水利水电工程防冰系统的制作方法

本发明涉及防冰技术领域，尤其涉及一种水利水电工程防冰系统。

背景技术：

冰是自然界普遍的现象，公开资料显示，我国已建水库约86000座，寒冷地区已建水库约20000余座，其数量是一个庞大的数字，在众多的寒冷地区已建水库中，由于冰害的普遍存在，使各类水利水电工程以及闸门不同程度的受到了冰害的影响甚至是破坏，严重影响了工程的安全运行，且修复投资巨大。冰害具有一定的复杂性和多样性，主要是由冰推力、冰拔力、冰爬力、冻融等表现形式造成各类水利水电工程以及闸门、坝体的破坏。

其中，冻融效应指的是由于建筑材料砖、水泥、灰浆结构具有很多微孔，这些微孔会吸收一定的水分，被吸收的这些水分结冰后会发生膨胀，使得建筑材料砖、水泥、灰浆结构变得疏松。当冰体融化后，水分会继续渗透，腐蚀，如此循环往复，建筑物很容易被损坏。

冰推力：冰推力是在水库水位没有太大变化的条件下，由于冰层膨胀产生的静冰压力，冰推力随着冰层厚度、温升率的不同而发生变化，但往往冰推力是很大的，是对水利水电工程、闸门造成破坏的主要作用力。

冰爬力：水结冰后发生膨胀，在静冰压力的影响下冰体由于膨胀沿水库护坡上升的现象。冰爬力会对水库护坡上的聚氨酯防水涂料产生破坏，导致水分进入护坡建筑材料从而造成冻融效应。

冰拔力：是指冰层和水利水电工程护坡、保护层冻结在一起时，水库水位下降时对水利水电工程造成的破坏。由于水利水电工程的护坡、保护层表面比较粗糙，使得冰与其粘接强度更大，当冰层较厚，水位产生变动时，会产生很大的冰拔力，当冰拔力大于护坡、保护层与基础的粘接强度时，造成了护坡、保护层的破坏。

目前对于闸门以及水利水电工程的防冰主要有以下几种：

1)人工破冰，但是这种方式具有人员劳动强度大、除冰不彻底、人身安全得不到有效保障等缺点；

2)机械破冰法，即在水电站引水渠道、压力前池和水库上使用的破冰机械，例如打冰机、破冰船、破冰机等，但是这种方式具有破冰速度慢、破冰效率低等缺点；

3)爆炸破冰法，即利用炸药采用人工投掷的方法爆破冰块，但是这种方法具有人身安全得不到有效保障、附加危险性高等缺点。

技术实现要素：

本发明提供一种水利水电工程防冰系统，以解决现有技术中除冰难、除冰不彻底的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例提供一种水利水电工程防冰系统。所述防冰系统包括压缩供气部、分流处理部和置于水下的至少一个防冰装置；所述压缩供气部用于对外部空气进行压缩，并将经过压缩的空气输送给所述分流处理部；所述分流处理部连接在所述压缩供气部的下游，具有分别与至少一个所述防冰装置对应的减压调速处理装置，并且所述减压调速处理装置分别与对应的所述防冰装置连通；所述防冰装置具有气泡发生部件，所述气泡发生部件用于使用来自对应的所述减压调速处理装置的压缩空气向水中喷出均匀且连续的气泡群。

可选地，所述防冰系统还包括压缩后处理部，所述压缩后处理部设置在所述压缩供气部和所述分流处理部之间，所述压缩后处理部包括空气过滤装置和/或空气干燥装置。

可选地，所述防冰装置为多个，且所述减压调速处理装置与多个所述防冰装置一一对应地设置，多个所述减压调速处理装置之间并联设置并均连接在所述压缩后处理部的下游。

可选地，所述防冰系统还包括分气稳压装置，所述分气稳压装置连接在所述压缩后处理部的下游。

可选地，所述防冰装置为多个，且所述减压调速处理装置与多个所述防冰装置一一对应地设置，多个所述减压调速处理装置之间并联地设置并均连接在所述分气稳压装置的下游。

可选地，所述压缩后处理部还包括设置在所述空气过滤装置和/或空气干燥装置下游的单向导通件。

可选地，至少所述压缩供气部以及所述压缩后处理部置于同一腔室中。

可选地，至少所述压缩供气部、所述分流处理部、所述压缩后处理部以及所述分气稳压装置置于同一腔室中。

可选地，所述压缩供气部包括至少两台空压机和一只储气罐，至少两台所述空压机并联连接并与所述储气罐串联；所述压缩后处理部为至少两组，至少两组所述压缩后处理部并联设置在所述储气罐的下游。

