CN104846792A - 水利水电闸门门槽防冻装置 - Google Patents

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徐传仁
史兵
陈智海
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Abstract

本发明提供的一种水利水电闸门门槽防冻装置，包括设置在闸门门体迎水面一侧闸门门槽上的加热元件，所述加热元件与闸门门体相对的另一侧的闸门门槽上设有结冰传感器，所述结冰传感器通过信号传输电缆与中央控制单元的信号输入端相连，所述中央控制单元的信号输出端通过信号传输电缆与分组切换驱动器的信号输入端相连，所述分组切换驱动器的动力输入端通过电能传输电缆与电力电源相连，所述分组切换驱动器的动力输出端通过电能传输电缆与加热元件相连。本发明具有结构简单、防冻效果好、运行安全可靠的特点，可以广泛应用于水利水电工程领域。

Description

水利水电闸门门槽防冻装置
技术领域
本发明涉及水利水电工程领域，特别是涉及一种水利水电闸门门槽防冻装置。
背景技术
水利水电闸门绝大多数为钢制闸门，闸门起到拦蓄库水与定流量泄放库水的作用，工程设计令闸门可以开启一定的孔口高度。无论平板闸门或是弧形闸门，其门沿与闸墙接触的活动部位均采用类似图1的截面结构，具体如下：1-闸门门体，2-闸门门槽，3-止水橡皮。
在高寒地区封冻期，闸门门槽2易结冰，在这种环境下如需运行闸门时，必须考虑由于冻结造成的高负荷运行导致撕裂止水橡皮3等破坏性结果的存在。若能采取有效技术措施防止闸门门槽2部位冰冻，则高寒地区封冻期间闸门安全运行得到保障。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种水利水电闸门门槽防冻装置，具有结构简单、防冻效果好、运行安全可靠的特点。
本发明提供的一种水利水电闸门门槽防冻装置，包括设置在闸门门体迎水面一侧闸门门槽上的加热元件，所述加热元件与闸门门体相对的另一侧的闸门门槽上设有结冰传感器，所述结冰传感器通过信号传输电缆与中央控制单元的信号输入端相连，所述中央控制单元的信号输出端通过信号传输电缆与分组切换驱动器的信号输入端相连，所述分组切换驱动器的动力输入端通过电能传输电缆与电力电源相连，所述分组切换驱动器的动力输出端通过电能传输电缆与加热元件相连。
在上述技术方案中，所述加热元件为PTC(Positive TemperatureCoefficient，正温度系数)加热单元。
在上述技术方案中，所述加热元件与闸门门体相对的另一侧的闸门门槽上还设有温度传感器，所述温度传感器通过信号传输电缆与中央控制单元的信号输入端相连。
在上述技术方案中，所述温度传感器设置在结冰传感器的上方。
在上述技术方案中，所述结冰传感器沿闸门门槽垂直设置。
在上述技术方案中，所述加热元件通过导热硅胶体固定于闸门门槽上。
在上述技术方案中，所述电力电源为安全电压隔离变压器。
在上述技术方案中，所述水利水电闸门门槽防冻装置为两套，对称设于闸门门体两侧的闸门门槽上。
本发明水利水电闸门门槽防冻装置，具有以下有益效果：PTC加热单元是节能高效新型半导体加热器件，它可以在十分宽泛的工作电压下运行，它具有自动控温特性，它具有数十万小时以上的安全运行寿命，它具有十分低廉的构建成本。水面是强冷空气与水体热交换的主要界面，在紧贴闸门门槽的部位设置分组PTC加热单元进行防冰冻加热，可使闸门门槽旁近区域水体略高于摄氏零度温区，有效阻止这一区域水体相变热交换，对小范围水体适度加温，所耗能源被限定在极低的合理水平。假设高效防冰冻PTC发热体满功率为2KW，每分钟释放热能约14千卡，可令14千克水体温度上升1摄氏度。与现有技术相比，本发明具有结构简单、防冻效果好、运行安全可靠的特点。
附图说明
图1为现有闸门门槽处的结构俯视图；
图2为本发明水利水电闸门门槽防冻装置中传感部件与闸门门槽的结构俯视图；
图3为本发明水利水电闸门门槽防冻装置中传感部件与闸门门槽的结构主视图；
图4为本发明本发明水利水电闸门门槽防冻装置的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
图1中现有闸门门槽的具体结构在背景技术中已有描述，在此不再赘述。
参见图2至图4，本发明水利水电闸门门槽防冻装置，包括设置在闸门门体1迎水面一侧闸门门槽2上的加热元件4，所述加热元件4与闸门门体1相对的另一侧的闸门门槽2上设有结冰传感器7，所述结冰传感器7通过信号传输电缆11与中央控制单元8的信号输入端相连，所述中央控制单元8的信号输出端通过信号传输电缆11与分组切换驱动器9的信号输入端相连，所述分组切换驱动器9的动力输入端通过电能传输电缆12与电力电源相连，所述分组切换驱动器9的动力输出端通过电能传输电缆12与加热元件4相连。
所述加热元件4为PTC加热单元。所述加热元件4通过导热硅胶体5固定于闸门门槽2上。
所述加热元件4与闸门门体1相对的另一侧的闸门门槽2上还设有温度传感器6，所述温度传感器6通过信号传输电缆11与中央控制单元8的信号输入端相连。所述温度传感器6设置在结冰传感器7的上方。所述结冰传感器7沿闸门门槽2垂直设置。
