一种水利设施用防冰装置的制作方法

1.本实用新型属于水利水电设施保护技术领域。涉及一种水利设施用防冰装置，具体是一种微气泡防冰除冰的防冰装置。


背景技术：

2.防冰装置设置于水下，防止寒冷季节时，冰盖静压力、流冰对水工设施及建筑物的危害，特别是水坝(闸)、水库、河道、水电站、引调水等水利枢纽工程。
3.现有的防冰技术方法较多，其中压力空气吹泡法更得到人们的关注及普遍应用。其利用空气压缩机将空气送至水工结构前水面以下，在水工结构前造成水体扰动以防止结冰。其方法原理简单，操作易行。
4.公开号cn 108166469 a的发明专利，其具体公开了“水利水电工程防冰系统”，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。”5.公开号为cn 108104051 a的发明专利，其具体公开了“一种吹气组件及具有吹气组件的防冰装置”，“提供的一种吹气组件，在吹气装置的外圈设计了气泡二次整定罩，能够将气泡生成组件产生输出的气体进一步打碎成更加细小、分布更加均匀的气泡。”6.公开号为cn 210420996 u的实用新型专利，其具体公开了“一种水下用防冰装置”，“包括多组吹气机构以及连接在吹气机构间的连接管道，所述吹气机构包括支撑气管、活动安装在支撑气管上的吹气管、固定连接在吹气管内壁上的旋转扇叶、固定连接在旋转扇叶上端的连接杆、固定连接在连接杆上端的气泡二次整定罩。”7.公开号为cn 210946667 u的实用新型专利，其具体公开了“水工金属结构及水工建筑物水下防冰冻装置”，“其技术要点是：空压机的数量为两个，且两个空压机的出口管路均与低压储气罐的入口相连，低压储气罐的出口与通气主管道一端连接，通气主管道另一端设有排污阀，通气主管道沿其长度方向连接有多路用于插入水面以下的分支管路，各路分支管路的末端下方分别绑定有配重锤，分支管路的末端外周均匀设有多个出气孔。”8.上述压力空气吹泡法防冰装置能够起到一定的防冰效果，但通过实际应用发现存在以下不足：
9.1、尽管采用了“气泡二次整定罩”，也难克服提供“更加细小、分布更加均匀的气泡”目的；且因为采用了“气泡二次整定罩”大大降低了气泡上升的动能及速度，不能满足较深水下应用；同时也提高了供气源所需的功率，运行成本高。
10.2、在不使用防冰装置不可避免的产生水倒灌及杂物进入防冰装置中，其故障频繁，可靠性差。
11.3、吹气泡头凸出水底面，不可避免拦挂杂物，易被水流携带物损坏。
12.4、喷气所用的弹性膜片强度不足，易撕裂、不耐老化。
13.5、防冰装置的可控制性不足，并无实时性。
14.6、供气系统的压力不足，要不是就运行成本高。
15.7、防冰效果欠佳等。


技术实现要素：

16.针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种水利设施用防冰装置，其实时性好、故障率低、实用性强，防冰害效果好；其生产工艺及安装简便。
17.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种水利设施用防冰装置，所述的防冰装置是设置于水下的微气泡法防冰害装置，防止寒冷季节时，冰盖静压力、流冰对水工设施及建筑物的危害，特别是水坝(闸)、水库、河道、水电站等水利枢纽工程；
18.所述水利设施用防冰装置包括气体扩散器1，其设有蘑菇型曝气头11及底座连接件12；手动控制输送系统2，由主管道21、球阀门22和汇流排23 构成；自动控制系统3，由温度传感器31、压力传感器32、喷气周期流量传感器33、水位传感器34、比例阀门35、视频监控器36构成；远程监控系统 4；供气系统5，由螺杆压缩机51、鼓风机52、储气罐53、过滤器54和冷干机55构成；
19.所述一种水利设施用防冰装置，蘑菇型曝气头11由微弧形胶膜片11a、喷气微孔11b、半工字形底边11c一体构成；
