橡胶坝自动破冰管设计与应用.pdf

2010年9月 河北工程技术高等专科学校学报 Sep，2010 OFHEBEIENGlNEERINGANDTECHNlCALCOLLEGE 第3期 JOURNAL No．3 文章编号：1008—3782(2010)03--0005--03 橡胶坝自动破冰管设计与应用 张步峰 (张家口市清水河河务处橡胶坝监控中心，河北张家1：3075000) 摘要：橡胶坝自动破冰管是一项新兴破冰技术。具有安全、省工、高效、低成本和操作简单等优越性，具有很高的推广价值。文 中总结了张家口市清水河橡胶坝群连续三年的试验成果．提出了一套成熟可行的橡胶坝自动破冰管设计和运行方案。 关键词：自动破冰管；设计；应用 中图分类号：TV698．26文献标识码：A 在北方高寒地区冬季运行的橡胶坝蓄水工程，因橡胶坝袋内、外冰压差的作用和冰层的互相推压，极有 可能造成坝袋撕裂和坝袋锚固件松动、拨起而破坏橡胶坝。为了防止冰冻破坏，一般采用在橡胶坝袋前冰面 凿出一道水槽的方法，使橡胶坝袋与冰盖分离，以消除冰压力，保护坝袋。 目前，橡胶坝前破冰多采用镐凿、锤砸的方法，危险性高，劳动强度大，效率低，且人工费较高。鉴于此，在 张家口市清水河橡胶坝群进行了机械自动破冰系统设计和试验。试验结果表明，该系统可在无人值守情况下 自动运行破冰，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险，节约了破冰费用。 1 自动破冰管工作原理 橡胶坝在冬季运行时，蓄水区内冰盖下面的水温随着水深(不含冰层厚度)的增加而增加，水深1m以 内的水温为1℃左右；水深1．5m时可达到3℃左右；水深超过2m时，可达到4-5℃。自动破冰管设计原理 就是利用蓄水区下层水与顶层冰盖之间的温差，通过连续抽取冰盖下面高于0C的水融化冰盖，以达到破冰 目的，其工作原理见图1。 接潜水泵 ]| 图1 自动破冰管的工作原理 自动破冰管系统主要由潜水泵、输水管道和时间控制器3部分组成。由潜水泵抽取蓄水区内冰盖下的水 给管道加压输水，在输水管道正上方均匀钻一排小孔，加压的水通过输水管正上方的小孔向冰面或水面喷 射，因小孔喷射出的水温度高于OC，则可连续不断地融化冰层。同时，喷射水形成水花，不停地扰动水面，也 可阻止水面结冰。对潜水泵运行采用时间控制器控制其启动和停止，以实现破冰管自动运行。 2 自动破冰管设计 2．1输水管设计 收稿日期：2010-06—08 作者简介：张步峰(1967-)，男，河北省张家口市人，工程师，主要从事水利工程设计管理工作。 万方数据 6 河北工程技术高等专科学校学报 2．1．1 管材选择 普通无缝渡锌钢管、不锈钢管、PE管或PPR冷水管等耐腐蚀有柔性的材料均可作为输水管道。 塑料管的优点是自重轻、安装拆除方便、成本较低和变形能力强；其缺点输水管密度小，需在管上配重以 防浮起，且管道在水流的作用下易弯曲，景观效果较差。这种管材适用于管径较大、破冰长度长和安装难度大 的情况。在张家口市清水河橡胶坝工程中，长度超过100m的坝袋均采用PPR冷水管，管道接头全部采用不 锈钢或铝合金快速接头，以方便安装、拆除和维修。 镀锌钢管或不锈钢管不需配重，但其自重大，安装拆除不便，且造价较高。这种管材适用于管径较小、破 冰长度短和施工难度较小的情况。在张家口市清水河橡胶坝工程中，坝袋长度小于40ITI的橡胶坝均采用镀 锌钢管。在试验过程中发现钢管接头(管箍)经常被撕裂，且安装、更换困难，故钢管接头全部采用活接头。如 采用法兰连接，接头处不易破损，但施工费时、费工。 2．1．2管径确定 目前，管径计算尚无成熟公式，管道水力计算可参照喷灌技术中公式，近似计算管道的沿程、局部水头损 失和经济流速，根据经济流速确定管径。在张家口市清水河橡胶坝工程中，超过100m的破冰管选用内径63 mm的PPR冷水管，小于40rll的破冰管选用内径为50mill镀锌钢管。 2．1．3