一种水库露顶闸门防冰静压力装置的制作方法

1.本技术涉及水利工程技术领域，尤其是涉及一种水库露顶闸门防冰静压力装置。


背景技术：

2.冬季水库结冰形成冰盖后，会对露顶闸门形成巨大的冰盖推力，造成门叶变形或损坏，严重威胁闸门的安全。
3.申请号为cn202022677790.0的专利（专利名称：一种水利工程用防冻闸门装置）公开了一种技术方案，在闸门前方增加加热装置，通过加热的方式来融化冰层，这种方式需要消耗大量的电能。
4.申请号为cn202022190033.0的专利（专利名称：一种水利工程用破冰式水闸）公开了一种技术方案，使用破冰锥来砸破冰层，这种方式需要复杂的机械结构，并且十分依赖破冰锥产生的动能。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供一种水库露顶闸门防冰静压力装置，可以对河面上的冰层进行主动破冰，提高闸门运行的安全性。
6.本技术实施例的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：本技术实施例提供了一种水库露顶闸门防冰静压力装置，包括：操作室，用于设置在水库底部；潜水电泵，设在操作室内；连接软管，第一端与潜水电泵的输出端连接，第二端与射流管连接；边板，用于固定在坝体上；驱动装置，设在边板上，用于拉动射流管向靠近和远离水面的方向移动；冰层厚度监控单元，设在边板上，用于监测水面上的冰层厚度；以及控制单元，用于根据冰层厚度监控单元的反馈控制潜水电泵和驱动装置工作。
7.在本技术实施例的一种可能的实现方式中，驱动装置包括：卷扬机，设在边板上；以及钢丝绳，缠绕在卷扬机上；其中，钢丝绳的第一端固定在射流管上。
8.在本技术实施例的一种可能的实现方式中，钢丝绳具有多个第一端，钢丝绳的多个第一端与射流管的连接处均布在射流管上。
9.在本技术实施例的一种可能的实现方式中，还包括：加热管道，套设在钢丝绳上；以及浮台，固定在加热管道上；其中，加热管道与钢丝绳之间存在缝隙。
10.在本技术实施例的一种可能的实现方式中，还包括设在浮台或者加热管道上的重
物，重物提供的拉力小于浮台提供的浮力。
11.在本技术实施例的一种可能的实现方式中，潜水电泵、连接软管、射流管和驱动装置的数量相同且均为多个；潜水电泵间隔设在操作室内；驱动装置间隔设在边板上。
12.在本技术实施例的一种可能的实现方式中，冰层厚度监控单元的数量与驱动装置的数量相同；每个冰层厚度监控单元向控制单元的反馈仅对应一个潜水电泵和驱动装置。
13.在本技术实施例的一种可能的实现方式中，冰层厚度监控单元包括：牵引装置，设在边板上；牵引绳，第一端固定在牵引装置的工作端上；拉力传感器，设在牵引绳上，用于检测牵引绳上的张力；以及浮球，设在牵引绳的第二端上；其中，拉力传感器检测到的数值反馈给控制单元。
14.在本技术实施例的一种可能的实现方式中，还包括设在牵引绳上的保护罩；拉力传感器位于保护罩内。
15.在本技术实施例的一种可能的实现方式中，牵引装置每启动一次后均要进行复位。
附图说明
16.图1是本技术实施例提供的一种现有的水库露顶闸门的结构示意图。
17.图2是本技术实施例提供的一种水库露顶闸门防冰静压力装置的结构示意图。
18.图3是本技术实施例提供的另一种水库露顶闸门防冰静压力装置的结构示意图，图中射流管位于工作位置。
19.图4是本技术实施例提供的再一种水库露顶闸门防冰静压力装置的结构示意图，图中射流管位于非工作位置。
20.图5是本技术实施例提供的一种闸门破冰时的受力示意图。
21.图6是本技术实施例提供的另一种闸门破冰时的受力示意图。
22.图7是本技术实施例提供的一种加热管道、浮台和重物的连接示意图。
23.图8是本技术实施例提供的一种冰层厚度监控单元的结构示意图。
24.图9是本技术实施例提供的一种拉力传感器的安装示意图。
25.图10是本技术实施例提供的另一种拉力传感器的安装示意图。
26.图11是本技术实施例提供的一种控制单元的结构示意框图。