可选地，在所述空压机和所述储气罐之间，和/或所述储气罐与所述压缩后处理部之间，和/或所述压缩后处理部与所述分流处理部设置有压力表；和/或在所述空气干燥装置和所述分流处理部之间设置有压力传感器。

可选地，所述压缩后处理部与所述分气稳压装置之间设置一个自动节流装置。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明实施例提供的防冰系统通过减压调速处理装置将经过压缩供气部压缩过的空气供给气泡发生部件，防冰装置中的气泡发生部件通过减压调速处理装置等部件能够在环境温度产生变化时实现自动无级变速调节用气量的输出，满足当前环境温度工况下的防冰要求并达到节能的目的。多组防冰装置中的气泡发生部件在水中喷出均匀且连续的气泡群，多组防冰装置中的气泡发生部件可控，所喷出的均匀且连续的气泡群在上升过程中对周围水体产生扰动并形成局部流场，流场有效范围内的水中不易产生冰核或消除已产生的冰核，没有冰核的过冷水不结冰，达到防止水体结冰的目的，从根本上消除了由于冰推力、冰拔力、冰爬力、冻融等现象对水利水电工程、交通桥梁、水运码头等冰害影响，保障工程的安全运行、免受冰害破坏，节省工程由于冰害破坏造成的经济损失，起到实质性的促进作用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种防冰系统的示意性结构图；

图2为本发明实施例提供的另一种防冰系统的示意性结构图。

附图标记说明：

1、压缩供气部；2、分流处理部；3、防冰装置；4、减压调速处理装置；5、压缩后处理部；6、空气过滤装置；7、空气干燥装置；8、分气稳压装置；9、单向导通件；10、空压机；11、储气罐；12、压力表；13、压力传感器；14、手动通断阀；15、电磁空气阀；16、电磁排污阀；17、自动节流装置。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明实施例的示例性实施例。

结合参考图1和图2，本发明的实施例提供一种水利水电工程防冰系统。防冰系统包括压缩供气部1、分流处理部2和置于水下的至少一个防冰装置3；压缩供气部1用于对外部空气进行压缩，并将经过压缩的空气输送给分流处理部2；分流处理部2连接在压缩供气部1的下游，具有分别与至少一个防冰装置3对应的减压调速处理装置4，并且减压调速处理装置4分别与对应的防冰装置3连通；防冰装置3具有气泡发生部件，气泡发生部件用于使用来自对应的减压调速处理装置4的压缩空气向水中喷出均匀且连续的气泡群。

本发明实施例提供的防冰系统通过减压调速处理装置4将经过压缩供气部1压缩过的空气供给气泡发生部件，防冰装置中的气泡发生部件通过减压调速处理装置4等部件能够在环境温度产生变化时实现自动无级变速调节用气量的输出，满足当前环境温度工况下的防冰要求并达到节能的目的。多组防冰装置中的气泡发生部件在水中喷出均匀且连续的气泡群，多组防冰装置中的气泡发生部件可控，所喷出的均匀且连续的气泡群在上升过程中对周围水体产生扰动并形成局部流场，流场有效范围内的水中不易产生冰核或消除已产生的冰核，没有冰核的过冷水不结冰，从而达到防止水体结冰的目的，从根本上消除了由于冰推力、冰拔力、冰爬力、冻融等现象对水利水电工程、交通桥梁、水运码头等冰害影响，对保障工程的安全运行、免受冰害破坏，节省工程由于冰害破坏造成的经济损失，会起到实质性的促进作用。

具体来说，压缩供气部1用以将空气进行压缩并将经过压缩的空气供给至分流处理部2，通过设置压缩供气部1使得进入分流处理部2的空气具有了一定的压力，有利于气体的流动。分流处理部2包括与防冰装置3一一对应设置的减压调速处理装置4，例如，可使用减压阀、调速阀、节流阀(但不限于这三种)等部件实现减压调速处理的功能，减压阀、与调速阀、节流阀沿着气流方向依次设置，分流处理部2用以对经过压缩供气部1压缩的空气进行分流并通过各个减压调速处理装置4输送给与之对应的防冰装置3。这样一来，就能够保证进入置于水下的防冰装置3的气体具有一定的压力，保证了防冰装置3中的气泡发生部件能够喷出具有足够压力的气泡群，还能够使得进入每个防冰装置3的气压均等，能够进一步地保证该防冰系统对相关防冰区域起到均匀防冰的效果。

