吉林省团山子水库闸门防冻设备的应用技术
闸门是水工建筑物的重要组成部分，为防洪泄洪电站发电水库安全提供了可靠保障。吉林省冬季气候寒冷，冬季结冰期较长，江河最深冻层可达到1.2m以上。进入冬季以后，如果不采取有效的防范措施对闸前结冰进行有效处理，就会导致水库闸门出现结冰现象。冬季水库水面冰层产生巨大推力，对闸门安全构成威胁。为防止冰压力对闸门造成破坏，我们经过借鉴學习和改进，设计制造安装了防冰冻设备。经过两年多的运行使用，效果满足设计达到了预期效果。
1 吉林省团山子水库概述
团山子水库位于吉林省蛟河市义气河下游，蛟河市前进乡团山子村境内，距蛟河市约29公里。地理位置为东经127°37′，北纬43°47′50″是以城市供水为主，兼顾防洪、灌溉、发电等综合利用的中型水利枢纽工程，总库容为2774.86×104m3。正常溢洪道设置3孔弧形钢闸门，每扇闸门宽10m，高6.6m。
2 防冻设备工艺参数
2.1 防冻设备简介
采用压力水射流法，用潜水泵深层温水抽至表层进行热量交换并扰动水流，防止闸门前一定范围内表层水不结冰进而有效保护闸门的方法。正常溢洪道3孔闸门各用一套防冻设备，长度10m，由DN100镀锌管分2节用法兰横向连接而成。5.5KW潜水泵位于管路中部下方，通过胶管与管路连接。管路上方在管壁上钻有Φ5mm的圆孔，间距30cm。防冻设备一般在11月初安装，由于受闸门上方启闭机室和护栏等影响，整套设备只能在平台上预先组装好，下放至水面下，开启水泵，观察水面翻出的水花情况调整设备到合适深度，最后将吊装的钢索固定于平台栏杆上。
2.2 防冻设备的设计
考虑用潜水泵防冰冻的的方式与其他方式相比具有较大的优越性，依据《水工建筑物抗冰冻设计规范》，以节能降耗、减轻重量、方便安装、满足使用的原则来进行，采用一孔一套防冻设备的方式。参数计算根据当地的水文、气象资料，当地最低气温tr=-43℃；最冷月最大风速Vw=13m/s；冰盖下水温补给的热量QH（KW）： QH=0.6×Qp×tWQH-潜水泵流量（m/h）； tW-潜水泵放置水深Hp处的水温，Hp=2m处实测水温为1.5℃。水气交界面的全部热流量损失强度：S=0.003（1.553E-tk）VW补给的热流量应满足QH>K2×B0×L0，代入数值可得：Qp>13.07m3/h。
3 设备选型
3.1 喷管设计
原来破冰装置喷管采用安装在DN50的主干管上的8根DN32的直管竖直向上喷水，这种方法能够基本解决水面结冰问题，但是在门槽两侧以及电机电缆处，经常会出现结冰现象，这种现象如果长期存在就会对电缆造成危害，使得冰凌割裂电缆。喷嘴出口与浮筒电缆及钢丝绳设置在一条直线上，这样能够有效预防相关配套设施出现结冰现象。
3.2 科学设计自动升降系统
在浮筒的作用下，破冰装置能够始终漂浮在水面上，潜水泵和水面能够保持在固定的距离。整个破冰系统采用两台潜水泵，一个作为主要潜水泵，一个作为预备潜水泵。两个潜水泵的总质量为90公斤，排水干管总长度为8m，总质量为140多公斤。出口逆止阀总质量大概为10公斤左右，浮筒固定支架重量为40公斤，整个升降系统的总重量大概为280多公斤。系统在应用过程中，为了保证能够均匀受力，确保整个系统能够安全漂浮在水面，并安全运行，可以采用双浮筒方案。这样每个浮筒的承载力均大于150公斤以上。在具体设计过程中，要结合整个装置的结构，制定单个承载能力在150公斤以上的不锈钢圆形浮筒，浮筒装置和相应的配套装置，采用环形卡套方式进行有效固定，这样做能够有利于对整个系统进行维修。
3.3 科学设计定位导向系统
在确保系统实现了自动升降的基础上，为了避免整个装置在水面上大范围游动，应该对自动升降系统进行限制，明确其定位和导向。由此就需要我们科学设计定位导向系统。可以在排水干管两侧加装两只导向环，导向环的直径大小为12mm，在门槽的上部使用钢槽垂直方向固定一个8mm的钢丝绳，将其和自动升降系统进行有效连接。钢丝绳下部位置固定在为80公斤的圆柱形重锤上，起到配重作用，用来牵引钢丝绳，这样就能够形成一个比较完善的导向锁系统，从而对自动升降系统进行有效的导航和导向。
3.4 控制系统设计
在每个门槽内部安装一个摄像头，摄像头和整个系统的控制单元进行有效连接，利用控制系统将摄像头拍摄到的信号传送到中央控制室。这样相关技术人员和工作人员就能够随时动态的监测里面破冰装置的运行情况。同时，为了更好控制整个系统运行，还可以结合实际情况，设计一套具有自动和手动控制功能的plc控制程序，通过光纤信号对这个程序进行有效控制，并将其和中央控制室进行有效对接。相应的技术人员和工作人员可以根据水面结冰情况，随时对整个系统进行人工操作，这样能够大大提高系统的运行效率，降低系统的运行费用。
4 防冻设备使用情况
首先，在冰冻期的最冷月份，可在闸门前形成5～10m的不结冰水带，满足了使用要求；其次，节约资金。在没有安装使用防冻设备前，人工除冰费用不低于3万元，采用防冻设备后支出在1.2万元左右，每年节省资金1.8万元；最后，拆装方便。整套设备重约280Kg，安装、拆卸、调整只需4个人即可完成，省略了水面作业环节，节省了时间，提高了效率，增加了安全性。
在我国北方大部分地区，冬季气候寒冷，气温较低，低温时间漫长。冬季在启动和关闭水库闸门过程中都存在防冻和除冰问题。进入凌汛期启闭闸门也存在类似问题，这种问题对于东北地区来说更为突出。吉林省分布着大量的水利工程，在水库正常运行过程中，要想确保每扇闸门安全就需要保证闸门随时处于灵活可靠的能开启关闭状态，只有做到这样，才能发挥整个水利工程的效益和功能，也只有做到这样，才能保证整个枢纽安全。
（作者单位：132500吉林省蛟河市农村水利管理中心站）
上一篇：防渗施工技术在水利工程中的应用