27.图中，11、操作室，12、潜水电泵，13、连接软管，14、边板，15、驱动装置，16、冰层厚度监控单元，17、射流管，6、控制单元，151、卷扬机，152、钢丝绳，21、加热管道，22、浮台，23、重物，161、牵引装置，162、牵引绳，163、拉力传感器，164、保护罩，165、浮球。
具体实施方式
28.实施例1
以下结合附图，对本技术中的技术方案作进一步详细说明。
29.请参阅图1和图2，为本技术实施例公开的一种水库露顶闸门防冰静压力装置，压力装置由操作室11、潜水电泵12、连接软管13、边板14、驱动装置15、冰层厚度监控单元16、射流管17和控制单元6等组成，操作室11位于水库底部，作用是给潜水电泵12、连接软管13和射流管17等提供一个平台。
30.应理解，水库底部可能存在淤泥和树叶等沉淀，如果这些沉淀大量的堆积在潜水电泵12上，可能会造成潜水电泵12无法正常工作。操作室11可以阻挡这些沉淀，保持潜水电泵12的表面清洁，另外，潜水电泵12还可以直接固定在操作室11上后在沉入到水库底部，安装过程也更加方便，无需派人到水下进行作业。
31.连接软管13的第一端与潜水电泵12的输出端连接，第二端与射流管17连接，作用是将潜水电泵12输出的带有压力的水输送给射流管17，射流管17喷出的水会流向水面上的冰层，借助于水流冲击和温差将冰层破坏。
32.边板14固定安装在坝体上，其上安装有驱动装置15，驱动装置15用于拉动射流管17向靠近和远离水面的方向移动，具体而言，需要进行破冰时，驱动装置15启动，拉动射流管17向靠近冰层的方向移动，破冰完成后，射流管17回到初始位置。
33.应理解，射流管17要进行破冰，必须与冰层保持足够近的距离，但是如果射流管17长时间的处于该位置，又会影响闸门甚至水坝的正常工作，因此需要借助于驱动装置15来拉动射流管17在工作位置（进行破冰）和非工作位置（靠近水库底部）之间切换。
34.水面上的冰层厚度由位于边板14上的冰层厚度监控单元16监控，冰层厚度监控单元16监控到水面上出现冰层或者冰层达到厚度后，驱动装置15启动，拉动射流管17移动到冰层下方并启动潜水电泵12，借助于水流破坏冰层。冰层被破坏后，射流管17由工作位置（进行破冰）移动到非工作位置（靠近水库底部），潜水电泵12停止工作，请参阅图3和图4。
35.冰层厚度监控单元16获取到的数据反馈给控制单元6，控制单元6根据冰层厚度监控单元16的反馈控制潜水电泵12和驱动装置15工作，实现破冰的自动化操作。
36.应理解，水面上存在冰层时，冰层下方依然存在液态的水，并且越靠近水库底部，水的温度越高，借助于液态水，可以对水面上的冰层进行溶解，同时再配合水流的冲击，能够使冰层分裂成多个部分。
37.请参阅图5和图6，还应理解，破冰的目的不是使水面上的冰层全部融化，而是使冰层分裂成几个部分，降低闸门露出水面时受到的阻力。因为如果闸门的移动轨迹上存在大面积的冰层，就会对闸门的移动造成巨大的阻碍。
38.从另一个角度考虑，闸门的移动速度比较慢，这就会导致闸门在于冰层接触后只能缓慢推动冰层移动，然后等待冰层发生破裂，这是一种效果最差的破冰方式，会使闸门和动力机组承受很大的负荷，一方面是拉动闸门的动力机组会超负荷运转，另一方面闸门也可能出现变形或者损坏。
39.另外，冰层的厚度较大时，闸门和动力机组的负荷还会进一步增加。将闸门移动轨迹上的冰层面积减小后，能够有效降低闸门顶开冰层时的负荷，因为闸门只用将上方的一小块冰块顶开，就能够从水面浮出。
40.整体而言，本技术实施例公开的水库露顶闸门防冰静压力装置，能够借助于冰层下面的液态水对冰层进行切割和消融，从而降低闸门从水面浮出时受到的阻力，既避免了
闸门可能出现的变形和损坏等，也保护了驱动闸门移动的动力机组。
41.实施例2请参阅图4，作为申请提供的水库露顶闸门防冰静压力装置的一种具体实施方式，驱动装置15由卷扬机151和钢丝绳152两部分组成，卷扬机151固定安装在边板14上，钢丝绳152缠绕在卷扬机151上。
42.为了描述方便，将钢丝绳152的两端分别称为第一端和第二端，钢丝绳152的第二端固定在卷扬机151上，一部分缠绕在卷扬机151上，第一端与射流管17连接。卷扬机151工作时，能够通过钢丝绳152拉动射流管17靠近水面上的冰层。