在优选的实施方式中，在减压调速处理装置4与防冰装置3之间还设置有手动通断阀14，通过设置手动通断阀14可以保证当相关部件进行检修、更换或其它用途时，可以手动关闭相关的气体流路，便于维护人员对设备进行维护。

在优选的实施方式中，压缩供气部1包括至少两台空压机10和一只储气罐11，至少两个空压机10并联连接并与储气罐11串联。这样设置的目的在于保证两台空压机10可以达到一备一用的目的，每台空压机10均由PLC进行自动启停控制，提高了空压机10的自动化程度。而且每台空压机10的控制面板上都会有气体出口压力、气体出口温度等参数显示，方便了操作人员及时观察空压机10的运行状态。通过设置储气罐11，可以保证经过空压机10压缩后的空气在储气罐11中达到冷却、稳压的作用，再进入后续系统中。在每台空压机10与储气罐11之间也设置有手动通断阀14。

防冰装置3具有气泡发生部件，气泡发生部件用以向水中喷出均匀且连续的气泡群。其中，气泡发生部件的结构为一管状物，气泡发生部件的一侧与减压调速处理装置4连通，另一侧封闭，该管状物的内壁上设置若干通孔，管状物外套设有膜片，膜片可以是橡胶膜片等类似材质制成。膜片上设有气孔(气孔的形式不做具体限定，其可以是圆孔或者线型孔)。在非工作状态下，气孔处于封闭状态使其具有自密封性，水体或者杂质无法通过气孔进入到气泡发生部件中。在工作状态下，气泡发生部件中的气体压力将气孔撑开，在水下发生符合形成流场要求的均匀且连续的气泡群，气泡群在初速度以及浮力作用下向上运动，带动气泡群对周围水体产生扰动并形成局部流场，流场有效范围内的水中不易产生冰核或消除已产生的冰核，没有冰核的过冷水不结冰，从而达到防止水体结冰的目的。当然，气泡发生件也可以是其他能够起到上述作用的结构。

可选地，防冰系统还包括压缩后处理部5，压缩后处理部5设置在压缩供气部1和分流处理部2之间，压缩后处理部5包括空气过滤装置6和/或空气干燥装置7；压缩后处理部5还包括设置在空气过滤装置6和/或空气干燥装置7下游的单向导通件9。

设置压缩后处理部5的目的在于保证经过压缩供气部1压缩后的空气足够干燥、洁净。具体地，压缩后处理部5设置在压缩供气部1和分流处理部2之间，其中设置有空气过滤装置6、空气干燥装置7和单向导通件9。空气过滤装置6用以过滤经过压缩的空气中的杂质，避免经过压缩的空气中的杂质影响相关部件的使用精度等；空气干燥装置7用以对经过压缩的空气进行干燥，避免了经过压缩的空气中的水分影响相关部件的安全运行，例如空气干燥装置7可以是吸附式干燥机、冷冻式干燥机或组合式干燥机等；单向导通件9可以是单向阀、止回阀等，用以防止经过压缩后处理部5的压缩空气倒流影响设备的使用寿命。

在优选的实施方式中，在压缩后处理部5与分气稳压装置8之间设置一个自动节流装置17，这样设置的目的在于保证所述防冰系统能够满足在环境温度发生变化时，通过PLC控制流经自动节流装置17的压缩空气的流量，进而控制防冰装置3中的气泡发生部件释放的气泡群，实现无级变速流量调节，从而达到节能的目的。

在优选的实施方式中，空气过滤装置6为至少三个，其中两个空气过滤装置6设置在空气干燥装置7的上游，另一个空气过滤装置6设置在空气干燥装置7的下游，这样进一步地提高了对于经过压缩的空气的洁净程度。当然，也可根据实际需要，设置其它数量的空气过滤装置6和空气干燥装置7，或按照其他方式设置空气过滤装置6和空气干燥装置7的相对位置。

其中，在空气过滤装置6与空气干燥装置7之间还设置有电磁空气阀15，通过设置电磁空气阀15可以实现对空气过滤装置6与空气干燥装置7自动化控制；在空气过滤装置6上还连接有电磁排污阀16，空气过滤装置6可通过电磁排污阀16完成自动或定时排污的功能。

