水库闸门防冰冻设备设计及应用

水库闸门防冰冻设备设计及应用水库闸门防冰冻设备改型设计及应用黄壁庄水库位于河北省石家庄地区，是海河流域子牙河系滹沱河中下游重要的控制性大型水利枢纽工程，总库容12.1亿m³。

水库工程主要由主坝、副坝、重力坝、正常溢洪道、非常溢洪道及新增非常溢洪道组成。

其中正常溢洪道有8孔弧形钢闸门，尺寸为12×13m。

水库地处中纬度，属温带大陆季风性气候，四季分明，冬季水库水面结冰，冰冻期为12月底到第二年的3月份，约70天，冰层的厚度约为40--50cm。

闸门就是水工建筑物的关键组成部分，冬季水库水面冰层产生非常大升力，对闸门安全构成威胁。

《水利水电工程钢闸门设计规范》（dl/t5013-95）规定，闸门不应当忍受静冰压力。

《水工建筑物抗炎冰冻设计规范》（sl211-2021）规定，冰冻期挡水而不打开的表孔闸门，为避免静冰压力促进作用，闸门前冰盖上要维持存有一条不结冰的水域或水缝。

为避免冰压力对钢闸门造成危害，水库正常溢洪道闸门一直装有严防冰冻设备。

经多年运转采用，原设备问题注重，不再适宜水库现状，因此对原防冰冻设备展开了改型设计，经实际运用效果极好。

二原有防冰冻设备简介2000年水库除险修整工程完结后正常溢洪道闸门一直使用压力水射流法防冰冻的方法，即为用潜水泵挑深层温水通入表层展开热量互换并扰动水流，避免闸门前一定范围内表层水不结冰进而有效率维护闸门的方法。

正常溢洪道2孔闸门共用一套防冰冻设备，长度为26m，由dn100镀锌管分5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。

管路正上方在管壁上钻有φ5mm的圆孔，间距50cm。

严防冰冻设备通常在12月中下旬加装（水库水面结冰前），过程为：受到闸门前交通桥闸桥头灯杆影响，整套设备就可以在桥面上分后3部分装配不好，划拨至水面处，再由人员乘船在近水面处将整套设备装配完。

之后将设备水平放进水中，打开潜水泵，依水面放上的水花情况调整设备最合适深度，最后将吊装的绳具紧固于桥面栏杆上。

海河流域平原区水闸闸门防冰冻研究与实践摘要: 北方冬季河道会结冰，河道上的水闸闸门在冰压力作用下会发生变形。

在冰层附近，闸门会加速锈蚀，如养护不及时，其面板甚至被锈穿。

这些现象的发生，严重影响了水闸功能的发挥，威胁水闸的安全。

作者在海河流域水闸设计中，为了防止静冰压力对水闸闸门的破坏，先后采用了压力水射流法、压缩空气吹泡法、保温板法等多种方法进行比较研究及实践。

通过几个冬季的运行观察，压力水射流法效果最佳，建议在其它水闸工程中推广使用。

关键词: 闸门; 冰冻; 压力水射流法; 压缩空气吹泡法; 保温板中图分类号: TV698．26 文献标志码: A 文章编号: 1001-5485(2013) 09-0033-04Research and Practice of Protecting Sluice Gate from Freezing in the Plain of Haihe River BasinDU Lei-gong，LIU Wan-xinAbstract: Sluice gate is generally distorted under the ice pressure in icy river of north China．The corrosion of sluice gate will accelerate，and even the steel plate of the gate will be penetrated right through around the ice layer if not maintained in time．The function and safety of the sluice will be severely affected．In the present research，methods including pressure water jet，compressed air bubble，and heat-preservation board are tested and evaluated to prevent the static ice pressure from damaging the sluice gate in Haihe River Basin．The pressure water jet method is proved to be the best approach by observation through several winters，and is suggested to be applied to sluice project in cold regions．Key words: sluice gate; freeze; pressure water jet; compressed air bubble; heat preservation board1 研究背景根据气象资料，海河流域在每年的11月份中旬进入冬季，河流开始结冰，冰期在50～100 d，平均最大冰层厚度61cm。

