一种焦耳热源闸门门槽防冰冻系统的制作方法

本发明涉及水利水电领域，特别涉及到水利水电中闸门门槽的防冰冻装置。

背景技术：

在水利水电领域，闸门起到排水蓄水的重要作用，而在我国北方寒冷的冬小麦灌溉地区，冬季气温最低可达零下数十摄氏度，在如此低温之下，江河之水势必冻结成冰。处于河道中的闸门，一方面受到水结成冰时产生的的巨大静压力使闸门变形错位，一方面闸门与门槽中埋件冻结在一起，如果此时强行运转闸门，则会造成电机超负荷运转、止水橡皮等埋件拉毁撕坏等，导致闸门寿命降低或失效，严重时甚至会拉断钢丝绳、拉裂门槽混凝土等，而发生安全事故。由此可见，闸门门槽防冰冻装置必不可少。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，为保证高寒地区闸门能正常运行，提供一种焦耳热源闸门门槽防冰冻系统，它具有结构简单、热能转换效率高、无污染、安全可靠等优点，能够防止闸门与门槽相互冻结，保证闸门在寒冬冰冻时期正常工作。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种焦耳热源闸门门槽防冰冻系统，其特征在于：包含有在闸门门槽内设置的u型发热元件、以及设置在门槽外的控制系统；u型发热元件与控制系统用导线相连形成回路。

进一步的，u型发热元件为扁长u型面，沿闸门运动轨迹固定设置在闸门门槽内的凹槽面上，与所述凹槽面平行且不与闸门接触。

进一步的，所述u型发热元件根据闸门具体运动轨迹制作和安装，为直线运动轨迹或弧线运动轨迹。

进一步的，对应的u型发热元件为扁平长u型面，两u型开放端从u型闭合部底部开始，在一个平面内相互平行且延伸到达u型开放端顶部，整个u型发热元件均在一个平面内；或u型发热元件为环形u型面，两u型开放端从u型闭合部底部开始，在一个弧形弯曲面内相互平行且延伸到达u型开放端顶部。

进一步的，所述u型发热元件与闸门门槽凹槽面中间隔有绝缘导热垫片。

进一步的，u型发热元件为由绝缘导热层包裹的具有ptc效应的金属薄片，u型发热元件各u型开放端的宽度和厚度，均能够根据闸门大小及发热功率进行调整。进一步的，u型发热元件的两u型开放端均朝向门槽的外端设置，两u型开放端分别作为正负极，一共通过两根导线从同一区域引出，再分别接入控制系统的电源正负极输出端口。

进一步的，控制系统内有电压转换模块，将高压电源转换为36v安全电源并输出；还设置有温度传感器，用于检测到闸门与门槽间温度。

进一步的，所述u型发热元件弯折后的整体长度为闸门的高度，或者至少覆盖整个结冰深度。

进一步的，根据闸门门槽具体数量来安装相同数量焦耳热源闸门门槽防冰冻系统；当一扇闸门配有两个左右对称的闸门门槽时，至少每一侧门槽设置一套焦耳热源闸门门槽防冰冻系统。

综上所述，本发明公开了一种焦耳热源闸门门槽防冰冻系统。相对于现有技术，具有以下有益效果：

该系统基于焦耳定律，利用电流流通发热元件发热来防止闸门与门槽相互冻结。为达到上述目的，该系统包含一条u型发热元件，该u型发热元件u型发热元件与控制系统用导线相连，形成回路，结构简单，安装维护方便，成本低。

所述控制系统将高压电源转换为36v安全电源，并含有温度传感器，可根据温度变化来控制该发热元件加热。采用36v安全电压，安全控制可靠。

u型发热元件产生的热量一部分用于加热其周边液体防止结冰，一部分通过绝缘导热垫片传输至门槽，以防止门槽与闸门之间结冰。绝缘又导热，安全可靠且热能转换效率高。

发热元件采用绝缘导热层包裹的具有ptc效应的金属薄片，ptc是正温度系数效应(positivetemperaturecoefficient)的缩写,其电阻随温度变化,温度越高电阻越高。该具有ptc效应的金属薄片稳定耐腐蚀，对水质无污染，环保可靠。

