水库闸门的防冻与除冰

俞哲浩

【摘要】文章首先对当前水库闸门防冻领域中常见的技术特征展开说明，而后就当前两种比较常见的防冻技术进行深入讨论，对于优化防冻工作体系有着一定的积极意义。

【关键词】水库；闸门；防冻

闸门是水库的重要设备，是实现防洪泄流、电站发电以及确保水库安全的关键环节。然而北方地区冬季寒冷，如果不采取必要的措施，水库闸门很容易出现结冰问题，导致水封变形漏水等问题的发生，严重的时候冰层会产生巨大的压力，通过闸门作用于铰支座，甚至会压裂铰支座，并且冰层的侧压力也会造成闸门开启事故，因此必须给予充足的重视。对于此类问题而言，冬季针对水库闸门展开必要的防冻养护，是确保其安全平稳运行的必要所在。

一、常见的水库闸门防冻措施

对于水库闸门防冻问题，其措施有多种，最为原始的即人工除冰法以及电热除冰法两种。其中人工方式虽然成本较低，但是安全问题比较突出，多发事故，并且此种方案本质上属于事后控制的范畴，是在结冰已经形成的基础上展开除冰，效率有限，对于结冰危害的控制也有限，因此目前阶段基本已经不再采用。而电热除冰，主要是利用电伴热的手段在闸门上形成一个温水区域，此种方式虽然可以保持结冰状况不发生，但是水下绝缘成为核心问题，一旦绝缘失效，必然会造成整个系统的短路，随之而来的事故便不可避免。

除了上述两种相对而言比较传统的水库闸门防冻方式以外，压缩空气吹冰法、水泵扰动破冰法以及热管传热破冰法也比较常见。其中压缩空气吹冰法主要是在水库深处利用空气压缩机制造出压缩空气流，形成一股上升淀粉温水流，进一步达到对于冰层的融化作用，防止或者减缓新冰层的形成过程。该系统通常会需要安排两台空气压缩机，两个贮气罐，以及对应的管网和控制单元等，这样的安排，虽然相对而言能够对冰层的冻结实现抵御，但是成本偏高，成为该方案的重要硬伤。而对于水泵扰动破冰法而言，则主要是利用潜水泵将水抽上来，而后经由钢管上的小孔将水射出，通过此种方式形成水流，达到阻碍局部水面冻结的目标。此种方案从经济层面看表现良好，但是当水位发生变化的时候，必须展开对潜水泵入水深度的调整，一旦无法及时展开调整，就会存在结冰的风险。虽然操作起来比较琐碎，但是此种方法经济实用，是北方大部分水库都采用的方法之一。最后，热管传热破冰法主要是选用新型的高导热性的器件来实现对于水体的加热而达到破冰目标的，此种方法与电加热融冰法的思路保持一致，但关键在于新型器件以及相关材料的引入方面。新型器件必须在经济和绝缘安全几个方面同时表现良好，才能够引入实际的水库环境展开应用。但是就目前的发展状况看，此种破冰法尚未走出实验室，仍然处于研究阶段。虽然如此，从设计的角度看，此种方案本身并不消耗电功，因此供热系数较高，在未来应该会具有比较蓬勃的生命力。

结合当前该领域的应用与发展，从经济的角度考虑，结合运行环境以及工程技术、安全特征等方面的具体要求，水泵扰动破冰法应用最为广泛。但除此以外，更多破冰方法也在不断的优化中崭露头角。

二、水库闸门防冻与除冰工作设备的选用

通过上文中对于当前常见的防冻除冰方案的具体分析，可以发现，水泵扰动破冰法的应用偏广泛，但是比较传统的电加热除冰法，虽然安全水平有所局限，但是在某些小环境中仍然有着一定的生命力，因此下面就这两个方案设备的选用展开进一步的讨论。

对于水泵扰动破冰法而言，需要关注两个细节的规格确定，其一在于自动升降系统的实现，其二则是喷管的设计。对于前者而言，由于直接决定着整体系统防冻除冰的整体效果，因此作为此种防冻法的核心进行对待。浮筒用以确保破冰装置始终漂浮于水面之上，潜水泵则与水面保持固定距离。整个系统设置两台潜水泵，用以实现对于系统稳定性的保障，同样考虑到稳定，多选用双浮筒方案，在精确计算整个系统重量的前提之下，确定出每个浮筒的承载力。注意系统的重量应当包括每一台潜水泵的质量，以及排水干管的质量，对于出口逆止阀，以及浮筒固定支架等细节也应当纳入考虑范围内，在此基础之上确定浮筒浮力，平衡整个系统。在确定自动升降功能系统扥基础上，未来避免装置的大范围游动，还可以考虑设定升降限位机构。具体做法实在排水干管两侧加装了两只导向环，在门槽上部用槽钢向下固定一钢丝绳作为牵引，其下固定重锤进行配重，用于保持钢丝绳延展程度，形成一个导向性的索道，引导升降实现的方向。而在喷管的选用方面，虽然全部垂直向上喷水就可以实现对于水面结冰的避免，但是常常会在门槽两侧及电机电缆处经常出现结冰现象。基于这一问题的考虑，可以将喷管出口改为斜向45°，此时当外侧喷管喷出的水流射到砼表面上时就会发生反弹，进一步形成环流，同样实现扰动目标，杜绝了配套设备结冰问题。

对于电加热除冰系统而言，多采用循环导热油的方法予以实现，通过热传导的作用，对闸门门体以及门槽埋件实现加热，消除其中的冰冻状况，保证闸门在冬季的正常运行。此类设备主要包括热油泵站以及现地电气控制系统两个部分。对于前者而言，主要包括油箱、油泵电机组、控制阀组以及站外管线几个部分，实际工作中同样考虑到系统稳定性，引入两套油泵电机组轮换进行工作，这一部分与油箱一同固定在底架上。导热油需要选择低温防冻油，必须能够抗零下30℃低温，运行过程中应当注重对油温以及油压的监测，如果超过限定标准，则发出告警信号。加热油管外需要包裹泡沫聚氨酯保温板，防止热量散失并且尽量降低其对于混凝土的不利影响。

三、结论

防冻是水库闸门的重要保护工作之一，是提升闸门稳定性的重要支持力量。实际工作中应当密切关注行业发展，积极分析实际需求环境特征，有针对性地对当前现有除冰防冻体系进行改良，才能获取良好效果。

参考文献：

[1] 王环东，王振羽，姚贵宇.潜水泵破冰系统在水电站弧门装置上的应用[J].吉林电力，2004（5）

[2] 孫文柱，丁慧南，孟庆君.压力水吹泡法防冰冻的探讨[J].黑龙江水利科技，2003（1）