20.所述一种水利设施用防冰装置，底座连接件12包括微弧形供气盘12a，其上设有供气孔12b、空气导流槽12c、定位密封外螺纹盘12d、单向阀杆12e、单向阀上胶圈12f、管道连接密封圈12h、定位密封内螺纹盘12i、管道连接螺纹管12j、供气盘加强筋12k；
21.所述一种水利设施用防冰装置，蘑菇型曝气头11的微弧形胶膜片11a套在底座连接件12的微弧形供气盘12a上；
22.所述一种水利设施用防冰装置，蘑菇型曝气头11的半工字形底边11c嵌入底座连接件12的上端，卡夹在定位密封外螺纹盘12d和定位密封内螺纹盘 12i之间；
23.所述一种水利设施用防冰装置，蘑菇型曝气头11的顶端中心处有个圆形区域没有喷气微孔11b，其对应着底座连接件12的供气孔12b；
24.所述一种水利设施用防冰装置，手动控制输送系统2的汇流排23连接在主管道21上，由支管道23a、球阀门22、压力传感器32、喷气周期流量传感器33、比例阀门35构成；
25.所述一种水利设施用防冰装置，手动控制输送系统2的汇流排23上的压力传感器32、喷气周期流量传感器33、比例阀门35属于自动控制系统3；
26.所述一种水利设施用防冰装置，自动控制系统3由plc、hmi和屏蔽信号线实现连接及监控，包括温度传感器31、压力传感器32、喷气周期流量传感器33、水位传感器34、比例阀门35、视频监控器36，所述的温度传感器 31为户外温度传感器t1和水下温度传感器t2；
27.所述一种水利设施用防冰装置，远程监控系统4与自动控制系统3的plc 连接相互反馈实现远程监控防冰装置；
28.所述一种水利设施用防冰装置，水位传感器34为雷达水位传感器，设置在水面上。
29.进一步地，所述蘑菇型曝气头11的微弧形胶膜片11a，采用纤维增强氟橡胶片或三元乙丙橡胶片制成；微弧形胶膜片11a的纤维增强橡胶片上面布满了微米级喷气微孔11b；当需要供微气泡防冰或除冰时，在供气系统5所提供的压缩空气作用下，喷气微孔11b打开喷出微气泡；不需要供气时，喷气微孔11b自行关闭。
30.进一步地，所述喷气微孔11b与微弧形胶膜片11a成45度角；且喷气微孔11b 从上向下呈
△
。
31.进一步地，所述的喷气微孔11b是用直径60～100微米的上粗下细的钢针，在微弧
形胶膜片11a从里向外穿孔，制成微米级喷气微孔11b。
32.进一步地，所述底座连接件12采用塑料一体注塑制成；其微弧形供气盘 12a的厘米级供气孔12b远大于微弧形胶膜片11a的微米级喷气微孔11b。
33.进一步地，所述底座连接件12的单向阀杆12e和单向阀上胶圈12f构成单向阀，在不需要开启水利设施用防冰装置时，起到二级关闭防冰装置通道作用。
34.进一步地，所述汇流排23采用焊接304不锈钢管制成；根据气体扩散器1 的单元数，设置对应的支管道23a数量；将压力传感器32、喷气周期流量传感器33、比例阀门35串连与球阀门22并连成单条支管道23a，实现手动和自动单独控制；所有单条支管道23a，再并连在主管道21，构成一个整体。
35.进一步地，所述自动控制系统3由plc和户外温度传感器t1及水下温度传感器t2、压力传感器32、喷气周期流量传感器33、水位传感器34、比例阀门35交互作用，控制及调节供气系统5的供气压力和流量，达到无人值守。
36.进一步地，所述远程监控系统4，又称为scada，与自动控制系统3的 plc交互反馈，在远程实现对供气系统5的供气压力和流量的监控。
37.进一步地，所述供气系统5是由鼓风机51和螺杆压缩机52的联合及互补实现供气，供气系统5，由螺杆压缩机51、鼓风机52、储气罐53、过滤器 54和冷干机55构成；所述的螺杆压缩机51，特别是选择两台一用一备的方案。
38.进一步地，所述防冰装置可设置在水利设施水坝的上游或下游。
39.进一步地，所述水利设施的防冰装置的蘑菇型曝气头11的微弧形胶膜片 11a到水面的垂直高度不超过6米；气温不低于零下45℃。
