基于电伴热系统的可移动式止水结构抗冻装置及实施方法

：本发明属于除冰防冻，尤其涉及一种基于电伴热系统的可移动式止水结构抗冻装置及实施方法。

背景技术

0、
背景技术：

1、我国地域辽阔，有相当大国土面积处于寒冷或严寒地带，在这些地区水工建筑物冻融破坏普遍发生。东北地区、西北地区及其他类似寒区运行条件的面板坝冰冻破坏现象十分严重，破坏部位主要有上游面板、心墙、接缝止水结构和坝后排水体，其中以接缝止水结构破坏居多，也最为严重。特别是大坝面板水位变化区的止水结构最容易产生冰冻破坏，往往成为整个水坝体系的薄弱环节。止水结构的主要破坏形式为拉裂、挤压和砸伤，并常伴随着大量的止水橡胶盖板脱落和止水锚固结构损坏的问题，给安全运行带来严重隐患。优化结构设计和加强防护虽能起到一定的抗冰冻效果，但在运行管理阶段，通常还是需要配合除冰措施。目前采用的除冰措施多为被动防护措施，不但需要消耗大量的人力、物力和财力，而且破冰效率低下，效果并不好。同时，在极寒条件下冰面人工作业还存在较大潜在人身意外伤害危险。每年都需花费大量人力、物力组织坝面止水结构除冰作业。

技术实现思路

0、
技术实现要素：

1、为解决上述背景技术中提及的问题，本发明的目的在于提供一种基于电伴热系统的可移动式止水结构抗冻装置及实施方法。

2、一种基于电伴热系统的可移动式止水结构抗冻装置，包括电伴热发热机构和滑移机构，所述的电伴热发热机构固定安装在滑移机构上，并在滑移机构的带动下沿着水位变化方向径向移动；所述的电伴热发热机构包括电伴热带电源和若干根电伴热带，每根电伴热带的两端连接在电伴热带电源上，所述的电伴热带电源控制电伴热带的开启与关闭。

3、作为优选方案：所述的滑移机构包括驱动组件、两根滑轨、两组支撑杆、两组滑轮、支撑盖板和固定扁钢，两根所述的滑轨通过固定扁钢和膨胀螺栓并排安装在面板坝止水结构上，所述的支撑杆与滑轮分为两组，其中一组布置在其中一根滑轨上，另外一组布置在另一根滑轨上；每根支撑杆的底部安装有一个滑轮，滑轮与滑轨滑动连接；每根支撑杆的顶端与支撑盖板的下表面固定连接，若干根电伴热带安装在支撑盖板的上表面上，所述的驱动组件连接在支撑盖板上，并带动支撑盖板沿着滑轨的长度方向进行移动，进而实现止水结构不同水位处的加热除冰。

4、作为优选方案：若干根所述的电伴热带沿着支撑盖板的长度方向进行布置，且相邻的两根电伴热带之间留有间隙；每根电伴热带的长度方向与支撑盖板的宽度方向一致。

5、作为优选方案：若干根所述电伴热带的一端共同缠绕在一根固定棒上，并通过所述一根固定棒固定在支撑盖板上，电伴热带的另一端共同缠绕在另一根固定棒上，并通过所述另一根固定棒固定在支撑盖板上。

6、作为优选方案：所述滑轨的横截面形状为“凹”字形，滑轨上端口处宽度方向的口径小于滑轨内部宽度方向的内径；所述的滑轮处于滑轨的凹口内，滑轮的宽度大于滑轨上端口处宽度方向的口径；支撑杆的一端穿过滑轨的上端口并与滑轮转动连接。

7、作为优选方案：所述的驱动组件包括驱动电机、线辊、定滑轮和牵引绳，所述的驱动电机固定安装在面板坝上，驱动电机的输出轴与线辊的输入轴连接，所述的定滑轮转动安装在面板坝上，牵引绳的一端缠绕在线辊上，牵引绳的另一端绕过定滑轮并连接在支撑盖板的顶部。

