水利水電工程鋼閘門防冰凍設(shè)計(jì)

水利水電工程鋼閘門防冰凍設(shè)計(jì)鋼閘門在冬季運(yùn)行時(shí)往往會(huì)受到冰凍的困擾，因此必須采取防冰凍措施。本文主要闡述了閘門防冰凍工程技術(shù)的現(xiàn)狀，并提出相對應(yīng)的措施用來保證閘門在冬季的正常運(yùn)行。標(biāo)簽：水利水電;鋼閘門;防冰凍1、導(dǎo)論在現(xiàn)代修建的水利水電工程中，鋼閘門被廣泛的使用著，同時(shí)它也是水工建筑物中的重要組成部分。閘門在水工建筑物中的主要作用是擋水、控制水流、同時(shí)根據(jù)要求全部或者部分開啟閘門排泄水流、調(diào)節(jié)上下游的水位、放運(yùn)船只木排、排冰、排污等。工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理是否科學(xué)合理，這對于鋼閘門在寒冷地區(qū)的正常運(yùn)行具有十分重要的作用。2、當(dāng)前我國閘門防冰凍工程技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀目前，防冰凍工程技術(shù)的使用在我國寒冷地區(qū)比較廣泛，如冬季氣溫比較低的西北、東北、華北和西藏等地區(qū)，防冰凍技術(shù)總共可分為六類，包括破冰工程技術(shù)、排冰工程技術(shù)、化冰工程技術(shù)、輸冰工程技術(shù)、導(dǎo)冰工程技術(shù)以及蓄冰工程技術(shù)。對于在渠道和樞紐區(qū)運(yùn)行的閘門，主要是以化冰工程技術(shù)為主的，包括有保溫法、射流法、加熱法、吹泡法等。3、冰凍對閘門的危害對于沒有采取防冰凍措施的鋼閘門，或者已經(jīng)采取防冰凍措施，但是在運(yùn)行一段時(shí)間之后因?yàn)楣芾?、維修等問題而被撤換的鋼閘門，會(huì)在超負(fù)荷情況下運(yùn)行，使得閘門在冰荷載的反復(fù)作用下產(chǎn)生彎曲變形，更甚者則產(chǎn)生強(qiáng)度破壞，進(jìn)而出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。冰凍對閘門的破壞的主要原因是冰凍形成的冰蓋對露頂閘門產(chǎn)生了十分大的冰蓋推力，這就使得門葉變形或者出現(xiàn)損壞。引水渠道閘門以及埋固件被凍死，這樣閘門就不能正常運(yùn)行，并且使冰塊大量堆積堵塞，過水?dāng)嗝鏈p少，不能或無法引水。因?yàn)闈摽坠ぷ鏖l門在整個(gè)冬季處于擋水狀態(tài)，門葉迎水面會(huì)產(chǎn)生巨大冰包，冰包與門葉、埋件牢固地凍結(jié)在一起，這樣會(huì)使得閘門不能正常啟閉，進(jìn)而影響水封及啟閉設(shè)備的正常使用。若引水渠道閘門與埋固件被凍死，閘門不能啟閉，在一段時(shí)間之后就會(huì)形成連底凍，這樣的話就存在渠堤被沖毀這樣的隱患，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。4、水利水電工程閘門防冰凍工程技術(shù)的分析研究由于受時(shí)序的影響，閘門在冬季設(shè)計(jì)運(yùn)行工況會(huì)與其他時(shí)節(jié)有所不同，所以采取的防冰凍工程技術(shù)措施也會(huì)有所區(qū)別，但閘門的冰凍問題是必須要解決的。在工程設(shè)計(jì)過程中，忽視或沒有充分考慮閘門在冬季運(yùn)行時(shí)的防冰凍問題，或者對當(dāng)?shù)氐谋橐?guī)律、水文、氣象等沒有全面了解，所以就算采取了防冰凍工程技術(shù)，這也不一定可以收到理想的效果。4.1、閘門處于非運(yùn)行工況當(dāng)閘門在冬季冰凍期處于非運(yùn)行工況時(shí)，閘門在鎖定梁上處于鎖定狀態(tài)，就不需要采取相關(guān)的防冰凍工程技術(shù)措施。4.2、閘門處于攔蓄水工況4.2.1、露頂閘門的攔蓄水工況以恰甫其海水利樞紐工程表孔溢洪洞進(jìn)口露頂閘門所采用的浮筒加熱式露頂閘門化冰設(shè)備為例進(jìn)行分析研究。恰甫其海表孔弧形閘門的尺寸為15mxl3.2m，舌板閘門的尺寸在為8mx5m;在冬季最低氣溫達(dá)到-20.17°C時(shí)，形成的冰蓋厚度可達(dá)到660mm;根據(jù)冰推力計(jì)算公式，得出閘門所承受最大冰蓋推力應(yīng)該不低于100t;初步設(shè)計(jì)中提出以及解決在冬季處于擋蓄水工況時(shí)所承受冰蓋的巨大推力對閘門變形這樣的問題。那么運(yùn)行單位就要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣?，對閘門防冰凍工程技術(shù)進(jìn)行研究以及比較。