CN110924362A - 一种应用于渠道的高效节能防冰闸门 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于渠道的高效节能防冰闸门，在闸门的迎水面一侧设置提升斗，在闸门顶部设置有驱动提升斗升降的提升机构，在闸门的上部设置有加热区，在闸门底部设置有用于监测水体温度的温度传感器，温度传感器提供给控制器启动信号使控制器控制提升机构和加热机构工作，在提升斗内设置有重力感应机构，重力感应机构提供给控制器停止信号或返程信号使提升机构和加热机构停止或循环工作，本发明所采用通过对已结冰的冰层进行破碎和抬升分离再热融，采用该原理的防冰闸门结构和自动控制系统，至少能够使位于闸门前方一定宽度范围的冰体被破碎并融化，防止冰体对闸门造成额外负荷而影响闸门安全。

Description

一种应用于渠道的高效节能防冰闸门

技术领域

本发明属于闸门防冰技术领域，具体涉及一种应用于渠道的高效节能破冰除冰闸门。

背景技术

在水利工程中，闸门一般由单个或多个并排设置，同时或分别动作，从而实现水流的控制。但是，在低温区域的低温环境下，闸门上部会结冰，大大增加了闸门的负重，严重的影响了闸门的上下移动或启闭，尤其是位于高纬度或高海拔严寒地区的水库、江河湖泊，结冰期长，最大冰层厚度达1.5m以上，如不及时除冰并作防冻措施，会产生闸门结冰现象，从而导致闸门水封变形，导致闸门或弧门漏水，当冰层的巨大推力传递到铰支座上，导致铰支座裂损。同时，冰层的巨大上抬力，导致弧门开启事故，导致需要放水时闸门或弧门不能正常开启。

现有关于热融防冰闸门的专利公开文献中公开号为CN 105951684A的一种溢洪道闸门防冻除冰装置和公开号为CN206368345U的一种除冰效果好的闸门，都是在闸门内侧分布有热融管路，通过加热和热传递的方式实现对闸门表面附近的除冰功能。由于闸门位于水体内，而冰层与水层混合，上述方案并没有实现冰体与水体分离的加热方式，存在除冰效率低和能耗高的问题。

发明内容

本发明针对普通闸门容易因结冰造成闸门事故和异常情况的发生，以及现有热融防冰闸门结构设计不合理造成能源浪费和融冰效率低的问题，本发明提供了一种利用水循环原理和传热原理的新型防冰闸门，以达到防冰从而保证闸门正常启闭的目的。

实现上述目的的技术方案是采用一种应用于渠道的高效节能防冰闸门，在闸门的迎水面一侧设置提升斗，提升斗与闸门接触的内壁有镂空结构或者提升斗不设置内壁，在闸门顶部设置有驱动提升斗升降的提升机构，在闸门的上部设置有加热区，加热机构为加热区提供热能，提升斗被提升至加热区后，提升斗内冰体能接触加热区被加热融化，在闸门底部设置有用于监测水体温度的温度传感器，温度传感器提供给控制器启动信号使控制器控制提升机构和加热机构工作，在提升斗内设置有重力感应机构，重力感应机构提供给控制器停止信号或返程信号使提升机构和加热机构停止或循环工作。

其中的提升机构，可以是在闸门的两侧上部分别固定有上固定座和下固定座，上固定座安装有驱动机构，驱动机构的输出轴连接有竖向的提升螺杆，驱动机构转动能够使提升螺杆转动，在提升斗的两侧分别固定有活动座，活动座内竖向固定有螺母套，所述提升螺杆与螺母套匹配螺纹连接，从而当提升螺杆转动时能够带动提升斗升降运动。

其中的提升机构，还可以是在闸门的顶部中心位置安装有提升电机，提升电机的转轴上安装有绳轮，绳轮上缠绕的牵引绳末端固定在提升斗上部中心的吊耳上。

所采用的重力感应机构，可以是在提升斗内安装压力传感器，在提升斗前侧壁或底板安装有转轴，转轴上铰接有镂空压板，并设置有保持镂空压板向上抬起的扭簧或弹簧，提升斗侧壁设置有防止镂空压板过度抬起的挡台，在位于镂空压板下方的提升斗内侧壁或底板上安装所述压力传感器。