在优选的实施方式中，压缩后处理部5为至少两组，至少两组压缩后处理部5并联设置在储气罐11的下游。即，每组压缩后处理部5中均包括至少三个空气过滤装置6和至少一个空气干燥装置7。这样设置的目的在于保证两组压缩后处理部5可以达到一备一用的目的，同时，两组压缩后处理部5还可相互独立的工作，保证了该防冰系统的运行稳定性与可靠性。

在优选的实施方式中，在压缩供气部1与压缩后处理部5之间还设置有手动通断阀14，通过设置手动通断阀14可以保证当相关部件进行检修、更换或其它用途时，可以手动关闭相关的气体流路，便于维护人员对设备进行维护。

在优选的实施方式中，在空压机10和储气罐11之间，和/或储气罐11与压缩后处理部5之间，和/或压缩后处理部5与分流处理部2设置有压力表12。通过在空压机10和储气罐11之间、储气罐11与压缩后处理部5之间以及压缩后处理部5与分流处理部2之间设置压力表12，可以方便操作人员及时知晓上述各个部件之间的气体压力，以便操作人员判断上述各个部件之间是否发生气压波动，能够及时调整防冰系统的气体压力。当然，也可使用压力传感器13等其他能够检测气体压力的部件来代替压力表12，或者在其他位置设置压力传感器13或压力表12来检测相关部件之间的压力。

本发明实施例提供的防冰系统可根据水利水电工程的不同类型设置成至少两种方式。具体地，以水利水电工程为表孔闸门为例，闸室按结构可分为具有分隔闸孔和不具有分隔闸孔结构两种形式，即，闸室是否具有中墩结构。例如，当坝体河道的宽度较宽时，通过设置分隔闸孔，不仅具有支承闸门的作用，还能够减小闸门的跨度；当坝体河道的宽度较窄时，可不设置分隔闸孔，在保证工程设计安全质量的前提下减小成本的投入。

如图1所示，在一种实施方式中，该防冰系统应用在设置分隔闸孔的水利水电工程上。在这种实施方式中，防冰装置3为多个，且减压调速处理装置4与多个防冰装置3一一对应地设置，多个减压调速处理装置4之间并联设置并均连接在压缩后处理部5的下游；至少压缩供气部1以及压缩后处理部5置于同一腔室中。

具体来说，针对这种水利水电工程结构，为了减少防冰系统管路附件的复杂性，满足减压调速处理装置4能够在防冰区域现地操作使用，减压调速处理装置4与防冰装置3设置的位置较近。例如，可将减压调速处理装置4设置在中墩结构处，然后将防冰装置3置于水中，而压缩供气部1以及压缩后处理部5可置于独立的同一腔室中。在这种实施方式中，防冰装置3为多个，且减压调速处理装置4也为多个，在多个减压调速处理装置4与压缩后处理部5之间设置一个自动节流装置17，多个减压调速处理装置4与多个防冰装置3一一对应的设置，多个减压调速处理装置4采用并联的方式连接，这样可以保证多个减压调速处理装置4之间能够相互独立工作，即便其中一个减压调速处理装置4发生故障，也不会影响其他减压调速处理装置4的正常工作。多个减压调速处理装置4连接在压缩后处理部5的下游，这样可保证经过压缩后处理部5处理的压缩空气可直接进入减压调速处理装置4中，最后经过防冰装置3喷入水中产生均匀且连续的气泡群。

如图2所示，在另外一种实施方式中，该防冰系统应用在不设置分隔闸孔的水利水电工程上。在这种实施方式中，该防冰系统还包括分气稳压装置8，分气稳压装置8连接在压缩后处理部5的下游；防冰装置3为多个，且减压调速处理装置4与多个防冰装置3一一对应地设置，多个减压调速处理装置4之间并联地设置并均连接在分气稳压装置8的下游；至少压缩供气部1、分流处理部2、压缩后处理部5以及分气稳压装置8置于同一腔室中。

具体来说，针对这种水利水电工程结构，由于水利水电工程防冰区域跨度较大，且闸室段不具备设置减压调速处理装置4的条件，因此，减压调速处理装置4与防冰装置3设置的位置可以相对较远，可在压缩后处理部5的下游串联一个分气稳压装置8，并在压缩后处理部5与分气稳压装置8之间串联一个自动节流装置17，多个减压调速处理装置4连接在分气稳压装置8的下游，这样可保证分气稳压装置8能够将经过压缩后处理部5处理过的压缩空气均匀分配到多个减压调速处理装置4中。多个减压调速处理装置4与多个防冰装置3一一对应地设置，多个减压调速处理装置4采用并联的方式连接，这样可以保证多个减压调速处理装置4之间能够相互独立工作，即便其中一个减压调速处理装置4发生故障，也不会影响其他减压调速处理装置4的正常工作。在这种实施方式中，压缩供气部1、分流处理部2、压缩后处理部5以及分气稳压装置8可置于独立的同一腔室中。

