俞哲浩

【摘要】文章首先對(duì)當(dāng)前水庫(kù)閘門(mén)防凍領(lǐng)域中常見(jiàn)的技術(shù)特征展開(kāi)說(shuō)明，而后就當(dāng)前兩種比較常見(jiàn)的防凍技術(shù)進(jìn)行深入討論，對(duì)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(kù)；閘門(mén)；防凍

閘門(mén)是水庫(kù)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(kù)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(kù)閘門(mén)很容易出現(xiàn)結(jié)冰問(wèn)題，導(dǎo)致水封變形漏水等問(wèn)題的發(fā)生，嚴(yán)重的時(shí)候冰層會(huì)產(chǎn)生巨大的壓力，通過(guò)閘門(mén)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(huì)造成閘門(mén)開(kāi)啟事故，因此必須給予充足的重視。對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題而言，冬季針對(duì)水庫(kù)閘門(mén)展開(kāi)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(jiàn)的水庫(kù)閘門(mén)防凍措施

對(duì)于水庫(kù)閘門(mén)防凍問(wèn)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(wèn)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(kāi)除冰，效率有限，對(duì)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(mén)上形成一個(gè)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(wèn)題，一旦絕緣失效，必然會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的短路，隨之而來(lái)的事故便不可避免。

除了上述兩種相對(duì)而言比較傳統(tǒng)的水庫(kù)閘門(mén)防凍方式以外，壓縮空氣吹冰法、水泵擾動(dòng)破冰法以及熱管傳熱破冰法也比較常見(jiàn)。其中壓縮空氣吹冰法主要是在水庫(kù)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(duì)于冰層的融化作用，防止或者減緩新冰層的形成過(guò)程。該系統(tǒng)通常會(huì)需要安排兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)，兩個(gè)貯氣罐，以及對(duì)應(yīng)的管網(wǎng)和控制單元等，這樣的安排，雖然相對(duì)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(duì)于水泵擾動(dòng)破冰法而言，則主要是利用潛水泵將水抽上來(lái)，而后經(jīng)由鋼管上的小孔將水射出，通過(guò)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(shí)候，必須展開(kāi)對(duì)潛水泵入水深度的調(diào)整，一旦無(wú)法及時(shí)展開(kāi)調(diào)整，就會(huì)存在結(jié)冰的風(fēng)險(xiǎn)。雖然操作起來(lái)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(kù)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)方面同時(shí)表現(xiàn)良好，才能夠引入實(shí)際的水庫(kù)環(huán)境展開(kāi)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(lái)應(yīng)該會(huì)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(dòng)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(kù)閘門(mén)防凍與除冰工作設(shè)備的選用

通過(guò)上文中對(duì)于當(dāng)前常見(jiàn)的防凍除冰方案的具體分析，可以發(fā)現(xiàn)，水泵擾動(dòng)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(gè)方案設(shè)備的選用展開(kāi)進(jìn)一步的討論。

對(duì)于水泵擾動(dòng)破冰法而言，需要關(guān)注兩個(gè)細(xì)節(jié)的規(guī)格確定，其一在于自動(dòng)升降系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，其二則是噴管的設(shè)計(jì)。對(duì)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(duì)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(gè)系統(tǒng)設(shè)置兩臺(tái)潛水泵，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)系統(tǒng)重量的前提之下，確定出每個(gè)浮筒的承載力。注意系統(tǒng)的重量應(yīng)當(dāng)包括每一臺(tái)潛水泵的質(zhì)量，以及排水干管的質(zhì)量，對(duì)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(gè)系統(tǒng)。在確定自動(dòng)升降功能系統(tǒng)扥基礎(chǔ)上，未來(lái)避免裝置的大范圍游動(dòng)，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(mén)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(gè)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(duì)于水面結(jié)冰的避免，但是常常會(huì)在門(mén)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(wèn)題的考慮，可以將噴管出口改為斜向45°，此時(shí)當(dāng)外側(cè)噴管?chē)姵龅乃魃涞巾疟砻嫔蠒r(shí)就會(huì)發(fā)生反彈，進(jìn)一步形成環(huán)流，同樣實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)目標(biāo)，杜絕了配套設(shè)備結(jié)冰問(wèn)題。

對(duì)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(guò)熱傳導(dǎo)的作用，對(duì)閘門(mén)門(mén)體以及門(mén)槽埋件實(shí)現(xiàn)加熱，消除其中的冰凍狀況，保證閘門(mén)在冬季的正常運(yùn)行。此類(lèi)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(gè)部分。對(duì)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(xiàn)幾個(gè)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(guò)程中應(yīng)當(dāng)注重對(duì)油溫以及油壓的監(jiān)測(cè)，如果超過(guò)限定標(biāo)準(zhǔn)，則發(fā)出告警信號(hào)。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(duì)于混凝土的不利影響。

三、結(jié)論

防凍是水庫(kù)閘門(mén)的重要保護(hù)工作之一，是提升閘門(mén)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(duì)性地對(duì)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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