所采用的重力感应机构，还可以是在提升斗上部中心的吊耳与牵引绳之间安装拉力传感器。

加热机构的加热方式多样，加热方式一是在加热区闸门内腔中布置电热装置一，在加热区闸门侧壁上设置通孔并套装外露导热柱，外露导热柱与闸门之间通过隔热套隔离，电热装置一的发热部位与各外露导热柱热传递。

加热机构的加热方式二是在加热区闸门内腔中布置热水盘管，在相邻盘管之间套装导热板，在加热区闸门侧壁上设置通孔并套装外露导热柱，外露导热柱与闸门之间通过隔热套隔离，各导热板分别与各外露导热柱热传递；又在闸门内部或外部设置有热水箱加热机构，通过水泵驱动热水箱内热水向加热盘管供热实现热水循环。热水箱加热机构是在热水箱内布置电热装置二。

所采用的提升斗可以进一步为锥形，其外侧壁为斜面板，在斜面板上分别有漏水孔，在斜面板的外侧向下分布有一系列切冰齿。以及还可以在提升斗与闸门侧壁接触的部位安装有滑轮。

另外，还可以在所述热水箱内设置电磁铁，将 N 极和 S 极分别设置在热水箱两端，中部设搅拌轴并连接搅拌电机，同时通过在 N 极和 S 极外部设置有铜合金网。

与现有闸板热融防冰技术相比，本发明的有益效果：现有闸门热融防冰技术是在闸门附近结冰初期就对冰和水加热，防止结冰发生，从而因水量较大而造成耗能高的问题，相对于现有闸门热融防冰技术，本发明所采用的方案允许闸门附近有少量结冰，甚至可以设置结冰时间范围内，通过对已结冰的冰层进行破碎和抬升分离再热融，采用该原理的防冰闸门结构和自动控制系统，至少能够使位于闸门前方一定宽度范围的冰体被破碎并融化，防止冰体对闸门造成额外负荷而影响闸门安全。

在本发明方案中的加热区的和热水箱的外侧都各设置有隔热层能够防止热量与闸门传递进而与水体传递。外露导热柱又分别通过隔热套与闸门隔离，所以整个加热机构能够完全与闸门和水体隔离。由于冰体是被提升后加热融化，即冰体是在脱离水体后被融化，所以加热机构只对冰体加热而不会对水体加热，实现高效和节能效果。

保证闸门或弧门的安全稳定运行，必须在严寒地区闸门前设置并运行防冻除冰装置，保持门前具有永久的不冻区域，避免闸门结冰事故和异常情况的发生。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是图1的剖面结构示意图。

图3是图1的正面结构示意图。

图4是另一种提升斗的结构示意图之一。

图5是另一种提升斗的结构示意图之二。

图中标号：1为上固定座，2为升降电机，3为变速器，4为导向杆，5为提升螺杆，6为锥形提升斗，61为斜面板，62为侧壁，63为漏水孔，64为横梁，65为滑轮，66为切冰齿，7为活动座，8为滑套，9为螺母套，10为下固定座，11为导热板，12为外露导热柱，13为隔热套，14为热水盘管，15为内置水箱，16为水泵，17为抽水管，18为回水管，19为隔热层，20为密封罩，21为加热区，22为连接套，23为输出轴，24为联轴器，25为电热装置，26为转轴，27为镂空压板，28为侧壁挡台，29为压力传感器，30为线缆，31为吊耳，32为牵引绳，33为拉力传感器，34为温度传感器，35为闸门主体。

具体实施方式

实施例1：一种如图1所示的防冰闸门，主要应用于渠道闸门改造，能够高效节能地消除闸门前方冰体，保护闸门安全。

从图1可以看出，在闸门主体35的迎水面一侧设置有提升斗，优选采用图中的锥形提升斗6，也可以采用其他形状例如矩形或体型提升斗结构。该锥形提升斗6的外侧壁为斜面板61，两侧壁62与斜面板61垂直连接，两侧壁62的内侧通过横梁64固定连接，横梁不与闸板表面接触而是存在配合间隙，从而提升斗两侧壁62能够与闸板接触而横梁不予闸板接触。两侧壁62直接支撑在闸板表面能够提供给提升斗支撑力，防止较大冰体因水压波动而晃动或对提升机构造成不利破坏。在斜面板61上分别有漏水孔63，以便融化的冰水向下倾泻。在斜面板61的外侧向下分布有一系列切冰齿66，具有破冰作用，防止大块冰体无法被提升的问题。可见，本发是对具有一定结冰厚度（安全范围内）的冰层进行破冰和融冰，而非是在结冰初期就对水体进行加热。