40.进一步地，所述蘑菇型曝气头11的微弧形胶膜片11a的制备方法包括以下步骤：
41.步骤1：将100份的橡胶混炼胶中加入1～2份的四脚状氧化锌晶须；
42.步骤2：按产品模具尺寸下好胶片；
43.步骤3：按产品模具尺寸将已准备好的胶片及骨架纤维布，按胶层与布层间隔的方式，预成型为一布二胶或二布三胶纤维增强橡胶复合胶布片，每次铺设均需用擀压辊擀压，再冷压成预定型复合胶布片；
44.步骤4：将上述预定型复合胶布片装入金属模具中直接在平板硫化机上硫化，即制备成橡胶布的微弧形胶膜片11a；
45.步骤5：用直径60～100微米的上粗下细的钢针，在微弧形胶膜片11a从里向外穿孔，制成微米级喷气微孔11b。
46.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
47.1、本实用新型功能性及可靠性强，安装及运行简易，除冰防冰性好，适用于各种复杂的水利设施及冰水情况；
48.2、直接采用微气泡气体扩散器，形成直径小、气液界面积大、扩散均匀扰动效果好的气液微泡，局部流场有效地形成过冷水及破坏冰核的形成，从而破坏结冰条件；大大提高了微气泡上升的动能及速度，满足了较深水下应用；降低了供气源能耗，运行成本低；
49.3、采用四脚状氧化锌晶须及纤维骨架增强氟橡胶及三元乙丙橡胶制造微弧形胶膜片，提高了胶膜片的强度及耐老化性，保证产品使用寿命超过50年；保障了高压供气，实现了6米水深及-45℃的使用条件；
50.4、45度角的微弧形胶膜片和
△
喷气微孔及单向阀的两级关闭防冰装置的措施，有效地防止水倒灌及杂物进入防冰装置中，提高了装置的稳定性和可靠性；
51.5、在水底面的曝气胶膜片的微弧形，避免了拦挂杂物及曝气头被水流携带物损坏；
52.6、手动(汇流排)、自动及远程监控的一体化监控方式，实现无人值守及实时监控的可靠性和便利性。
53.7、组合大风量的鼓风机和一用一备的小功率螺杆压缩机供气设备，实现实时效果、可靠性及节能、降成本；
54.8、微弧形胶膜片的工艺简单，产品质量好。
附图说明
55.图1为本实用新型防冰装置的整体结构示意图；
56.图2a为本实用新型中气体扩散器的组成结构示意图；
57.图2b为本实用新型中气体扩散器的组成结构分解图；
58.图2c为本实用新型中气体扩散器底座连接件的剖面图；
59.图3为本实用新型中气体手控制输送系统的组成结构示意图；
60.图4为本实用新型中自动控制系统及scada的组成结构示意图；
61.图5为本实用新型中供气系统的组成结构示意图。
62.图中：1-气体扩散器，11-蘑菇型曝气头、11a-微弧形胶膜片、11b-喷气微孔、11c-半工字形底边、12-底座连接件、12a-微弧形供气盘、12b-供气孔、12c
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空气导流槽、12d-定位密封外螺纹盘、12e-单向阀杆、12f-单向阀上胶圈、12h
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管道连接密封圈、12i-定位密封内螺纹盘、12j-管道连接螺纹管、12k-供气盘加强筋；2-手动控制输送系统，21-主管道、22-球阀门、23-汇流排、23a-支管道；3-自动控制系统，31-温度传感器、32-压力传感器、33-喷气周期流量传感器、34-水位传感器、35-比例阀门、36-视频监控器；4-远程监控系统；5-供气系统，51-螺杆压缩机、52-鼓风机、53-储气罐、54-过滤器、55-冷干机。
具体实施方式
63.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
64.显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