8、一种基于电伴热系统的可移动式止水结构抗冻装置的实施方法，具体实施过程如下：

9、步骤1,确定装置的保护层厚度h1、装置作用面积a以及确定保护层的密度ρ1与比热容c1，从而计算出在传热过程中，保护层的升温蓄热q1，计算公式如下：

10、q1＝m1c1δt＝ρ1v1c1δt＝ρ1ah1c1(t1-t0)

11、式中：q1为保护层升温蓄热所需显热；ρ1为保护层的密度；a为保护层与冰层的接触面积；h1为保护层厚度；c1为保护层的比热容；t1为保护层升温后达到的温度；t0为保护层初始温度；

12、步骤2,确定水的比热容cs、装置作用面积a、冰层的密度ρ2与比热容cw，结合某一温度条件下，融冰作用范围x以及冰层的初始温度t0，便计算出冰层升温蓄热所需显热q2，计算公式如下：

13、q2＝m2(cwt0-cst2)＝ρ2ax(cwt0-cst2)

14、式中：q2为冰层升温蓄热所需显热；ρ2为冰层的密度；a为保护层与冰层的接触面积；x为融冰作用范围；cw为冰层的比热容；cs为水的比热容；t2为冰融化为水后的温度；t0为冰层初始温度；

15、步骤3,确定冰的融解热hf，并根据冰层密度ρ2、装置作用面积a以及融冰作用范围x即可得出冰层融化相变潜热q3，计算公式如下：

16、q3＝m2hf＝ρ2axhf

17、式中：q3为冰层融化相变潜热；ρ2为冰层的密度；a为保护层与冰层的接触面积；x为融冰作用范围，hf为冰的融解热，取334kj/(kg·℃)；

18、步骤4,根据环境条件，确定对流换热系数hk以及冰层初始温度t0、装置作用面积a即可得出对流换热的热量q4，计算公式如下：

19、q4＝ahk(t2-t0)

20、式中：q4为对流换热量；a为保护层与冰层的接触面积；hk为对流换热系数，取500w/(m2·℃)；t2为冰融化为水后的温度；t0为冰层初始温度。

21、步骤5,得出电伴热发热机构应当提供的热量q＝q1+q2+q3+q4，结合电伴热带的发热量qm以及装置的整体尺寸，确定电伴热带的布置间距为

22、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

23、1、本发明的电伴热发热机构中的电伴热带为发热体，在通电的情况下即可实现止水结构处的主动除冰防冻，从而改善止水结构附近水域温度，提升止水结构抗冰冻性能，以应对不同水位和温度条件下止水结构的冻害问题。即当止水结构附近水域出现结冰现象时，电伴热发热机构提供热能，使得止水结构附近一定范围内的冰层融化；若水位变动，则电伴热发热机构可通过滑移机构实现上下滑动，使得电伴热发热机构始终位于水面附近，应对不同水位情况下水体结冰现象，从而实现严寒地区面板坝止水结构的电热除冰。

24、2、本发明通过滑移机构的设计，可以实现止水结构在不同高程的加热除冰，以应对不同水位处的结冰现象，减少发热机构铺设的面积和投入成本。该装置单次性资金投入，即可稳定发挥效果，且安装简易、施工便捷，兼具寒区长期服役性能和持续除冰能力，具有良好的推广价值。

25、3、本发明中将电伴热带直接安装在支撑盖板上，简化了电伴热系统铺设的施工工序，同时使得电伴热系统散发的热量可以均匀、稳定地传递到外界环境中，以避免因局部温度升高导致止水结构内部有机材料高温老化、失效，来解决现有面板坝止水结构抗冻能力差、除冰效率低且危险等问题，为面板坝的止水结构提供长期可靠稳定的除冰效果。

26、4、本发明进行理论模型计算，从而确定电伴热带之间的布置间距。

技术特征：

1.一种基于电伴热系统的可移动式止水结构抗冻装置，其特征在于：所述的抗冻害装置包括电伴热发热机构(a)和滑移机构(b)，所述的电伴热发热机构(a)固定安装在滑移机构(b)上，并在滑移机构(b)的带动下沿着水位变化方向进行移动；所述的电伴热发热机构(a)包括电伴热带电源(1)和若干根电伴热带(2)，每根电伴热带(2)的两端连接在电伴热带电源(1)上，所述的电伴热带电源(1)控制电伴热带(2)的开启与关闭。