其中，提升斗与闸门接触的内壁有镂空结构或者提升斗不设置内壁，其目的是确保冰体与闸门的加热区21能够直接接触。图1中所示的提升斗不含内壁，是通过在两侧壁之间连接有横梁以增强其强度。

在驱动提升斗升降运动时，需要采用合理的提升机构。在本实施例中采用了如图1所示的对称螺杆提升机构。具体地，如图3所示，在闸门顶部两侧上部分别固定上固定座1和下固定座10，上固定座1安装有驱动机构，该驱动机构由升降电机2和变速器3组合，电机转轴与变速器3输入轴连接，变速器输出轴通过联轴器连接有竖向的提升螺杆5。驱动机构转动能够使提升螺杆5转动，在提升斗的两侧分别固定有活动座7，活动座7内竖向固定有螺母套9，所述提升螺杆5与螺母套9匹配螺纹连接，从而当提升螺杆5转动时能够带动提升斗升降运动。

在本实施例中对提升机构进一步又设置了导向杆结构，即在上固定座1和下固定座10之间固定连接有竖向的导向杆4，同时在所述活动座7内安装有滑套8，导向杆4匹配套装于滑套8内并能沿滑套滑动。利用导向杆4能够进一步确保提升斗的运动稳定性，防止因较大冰体从侧面冲击提升斗造成提升螺杆5受侧向压力而变形或使运行受阻。

在闸门的上部设置有加热区21，利用加热机构为加热区提供热能，闸门内部含有增强肋板，加热区是躲开增强肋板布置于闸板内部。在本实施例中，所采用的加热机构是在加热区闸门内腔中布置热水盘管14，如图2所示，在相邻盘管之间套装导热板11，在加热区闸门侧壁上设置通孔并套装外露导热柱12，外露导热柱12与闸门之间通过隔热套13隔离，各导热板11分别与各外露导热柱12热传递。同时又在闸门内部（或外部）设置有热水箱加热机构，通过水泵16驱动热水箱（内置水箱15）内热水向加热盘管供热实现热水循环。热水箱加热机构是在热水箱内布置电热装置25。提升斗被提升至加热区后，提升斗内冰体能直接接触各导热柱，在加热区被加热融化。

如图1所示，在闸门底部设置有用于监测水体温度的一系列温度传感器构成温度传感器组。在提升斗内设置有重力感应机构。在本实施中的重力感应机构如图4所示，是在提升斗内安装压力传感器，在提升斗内侧壁或底板安装有转轴，转轴上铰接有镂空压板27，并设置有保持镂空压板27向上抬起的扭簧或弹簧，提升斗侧壁设置有防止镂空压板27过度抬起的挡台（挡台较短不会支撑冰体重量），镂空压板27向上抬起的高度较小，目的是不直接压迫压力传感器的探头。在位于镂空压板27下方的提升斗斜面板61（前侧壁）上安装所述压力传感器，当镂空压板27被冰体压迫后，镂空压板27克服扭簧或弹簧的弹力，压迫在压力传感器的探头上，使压力传感器具有压力信号。

在闸门内腔合适位置安装控制器，温度传感器和压力传感器分别与控制器的信号输入端连接。温度传感器提供给控制器启动信号（随即启动或延时启动，延时长短可设置），使控制器控制提升机构的升降电机2、加热机构的水泵16和电热装置25开始工作。即当温度传感器感应到水体温度为零度时，或较长时间处于零度时，驱动提升斗由下而上运动，提升斗铲起冰体向上运动，当运动至加热区后，冰体被加热逐渐融化。由于冰体压迫所述镂空压板能够使压力传感器处于被压缩的信号状态。冰体被融化过程冰水不断向下倾泻，当冰体被融化殆尽时，冰体重力不足以压迫镂空板给压力传感器以压迫信号，即达到了设定的压力变化信号时，压力传感器提供给控制器停止信号或返程信号使提升机构和加热机构停止或循环工作。通常，当该系统开始运行后，会持续反复运行多次，直至压力传感器多次都没有出现压迫信号时，停止工作。

