一种水利水电工程防冰制热系统的制作方法

本实用新型属于水利水电技术领域，具体涉及一种水利水电工程防冰制热系统。

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。

综上所述，在结冰后进行破冰危险性较高，效率较低，因此考虑从源头上防止结冰，从而避免冰害对于水利水电工程的影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够防止结冰的水利水电工程防冰制热系统。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种水利水电工程防冰制热系统，包括除冰系统、曝气单元和水源热泵系统，所述除冰系统和水源热泵系统均连接曝气单元，除冰系统包括空压机、储气罐、空气过滤器和空气干燥器，空压机的出气口通过管道连接储气罐的进口，储气罐的出口通过管道连接第一个空气过滤器的进气口，第一个空气过滤器的出气口通过管道连接第二个空气过滤器的进气口，第二个空气过滤器的出气口通过管道连接空气干燥器的进气口，空气干燥器的出气口通过管道连接第三个空气过滤器的进气口，第三个空气过滤器的出气口通过供气管道连接若干个曝气单元；

曝气单元包括曝气管、第一电磁阀、调速阀、第一手动截止阀、第二手动截止阀、第三手动截止阀、第二电磁阀和单向阀，其中曝气管的一端设有进气口，另一端设有出水口，曝气管的进气口通过分支进气管连接到供气管道，该分支进气管上设有第一电磁阀、调速阀、第一手动截止阀和第二手动截止阀，其中第一电磁阀、调速阀、第一手动截止阀串联后与第二手动截止阀并联；第一电磁阀、第一手动截止阀和第二手动截止阀调节分支进气管的通断，其中第二手动截止阀为常闭，第一手动截止阀为常开，第一手动截止阀和第二手动截止阀用于检修使用，关闭第一手动截止阀打开第二手动截止阀，能够检修调速阀是否出现问题，关闭第一手动截止阀和第二手动截止阀中断气路用于检修。

曝气管的出水口通过分支出水管连接到供水管道，该分支出水管上设有第三手动截止阀、第二电磁阀和单向阀；第三手动截止阀用于检修，第二电磁阀用于控制通断，单向阀控制单向出水。

水源热泵系统包括水源泵、蒸发器、压缩机、膨胀阀、冷凝器、循环泵和末端设备，水源泵的进水口连接供水管道，水源泵的出水口通过管道连接蒸发器的进水口，蒸发器的出水口通过管道连接排水管，蒸发器的冷媒进口通过管道连接膨胀阀的出口，蒸发器的冷媒出口通过管道连接压缩机的冷媒进口，压缩机的冷媒出口通过管道连接冷凝器的冷媒进口，冷凝器的冷媒出口通过管道连接膨胀阀的进口；冷凝器的进水口通过管道连接末端设备的出水口，冷凝器的出水口通过管道连接末端设备的进水口，该管道上设有循环泵。

冷媒进入蒸发器蒸发吸热，然后进入压缩机压缩后送到冷凝器与末端设备的用水换热，放热后的冷媒进入膨胀阀，然后回到蒸发器。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述干燥机为吸附式干燥机或冷冻式干燥机或组合式干燥机。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述曝气管上设有若干个小孔。用于出气和进水。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述末端设备为水浴锅。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述供气管道上设有节流阀。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述储气罐的顶部设有泄压阀。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述冷凝器与膨胀阀之间设有储液罐。

本实用新型的有益效果在于：

1)本实用新型利用除冰系统对曝气管进行供气，通过曝气管曝气，所喷出的气泡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；

2)本实用新型在不需要除冰的情况下通过分布的曝气管作为进水管，从各处将水源集中到供水管道，再由水源热泵系统将水源吸收的太阳能和地热能而形成的低位能源转化为高位能源，供于末端设备使用；

3)本实用新型充分利用了曝气管广泛分布且靠近水面的布置方式，能够抽取吸收太阳能最高的水面部分，并且分散式供水避免底层低温水向上层大量流动，提高对于水源热的提取效率。

附图说明

图1是实施例一中本实用新型的结构示意图；

图2是实施例一中本实用新型的除冰系统的结构示意图；

图3是实施例一中本实用新型的曝气单元的结构示意图；

图4是实施例一中本实用新型的水源热泵系统的结构示意图。

图中：除冰系统1、曝气单元2、水源热泵系统3、空压机4、储气罐5、空气过滤器6、空气干燥器7、曝气管8、第一电磁阀9、调速阀10、第一手动截止阀11、第二手动截止阀12、第三手动截止阀13、第二电磁阀14、单向阀15、水源泵16、蒸发器17、压缩机18、膨胀阀19、冷凝器20、循环泵21、末端设备22。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