桃林口水库闸门破冰防冻技术探讨作者：朱海涛汪志永李进军陈小月来源：《建筑遗产》2014年第01期摘要：冬季水库内水面结冰对闸门产生静冰压力，对消除静冰压力的方法在水库中的应用进行了比选，最终选用潜水泵水面扰动法。

多年实践中积累经验不断改进和优化潜水泵扰动系统。

关键词：桃林口水库闸门；静冰压力；防冰冻方法一、工程概况桃林口水库位于河北省东北部的青龙河上，是一座集供水、灌溉、发电及旅游开发等多种功能于一体的大型水利枢纽工程。

青龙河流域属东亚季风气候区，冬季气温寒冷干燥，平均冰冻期120天，极端最低气温达到-20℃以下，河面冰冻层厚30cm左右。

为防止冰层的推力直接作用在溢洪道弧形闸门和锁定的大浮动检修闸门迎水面上，对闸门产生挤压变形破坏，需采取有效措施消除冰层作用在闸门上的静冰压力。

二、冰层对闸门静压力的计算溢流坝段11孔（15m×15.5m）弧形钢闸门的冰层静压力计算：按照《水工建筑物抗冰冻设计规范》（SL211-98）取严寒山区静冰压力30t/m2，则冰层对建筑物的静压力F静=30t/m2×S，假设冰层厚h冰=0.3m，弧形工作钢闸门的宽度b=15m，S=0.3m×15m=4.5 m2，故每孔闸门所受冰层的静压力为F静=30t/m2×4.5 m2=135t。

大浮动检修闸门停放在支承牛腿上锁定放置，大浮动检修闸门的尺寸为18.2m×19.2m×4.8m（宽×高×厚）。

冰层的静压力主要作用在大浮动检修闸门的宽度面上，根据公式 F静=30t/m2×S，S=0.3m×18.2m=5.46m2，故大浮动检修闸门所受冰层的静压力为F静=30t/m2×5.46 m2=163.8t。

可見其静冰压力是非常大的。

这么大的静冰压力对闸门具有非常大的危害。

所以做好水利工程的防冰冻工作和消除冰层作用在闸门上的静冰压力是至关重要的。

吉林省团山子水库闸门防冻设备的应用技术作者：王景波来源：《农民致富之友》2017年第24期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，我们经过借鉴学习和改进，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℃。

电热线缆系统在钢闸门防冰冻上的应用摘要：通过对电热线缆在水工闸门上的防冰冻的设计和应用，阐述了自控温电热线缆防冰冻系统的原理、工艺特点和设计要素，对当前几种主要采用的水工闸门上的防冰冻装置进行了经济性比较，以此证明该系统的优势和广泛推广的必要性。

关键词：水工闸门防冰冻自控温电热线缆经济比较应用领域一．概述根据《水利水电工程闸门设计》（DL/T5039-95）规定，寒冷地区的闸门、拦河坝以及其它水工建筑物不得承受冰的静压力。

