1、2010年9月河北工程技術高等?？茖W校學報Sep，2010第3期JOURNALOFHEBEIENGlNEERINGANDTECHNlCALCOLLEGENo3文章編號：1008—3782(2010)03000503橡膠壩自動破冰管設計與應用張步峰(張家口市清水河河務處橡膠壩監(jiān)控中心，河北張家1：3075000)摘要：橡膠壩自動破冰管是一項新興破冰技術。具有安全、省工、高效、低成本和操作簡單等優(yōu)越性，具有很高的推廣價值。文中總結了張家口市

2、清水河橡膠壩群連續(xù)三年的試驗成果提出了一套成熟可行的橡膠壩自動破冰管設計和運行方案。關鍵詞：自動破冰管；設計；應用中圖分類號：TV69826文獻標識碼：A在北方高寒地區(qū)冬季運行的橡膠壩蓄水工程，因橡膠壩袋內(nèi)、外冰壓差的作用和冰層的互相推壓，極有可能造成壩袋撕裂和壩袋錨固件松動、撥起而破壞橡膠壩。為了防止冰凍破壞，一般采用在橡膠壩袋前冰面鑿出一道水槽的方法，使橡膠壩袋與冰蓋分離，以消除冰壓力，保護壩袋。目前，橡膠壩前破冰多采用鎬鑿、錘砸的

3、方法，危險性高，勞動強度大，效率低，且人工費較高。鑒于此，在張家口市清水河橡膠壩群進行了機械自動破冰系統(tǒng)設計和試驗。試驗結果表明，該系統(tǒng)可在無人值守情況下自動運行破冰，相比人工破冰而言，大大提高了破冰效率，消除了人工破冰落水的危險，節(jié)約了破冰費用。1自動破冰管工作原理橡膠壩在冬季運行時，蓄水區(qū)內(nèi)冰蓋下面的水溫隨著水深(不含冰層厚度)的增加而增加，水深1m以內(nèi)的水溫為1℃左右；水深15m時可達到3℃左右；水深超過2m時，可達到4“5℃。自

4、動破冰管設計原理就是利用蓄水區(qū)下層水與頂層冰蓋之間的溫差，通過連續(xù)抽取冰蓋下面高于0“C的水融化冰蓋，以達到破冰目的，其工作原理見圖1。接潛水泵]|圖1自動破冰管的工作原理自動破冰管系統(tǒng)主要由潛水泵、輸水管道和時間控制器3部分組成。由潛水泵抽取蓄水區(qū)內(nèi)冰蓋下的水給管道加壓輸水，在輸水管道正上方均勻鉆一排小孔，加壓的水通過輸水管正上方的小孔向冰面或水面噴射，因小孔噴射出的水溫度高于OC，則可連續(xù)不斷地融化冰層。同時，噴射水形成水花，不停地

5、擾動水面，也可阻止水面結冰。對潛水泵運行采用時間控制器控制其啟動和停止，以實現(xiàn)破冰管自動運行。2自動破冰管設計21輸水管設計收稿日期：201006—08作者簡介：張步峰(1967)，男，河北省張家口市人，工程師，主要從事水利工程設計管理工作。萬方數(shù)據(jù)第3期張步峰：橡膠壩自動破冰管設計與應用7222泵揚程確定輸水管噴水孔的出口壓力在01MPa時。水流能有效地攪動管與水面之間的水層，形成的水花(類似水沸騰)破冰效果較好。因此，選用15～25

6、m揚程的中低揚程潛水泵為好。揚程太大，噴射水流太細，擾動水層范圍太窄，會在水面上形成噴泉而作無用功，破冰效果反而不佳；如泵揚程太低，則不能有效頂起水花，破冰能力也差。223泵流量確定如潛水泵流量選擇太大，破冰效果雖好，但破冰電費必然會增加。潛水泵流量太小，破冰能力則不足。根據(jù)試驗，在張家口市氣候條件下，潛水泵的單位流量(1m3／h)破冰能力一般在3m左右，據(jù)此，如長度為100～120m的破冰管，可選擇的潛水泵流量應在30“40m3／h之

7、間。如果采用兩泵方案抽水破冰，兩泵流量之和也在上述范圍之內(nèi)。224泵過濾網(wǎng)設計蓄水區(qū)含有許多懸浮物、漂浮物和浮游生物，如不設過濾裝置，會被潛水泵吸入輸水管，堵塞噴水孔。潛水泵下部進水口自帶的濾網(wǎng)遠不滿足濾水要求，必須增設更細密的過濾網(wǎng)，將潛水泵置于濾網(wǎng)之內(nèi)運行。濾網(wǎng)為直徑60cm的圓柱形鋼筋籠，籠外包兩層篩網(wǎng)。第一層篩網(wǎng)為2mm孔徑鋼絲網(wǎng)，第二層為200目／英寸高強度尼綸網(wǎng)。第一層粗眼鋼絲網(wǎng)為第二層網(wǎng)做支撐，最外層細網(wǎng)為真正的過濾層。外

8、層細眼網(wǎng)因絲細和長期浸水，易銹蝕破損，因此，細網(wǎng)一般采用尼綸或晴綸等耐腐蝕材料。225泵懸吊與連接潛水泵與輸水管一樣采用浮球懸吊，當水位發(fā)生變化時，泵與輸水管可同時上下移動，在垂直方向上，二者永遠保持相對固定位置。這種浮力懸吊方式也保證了潛水泵懸停在固定深度的水層之內(nèi)。受大風和水流影響，潛水泵與輸水管之間經(jīng)常發(fā)生相對水平位移，造成連接處斷開和輸水管折斷。為避免此類情況發(fā)生，輸水管與泵二者之間采用軟管連接，這種柔性連接可有效減小因水平位移

9、產(chǎn)生的破壞力。23電氣設計對潛水泵的運行控制采用專門的電氣配電柜，柜內(nèi)除必要的過載、缺相和漏電保護裝置外，核心元件是時間控制器，用于控制潛水泵定時啟動和停止，達到自動控制運行之目的。因氣溫變幅大，時間控制器選用多檔位規(guī)格，可根據(jù)氣溫靈活調整破冰的運行時間和停頓時間。張家口市清衰1時間控制器運行時間調整襲白天最高氣溫運行方式和時間控制oc～3“C白天不運行，晚上運行6h一1℃～一4℃白天可不運行晚上運行12h一5℃～一9℃全天運行18h，

10、停頓6h低于一10℃24h運行水河所有破冰管均采用四檔位時間控制器，其試驗調整運行時間見表1。3注意事項每根輸水管打孔和接頭焊接加工都要保證所有噴水口成一條直線排列；在水下鋪設輸水管時，要細致調整，確保每根管上所有噴水孔都要垂直向上。在每年河道出現(xiàn)冰蓋解體或大量浮冰之前，及時拆除破冰管，防止浮冰撞擊破壞。本系統(tǒng)的設計、試驗和應用是在張家口市清水河的氣候、河流環(huán)境條件下進行的，如果破冰管所處區(qū)域氣候更為寒冷時，輸水管的噴水孔孔徑可適當加大