一种采用水喷头的防冰冻装置制造方法
【专利摘要】一种采用水喷头的防冰冻装置，包括多个第一喷头和第二喷头。第一喷头和第二喷头均装设在干管上，第一喷头口和第二喷头口相对或者相背。潜水泵通过供水管与干管连接。干管上有浮筒。潜水泵由清洁能源和市电联合供电装置供电。当干管的轴线为水平设置，多个第一喷头和第二喷头入口处的水平面位于干管的轴线所在的水平面及干管的轴线所在的水平面以上。第一喷头的轴线位于第一喷头入口处的水平面下方45°角至上方45°角的区域内，第二喷头一侧相同。可以在北方地区闸门等水工建物的上游侧形成不结冰区，设备维护方便。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于水利工程冬季防冰冻装置领域，特别涉及一种采用水喷头的防冰冻装 置，适用在水工建(构）筑物迎水侧，尤其适合在闸门前防止水面结冰。 一种米用水喷头的防冰冻装直
【背景技术】
[0002] 在北方水工建(构）筑物迎水侧，每年冬季都会承受冰冻作用，反复冻融循环将会 导致挡水面建(构）筑物发生混凝土冻融剥蚀、护砌块石松动等破坏，降低了建(构）筑物的 耐久性。对于闸门部位，由于冰盖膨胀引起的静冰压力会使闸门产生变形、抬起，甚至产生 结构破坏，造成闸门无法正常启闭、止水失效等后果。当前常用的防冰冻措施，如压缩空气 法、潜水泵法、热管防冻法和人工开槽破冰法等，普遍存在着能耗大、作业危险和运行期维 修困难等诸多问题。
[0003] 本发明是在目前国内常用的坚向射流的潜水泵法的基础上提出的一种新装置。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种采用水喷头的防冰冻装置，本装置利用深层水温比表层 水温高的特点，将温度高的深层水引到水面，同时形成水面扰动，从而达到防冰冻的效果。
[0005] 采用的技术方案是： 一种采用水喷头的防冰冻装置，包括多个第一喷头、多个第二喷头、干管和潜水泵。
[0006] 其技术要点在于： 多个第一喷头和多个第二喷头均装设在干管上，每个第一喷头通过对应的第一连接管 与干管相连通，每个第二喷头通过对应的第二连接管与干管相连通，第一喷头口和第二喷 头口相对设置，或者第一喷头口和第二喷头口相背设置。
[0007] 潜水泵通过输水管与干管连接。干管上固定有多个浮筒。
[0008] 潜水泵通过动力电缆连接清洁能源和市电联合供电装置的输出端。多个第一喷头 和多个第二喷头的数量相等，并且第一喷头和第二喷头结构相同。
[0009] 当干管的轴线为水平设置，多个第一喷头入口处的水平面位于干管的轴线所在的 水平面及干管的轴线所在的水平面以上的区域。多个第二喷头入口处的水平面位于干管的 轴线所在的水平面及干管的轴线所在的水平面以上的区域。第一喷头的轴线位于第一喷头 入口处的水平面下方45°角至上方45°角的区域内，第二喷头的轴线位于第二喷头入口 处的水平面下方45°角方至上方45°角的区域内。
[0010] 本技术方案中第一喷头的轴线与第一喷头入口处的水平面所成的夹角，位于第一 喷头入口处的水平面以上的45°角，定义为正角，以下的定义为负角（-45°角）。
[0011] 本技术方案中第二喷头的轴线与第二喷头入口处的水平面所成的夹角，位于第二 喷头入口处的水平面以上的45°角，定义为正角，位于以下的定义为负角（-45°角）。
[0012] 第一喷头的轴线位于第一喷头入口处的水平面下方45°角至上方45°角的区域 内，即-45°角至45°角。第二喷头的轴线位于第二喷头入口处的水平面下方45°角方至 上方45°角的区域内，即-45°角至45°角。
[0013] 多个浮筒固定在干管上，保证所有喷头始终位于水面以下，所有喷头口上边缘距 水面lcm_50cm (如图2中所示线段mn)。
[0014] 清洁能源和市电联合供电装置为已知技术。
[0015] 其优点在于： 可以在北方地区闸门等水工建(构）筑物的上游侧形成不结冰区，避免了冬季水面结冰 对闸门等水工建(构）筑物的直接破坏作用，从而达到防冰冻的目的，破冰效果明显，设备维 护方便，并有效利用清洁能源可以满足装置正常运行。能耗低、靠作业区太阳能和风能发电 满足装置安全可靠运行的清洁能源的防冰冻装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的结构示意图。
