(yīng)的配套裝置，采用環(huán)形卡套方式進行有效固定，這樣做能夠有利于對整個系統(tǒng)進行維修。

3.3 科學(xué)設(shè)計定位導(dǎo)向系統(tǒng)

在確保系統(tǒng)實現(xiàn)了自動升降的基礎(chǔ)上，為了避免整個裝置在水面上大范圍游動，應(yīng)該對自動升降系統(tǒng)進行限制，明確其定位和導(dǎo)向。由此就需要我們科學(xué)設(shè)計定位導(dǎo)向系統(tǒng)?？梢栽谂潘晒軆蓚?cè)加裝兩只導(dǎo)向環(huán)，導(dǎo)向環(huán)的直徑大小為12mm，在門槽的上部使用鋼槽垂直方向固定一個8mm的鋼絲繩，將其和自動升降系統(tǒng)進行有效連接。鋼絲繩下部位置固定在為80公斤的圓柱形重錘上，起到配重作用，用來牽引鋼絲繩，這樣就能夠形成一個比較完善的導(dǎo)向鎖系統(tǒng)，從而對自動升降系統(tǒng)進行有效的導(dǎo)航和導(dǎo)向。

3.4 控制系統(tǒng)設(shè)計

在每個門槽內(nèi)部安裝一個攝像頭，攝像頭和整個系統(tǒng)的控制單元進行有效連接，利用控制系統(tǒng)將攝像頭拍攝到的信號傳送到中央控制室。這樣相關(guān)技術(shù)人員和工作人員就能夠隨時動態(tài)的監(jiān)測里面破冰裝置的運行情況。同時，為了更好控制整個系統(tǒng)運行，還可以結(jié)合實際情況，設(shè)計一套具有自動和手動控制功能的plc控制程序，通過光纖信號對這個程序進行有效控制，并將其和中央控制室進行有效對接。相應(yīng)的技術(shù)人員和工作人員可以根據(jù)水面結(jié)冰情況，隨時對整個系統(tǒng)進行人工操作，這樣能夠大大提高系統(tǒng)的運行效率，降低系統(tǒng)的運行費用。

4 防凍設(shè)備使用情況

首先，在冰凍期的最冷月份，可在閘門前形成5～10m的不結(jié)冰水帶，滿足了使用要求；其次，節(jié)約資金。在沒有安裝使用防凍設(shè)備前，人工除冰費用不低于3萬元，采用防凍設(shè)備后支出在1.2萬元左右，每年節(jié)省資金1.8萬元；最后，拆裝方便。整套設(shè)備重約280Kg，安裝、拆卸、調(diào)整只需4個人即可完成，省略了水面作業(yè)環(huán)節(jié)，節(jié)省了時間，提高了效率，增加了安全性。

在我國北方大部分地區(qū)，冬季氣候寒冷，氣溫較低，低溫時間漫長。冬季在啟動和關(guān)閉水庫閘門過程中都存在防凍和除冰問題。進入凌汛期啟閉閘門也存在類似問題，這種問題對于東北地區(qū)來說更為突出。吉林省分布著大量的水利工程，在水庫正常運行過程中，要想確保每扇閘門安全就需要保證閘門隨時處于靈活可靠的能開啟關(guān)閉狀態(tài)，只有做到這樣，才能發(fā)揮整個水利工程的效益和功能，也只有做到這樣，才能保證整個樞紐安全。

（作者單位：132500吉林省蛟河市農(nóng)村水利管理中心站）endprint