通过上述防冰闸门结构和自动控制系统，至少能够使位于闸门前方一定宽度范围的冰体被破碎并融化，防止冰体对闸门造成额外负荷而影响闸门安全。

加热区的和热水箱的外侧都各设置有隔热层能够防止热量与闸门传递进而与水体传递。外露导热柱12又分别通过隔热套13与闸门隔离，所以整个加热机构能够完全与闸门和水体隔离。由于冰体是被提升后加热融化，即冰体是在脱离水体后被融化，所以加热机构只对冰体加热而不会对水体加热，实现高效和节能效果。

实施例2：另一种防冰闸门，内容与实施例1基本相同，不同的是提升机构的改变。本实施中采用的提升机构是在闸门的顶部中心位置安装有升降电机2，升降电机2的转轴上安装有绳轮，绳轮上缠绕的牵引绳末端固定在提升斗上部中心的吊耳上。

实施例3：在实施例2基础时进一步改进的防冰闸门中，如图5所示，采用的重力感应机构是在提升斗上部中心的吊耳与牵引绳之间安装拉力传感器。

实施例4：又一种防冰闸门，内容与实施例1基本相同，不同的是加热机构的改变。本实施中采用的加热机构是在加热区闸门内腔中布置电热装置一，在加热区闸门侧壁上设置通孔并套装外露导热柱12，外露导热柱12与闸门之间通过隔热套13隔离，电热装置一的发热部位与各外露导热柱热传递。

实施例5：在实施例1或2基础上，如图5所示，将提升斗与闸门侧壁接触的部位安装有滑轮65。

实施例6：又一种防冰闸门，主要包括三个部分:分别是闸门主体，闸门后加热装置，以及闸门前置冰水分离装置。如图1所示，闸门主体两侧设置有螺纹升降杆，为闸门前置冰水分离装置的升降运行提供运行轨道。闸门后的加热装置采用的是如图2所示的技术方案：在闸门的背水面设置水箱水箱内壁设电加热部件。在闸门向水面设置循环水管与水箱连通形成循环闭路。当处低温环境闸门表面结冰时，加热水箱内储水，由设在水箱出口循环水盘管入口的水泵送入盘管，形成循环而达到除冰的效果，这样除冰的方式比较温和，延长了低温环境闸门的使用寿命。

进一步地，在热水箱内设置电磁铁，将 N 极和 S 极分别设置在热水箱两端，中部设搅拌轴，对水进行搅拌。水在加热过程中其中存在的物质( 离子形式存在) 局部被磁化，大大减少了水中固态杂质的产生几率，并且使得水箱中基本不产生水垢。同时通过在 N 极和 S 极外部设置有铜合金网，使经过磁化后向磁极移动的部分固态杂质吸附在铜合金网上，并分解部分杂质。经过一定时间后，将铜合金网拆卸清洗即可继续使用。由此循环 水多次循环使用后依然可保持清洁，避免水管、水箱、水泵等部件结垢，有效缓解腐蚀现象。在水箱内设温度、水位、水质等传感控制器，配以信息储存、处理模块，通过有线或无线通讯模块与控制终端进行信号通讯，继而对储水装置进行相应的操作。

闸门前置升降装置为一截面梯形的长方体状构件，竖直向上方向口完全打开，向下口设置有漏洞装圆形孔洞。此外，在前置升降装置的两侧装有有个小型旋转升降机。当感应装置启动升降结构时，两侧小型旋转升降机开始转动，顺着闸门两侧螺纹轨道缓缓上升，最终将闸门前的冰块抬出水面，通过上述漏网状结构将冰水分离，避免造成能源的浪费。

通过上述三部分的结构，当闸门前浮冰累积达到一定程度时，通过外部的温度感应装置，触发闸门前置升降结构，升降机运转，将前置的分离斗抬起，抬起过程中将水过滤掉，在升降机将分离斗抬到最高点时，冰水也基本彻底分离。然后闸门后的加热水箱通过在水箱内设有的温度、水位、水质等传感控制器，开始对水箱内的水进行加热，然后传输到闸门后的热水管道，起到加热闸门的作用，最终实现融化冰块，防止冰块破坏闸门的作用。