在我國的通常情況是冬季風(fēng)級(jí)大于6級(jí)的天氣狀況比較多，那么采用吹泡法往往不能實(shí)現(xiàn)化冰的作用;同時(shí)因?yàn)樗畮斓乃^深，以及冬季水庫運(yùn)行水位較高，水下地形復(fù)雜等情況，就很難把庫底的水抽取出來，這樣的話所用的增溫法也就無法達(dá)到理想的效果;比如，門葉背水面就采用加熱毯加熱的方法，是可以達(dá)到融冰效果，但是他的缺點(diǎn)在于易漏電同時(shí)須根據(jù)水位的不斷下降而必須不斷地調(diào)整加熱毯的高度，這樣的話就存在發(fā)生危險(xiǎn)的隱患。運(yùn)行單位則就根據(jù)庫水位在冬季不斷下降這樣的情況，自行開發(fā)出浮筒加熱式露頂閘門的化冰設(shè)備，同時(shí)經(jīng)過三年的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，浮筒兩側(cè)各有0.010m-0.030m的冰蓋可以被化開，同時(shí)有不會(huì)因水位的變化而影響使用這樣的情況發(fā)生，同時(shí)化冰效果明顯，這就有效的解決了冰蓋對閘門的推力問題。4.2.2、渠道露頂閘門處于攔蓄水工況。冬季因?yàn)楹涠鄶?shù)渠道都會(huì)處于非正常運(yùn)行的狀態(tài)，而少數(shù)渠道在冬季處于運(yùn)行狀態(tài)，一旦冬季需要引水發(fā)電或輸水，那么閘門處于攔蓄水工況的話就應(yīng)該采取有效的閘門防冰凍工程技術(shù)措施。新疆南岸干渠渠道露頂閘門就是一個(gè)比較鮮明的例子，那么就以它進(jìn)行分析。新疆伊犁南岸干渠渠道縱坡比例是8000：1，因?yàn)樗魉俣容^慢，他的環(huán)境氣候也與恰甫其海比較接近，在冬季時(shí)需要輸水到雅瑪渡水電站進(jìn)行發(fā)電。當(dāng)露頂閘門在渠道上長時(shí)間擋水之時(shí)，就十分容易形成連底凍，同時(shí)當(dāng)冰發(fā)生膨脹時(shí)就會(huì)有巨大作用力作用于門葉上，同時(shí)造成門葉的永久變形以及破壞，進(jìn)而影響到閘門的使用和壽命。那么采用加熱法的話就可融化門葉前的冰凍，加熱法中三種閘門防冰凍工程技術(shù)措施固然有其優(yōu)點(diǎn)但也存在缺陷。如采用熱空氣法和熱水法的話就可解決閘門的冰凍問題，但是由于渠道過長，閘門比較多，而且投資很大，這樣的話經(jīng)濟(jì)效果也不理想;而采用發(fā)熱熱電纜和熱油法，就比較簡單、容易、方便地融化門葉上的冰凍，同時(shí)它的投資比較少，也較經(jīng)濟(jì)一些。4.2.3、潛孔閘門在冬季處于擋蓄水工況。潛孔閘門通常其上方會(huì)有封閉的閘房，泄水出口會(huì)和外部環(huán)境相通，這是用來排砂以及汛期泄洪的。一旦閘門設(shè)于有壓洞進(jìn)口，以恰甫其海中孔進(jìn)口弧形工作閘門為例，因?yàn)樗谋乘婧投纯诰嚯x有較長的一段距離，而洞內(nèi)并無穿堂風(fēng)，那么洞內(nèi)天然就有保溫作用，同時(shí)閘門在冬季處于水下50m-70m的深處，底層水溫和門葉在不斷的進(jìn)行熱量交換，閘門的溫度如果處于-o.oi°c之上的話，就會(huì)處于一種不結(jié)冰狀態(tài)，那樣的話就沒有必要采用任何閘門防冰凍工程的技術(shù)措施。潛孔閘門設(shè)在壓洞的出口，門葉背水面應(yīng)與外界相通，同時(shí)在一定的條件下，門葉迎水面就很同易產(chǎn)生冰包。這閘門距離洞口10m,閘門尺寸大約在6mx6m,水的深度大約在70m左右，運(yùn)行單位如采用保溫簾減少洞內(nèi)外空氣的對流，那么經(jīng)過五年時(shí)間的運(yùn)行，防冰凍效果將會(huì)比較明顯。潛孔閘門設(shè)于渠道之上，因?yàn)榍赖乃畋容^淺，一般不會(huì)高于10m,同時(shí)在冬季當(dāng)閘門處于攔蓄水工況之時(shí)，閘門迎水面或這閘門洞就很容易形成連底凍。如這種情況發(fā)生的話，必須采取防冰凍工程技術(shù)措施，可以采取電熱熱空氣法以及熱水法，這種的方法的缺點(diǎn)在于不經(jīng)濟(jì)且投資較大，而采用發(fā)熱熱電纜法和熱油法的話，那么它容易操作而且也比較經(jīng)濟(jì)。4.3、閘門處于啟閉工況在寒冷的冬季一般為了控制水庫水位或者為保證下游居民、工廠的生產(chǎn)、生活用水，渠道和樞紐工程的閘門經(jīng)常需要進(jìn)行開啟和關(guān)閉。局部啟閉或局部控制下泄流量。在我國的一些寒冷的地區(qū)，比如東北、西北，不論露頂閘門還是潛孔閘門，在冰凍期都需要使用切實(shí)有效的閘門防冰凍工程技術(shù)措施，用來保證閘門可以正常的運(yùn)行。因?yàn)殚l門開度在不斷的變化中，就可采用發(fā)熱熱電纜法以及熱油法在這種工況下是最行之有效的的防冰凍工程技術(shù)措施，但是值得注意的是門葉以及門槽埋件內(nèi)都需要敷設(shè)發(fā)熱熱電纜以及熱油管，并且一起進(jìn)行加熱，就可以使得閘門在冬季冰凍期依然可以正常的啟閉。5、結(jié)語我國的寒冷地