吉林省團山子水庫閘門防凍設備的應用技術

王景波

閘門是水工建筑物的重要組成部分，為防洪泄洪電站發電水庫安全提供了可靠保障。吉林省冬季氣候寒冷，冬季結冰期較長，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冰進行有效處理，就會導致水庫閘門出現結冰現象。冬季水庫水面冰層產生巨大推力，對閘門安全構成威脅。為防止冰壓力對閘門造成破壞，我們經過借鑒學習和改進，設計制造安裝了防冰凍設備。經過兩年多的運行使用，效果滿足設計達到了預期效果。

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，蛟河市前進鄉團山子村境內，距蛟河市約29公里。地理位置為東經127°37′，北緯43°47′50″是以城市供水為主，兼顧防洪、灌溉、發電等綜合利用的中型水利樞紐工程，總庫容為2774.86×104m3。正常溢洪道設置3孔弧形鋼閘門，每扇閘門寬10m，高6.6m。

2 防凍設備工藝參數

2.1 防凍設備簡介

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表層水不結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備，長度10m，由DN100鍍鋅管分2節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，整套設備只能在平臺上預先組裝好，下放至水面下，開啟水泵，觀察水面翻出的水花情況調整設備到合適深度，最后將吊裝的鋼索固定于平臺欄桿上。

2.2 防凍設備的設計

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越性，依據《水工建筑物抗冰凍設計規范》，以節能降耗、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備的方式。參數計算根據當地的水文、氣象資料，當地最低氣溫tr=-43℃；最冷月最大風速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補給的熱流量應滿足QH>K2×B0×L0，代入數值可得：Qp>13.07m3/h。

3 設備選型

3.1 噴管設計

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冰問題，但是在門槽兩側以及電機電纜處，經常會出現結冰現象，這種現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置在一條直線上，這樣能夠有效預防相關配套設施出現結冰現象。

3.2 科學設計自動升降系統

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。整個破冰系統采用兩臺潛水泵，一個作為主要潛水泵，一個作為預備潛水泵。兩個潛水泵的總質量為90公斤，排水干管總長度為8m，總質量為140多公斤。出口逆止閥總質量大概為10公斤左右，浮筒固定支架重量為40公斤，整個升降系統的總重量大概為280多公斤。系統在應用過程中，為了保證能夠均勻受力，確保整個系統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。在具體設計過程中，要結合整個裝置的結構，制定單個承載能力在150公斤以上的不銹鋼圓形浮筒，浮筒裝置和相應的配套裝置，采用環形卡套方式進行有效固定，這樣做能夠有利于對整個系統進行維修。

3.3 科學設計定位導向系統

在確保系統實現了自動升降的基礎上，為了避免整個裝置在水面上大范圍游動，應該對自動升降系統進行限制，明確其定位和導向。由此就需要我們科學設計定位導向系統。可以在排水干管兩側加裝兩只導向環，導向環的直徑大小為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向鎖系統，從而對自動升降系統進行有效的導航和導向。

3.4 控制系統設計

在每個門槽內部安裝一個攝像頭，攝像頭和整個系統的控制單元進行有效連接，利用控制系統將攝像頭拍攝到的信號傳送到中央控制室。這樣相關技術人員和工作人員就能夠隨時動態的監測里面破冰裝置的運行情況。同時，為了更好控制整個系統運行，還可以結合實際情況，設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。相應的技術人員和工作人員可以根據水面結冰情況，隨時對整個系統進行人工操作，這樣能夠大大提高系統的運行效率，降低系統的運行費用。

4 防凍設備使用情況

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

在我國北方大部分地區，冬季氣候寒冷，氣溫較低，低溫時間漫長。冬季在啟動和關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閉狀態，只有做到這樣，才能發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吉林省蛟河市農村水利管理中心站）endprint