实施例一

如图1-4所示，一种水利水电工程防冰制热系统，包括除冰系统1、曝气单元2和水源热泵系统3，所述除冰系统1和水源热泵系统3均连接曝气单元2，除冰系统1包括空压机4、储气罐5、空气过滤器6和空气干燥器7，空压机4的出气口通过管道连接储气罐5的进口，储气罐5的出口通过管道连接第一个空气过滤器6的进气口，第一个空气过滤器6的出气口通过管道连接第二个空气过滤器6的进气口，第二个空气过滤器6的出气口通过管道连接空气干燥器7的进气口，空气干燥器7的出气口通过管道连接第三个空气过滤器6的进气口，第三个空气过滤器6的出气口通过供气管道连接若干个曝气单元2；

曝气单元2包括曝气管8、第一电磁阀9、调速阀10、第一手动截止阀11、第二手动截止阀12、第三手动截止阀13、第二电磁阀14和单向阀15，其中曝气管8的一端设有进气口，另一端设有出水口，曝气管8的进气口通过分支进气管连接到供气管道，该分支进气管上设有第一电磁阀9、调速阀10、第一手动截止阀11和第二手动截止阀12，其中第一电磁阀9、调速阀10、第一手动截止阀11串联后与第二手动截止阀12并联；第一电磁阀9、第一手动截止阀11和第二手动截止阀12调节分支进气管的通断，其中第二手动截止阀12为常闭，第一手动截止阀11为常开，第一手动截止阀11和第二手动截止阀12用于检修使用，关闭第一手动截止阀11打开第二手动截止阀12，能够检修调速阀10是否出现问题，关闭第一手动截止阀11和第二手动截止阀12中断气路用于检修。

曝气管8的出水口通过分支出水管连接到供水管道，该分支出水管上设有第三手动截止阀13、第二电磁阀14和单向阀15；第三手动截止阀13用于检修，第二电磁阀14用于控制通断，单向阀15控制单向出水。

水源热泵系统3包括水源泵16、蒸发器17、压缩机18、膨胀阀19、冷凝器20、循环泵21和末端设备22，水源泵16的进水口连接供水管道，水源泵16的出水口通过管道连接蒸发器17的进水口，蒸发器17的出水口通过管道连接排水管，蒸发器17的冷媒进口通过管道连接膨胀阀19的出口，蒸发器17的冷媒出口通过管道连接压缩机18的冷媒进口，压缩机18的冷媒出口通过管道连接冷凝器20的冷媒进口，冷凝器20的冷媒出口通过管道连接膨胀阀19的进口；冷凝器20的进水口通过管道连接末端设备22的出水口，冷凝器20的出水口通过管道连接末端设备22的进水口，该管道上设有循环泵21。

冷媒进入蒸发器17蒸发吸热，然后进入压缩机18压缩后送到冷凝器20与末端设备22的用水换热，放热后的冷媒进入膨胀阀19，然后回到蒸发器17。

上述，干燥机为吸附式干燥机或冷冻式干燥机或组合式干燥机。

上述，曝气管8上设有若干个小孔。用于出气和进水。

上述，末端设备22为水浴锅。

上述，供气管道上设有节流阀。

上述，储气罐5的顶部设有泄压阀。

上述，冷凝器20与膨胀阀19之间设有储液罐。

需要说明的是，上述曝气管8需要分布式的布置，优选的，设置于靠近水面的位置。

本实用新型的结构特点及其工作原理：本实用新型利用除冰系统1对曝气管8进行供气，通过曝气管8曝气，所喷出的气泡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；

在不需要除冰的情况下通过分布的曝气管8作为进水管，从各处将水源集中到供水管道，再由水源热泵系统3将水源吸收的太阳能和地热能而形成的低位能源转化为高位能源，供于末端设备22使用；充分利用了曝气管8广泛分布且靠近水面的布置方式，能够抽取吸收太阳能最高的水面部分，并且分散式供水避免底层低温水向上层大量流动，提高对于水源热的提取效率。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。