在上述两种实施方式中，防冰装置3可以通过三通或其他管件进行设置，防冰装置3可以是三通或管件任意一出口的轴向方向设置，也可以将连接防冰装置3的管道设置成U型管道，从而减缓由于水位变幅产生的水压将水渗入到供气管道中后，溢到水位线处。

在优选的实施方式中，在空气干燥装置7和分流处理部2之间设置有压力传感器13。通过设置压力传感器13可以检测经过空气干燥装置7的气体压力是否符合使用需求。当然，也可使用压力表12等其他能够检测气体压力的部件来代替压力传感器13，或者在其他位置设置压力传感器13或压力表12来检测相关部件之间的压力。

此外，本发明实施例提供的防冰系统由PLC进行控制，大大提高了该防冰系统的自动化程度。例如，可通过PLC控制单个或多个防冰装置3工作，或者通过PLC控制空压机10的输出气体的压力，以适应设置在不同水深的防冰装置3对气压的不同要求，又或者通过PLC控制流经自动节流装置17的压缩空气流量，进而控制防冰装置3中的气泡发生部件释放的压缩空气流量，实现无级变速流量调节，以便自动化适应不同的环境温度工况下的防冰系统的防冰要求。

本发明实施例提供的防冰系统的工作流程可大致概括如下：

首先，将防冰装置3设置在水位线下一定距离的水中，当室外环境温度降低到一定程度，达到防冰系统的启动工作温度设定值后，防冰系统通过PLC控制开始自动运行；

其次，空压机10工作，将气体压缩传送至储气罐11，并由储气罐11传送至压缩后处理部5中的空气过滤装置6和空气干燥装置7中，以使空气中的水分和杂质得到净化，不仅可以避免空气中的水分或者杂质对出气管道或其他设备带来影响，又能满足压缩空气的空气质量要求；

其次，经过过滤和干燥的气体经过自动节流装置17输入到分气稳压装置8或直接进入多个减压调速处理装置4中，然后进入防冰装置3中；

当防冰装置3中的气体压力达到其设定的负压时，防冰装置3的气孔同时打开，气体从气孔中溢出，产生的气泡群在自身浮力的作用下不断上升，气泡群在上升的过程中会对其周围的水体产生一定的扰动，水体由于不断地被扰动，无法形成冰核，因此很难结冰。

本发明具有如下有益效果：

本发明实施例提供的防冰系统通过减压调速处理装置将经过压缩供气部压缩过的空气供给气泡发生部件，防冰装置中的气泡发生部件通过减压调速处理装置与自动节流装置等部件能够在环境温度产生变化时实现自动无级变速调节用气量的输出，满足当前环境温度工况下的防冰要求并达到节能的目的。多组防冰装置中的气泡发生部件在水中喷出均匀且连续的气泡群，多组防冰装置中的气泡发生部件可控，所喷出的均匀且连续的气泡群在上升过程中对周围水体产生扰动并形成局部流场，流场有效范围内的水中不易产生冰核或消除已产生的冰核，没有冰核的过冷水不结冰，从而达到防止水体结冰的目的，从根本上消除了由于冰推力、冰拔力、冰爬力、冻融等现象对水利水电工程、交通桥梁、水运码头等冰害影响，从而达到防止水体结冰的目的，从根本上消除了由于冰推力、冰拔力、冰爬力、冻融等现象对水利水电工程、交通桥梁、水运码头等冰害影响，对保障工程的安全运行、免受冰害破坏，节省工程由于冰害破坏造成的经济损失，会起到实质性的促进作用。

此外，通过设置两个空压机以及两个压缩后处理部，可是使该防冰系统中的空压机和压缩后处理部起到一备一用的作用，保证了该防冰系统的运行稳定性与可靠性。

此外，通过设置空气过滤装置可以避免经过压缩的空气中的杂质影响相关部件的使用精度等；通过设置空气干燥装置可以避免经过压缩的空气中的水分影响相关部件的安全运行；通过设置单向导通件可以防止经过压缩后处理部的压缩空气倒流影响设备的使用寿命。

此外，通过设置手动通断阀可以保证当相关部件进行检修、更换或其它用途时，可以手动关闭相关的气体流路，便于维护人员对设备进行维护。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。