65.一种水利设施用防冰装置，所述的防冰装置是设置于水下的微气泡法防冰害装置，防止寒冷季节时，冰盖静压力、流冰对水工设施及建筑物的危害，特别是水坝(闸)、水库、河道、水电站等水利枢纽工程；
66.一种水利设施用防冰装置包括：气体扩散器1，其设有蘑菇型曝气头11 及底座连接件12；手动控制输送系统2，由主管道21、球阀门22和汇流排 23构成；自动控制系统3，由温度传感器31、压力传感器32、喷气周期流量传感器33、水位传感器34、比例阀门35、视频监控器36构成；远程监控系统4；供气系统5，由螺杆压缩机51、鼓风机52、储气罐53、过滤器54和冷干机55构成。
67.蘑菇型曝气头11由微弧形胶膜片11a、喷气微孔11b、半工字形底边11c 一体构成；
68.底座连接件12包括微弧形供气盘12a，其上设有供气孔12b、空气导流槽12c、定位密封外螺纹盘12d、单向阀杆12e、单向阀上胶圈12f、管道连接密封圈12h、定位密封内螺纹盘12i、管道连接螺纹管12j、供气盘加强筋12k；
69.蘑菇型曝气头11的微弧形胶膜片11a套在底座连接件12的微弧形供气盘 12a上；
70.蘑菇型曝气头11的半工字形底边11c嵌入底座连接件12的上端，卡夹在定位密封外螺纹盘12d和定位密封内螺纹盘12i之间；
71.蘑菇型曝气头11的顶端中心处有个圆形区域没有喷气微孔11b，其对应着底座连接件12的供气孔12b；
72.手动控制输送系统2的汇流排23连接在主管道21上，由支管道23a、球阀门22、压力传感器32、喷气周期流量传感器33、比例阀门35构成；
73.手动控制输送系统2的汇流排23上的压力传感器32、喷气周期流量传感器33、比例阀门35属于自动控制系统3；
74.自动控制系统3由plc、hmi和屏蔽信号线实现连接及监控温度传感器 31、压力传感器32、喷气周期流量传感器33、水位传感器34、比例阀门35、视频监控器36，所述的温度传感器31为户外温度传感器t1和水下温度传感器t2；
75.远程监控系统4与自动控制系统3的plc连接相互反馈实现远程监控防冰装置；
76.水位传感器34为雷达水位传感器，设置在水面上；
77.蘑菇型曝气头11的微弧形胶膜片11a，采用纤维增强氟橡胶片或三元乙丙橡胶片制成；微弧形胶膜片11a的纤维增强橡胶片上面布满了微米级喷气微孔11b，当需要供微气泡防冰或除冰时，在供气系统5所提供的压缩空气作用下，喷气微孔11b打开喷出微气泡；不需要供气时，喷气微孔11b自行关闭；
78.喷气微孔11b与微弧形胶膜片11a成45度角，且喷气微孔11b从上向下呈
△
；
79.喷气微孔11b是用直径60～100微米的上粗下细的钢针，在微弧形胶膜片 11a从里向外穿孔，制成微米级喷气微孔11b；
80.底座连接件12采用塑料一体注塑制成，其微弧形供气盘12a的厘米级供气孔12b远大于蘑菇型曝气头11微弧形胶膜片11a的微米级喷气微孔11b；
81.底座连接件12的单向阀杆12e和单向阀上胶圈12f构成单向阀，在不需要开启水利设施用防冰装置时，起到二级关闭防冰装置通道作用；
82.汇流排23采用焊接304不锈钢管制成；根据气体扩散器1的单元数，设置对应的支管道23a数量；将压力传感器32、喷气周期流量传感器33、比例阀门35串连与球阀门22并连成单条支管道23a，实现手动和自动单独控制；所有单条支管道23a，再并连在主管道21，构成一个整体；
83.自动控制系统3由plc和户外温度传感器t1及水下温度传感器t2、压力传感器32、喷气周期流量传感器33、水位传感器34、比例阀门35交互作用，控制及调节供气系统5的供气压力和流量，达到无人值守；
84.远程监控系统4，又称为scada，与自动控制系统3的plc交互反馈，在远程实现对供气系统5的供气压力和流量的监控；
