水库闸门防冰冻设备改型设计及应用
一 基本情况
黄壁庄水库位于河北省石家庄地区，是海河流域子牙河系滹沱河中下游重要的控制性大型水利枢纽工程，总库容12.1亿m³。水库工程主要由主坝、副坝、重力坝、正常溢洪道、非常溢洪道及新增非常溢洪道组成。其中正常溢洪道有8孔弧形钢闸门，尺寸为12×13m。水库地处中纬度，属温带大陆季风性气候，四季分明，冬季水库水面结冰，冰冻期为12月底到第二年的3月份，约70天，冰层的厚度约为40--50cm。
闸门是水工建筑物的重要组成部分，冬季水库水面冰层产生巨大推力，对闸门安全构成威胁。《水利水电工程钢闸门设计规范》（DL/T5013-95）规定，闸门不应承受静冰压力。《水工建筑物抗冰冻设计规范》（SL211-2006）规定，冰冻期挡水而不开启的表孔闸门，为防止静冰压力作用，闸门前冰盖上应保持有一条不结冰的水域或水缝。为防止冰压力对钢闸门造成危害，水库正常溢洪道闸门一直装有防冰冻设备。经多年运行使用，原设备问题突出，不再适合水库现状，因此对原防冰冻设备进行了改型设计，经实际运用效果不错。
二 原有防冰冻设备简介
2000年水库除险加固工程结束后正常溢洪道闸门一直采用压力水射流法防冰冻的方法，即用潜水泵取深层温水抽至表层进行热量交换并扰动水流，防止闸门前一定范围内表层水不结冰进而有效保护闸
门的方法。正常溢洪道2孔闸门共用一套防冰冻设备，长度为26m，由DN100镀锌管分5节用法兰横向连接而成。5.5KW潜水泵位于管路中部下方，通过胶管与管路连接。管路正上方在管壁上钻有Φ5mm的圆孔，间距50cm。
防冰冻设备一般在12月中下旬安装（水库水面结冰前），过程为：受闸门前交通桥闸墩灯杆影响，整套设备只能在桥面上分3部分组装好，下放至水面处，再由人员乘船在近水面处将整套设备组装完毕。之后将设备水平放入水中，开启潜水泵，依水面翻出的水花情况调整设备合适深度，最后将吊装的绳具固定于桥面栏杆上。
此种防冰冻设备在使用中化冰效果较好，但具有以下缺点：（1）能耗高 配备潜水泵功率较大，长期运行用电量大。经统计正常溢洪道4套设备月最高用电量达到1.4万度。（2）重量大 第一造成设备安装、拆除不方便，；其次冬季水库水位变化时造成设备调整不方便；再次设备安装、拆除过程中及吊点固定都存在一定的安全隐患。
鉴于上述情况，对原防冰冻设备进行了改型设计，经运用取得了不错的除冰效果。
三 新设备的设计
1、考虑用潜水泵防冰冻的方式与其他方式相比有较大的优越性，此次防冰冻设备改型继续考虑用潜水泵式防冰冻设备，改型设计依据《水工建筑物抗冰冻设计规范》；以节能降耗、减轻重量、方便安装、满足使用的原则来进行；采用一孔一套防冰冻设备的方式。
2、参数计算
①根据水库近五年的水文、气象资料，当地最低气温取tk=-14℃；
最冷月最大风速Vw=13m/s；
②冰盖下水温补给的热流量ＱH(kW)：ＱH＝0.6·Ｑp·tw
Ｑp-潜水泵流量(m3/h） ；tw-潜水泵放置水深Hp处的水温，Hp=2m
处实测水温为0.9 ℃
③水气交界面的全部热流量损失强度：S＝0.003（1.553E－tk）Vw
S-水气交界面的全部热流量损失强度（kw/m2） E-饱和水汽压（hpa）根据温度查表取E=2.076 代入数值S==0.672 kw/㎡
④补给的热流量应满足 ＱH＞k2·S·B0·L0
B0-不冻水面宽度，取B0=0.6m L0-不冻水面长度，取L0=14m k2安全系数，取1.25 根据公式可得0.6·Ｑp·tw＞k2·S·B0·L0
Ｑp＞（k2·S·B0·L0）/(0.6·tw)，代入数值可得：Ｑp＞
13.07m3/h
⑤根据计算结果需选择流量大于13.07m3/h，扬程大于2倍放置水深的潜水泵。根据市场上国标的潜水泵型号，实际选取流量为15m3/h、扬程10m、功率为0.75kW的潜水泵。
⑥根据潜水泵的流量和钢管的强度，主管路采用DN50的镀锌管，管路上方射流孔直径取Φ=5mm，射流孔间距为1m。
四 新设备使用情况
1、在冰冻期的最冷月，新设备能在闸门前形成5-10m的不结冰水带，满足了使用要求。
2、节能明显 旧设备每套功率为5.5kW，正常溢洪道共4套设备，总功率22KW；新设备每套功率为0.75kW，正常溢洪道共8套设备，总功率为6kW，大大节省了用电量，达到节能降耗的目的。
3、拆装方便 旧设备整套重约380kg，每次安装、拆除调整需要人员15-20个；而新设备整套设备总重为90kg，安装、拆除、调整只需4-8人，省略了水面作业环节，节省了时间，提高了效率，增加了安全性。