为防止在冰冻期间内冰荷载对钢闸门造成危害，在闸门的设计中配套进行闸门防冰冻设计。

现通常防冰冻措施有压缩空气法、潜水泵法、电热法、热管防冻方法、开凿冰沟或其他方法使闸门与冰层隔开。

自控温电热线缆防冰冻系统是在闸门防冰冻的一次革命，在国内引起了同行和用户的广泛关注。

电热线缆防冰冻系统常年自动运行、无需人工保养、无需维护维修费用、整体系统寿命长达10~15年，比现有的系统节能30~50%以上。

系统具有安装简单、节能、环保等优点。

本系统具有极高的技术含量和巨大的市场需求，特别是北方寒冷地区达到预期理想的效果，使用电热线缆防冰冻新技术必将取代目前传统的防冰冻方法。

二．原理电热线缆防冰冻系统接通电源后，电流由一根线芯经过导电的PTC材料到另一线芯而形成回路。

电能使导电材料升温，其电阻随即增加，当芯带温度升至某值之后，电阻大到几乎阻断电流的程度，其温度不再升高，与此同时电热线缆向温度较低的被加热体系传热。

将电热线缆嵌入水库闸门中。

用电热线缆进行热交换，形成一股强烈的温水流，此股温水流能溶化冰层，防止水面结冰与形成新冰层。

三、电热线缆设计以黄河某水利枢纽工程16孔泄洪闸弧形闸门14m×11.5m-11m（孔口尺寸：宽×高-设计水头）为例，设计参数如下：1、最低环境温度：-20℃2、闸门体维持温度：10℃3、湿度：100%4、冬季运行周期：24h/d5、用途：闸门防冰冻。

散热量计算首先根据需要伴热的维持温度(T0)和环境最低气温（Ta）计算温差：△t=T0-Ta………………………8-1根据△t查金属管道散热量(QB) 或设备散热量(QP)根据查得的QB或QP按下式计算出实际的散热量(QTB或QTP）铁板表面积QTP=f×QP……………………………（8-2）式中：T0需要电伴热维持温度（℃）即金属设备的表面温度。

(10)授权公告号 CN 202559319 U(45)授权公告日 2012.11.28C N 202559319 U*CN202559319U*(21)申请号 201220208066.6(22)申请日 2012.05.10E02B 8/00(2006.01)(73)专利权人中国水电顾问集团西北勘测设计研究院地址710065 陕西省西安市丈八东路18号西北勘测设计研究院科技处(72)发明人侯纪坤 段宏江 张雷 刘国峰杨新光 张继成 张军智 赵妍刘建华 谭大基 李岗 张宝莉寇磊(74)专利代理机构西安吉盛专利代理有限责任公司 61108代理人张培勋(54)实用新型名称一种闸门或弧门防冻除冰装置(57)摘要本实用新型涉及防冻除冰领域，是一种闸门或弧门防冻除冰装置。

它是由自动升降部分、防冻除冰部分、线缆限位部分以及可视化监控和报警部分组成，采用重锤牵引导向钢丝绳为闸门或弧门防冻除冰机构自动升降的导向；采用单浮筒升降系统，以便于调试和安装；采用两台潜水泵和主干管采用三通连接方式和线缆限位悬垂滑动方式使线缆满足装置升降要求；主干管采用法兰分段连接，便于运输和防止弯曲变形；采用现有起重机通过设置在浮筒上的吊沟进行起吊；采用喷水管出口同水平主干管成45°斜向上角度使水流流态更有利于防冻除冰，采用可视化远方监控和报警功能，闸门或弧门的安全稳定和经济运行提供了有效保障。

(51)Int.Cl.(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利权利要求书1页 说明书3页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页1/1页1.一种闸门或弧门防冻除冰装置，它是由自动升降部分、防冻除冰部分、线缆限位部分以及可视化监控和报警部分组成，其特征是：自动升降部分是通过重锤（3）与导向钢丝绳（4）的前端连接，导向钢丝绳（4）的后端通过导向钢丝绳支架（6）与砼基础固定连接，导向钢丝绳（4）上套有导向环（5），并与不锈钢管（9）连接，不锈钢管（9）通过连接支架（13）与浮筒（16）连接；防冻除冰部分是由两台潜水泵（7）分别通过逆止阀（8）后，再通过三通（10）与不锈钢管（9）联通，不锈钢管（9）呈“T”形结构，水平方向上的不锈钢管（9）上有4对与其在同一平面内且形成上偏移45度的喷水管（11）；线缆限位部分是两台潜水泵的电源及信号线（18）通过电缆限位环（17）后与电缆固定支架（19）连接；吊起部分是由固定在连接支架（13）上的吊钩、起吊时应用的带绳套钢丝绳以及起重设备构成；可视化监控和报警部分是在闸门或弧门两侧砼的云台上设置摄像头（22），摄像头（22）的信号线(21)与潜水泵（7）的电缆及信号线（18）分别接入现地控制盘柜（23）与视频报警盘柜(24)，然后通过光缆与远方控制系统(25)导通。