85.供气系统5是由螺杆压缩机51和鼓风机52的联合及互补实现供气；供气系统5，由
螺杆压缩机51、鼓风机52、储气罐53、过滤器54和冷干机55 构成，所述的螺杆压缩机51，特别是选择两台一用一备的方案；
86.防冰装置可设置在水利设施水坝的上游或下游；
87.防冰装置的蘑菇型曝气头11的微弧形胶膜片11a到水面的垂直高度不超过6米；气温不低于零下45℃；
88.蘑菇型曝气头11的微弧形胶膜片11a的制备方法包括以下步骤：
89.1)将100份的橡胶混炼胶中加入1～2份的四脚状氧化锌晶须；
90.2)按产品模具尺寸下好胶片；
91.3)按产品模具尺寸将已准备好的胶片及骨架纤维布，按胶层与布层间隔的方式，预成型为一布二胶或二布三胶纤维增强橡胶复合胶布片，每次铺设均需用擀压辊擀压，再冷压成预定型复合胶布片；
92.4)将上述预定型复合胶布片装入金属模具中直接在平板硫化机上硫化，即制备成橡胶布的微弧形胶膜片11a；
93.5)用直径60～100微米的上粗下细的钢针，在微弧形胶膜片11a从里向外穿孔，制成微米级喷气微孔11b。
94.本实用新型的防冰装置现场安装应用如下：
95.1、室内安装
96.1)参见附图1和附图5将供气系统5组装在控制房内；
97.2)参见附图1和附图4将自动控制系统3的逻辑控制程序和远程监控系统4组装装入一个控制柜内，称之为自控柜，将自控柜安装在控制房内；
98.3)参见附图1和附图3将球阀门22、压力传感器32、喷气周期流量传感器33、比例阀门35组装在支管道23a上构成汇流排23的一个单元，根据设计将数个单元并列组装成整体汇流排23，再将整体汇流排23装入一个控制柜内，称之为手动控制柜，将手动控制柜安装在控制房内。
99.2、外安装
100.1)参见附图1～附图5将主管道21和各种信号线及信号线穿管预埋于地下；
101.2)参见附图1和附图2将气体扩散器1安装到需用防冰的水利设施的水底面上；
102.3)参见附图1将水下温度传感器t2安装到水面下；
103.4)参见附图1将户外温度传感器t1安装到控制房外；
104.5)参见附图1将雷达水位传感器34吊挂于水面上；
105.6)参见附图1将数个视频监控器36安装到需视频监控处的上方；
106.7)参见附图1～附图5，通过主管道21连接气路所涉及的组件，通过信号线连接的所涉及的组件，完成防冰装置安装。
107.实施例1
108.参见附图1和附图2及上述具体实施方式，微弧形胶膜片11a由纤维增强氟橡胶片制得，其混炼胶1份的四脚状氧化锌晶须；微弧形胶膜片11a的喷气微孔11b为100微米。
109.实施例2
110.按实施例1，微弧形胶膜片11a由纤维增强三元乙丙橡胶片制得，其混炼胶2份的四脚状氧化锌晶须；微弧形胶膜片11a的喷气微孔11b为60微米。
111.实施例3
112.按实施例1，微弧形胶膜片11a混炼胶1.5份的四脚状氧化锌晶须；微弧形胶膜片11a的喷气微孔11b为80微米。
113.本实用新型功能性及可靠性强，安装及运行简易，除冰防冰性好，适用于各种复杂的水利设施及冰水情况；降低了供气源能耗，运行成本低；可实现6米水深及-45℃的使用条件。本实用新型改变了防冰装置，实时性好、故障率低、实用性强，防冰害效果好，使用寿命超过50年；其生产工艺及安装简便；特别适用于水坝(闸)、水库、河道、水电站等水利枢纽工程。
114.本实用新型形成新的经济增长点，对水利设施用防冰除冰设施的相关理论和材料的应用的发展有借鉴作用，具有重要的社会效益和经济效益。
115.上述实施例为本实用新型较佳的代表性实施方式，但本实用新型并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本实用新型的实质及原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均为等效的置换方案，均应包含在本实用新型的保护范围内。