2.根据权利要求1所述的一种基于电伴热系统的可移动式止水结构抗冻装置，其特征在于：所述的滑移机构(b)包括驱动组件、两根滑轨(3)、两组支撑杆(4)、两组滑轮(5)、支撑盖板(6)和固定扁钢(7)，两根所述的滑轨(3)通过固定扁钢(7)和膨胀螺栓并排安装在面板坝止水结构上，所述的支撑杆(4)与滑轮(5)分为两组，其中一组布置在其中一根滑轨(3)上，另外一组布置在另一根滑轨(3)上；每根支撑杆(4)的底部安装有一个滑轮(5)，滑轮(5)与滑轨(3)滑动连接；每根支撑杆(4)的顶端与支撑盖板(6)的下表面固定连接，若干根电伴热带(2)安装在支撑盖板(6)的上表面上，所述的驱动组件连接在支撑盖板(6)上，并带动支撑盖板(6)沿着滑轨(3)的长度方向进行移动，进而实现止水结构不同水位处的加热除冰。

3.根据权利要求2所述的一种基于电伴热系统的可移动式止水结构抗冻装置，其特征在于：若干根所述的电伴热带(2)沿着支撑盖板(6)的长度方向进行布置，且相邻的两根电伴热带(2)之间留有间隙；每根电伴热带(2)的长度方向与支撑盖板(6)的宽度方向一致。

4.根据权利要求3所述的一种基于电伴热系统的可移动式止水结构抗冻装置，其特征在于：若干根所述电伴热带(2)的一端共同缠绕在一根固定棒(12)上，并通过所述一根固定棒(12)固定在支撑盖板(6)上，电伴热带(2)的另一端共同缠绕在另一根固定棒(12)上，并通过所述另一根固定棒(12)固定在支撑盖板(6)上。

5.根据权利要求2所述的一种基于电伴热系统的可移动式止水结构抗冻装置，其特征在于：所述滑轨(3)的横截面形状为“凹”字形，滑轨(3)上端口处宽度方向的口径小于滑轨(3)内部宽度方向的内径；所述的滑轮(5)处于滑轨(3)的凹口内，滑轮(5)的宽度大于滑轨(3)上端口处宽度方向的口径；支撑杆(4)的一端穿过滑轨(3)的上端口并与滑轮(5)转动连接。

6.根据权利要求2所述的一种基于电伴热系统的可移动式止水结构抗冻装置，其特征在于：所述的驱动组件包括驱动电机(8)、线辊(9)、定滑轮(10)和牵引绳(11)，所述的驱动电机(8)固定安装在面板坝上，驱动电机(8)的输出轴与线辊(9)的输入轴连接，所述的定滑轮(10)转动安装在面板坝上，牵引绳(11)的一端缠绕在线辊(9)上，牵引绳(11)的另一端绕过定滑轮(10)并连接在支撑盖板(6)的顶部。

7.一种基于电伴热系统的可移动式止水结构抗冻装置的实施方法，其特征在于：基于权利要求1至权利要求6任一项所述的抗冻害装置，具体实施过程如下：

技术总结
基于电伴热系统的可移动式止水结构抗冻装置及实施方法。为解决目前采用的除冰措施大多是被动防护，需投入大量成本，消耗大量的人力资源，且破冰效率低，效果差的问题。本发明包括电伴热发热机构和滑移机构，所述的电伴热发热机构固定安装在滑移机构上，并在滑移机构的带动下沿着水位变化方向径向移动；所述的电伴热发热机构包括电伴热带电源和若干根电伴热带，每根电伴热带的两端连接在电伴热带电源上，所述的电伴热带电源控制电伴热带的开启与关闭。本发明属于除冰防冻技术领域。

技术研发人员：刘雨时,高小建,陈铁锋,徐成伟,陈智韬,陈湘毅,杨英姿
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24