岗南水库冬季闸门破冰防冻措施摘要：本文结合岗南水库闸门冬季破冰实际，分析了人工破冰、机船破冰、潜水泵连接管路破冰、单孔单泵等破冰方法的优缺点，从安装、拆除、维修、运行、破冰效果等多个方面综合考虑，提出了采用单孔单泵破冰的闸门破冰措施。

关键词：岗南水库；闸门；破冰1、工程概况岗南水库位于河北省平山县境内，坐落于海河流域子牙河系滹沱河中游，是一座以防洪为主，兼顾发电、灌溉、城市供水的综合性大(1)型水利枢纽工程，总库容17.04亿m3，控制流域面积15900km2,坝顶高程210.5m。

其主要建筑物有：主坝、副坝、正常溢洪道、新增溢洪道、电站、输水洞、泄洪洞、二坝调节池等。

正常溢洪道有4孔弧形钢闸门，尺寸为12×12.3m，4台卷扬式启闭机控制；新增溢洪道有8孔弧形钢闸门，尺寸为9×15.5m，8台卷扬式启闭机控制。

两个溢洪道的堰顶高程均为191.0m。

2、闸门前破冰的必要性岗南水库属于温带大陆性气候。

多年平均气温12℃，绝对最高温度42℃，极端最低温度-20℃，冰冻期一般在1月份至2月份，多年平均53d。

冰冻期库水位多年均高于溢洪道堰顶高程，冰层厚度最厚达18㎝。

由于冬季水库蓄水，在极端气温条件下，水库水面结冰，冰层向建筑物、闸门推进，冰层的巨大推力，能造成闸门扭曲变形，给闸门的安全运行带来严重威胁。

为消除闸门安全隐患，必须在闸门前水域采取防结冰或除冰措施，防止冰对闸门的破坏。

3、破冰机理3.1人工除冰。

利用冰镩、洋镐等破冰工具，在闸门前结冰区域凿出一条不结冰带，将闸门与冰层隔离开来，达到消除冰对闸门的挤压作用的目的。

3.2机船破冰。

在闸门前结冰区域，利用机船的巨大推力，撞开冰层，并保持冰层不能连成整体，达到破冰目的。

3.3潜水泵连接管路破冰。

利用潜水泵抽取冰面以下温度较高的水，经开孔的水管向上喷射，提高水表面温度，达到水面不结冰的目的。

3.4单孔单泵破冰。

每孔闸门前安装1台低扬程潜水泵，利用潜水泵扬水，使闸门前局部水域的水流动起来，防止水面结冰。

水库闸门的防冻与除冰文章首先对当前水库闸门防冻领域中常见的技术特征展开说明，而后就当前两种比较常见的防冻技术进行深入讨论，对于优化防冻工作体系有着一定的积极意义。

标签：水库；闸门；防冻闸门是水库的重要设备，是实现防洪泄流、电站发电以及确保水库安全的关键环节。

然而北方地区冬季寒冷，如果不采取必要的措施，水库闸门很容易出现结冰问题，导致水封变形漏水等问题的发生，严重的时候冰层会产生巨大的压力，通过闸门作用于铰支座，甚至会压裂铰支座，并且冰层的侧压力也会造成闸门开启事故，因此必须给予充足的重视。

对于此类问题而言，冬季针对水库闸门展开必要的防冻养护，是确保其安全平稳运行的必要所在。

一、常见的水库闸门防冻措施对于水库闸门防冻问题，其措施有多种，最为原始的即人工除冰法以及电热除冰法两种。

其中人工方式虽然成本较低，但是安全问题比较突出，多发事故，并且此种方案本质上属于事后控制的范畴，是在结冰已经形成的基础上展开除冰，效率有限，对于结冰危害的控制也有限，因此目前阶段基本已经不再采用。