43.请参阅图4，作为申请提供的水库露顶闸门防冰静压力装置的一种具体实施方式，钢丝绳152具有多个第一端，钢丝绳152的多个第一端与射流管17的连接处均布在射流管17上，这样可以保证射流管17在移动的过程中能够保持水平，可以提高破冰效果。
44.应理解，从射流管17喷出的水与冰层的距离越近，破冰效果就越好，如果钢丝绳152与射流管17的连接处仅有一个，那么在射流管17移动和工作过程中，就很难保证射流管17与冰层之间的距离分布是均匀的，因为射流管17会发生不可控的倾斜。增加了连接处的数量后，可以使射流管17在移动和工作过程中能够始终保持水平，得到更好的破冰效果。
45.实施例3请参阅图7，作为申请提供的水库露顶闸门防冰静压力装置的一种具体实施方式，增加了加热管道21和浮台22，加热管道21套在钢丝绳152上，作用是降低卷扬机151拉动钢丝绳152时的负荷。
46.结合一个具体的场景，钢丝绳152的第一端需要伸入到水中再连接到射流管17上，如果水面上结冰，钢丝绳152就会与水面上的冰层冻在一起。当卷扬机151启动时，就会出现钢丝绳152拉动困难甚至无法拉动的情况。
47.钢丝绳152拉动困难或者无法拉动时，卷扬机151处于超负荷运行的状态，可能会被烧毁。
48.增加了加热管道21后，在上述场景中，加热管道21会发热，加热管道21内壁和外壁处的冰就会开始融化。因为加热管道21与钢丝绳152之间存在缝隙，当加热管道21开始发热时，缝隙中的冰层就会开始融化，当缝隙中的冰层能够与加热管道21的内壁发生相对滑动时，钢丝绳152就能够轻易的从加热管道21中拉出来。
49.随着钢丝绳152的移动，就能够方便的将冰层下方的射流管17提升到冰层下方，然后借助射流管17喷射的水流对冰层进行破坏。
50.在一些可能的实现方式中，加热管道21内部安装有加热电阻丝或者加热电阻片。加热管道21工作时需要的电流由向卷扬机151供电的供电模组提供。
51.浮台22的作用是使加热管道21能够始终位于水面上，目的是使加热管道21能够穿透冰层。此处，因为加热管道21与钢丝绳152之间存在缝隙，在水面上没有结冰时，可能会出现加热管道21移动到水面以下的情况。浮台22的作用就是使加热管道21能够始终漂浮在水面上。
52.请参阅图7，进一步地，还在浮台22或者加热管道21上增加了重物23，重物23提供的拉力小于浮台22提供的浮力，可以使钢丝绳152移动时加热管道21和浮台22能够停留在水面上，并且水面上没有结冰时，浮加热管道21和浮台22也能够漂浮在水面上。
53.举例说明，钢丝绳152移动时，可能会将加热管道21和浮台22拉离水面，但是以为有重物23的存在，可以使浮台22在离开水面后沿着钢丝绳152滑动到水面上。
54.实施例4作为申请提供的水库露顶闸门防冰静压力装置的一种具体实施方式，将潜水电泵12、连接软管13、射流管17和驱动装置15的数量均增加为了多个，并且潜水电泵12、连接软管13、射流管17和驱动装置15的数量相同。
55.也可以理解为将潜水电泵12、连接软管13、射流管17和驱动装置15分为了多组，每组中有一个潜水电泵12、一个连接软管13、一个射流管17和一个驱动装置15。
56.潜水电泵12间隔设在操作室11内，驱动装置15间隔设在边板14上，形成对闸门附近区域的全面覆盖，将闸门附近的区域进行划分，还能够起到更好的破冰效果。
57.具体地说，潜水电泵12的功率是一定的，这也就导致射流管17的工作长度有限，因为射流管17的长度过长时会导致喷射水流的速度大幅度降低，同时移动的难度也会增加。
58.采用分组的结构形式时，可以将射流管17的长度控制在合适的范围内，同时，潜水电泵12的功率也不用过大，具有更好的经济性和实用性。
59.实施例5作为申请提供的水库露顶闸门防冰静压力装置的一种具体实施方式，冰层厚度监控单元16的数量与驱动装置15的数量相同，并且，每个冰层厚度监控单元16向控制单元6的反馈仅对应一个潜水电泵12和一个驱动装置15。