水库闸门防冰冻设备改型设计及应用
一 基本情况
黄壁庄水库位于河北省石家庄地区，是海河流域子牙河系滹沱河中下游重要的控制性大型水利枢纽工程，总库容12.1亿m³。水库工程主要由主坝、副坝、重力坝、正常溢洪道、非常溢洪道及新增非常溢洪道组成。其中正常溢洪道有8孔弧形钢闸门，尺寸为12×13m。水库地处中纬度，属温带大陆季风性气候，四季分明，冬季水库水面结冰，冰冻期为12月底到第二年的3月份，约70天，冰层的厚度约为40--50cm。
闸门是水工建筑物的重要组成部分，冬季水库水面冰层产生巨大推力，对闸门安全构成威胁。《水利水电工程钢闸门设计规范》（DL/T5013-95）规定，闸门不应承受静冰压力。《水工建筑物抗冰冻设计规范》（SL211-2006）规定，冰冻期挡水而不开启的表孔闸门，为防止静冰压力作用，闸门前冰盖上应保持有一条不结冰的水域或水缝。为防止冰压力对钢闸门造成危害，水库正常溢洪道闸门一直装有防冰冻设备。经多年运行使用，原设备问题突出，不再适合水库现状，因此对原防冰冻设备进行了改型设计，经实际运用效果不错。
二 原有防冰冻设备简介
2000年水库除险加固工程结束后正常溢洪道闸门一直采用压力水射流法防冰冻的方法，即用潜水泵取深层温水抽至表层进行热量交换并扰动水流，防止闸门前一定范围内表层水不结冰进而有效保护闸
门的方法。正常溢洪道2孔闸门共用一套防冰冻设备，长度为26m，由DN100镀锌管分5节用法兰横向连接而成。5.5KW潜水泵位于管路中部下方，通过胶管与管路连接。管路正上方在管壁上钻有Φ5mm的圆孔，间距50cm。
防冰冻设备一般在12月中下旬安装（水库水面结冰前），过程为：受闸门前交通桥闸墩灯杆影响，整套设备只能在桥面上分3部分组装好，下放至水面处，再由人员乘船在近水面处将整套设备组装完毕。之后将设备水平放入水中，开启潜水泵，依水面翻出的水花情况调整设备合适深度，最后将吊装的绳具固定于桥面栏杆上。
此种防冰冻设备在使用中化冰效果较好，但具有以下缺点：（1）能耗高 配备潜水泵功率较大，长期运行用电量大。经统计正常溢洪道4套设备月最高用电量达到1.4万度。（2）重量大 第一造成设备安装、拆除不方便，；其次冬季水库水位变化时造成设备调整不方便；再次设备安装、拆除过程中及吊点固定都存在一定的安全隐患。
鉴于上述情况，对原防冰冻设备进行了改型设计，经运用取得了不错的除冰效果。
三 新设备的设计
1、考虑用潜水泵防冰冻的方式与其他方式相比有较大的优越性，此次防冰冻设备改型继续考虑用潜水泵式防冰冻设备，改型设计依据《水工建筑物抗冰冻设计规范》；以节能降耗、减轻重量、方便安装、满足使用的原则来进行；采用一孔一套防冰冻设备的方式。
2、参数计算
①根据水库近五年的水文、气象资料，当地最低气温取tk=-14℃；
最冷月最大风速Vw=13m/s；
②冰盖下水温补给的热流量ＱH(kW)：ＱH＝0.6·Ｑp·tw
Ｑp-潜水泵流量(m3/h） ；tw-潜水泵放置水深Hp处的水温，Hp=2m
处实测水温为0.9 ℃
③水气交界面的全部热流量损失强度：S＝0.003（1.553E－tk）Vw
S-水气交界面的全部热流量损失强度（kw/m2） E-饱和水汽压（hpa）根据温度查表取E=2.076 代入数值S==0.672 kw/㎡
④补给的热流量应满足 ＱH＞k2·S·B0·L0
B0-不冻水面宽度，取B0=0.6m L0-不冻水面长度，取L0=14m k2安全系数，取1.25 根据公式可得0.6·Ｑp·tw＞k2·S·B0·L0
Ｑp＞（k2·S·B0·L0）/(0.6·tw)，代入数值可得：Ｑp＞
13.07m3/h
⑤根据计算结果需选择流量大于13.07m3/h，扬程大于2倍放置水深的潜水泵。根据市场上国标的潜水泵型号，实际选取流量为15m3/h、扬程10m、功率为0.75kW的潜水泵。
⑥根据潜水泵的流量和钢管的强度，主管路采用DN50的镀锌管，管路上方射流孔直径取Φ=5mm，射流孔间距为1m。
四 新设备使用情况
1、在冰冻期的最冷月，新设备能在闸门前形成5-10m的不结冰水带，满足了使用要求。
2、节能明显 旧设备每套功率为5.5kW，正常溢洪道共4套设备，总功率22KW；新设备每套功率为0.75kW，正常溢洪道共8套设备，总功率为6kW，大大节省了用电量，达到节能降耗的目的。
3、拆装方便 旧设备整套重约380kg，每次安装、拆除调整需要人员15-20个；而新设备整套设备总重为90kg，安装、拆除、调整只需4-8人，省略了水面作业环节，节省了时间，提高了效率，增加了安全性。