而电热除冰，主要是利用电伴热的手段在闸门上形成一个温水区域，此种方式虽然可以保持结冰状况不发生，但是水下绝缘成为核心问题，一旦绝缘失效，必然会造成整个系统的短路，随之而来的事故便不可避免。

除了上述两种相对而言比较传统的水库闸门防冻方式以外，压缩空气吹冰法、水泵扰动破冰法以及热管传热破冰法也比较常见。

其中压缩空气吹冰法主要是在水库深处利用空气压缩机制造出压缩空气流，形成一股上升淀粉温水流，进一步达到对于冰层的融化作用，防止或者减缓新冰层的形成过程。

该系统通常会需要安排两台空气压缩机，两个贮气罐，以及对应的管网和控制单元等，这样的安排，虽然相对而言能够对冰层的冻结实现抵御，但是成本偏高，成为该方案的重要硬伤。

而对于水泵扰动破冰法而言，则主要是利用潜水泵将水抽上来，而后经由钢管上的小孔将水射出，通过此种方式形成水流，达到阻碍局部水面冻结的目标。

闸门防冰冻在南水北调工程中，广泛应用节制闸、控制闸、分水闸等建筑物来调节输水流量，以满足下游供水要求。

钢闸门在水工建筑物中主要有挡水、控制水流、根据要求局部或全部开启闸门泄放水流、调节上、下游水位等重要的功能。

1、闸门防冰冻南水北调输水渠道闸门冬季可否正常运行关键问题就是防冰冻的问题；冰冻对闸门产生的危害，闸门防冰冻是指防止冰盖的静压力、水流的冲击力作用在闸门上；防止冰团、冰凌、冰珠和冰块堵塞闸门；防止闸门活动部分与埋固部分被冰冻结在一起，以及闸门埋固件工作表面结冰等，影响闸门在冬季的正常运行。

由于寒冷地区的环境与冰情规律不同，冰冻对闸门的危害也不尽相同，冰冻灾害五花八门，形式多样，根据引水渠道和水利枢纽目前出现过的冰冻情况，主要存在下列危害，但不限于此。

1）引水渠道闸门与埋固件冻死，闸门无法正常运行，造成冰块大量堆积堵塞，减少过水断面，不能或无法引水。

2）引水渠道闸门与埋固件冻死，闸门不能启闭，时间长，易造成连底冻，冰水漫堤，冲毁渠堤。

3）水库形成冰盖，露顶闸门承受巨大的冰盖推力，造成门叶变形或损坏。

4）潜孔工作闸门在整个冬季处于挡水工况，门叶迎水面形成巨大冰包，冰包与门叶、埋固件牢固地冻结在一起，造成闸门无法启闭，损坏水封和启闭设备。

2、闸门防冰冻工程技术现状目前防冰冻工程技术在中国的西北、东北、华北和西藏等寒冷地区已被广泛应用，共分为六大类，即破冰工程技术、排冰工程技术、化冰工程技术、输冰工程技术、导冰工程技术、蓄冰工程技术。

但对于渠道和枢纽区运行的闸门来说，主要采用化冰工程技术，包括保温法、增温法、加热法、射流法、吹泡法等等。

在全国水利水电的闸门防冰冻工程技术中，比如新疆恰甫其海水利枢纽工程表孔弧形闸门采用浮筒加热式化冰设备、北京珠窝拦河坝弧形闸门和新疆石灰窑水电站渠首进水闸门采用电热热空气法、新疆喀什三级水电站采用打冰机、青海牛板筋水电站采用增温法、新疆恰甫其海水利枢纽深孔排砂放空洞弧形工作闸门采用保温法、天津引栾工程大黑汀水库渠首分水闸闸门采用循环热油法、引黄济青工程山东亭口泵站闸门采用静油加法、开都河第一分水枢纽泄洪闸采用水平布置多回路发热热电缆法等等防冰冻工程技术都取得了良好的防冰冻效果。