[0017] 图2为本发明实施例2的结构示意图。
[0018] 图3为本发明实施例3的结构示意图。
[0019] 图4为本发明实施例4和实施例5的结构示意图。
[0020] 图5为实施例4实线部分的侧视图。
【具体实施方式】
[0021] 实施例1 一种采用水喷头的防冰冻装置，包括五十个第一喷头1、五十个第二喷头17、干管2和 潜水泵3。第一喷头1和第二喷头17的结构相同。
[0022] 五十个第一喷头1和五十个第二喷头17均装设在干管2上，五十个第一喷头1和 五十个第二喷头17的轴线均与干管2的轴线相互平行。每个第一喷头1通过对应的第一 连接管15与干管2相连通，每个第二喷头17通过对应的第二连接管与干管2相连通。所 述的第一喷头1和第二喷头17均为已知技术，故不重复叙述。
[0023] 五十个第一喷头1位于干管2的一侧，五十个第一喷头口均朝向干管2的中部。
[0024] 五十个第二喷头17位于干管2的另一侧，五十个第二喷头口均朝向干管2的中 部。
[0025] 第一喷头1的喷水方向和第二喷头17的喷水方向相对，相互之间形成的后退力抵 消，干管2可以在水面保持平衡。
[0026] 潜水泵3通过输水管4与干管2连接。干管2上固定有多个浮筒6。
[0027] 潜水泵3通过动力电缆12连接清洁能源和市电联合供电装置的输出端，清洁能源 和市电联合供电装置为风电、太阳能和市电联合供电装置，此为已知技术。
[0028] 清洁能源和市电联合供电装置包括光伏板7、风力发电机8、充电控制器10和时间 控制器13。
[0029] 光伏板7的输出端和充电控制器10的第一输入端通过第一电缆9连接，风力发电 机8的输出端和充电控制器10的第二输入端通过第二电缆16连接。
[0030] 充电控制器10的输出端连接蓄电池11的输入端。蓄电池11的输出端和时间控 制器13的输入端连接。蓄电池11的电压信号输出端连接充电控制器10的电压信号输入 端。时间控制器13的输出端为清洁能源和市电联合供电装置的输出端。
[0031] 充电控制器10的第三输入端连接市电14 (220V交流)。
[0032] 干管2上固定有多个固定索缆5,固定索缆5用于拴在水工建筑物的固定点上。
[0033] 所述的充电控制器10型号为LK-50,时间控制器13型号为MQ-7,蓄电池11型号 为 LMWH-1000。
[0034] 干管2的轴线为水平设置。
[0035] 所述的五十个第一喷头1的轴线和五十个第二喷头17的轴线均位于一条水平直 线上，所述的水平直线位于干管2的轴线上方，并与干管2的轴线位于一坚直面内。
[0036] 输水管4与干管2的中部连接。干管2的两端封闭，使得水从输水管4经干管2 后从一百个喷头沿与水面相平行的方向，即水平方向喷出。
[0037] 多个浮筒6固定在干管2上，保证五十个第一喷头1和五十个第二喷头17始终位 于水面以下，五十个第一喷头口上边缘和五十个第二喷头口上边缘均距离水面lcm。清洁能 源和市电联合供电装置设置在水面上方。
[0038] 本实施例以破冰面积为100m长X 0. 5m宽为例，潜水泵3功率仅为1. OkW，节能效 果显著。
[0039] 其工作原理为： 光伏板7、风力发电机8和市电14通过充电控制器10给蓄电池11供电。充电控制器 10的作用是控制光伏板7、风力发电机8和市电14给蓄电池11供电的顺序，只有当光伏板 7和风力发电机8不供电，且蓄电池11电压低于11. 5V时，才开启市电14供电。
[0040] 蓄电池11通过时间控制器13给潜水泵3供电。时间控制器13的作用是设置使 潜水泵3开启和停止的交替工作时间，例如设置停止10分钟，工作5分钟，如此交替进行， 达到节能的目的。
[0041] 潜水泵3工作时，温度高的深层水通过输水管4进入干管2,并经一百个喷头射出， 这样使水面产生扰动区域从而达到防止水面结冰的目的。
[0042] 干管2的轴线、五十个第一喷头1的轴线和五十个第二喷头17的轴线均与坝轴线 相平行。
[0043] 实施例2 实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：输水管4与干管2的一端连接，干管 2的另一端封闭。
[0044] 五十个第一喷头1的轴线与干管2的轴线所成锐角均为45°。
[0045] 五十个第一喷头1的轴线与水面所成锐角均为45°。