所述电力电源为安全电压隔离变压器10。
所述水利水电闸门门槽防冻装置为两套，对称设于闸门门体1两侧的闸门门槽2上。
中央控制单元8由嵌入式计算机系统构成，操作程序中设定有“无冰防冰冻”和“有冰融冰”两种不同的工作模式，两种工作模式由中央控制单元8根据传感器信号自动切换。
通常情况下，将嵌入式计算机系统设置于“无冰防冰冻”工作模式。少数情况下，当冰冻已经发生，中央控制单元8自动转入全功率“有冰融冰”工作模式；达至冰冻化解，再自动转至“无冰防冰冻”工作模式。
通常情况下，结冰传感器7不输出结冰信号，通过温度传感器6感受气温变化。当气温处于冰点以上时，由分组PTC加热单元构成的加热元件4处于休眠状态，仅由中央控制单元8实施监控。当气温低于冰点时，中央控制单元8接通安全电压隔离变压器10，通过电能传输电缆12让加热元件4进行防冰冻加热。防冰冻加热操作实施全功率间歇加热，间歇启停操作由中央控制单元8自动控制。当气温偏高时，间歇时间长，加热时间短；当气温偏低时，间歇时间短，加热时间长。中央控制单元8面板上设置对应于不同气温的时间设定按钮，方便用户从节能与防冰冻效果两方面考虑进行设定。
当结冰传感器7感受到结冰状态时，中央控制单元8自动转入“有冰融冰”工作模式，此时，结冰传感器7将结冰部位与垂直结冰厚度参数传送给中央控制单元8，中央控制单元8根据预先设定程序接通安全电压隔离变压器10，通过分组切换驱动器9和电能传输电缆12让加热元件4进行融冰加热。
融冰加热有选择地针对结冰部位进行，融冰加热采用连续工作制。一旦结冰传感器7稳定检测到冰冻化解信号，系统自动转入“无冰防冰冻”工作模式。
本专利有三项新亮点：其一、使用了PTC加热单元；其二、配置了结冰传感器7；其三、加热单元使用36V安全工作电压。三亮点结合在一起，使得整个装置设计合理、针对性强、自动化程度高、节能高效、经济适用。
PTC加热单元是节能高效新型半导体加热器件，它可以在十分宽泛的工作电压下运行，它具有自动控温特性，它具有数十万小时以上的安全运行寿命，它具有十分低廉的构建成本。
由于水结成冰是水的相变过程，在这个过程中，水会放出大量热能。1千克质量的水转变成同温度的冰，要释放出79.6千卡的热能而1千克质量的冰转变成同温度的水，要吸收79.6千卡的热能；1千卡质量的水下降1摄氏度仅能释放出1千卡的热能而1千卡质量的水上升1摄氏度仅需吸收1千卡的热能。两者相差近80倍。
该物理法则提醒我们：水已经结成冰后要想化解，需使用较多的能源，最好是采取技术措施防止水冻结。
另外，防止闸门门槽2冰冻仅需在旁近闸门门槽2的非常小的水域内进行，这些都是本专利设计思想的重要基础。
水面是强冷空气与水体热交换的主要界面，在紧贴闸门门槽2的部位设置由分组PTC加热单元构成的加热元件4进行防冰冻加热，可使闸门门槽2附近区域水体温度略高于摄氏零度，有效阻止这一区域水体相变热交换，对小范围水体适度加温，所耗能源被限定在极低的合理水平。假设高效防冰冻PTC发热体满功率为2KW，每分钟只需释放热能约14千卡，就可让14千克水体温度上升1摄氏度，大大节省了能量。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种水利水电闸门门槽防冻装置，其特征在于：包括设置在闸门门体(1)迎水面一侧闸门门槽(2)上的加热元件(4)，所述加热元件(4)与闸门门体(1)相对的另一侧的闸门门槽(2)上设有结冰传感器(7)，所述结冰传感器(7)通过信号传输电缆(11)与中央控制单元(8)的信号输入端相连，所述中央控制单元(8)的信号输出端通过信号传输电缆(11)与分组切换驱动器(9)的信号输入端相连，所述分组切换驱动器(9)的动力输入端通过电能传输电缆(12)与电力电源相连，所述分组切换驱动器(9)的动力输出端通过电能传输电缆(12)与加热元件(4)相连。
2.根据权利要求1所述的水利水电闸门门槽防冻装置，其特征在于：所述加热元件(4)为PTC加热单元。
3.根据权利要求1或2所述的水利水电闸门门槽防冻装置，其特征在于：所述加热元件(4)与闸门门体(1)相对的另一侧的闸门门槽(2)上还设有温度传感器(6)，所述温度传感器(6)通过信号传输电缆(11)与中央控制单元(8)的信号输入端相连。
4.根据权利要求3所述的水利水电闸门门槽防冻装置，其特征在于：所述温度传感器(6)设置在结冰传感器(7)的上方。
5.根据权利要求1或2所述的水利水电闸门门槽防冻装置，其特征在于：所述结冰传感器(7)沿闸门门槽(2)垂直设置。
6.根据权利要求1或2所述的水利水电闸门门槽防冻装置，其特征在于：所述加热元件(4)通过导热硅胶体(5)固定于闸门门槽(2)上。
7.根据权利要求1或2所述的水利水电闸门门槽防冻装置，其特征在于：所述电力电源为安全电压隔离变压器(10)。
8.根据权利要求1或2所述的水利水电闸门门槽防冻装置，其特征在于：所述水利水电闸门门槽防冻装置为两套，对称设于闸门门体(1)两侧的闸门门槽(2)上。
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