沈阳水利设施除冰防冰装置

防冰装备是江河湖海及水库等挡水、泄水、输水、用水的坝与堤等建筑物的重要保障。至2011年，我国有各种规模水利设施15768万座及堤防总长度413679公里。冰害在寒冷地区及冬季对水利设施是很普遍的现象，其使设施受到不同程度的影响甚至破坏，造成事故，修复费用巨大。冰害已成为严重影响水利工程和人民生命财产安全的重大问题，近年来对防冰冻技术的研究越来越受到重视。目前，防冰害主要措施有五种：1）人工法；2）机械法；3）电热融法；4）水流扰动法，其喷射范围小，耗能大，稳定性能差，易损坏水利设施；5）气泡法，此法破冰速度快，但效率低、费用高。我国此领域工作较少，主要采取水流扰动法及气泡法。

我司2018年开始研发，投入人、财、物，从总体设计、材料、结构、工艺、工装、设备等做了大量有效工作，投入开发费达300多万元及科研20人年，所开发的新一代防冰装备已成功安装应用于10余座水利设施，获发明专利及实用新型各一项、软著2项、技术标准一项。

特制曝气头喷出形成气液泡防冰机理是基于水中气液泡上升行为：形状尺寸及速度、气液泡上升阻力和过冷水的形成、携带水量等因素。

我司通过系统详尽地研究气（液）泡法防冰的机理，并结合实际工程的工况及要求，首次提出微气液泡防冰除冰装备的控制思想。

整体装备由三部分组成：1）供气系统及管道；2）曝气组件；3）控制系统。

控制系统是大脑，曝气组件为功能体，供气系统及管道为资源供体。

控制系统由三个行为系统组成：1）自动化控制系统（PLC）；2）远程数据采集与监控系统（SCADA）；3）人工机械集控汇流排（阀组，Confluence bus）。

控制系统通过各种工况信号检测/传感器（温度、水压力/水深、气源压力/流量及电磁阀等，及各功能设备和器件的工作状态等），实现智能形成气液泡。进行人机协调，满足防冰效果及要求。

技术及装置特点

1）适用性：微气液泡防冰害装备及方法适用于水面下垂直高度6米、气温不低于零下45℃应用（我国最厚冰层300~800mm）；

2）材料：微气液泡曝气头的高分子膜片材料-硬度（邵尔A）55~65度、低温脆性-50℃、拉伸强度不小于20MPa、断裂伸长率50%、撕裂强度38KN/m、耐屈绕1万次、耐水老化（70℃×96h）：体积变化率≤5%、拉伸强度18MPa、耐酸碱、耐候、材料寿命超过50年；

3）关键部件：微气液泡曝气头的高分子膜片-爆破压力大于0.8MPa，使用耐气压0.1MPa，曝气孔直径60~100微米，可自由开关，喷气微孔与微弧形胶膜片成45度角；且喷气微孔从上向下呈△，曝气头使用寿命30年；

4）智能：微气液泡气体的手动、自动及远程输送、控制及装备/元件和组成满足0.01秒的实时性，自动控制系统（PLC）、远程监控系统（SCADA）及感知、决策、控制、执行、人机交互和自动报警满足0.01秒的实时性，自动满足-50℃~60℃工况使用，实现“无人值守”，通过5G传输，实现手机APP查看并操控，连接到智慧水利监控系统平台中；

5）产品普适性：计划开发不同工况下产品，可安装在水下或悬挂升降，满足江河湖海及水库等有水环境的挡水、泄水、输水、用水的坝与堤等不同建筑物物防冰需求，根据能耗要求不同，产品供气系统设计为热能回收节能型、永磁变频式经济型、定频高能高效性。

    

     

                                     除冰防冰效果照片（沈阳-25℃）                                               除冰防冰装置组成示意图