60.也就是不同的冰层厚度监控单元16可以监控不同的区域，位于该区域的潜水电泵12和驱动装置15也能够独立工作，这样可以针对某个区域的冰层进行单独破坏，需要消耗的能源更少，经济性和实用性能够得到进一步的提高。
61.实施例6请参阅图8，作为申请提供的水库露顶闸门防冰静压力装置的一种具体实施方式，冰层厚度监控单元16由牵引装置161、牵引绳162、拉力传感器163和浮球165等组成，牵引装置161固定安装在边板14上，牵引绳162的两端分别固定连接在牵引装置161和浮球165上，浮球165漂浮在水面上，拉力传感器163安装在牵引绳162上，作用是检测牵引绳162上的张力。
62.拉力传感器163检测到的数值反馈给控制单元6，用于使匹配的潜水电泵12和驱动装置15工作。
63.在一些可能的实现方式中，牵引装置161可以使用卷扬机或者电缸。
64.请参阅图9，在一些可能的实现方式中，牵引绳162分为两节，第一节牵引绳162的两端分别与牵引装置161和拉力传感器163的第一连接端连接，第二节牵引绳162的两端分别和拉力传感器163的第二连接端连接与浮球165连接。
65.这种方式中，可以理解为拉力传感器163成为了牵引绳162的一部分。
66.请参阅图10，在另一些可能的实现方式中，拉力传感器163的主体部分固定在牵引绳162上，检测端抵接在牵引绳162上并迫使这节牵引绳162发生弯曲。
67.这种方式中，牵引绳162会向拉力传感器163的检测端施加压力，通过压力的大小就能够计算得到牵引绳162上的拉力。
68.具体而言，如果水面上没有结冰，那么牵引装置161能够轻易的将浮球165从水面
上拉起，结冰时，牵引装置161拉起的难度会增加，因为此时不但要克服浮球165自身的重力，还要克服浮球165与冰层间的连接力，随着冰层厚度的增加，浮球165被拉起的难度会越来越大。
69.浮球165拉起时的难度通过拉力传感器163来感知，具体而言，拉力传感器163反馈的数值越大，说明浮球165被拉起的难度就越大，二者呈正相关。当拉力传感器163反馈的数值达到设定值时，控制单元6开始驱动相应的潜水电泵12和驱动装置15工作，对该浮球165附近的冰层进行破坏。
70.进一步地，请参阅图8，在牵引绳162上增加了保护罩164，保护罩164能够将拉力传感器163罩住，作用是给拉力传感器163提供一个较为稳定的工作环境，一方面能够避免寒风和水汽等，另一方面也能够避免工作时溅射的水花落到拉力传感器163结冰，导致拉力传感器163无法正常工作。
71.作为申请提供的水库露顶闸门防冰静压力装置的一种具体实施方式，牵引装置161每启动一次后均要进行复位，复位的作用是使下一次的检测能够准确，例如在一次检测过程中牵引装置161将牵引绳162回收了半米，那么再检测完成后，牵引装置161就要放出半米的牵引绳162使得浮球165能够落到水面上。
72.请参阅图11，应理解，在上述内容中提到的控制单元6可以是一个cpu，微处理器，asic，或一个或多个用于控制上述内容的程序执行的集成电路。控制单元6主要有cpu601、ram602、rom603和系统总线604等组成，其中cpu601，ram602和rom603均连接在系统总线604上。
73.潜水电泵12和加热管道21的工作原理类似，以潜水电泵12为例，潜水电泵12通过控制电路连接在系统总线604上，控制电路主要实现电路的通断，就能够控制潜水电泵12的启停。
74.驱动装置15和牵引装置161的工作原理与潜水电泵12类似，区别在于需要加上正反转控制器，用以实现升起和下降。驱动装置15和牵引装置161同样通过控制电路连接在系统总线604上，该控制电路中包括正反转控制。
75.冰层厚度监控单元16，具体地说就是拉力传感器163，需要通过通讯电路连接在系统总线604上，通讯电路有有线通讯（连接端口和数据线）和无线通讯（蓝牙或者局域网）等。
76.本具体实施方式的实施例均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。