[0046] 五十个第一喷头1的轴线同时与各自对应的第一喷头入口处的水平面所成锐角 均45°，位于第一喷头入口处的水平面上方。
[0047] 五十个第二喷头17的轴线与干管2的轴线所成锐角均为45°。
[0048] 五十个第二喷头17的轴线与水面所成锐角均为45°。
[0049] 五十个第二喷头17的轴线同时与各自对应的第二喷头入口处的水平面所成锐角 均45°，位于第二喷头入口处的水平面上方。
[0050] 五十个第一喷头1的轴线、五十个第二喷头17的轴线和干管2的轴线均位于一坚 直面内。
[0051] 五十个第一喷头1和五十个第二喷头17以喷头口朝向干管2中部设置，如图2所 /_J、1 〇
[0052] 五十个第一喷头1和五十个第二喷头17始终位于水面以下，五十个第一喷头口上 边缘和五十个第二喷头口上边缘均距离水面50cm。
[0053] 本实施例以破冰面积为100m长X 0. 8m宽为例，潜水泵功率仅为1. 6kW，节能效果 显著。
[0054] 实施例3 实施例3与实施例2基本相同，其不同之处在于：第一喷头1的轴线以实施例2中所述 的第一喷头入口处的水平面对称设置。
[0055] 第一喷头1的轴线与所述的第一喷头入口处的水平面夹角A为-45°，位于第一喷 头入口处的水平面下方。
[0056] 第二喷头17的轴线以实施例2中所述的第二喷头入口处的水平面对称设置。
[0057] 第二喷头17的轴线与所述的第二喷头入口处的水平面夹角C为-45°，位于第二 喷头入口处的水平面下方。
[0058] 如图3所示。
[0059] 五十个第一喷头1的轴线、五十个第二喷头17的轴线和干管2的轴线均位于一坚 直面内。
[0060] 五十个第一喷头口上边缘和五十个第二喷头口上边缘均距离水面10cm。
[0061] 本实施例以破冰面积为100m长X lm宽为例，潜水泵3功率仅为2. OkW，节能效果 显著。
[0062] 实施例4 实施例4与实施例2基本相同，其不同之处在于： 五十个第一喷头1的轴线与干管2的轴线所成的异面直线的夹角为45°。
[0063] 五十个第一喷头1的轴线与水面所成锐角均为45°。
[0064] 五十个第一喷头1的轴线同时与各自对应的第一喷头入口处的水平面所成锐角 均45°，位于第一喷头入口处的水平面上方。
[0065] 五十个第二喷头17的轴线与干管2的轴线所成的异面直线的夹角均为45°。
[0066] 五十个第二喷头17的轴线与水面所成锐角均为45°。
[0067] 五十个第二喷头17的轴线同时与各自对应的第二喷头入口处的水平面所成锐角 均45°，位于第二喷头入口处的水平面上方。
[0068] 五十个第一喷头1的轴线和五十个第二喷头17的轴线均位于一坚直面内。
[0069] 五十个第一喷头1和五十个第二喷头17间隔设置。如图4中实线所示。
[0070] 五十个第一喷头入口处的水平面、五十个第二喷头入口处的水平面和干管2轴线 所在的水平面为同一水平面。
[0071] 实施例5 实施例5与实施例4基本相同，其不同之处在于： 第一喷头1的轴线以实施例4中所述的第一喷头入口处的水平面对称设置。
[0072] 第一喷头1的轴线与干管2轴线所在的水平面所成的夹角D为-45°，位于第一喷 头入口处的水平面下方。
[0073] 第二喷头17的轴线以实施例4中所述的第二喷头入口处的水平面对称设置。
[0074] 第二喷头17的轴线与干管2轴线所在的水平面所成的夹角B为-45°。如图4中 虚线所示。
[0075] 综上所述： 本装置的干管2、潜水泵3、输水管4及多个喷头均布置在水闸等水工建(构）筑物迎水 侦牝并由多个浮筒托举，放置在水面以下一定深度处。由风力发电机8和光伏板7产生的电 能通过动力电缆12供给位于水下深处的潜水泵3,通过驱动潜水泵3将温度高的深层水(水 温高于〇°C)输送到射流干管中，并由多个喷头沿水平或与各自对应的喷头入口处的水平面 成-45°至45°的夹角方向喷出。
[0076] 当前坚向射流的潜水泵法破冰面积为100m长X (0.5m-lm)宽，所需功率为 15kW-30kW，而相同破冰面积所需本装置中的潜水泵3功率仅为1. 0-2. OkW，节能效果显著。
【权利要求】
