水庫閘門的防凍與除冰

俞哲浩

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

【關鍵詞】水庫；閘門；防凍

閘門是水庫的重要設備，是實現防洪泄流、電站發電以及確保水庫安全的關鍵環節。然而北方地區冬季寒冷，如果不采取必要的措施，水庫閘門很容易出現結冰問題，導致水封變形漏水等問題的發生，嚴重的時候冰層會產生巨大的壓力，通過閘門作用于鉸支座，甚至會壓裂鉸支座，并且冰層的側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護，是確保其安全平穩運行的必要所在。

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，多發事故，并且此種方案本質上屬于事后控制的范疇，是在結冰已經形成的基礎上展開除冰，效率有限，對于結冰危害的控制也有限，因此目前階段基本已經不再采用。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域，此種方式雖然可以保持結冰狀況不發生，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制造出壓縮空氣流，形成一股上升淀粉溫水流，進一步達到對于冰層的融化作用，防止或者減緩新冰層的形成過程。該系統通常會需要安排兩臺空氣壓縮機，兩個貯氣罐，以及對應的管網和控制單元等，這樣的安排，雖然相對而言能夠對冰層的凍結實現抵御，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，而后經由鋼管上的小孔將水射出，通過此種方式形成水流，達到阻礙局部水面凍結的目標。此種方案從經濟層面看表現良好，但是當水位發生變化的時候，必須展開對潛水泵入水深度的調整，一旦無法及時展開調整，就會存在結冰的風險。雖然操作起來比較瑣碎，但是此種方法經濟實用，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熱性的器件來實現對于水體的加熱而達到破冰目標的，此種方法與電加熱融冰法的思路保持一致，但關鍵在于新型器件以及相關材料的引入方面。新型器件必須在經濟和絕緣安全幾個方面同時表現良好，才能夠引入實際的水庫環境展開應用。但是就目前的發展狀況看，此種破冰法尚未走出實驗室，仍然處于研究階段。雖然如此，從設計的角度看，此種方案本身并不消耗電功，因此供熱系數較高，在未來應該會具有比較蓬勃的生命力。

結合當前該領域的應用與發展，從經濟的角度考慮，結合運行環境以及工程技術、安全特征等方面的具體要求，水泵擾動破冰法應用最為廣泛。但除此以外，更多破冰方法也在不斷的優化中嶄露頭角。

二、水庫閘門防凍與除冰工作設備的選用

通過上文中對于當前常見的防凍除冰方案的具體分析，可以發現，水泵擾動破冰法的應用偏廣泛，但是比較傳統的電加熱除冰法，雖然安全水平有所局限，但是在某些小環境中仍然有著一定的生命力，因此下面就這兩個方案設備的選用展開進一步的討論。

對于水泵擾動破冰法而言，需要關注兩個細節的規格確定，其一在于自動升降系統的實現，其二則是噴管的設計。對于前者而言，由于直接決定著整體系統防凍除冰的整體效果，因此作為此種防凍法的核心進行對待。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。整個系統設置兩臺潛水泵，用以實現對于系統穩定性的保障，同樣考慮到穩定，多選用雙浮筒方案，在精確計算整個系統重量的前提之下，確定出每個浮筒的承載力。注意系統的重量應當包括每一臺潛水泵的質量，以及排水干管的質量，對于出口逆止閥，以及浮筒固定支架等細節也應當納入考慮范圍內，在此基礎之上確定浮筒浮力，平衡整個系統。在確定自動升降功能系統扥基礎上，未來避免裝置的大范圍游動，還可以考慮設定升降限位機構。具體做法實在排水干管兩側加裝了兩只導向環，在門槽上部用槽鋼向下固定一鋼絲繩作為牽引，其下固定重錘進行配重，用于保持鋼絲繩延展程度，形成一個導向性的索道，引導升降實現的方向。而在噴管的選用方面，雖然全部垂直向上噴水就可以實現對于水面結冰的避免，但是常常會在門槽兩側及電機電纜處經常出現結冰現象。基于這一問題的考慮，可以將噴管出口改為斜向45°，此時當外側噴管噴出的水流射到砼表面上時就會發生反彈，進一步形成環流，同樣實現擾動目標，杜絕了配套設備結冰問題。

對于電加熱除冰系統而言，多采用循環導熱油的方法予以實現，通過熱傳導的作用，對閘門門體以及門槽埋件實現加熱，消除其中的冰凍狀況，保證閘門在冬季的正常運行。此類設備主要包括熱油泵站以及現地電氣控制系統兩個部分。對于前者而言，主要包括油箱、油泵電機組、控制閥組以及站外管線幾個部分，實際工作中同樣考慮到系統穩定性，引入兩套油泵電機組輪換進行工作，這一部分與油箱一同固定在底架上。導熱油需要選擇低溫防凍油，必須能夠抗零下30℃低溫，運行過程中應當注重對油溫以及油壓的監測，如果超過限定標準，則發出告警信號。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、結論

防凍是水庫閘門的重要保護工作之一，是提升閘門穩定性的重要支持力量。實際工作中應當密切關注行業發展，積極分析實際需求環境特征，有針對性地對當前現有除冰防凍體系進行改良，才能獲取良好效果。

參考文獻：

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