本实施例具有如下有益效果是：达到相当程度防冰的效果。有效的保护闸门，延长闸门使用寿命。较传统防冰闸门更加节能环保。结构简单方便，不影响闸门正常启闭工作。可实现自动控制，减少人力资源的浪费。

Claims (10)

1.一种应用于渠道的高效节能防冰闸门，其特征在于，在闸门的迎水面一侧设置提升斗，提升斗与闸门接触的内壁有镂空结构或者提升斗不设置内壁，在闸门顶部设置有驱动提升斗升降的提升机构，在闸门的上部设置有加热区，加热机构为加热区提供热能，提升斗被提升至加热区后，提升斗内冰体能接触加热区被加热融化，在闸门底部设置有用于监测水体温度的温度传感器，温度传感器提供给控制器启动信号使控制器控制提升机构和加热机构工作，在提升斗内设置有重力感应机构，重力感应机构提供给控制器停止信号或返程信号使提升机构和加热机构停止或循环工作。

2.根据权利要求1所示的应用于渠道的高效节能防冰闸门，其特征在于，提升机构是在闸门的两侧上部分别固定有上固定座和下固定座，上固定座安装有驱动机构，驱动机构的输出轴连接有竖向的提升螺杆，驱动机构转动能够使提升螺杆转动，在提升斗的两侧分别固定有活动座，活动座内竖向固定有螺母套，所述提升螺杆与螺母套匹配螺纹连接，从而当提升螺杆转动时能够带动提升斗升降运动。

3.根据权利要求1所示的应用于渠道的高效节能防冰闸门，其特征在于，提升机构是在闸门的顶部中心位置安装有提升电机，提升电机的转轴上安装有绳轮，绳轮上缠绕的牵引绳末端固定在提升斗上部中心的吊耳上。

4.根据权利要求1或2所示的应用于渠道的高效节能防冰闸门，其特征在于，所述重力感应机构是在提升斗内安装压力传感器，在提升斗前侧壁或底板安装有转轴，转轴上铰接有镂空压板，并设置有保持镂空压板向上抬起的扭簧或弹簧，提升斗侧壁设置有防止镂空压板过度抬起的挡台，在位于镂空压板下方的提升斗内侧壁或底板上安装所述压力传感器。

5.根据权利要求3所示的应用于渠道的高效节能防冰闸门，其特征在于，重力感应机构是在提升斗上部中心的吊耳与牵引绳之间安装拉力传感器。

6.根据权利要求1所示的应用于渠道的高效节能防冰闸门，其特征在于，所述加热机构是在加热区闸门内腔中布置电热装置一，在加热区闸门侧壁上设置通孔并套装外露导热柱，外露导热柱与闸门之间通过隔热套隔离，电热装置一的发热部位与各外露导热柱热传递。

7.根据权利要求1所示的应用于渠道的高效节能防冰闸门，其特征在于，所述加热机构是在加热区闸门内腔中布置热水盘管，在相邻盘管之间套装导热板，在加热区闸门侧壁上设置通孔并套装外露导热柱，外露导热柱与闸门之间通过隔热套隔离，各导热板分别与各外露导热柱热传递；又在闸门内部或外部设置有热水箱加热机构，通过水泵驱动热水箱内热水向加热盘管供热实现热水循环；热水箱加热机构是在热水箱内布置电热装置二。

8.根据权利要求1所示的应用于渠道的高效节能防冰闸门，其特征在于，所述提升斗为锥形，其外侧壁为斜面板，在斜面板上分别有漏水孔，在斜面板的外侧向下分布有一系列切冰齿。

9.根据权利要求1所示的应用于渠道的高效节能防冰闸门，其特征在于，在提升斗与闸门侧壁接触的部位安装有滑轮。

10.根据权利要求7所示的应用于渠道的高效节能防冰闸门，其特征在于，在热水箱内设置电磁铁，将 N 极和 S 极分别设置在热水箱两端，中部设搅拌轴并连接搅拌电机，同时通过在 N 极和 S 极外部设置有铜合金网。

Images