1. 一种采用水喷头的防冰冻装置，包括多个第一喷头（1)、多个第二喷头（17)、干管 (2)和潜水泵（3);其特征在于： 多个第一喷头（1)和多个第二喷头（17)均装设在干管（2)上，每个第一喷头（1)通过 对应的第一连接管（15)与干管（2)相连通，每个第二喷头（17)通过对应的第二连接管与 干管（2)相连通，第一喷头口和第二喷头口相对设置，或者第一喷头口和第二喷头口相背设 置； 潜水泵（3)通过输水管（4)与干管（2)连接；干管（2)上固定有多个浮筒（6); 潜水泵（3)通过动力电缆（12)连接清洁能源和市电联合供电装置的输出端；多个第一 喷头（1)和多个第二喷头（2)的数量相等，并且第一喷头（1)和第二喷头（2)结构相同； 当干管（2)的轴线为水平设置，多个第一喷头（1)入口处的水平面位于干管（2)的轴线 所在的水平面及干管（2)的轴线所在的水平面以上的区域；多个第二喷头（17)入口处的水 平面位于干管（2)的轴线所在的水平面及干管（2)的轴线所在的水平面以上的区域；第一 喷头（1)的轴线位于第一喷头入口处的水平面下方45°角至上方45°角的区域内，第二喷 头（17)的轴线位于第二喷头入口处的水平面下方45°角方至上方45°角的区域内。
2. 根据权利要求1所述的一种采用水喷头的防冰冻装置，其特征在于： 所述的清洁能源和市电联合供电装置为风电、太阳能和市电联合供电装置。
3. 根据权利要求1所述的一种采用水喷头的防冰冻装置，其特征在于：输水管（4)与干 管（2)的管身连接，干管（2)的两端封闭，或者输水管（4)与干管（2)的一端连接，干管（2) 的另一端封闭。
4. 根据权利要求1所述的一种采用水喷头的防冰冻装置，其特征在于：所述的干管（2) 上固定有多个固定索缆（5)。
5. 根据权利要求1所述的一种采用水喷头的防冰冻装置，其特征在于： 多个第一喷头（1)位于干管（2) -侧，第一喷头口均朝向干管（2)的中部； 多个第二喷头（17)位于干管（2)另一侧，第二喷头口均朝向干管（2)的中部； 多个第一喷头（1)的轴线和多个第二喷头（17)轴线均位于一条水平直线上，并位于干 管（2)的轴线上方。
6. 根据权利要求1所述的一种采用水喷头的防冰冻装置，其特征在于：第一喷头（1)的 轴线位于第一喷头入口处的水平面上方45°角处，第二喷头（17)的轴线位于第二喷头入 口处的水平面上方45°角处； 多个第一喷头（1)位于干管（2) -侧，第一喷头口均朝向干管（2)的中部； 多个第二喷头（17)位于干管（2)另一侧，第二喷头口均朝向干管（2)的中部；第一喷 头（1)的轴线、第二喷头（17)的轴线和干管（2)的轴线均位于一坚直面内。
7. 根据权利要求1所述的一种采用水喷头的防冰冻装置，其特征在于：第一喷头（1)的 轴线位于第一喷头入口处的水平面下方45°角处，第二喷头（17)的轴线位于第二喷头入 口处的水平面下方45°角处； 多个第一喷头（1)位于干管（2) -侧，第一喷头口均朝向干管（2)的中部；多个第二喷 头（17)位于干管（2)另一侧，第二喷头口均朝向干管（2)的中部；第一喷头（1)的轴线、第 二喷头（17)的轴线和干管（2)的轴线均位于一坚直面内。
8. 根据权利要求1所述的一种采用水喷头的防冰冻装置，其特征在于：第一喷头（1)的 轴线位于第一喷头入口处的水平面上方45°角处，第二喷头（17)的轴线位于第二喷头入 口处的水平面上方45°角处；第一喷头（1)和第二喷头（17)间隔设置； 第一喷头（1)的轴线和第二喷头（17)的轴线均位于一坚直面内； 第一喷头入口处的水平面、第二喷头入口处的水平面和干管（2)轴线所在的水平面为 同一水平面。
9.根据权利要求1所述的一种采用水喷头的防冰冻装置，其特征在于：第一喷头（1)的 轴线位于第一喷头入口处的水平面下方45°角处，第二喷头（17)的轴线位于第二喷头入 口处的水平面下方45°角处；第一喷头（1)和第二喷头（17)间隔设置； 第一喷头（1)的轴线和第二喷头（17)的轴线均位于一坚直面内；第一喷头入口处的水 平面、第二喷头入口处的水平面和干管（2)轴线所在的水平面为同一水平面。
【文档编号】H02J7/00GK104117442SQ201410313061
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】汪魁峰, 宋立元, 夏海江, 宗兆博, 李志祥, 胡庆华, 谭丽娥, 苏炜焕, 阴国旗, 王兴华, 李括, 张永先, 李 远, 姜涛, 张玉东, 杨春旗, 宫旭, 高宽, 周旭 申请人:辽宁省水利水电科学研究院