该发热元件长度与闸门高度一致，可完全覆盖冰层厚度，同时适用于垂直门门槽和弧形门门槽、适用面广。可广泛应用于冬季气温低、闸门易结冰的冬小麦灌溉区域。

附图说明

图1是本发明焦耳热源闸门门槽防冰冻系统应用于一套垂直门实施例的俯视图。

图2是本发明焦耳热源闸门门槽防冰冻系统分别应用于垂直门的侧视图。

图3是本发明焦耳热源闸门门槽防冰冻系统分别应用于弧形门的侧视图。

图4是图1的局部的俯视图及局部详细图。

图5是图4中局部详细图。

图6是本发明焦耳热源闸门门槽防冰冻系统中u型发热元件尺寸图。

图中各附图标记对应如下：1、门槽；2、闸门；3、u型发热元件；4、绝缘导热垫片；5、绝缘螺钉；6、导线；7、控制系统。

具体实施方式

下面结合附图1-6及实施例对本发明作进一步的详细描述，但实施例不应理解为对本发明的限制。

本发明焦耳热源闸门门槽防冰冻系统包含有在闸门门槽1内设置的u型发热元件3、以及设置在门槽1外的控制系统7。u型发热元件3与控制系统7用导线6相连，形成回路。上述u型发热元件3为扁长u型面，沿闸门2运动轨迹固定设置在闸门门槽1内的凹槽面上，与所述凹槽面平行且不与闸门2接触(间隔设定距离，如图1中设置在闸门的内侧)。

进一步的，所述u型发热元件3可根据闸门2具体运动轨迹制作，可跟随垂直升降门直线运动轨迹(图1-2、4-6)或弧形门弧线运动(图3)轨迹安装。

对应的u型发热元件3为扁平长u型面，两个u型开放端从u型闭合部底部开始在一个平面内相互平行且延伸到达各u型开放端顶部，整个u型发热元件均在一个平面内(图1-2、4-6)；或u型发热元件3为环形u型面，两u型开放端从u型闭合部底部开始在一个弧形弯曲面内相互平行且延伸到达u型开放端顶部(图3)。

所述u型发热元件3沿闸门2运动轨迹通过两排绝缘螺钉5固定在闸门门槽1内包含但不限于图1、4、5所示安装位置，并且与闸门门槽1中间隔有绝缘导热垫片4。方便在绝缘的同时导热至门槽1上。

进一步的，上述u型发热元件3为绝缘导热层包裹的具有ptc效应的金属薄片。镍铬合金为高电阻电热合金，且在长度、横截面积一定时，温度越低，其电阻越小，在电压不变时，这一特性对低温快速加热极为有利。

进一步的，u型ptc发热元件3的两个u型开放端均朝向门槽1的外端设置(图1为朝向上方)，方便正负极通过两根导线6从同一区域的两端引出，再分别接入控制系统7的电源正负极输出端口。

上述控制系统7内有电压转换模块，可以将高压电源转换为36v安全电源并输出，有温度传感器，用于检测到闸门与门槽间温度，可以根据温度变化来自动控制电路的启停，同时也具有手动控制模式。

进一步的，根据闸门门槽具体数量来安装相同数量的本发明焦耳热源闸门门槽防冰冻系统。如图1所示，一扇闸门2至少配有两个左右对称的闸门门槽1，可以沿门槽1每侧装多个u型ptc发热元件3续接，但为了安装和控制方便，还是装一个连续的u型发热元件3为最优。

如图6，所述u型发热元件3弯折后的长度(从u型闭合部底部到两u型开放端顶部)约为闸门2的高度，即u型ptc发热元件总长约为两倍的闸门2高度，覆盖整个可结冰深度。

u型ptc发热元件3厚度为d，宽度为b，u型打开后长度为l，假设闸门1高度为h，则l＝2h(上述单位均为mm)。本发明焦耳热源闸门门槽防冰冻系统的u型ptc发热元件3，可根据发热功率公式来调整设计发热元件的尺寸，来适应各种尺寸的闸门门槽。如下示例：

优选，d＝1mm，u型发热元件3两u型开放端电压u＝36v，其电阻率ρ＝1×10^-6ω·m。

在本实施例中，要求发热功率p＝3.6kw，则由焦耳定律可得

发热元件电阻

又假设闸门高度h＝3m，由电阻定律

可得u型ptc发热元件宽度b＝16.7mm。

本系统的工作原理为：

当温度传感器检测到闸门与门槽间温度为0摄氏度或以下时，控制系统7便开始工作，输出36v电源通过导线6流通u型ptc发热元件3，u型发热元件3产生的热量一部分用于加热其周边液体防止结冰，一部分通过绝缘导热垫片传输至门槽，以防止门槽与闸门之间结冰。当温度传感器检测到闸门与门槽间温度到达用户定义的温度时，控制系统7便停止工作。

本发明与其他现有技术相比，其优点如下：

结构简单，安装维护方便，成本低。

使用面广，可用于各种轨迹的闸门与门槽。

热能转化效率高，节约能源。

所有零件无毒无害，不污染河水。

采用36v安全电压，安全可靠。