【技术实现步骤摘要】
：本专利技术属于除冰防冻，尤其涉及一种基于发热钢管的寒区大坝止水结构抗冻害装置及实施方法。
技术介绍
0、
技术介绍
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1、寒区面板坝，冰冻破坏问题十分严重。其中接缝止水结构的破坏最为常见和严重。大坝面板水位变化区的止水结构是整个水坝体系的薄弱环节，最容易受到冰冻破坏。主要的破坏形式包括拉裂、挤压、砸伤，并常伴随着橡胶盖板脱落和锚固结构损坏，造成严重安全隐患。
2、在实际运行管理阶段除优化结构设计和加强防护外，通常还需配合除冰措施。目前采用的除冰措施大多是被动防护，需投入大量成本，消耗大量的人力资源，且破冰效率低，效果差。极寒条件下冰面人工作业也存在较大潜在人身意外伤害危险。止水结构的除冰作业每年都需要投入大量的人力、物力。
技术实现思路
0、
技术实现思路
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1、为解决上述
技术介绍
中提及的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于发热钢管的寒区大坝止水结构抗冻害装置及实施方法。
2、一种基于发热钢管的寒区大坝止水结构抗冻害装置，包括发热机构，所述的发热机构包括电路控制模块、若干根固定板条、若干根钢管和若干根电伴热带，若干根钢管横向并排布置，并在固定板条的固定下形成管板，相邻的两根钢管之间留有间隙；每根钢管内插有一根电伴热带，电伴热带的两端连接在电路控制模块上，所述的电路控制模块控制不同水位范围内电伴热带的开启与关闭。
3、作为优选方案：若干根所述的固定板条分为两组，其中一组布置在管板的上面，另一组布置在管板的下面，每组中的固定板
4、作为优选方案：若干根所述的固定板条沿着钢管的长度方向进行排布，并通过螺栓将钢管固定在止水结构附近处的混凝土面板上上。
5、作为优选方案：所述的固定板条为连续的浪板，其包括交替设置的平直段和弧形段，所述的平直段上开有通孔，并处于相邻的两根钢管之间，固定板条通过平直段上的通孔和螺栓的配合实现上下两个固定板条的连接，或固定板条与混凝土面板上的连接；所述弧形段的直径等于钢管的直径，弧形段包裹在钢管的外壁上。
6、作为优选方案：所述钢管的直径为6～10cm，长度为6～10m，所述固定板条的厚度为1cm～1.2cm。
7、作为优选方案：所述的钢管为3～5根。
8、作为优选方案：所述的电路控制模块包括水位探针、水位探测器、接触器和若干三级断路器；所述的水位探针置于钢管表面，并与水位探测器电连接，所述的水位探测器与接触器电连接，所述的接触器与三级断路器电连接，每个三级断路器与一根电伴热带电连接。
9、作为优选方案：所述的抗冻害装置还包括滑移机构，所述的发热机构安装在滑移机构上，以实现发热机构与止水结构相对位置的改变；所述的滑移机构包括驱动组件、两根滑轨、两组支撑杆、两组滑轮和支撑盖板，所述的止水结构处于两根滑轨之间；所述的支撑杆与滑轮分为两组，其中一组布置在其中一根滑轨上，另外一组布置在另一根滑轨上；每根支撑杆的底部安装有一个滑轮，滑轮与滑轨滑动连接；每根支撑杆的顶端与支撑盖板的下表面固定连接，所述的发热机构一安装在支撑盖板的下表面上，并处于两根滑轨之间，所述的驱动组件连接在支撑盖板上，并带动发热机构沿着滑轨的长度方向进行移动，进而实现止水结构不同位置处的加热除冰。
10、作为优选方案：所述的支撑杆为伸缩杆。
11、一种基于发热钢管的寒区大坝止水结构抗冻害装置的实施方法，具体实施过程如下：
12、步骤1,确定装置的保护层厚度h1、装置作用面积a以及确定保护层的密度ρ1与比热容c1，从而计算出在传热过程中，保护层的升温蓄热q1，计算公式如下：
13、q1＝m1c1δt＝ρ1v1c1δt＝ρ1ah1c1(t1-t0)
14、式中：q1为保护层升温蓄热所需显热；ρ1为保护层的密度；a为保护层与冰层的接触面积；h1为保护层厚度；c1为保护层的比热容；t1为保护层升温后达到的温度；t0为保护层初始温度；
15、步骤2,确定水的比热容cs、装置作用面积a、冰层的密度ρ2与比热容cw，结合某一温度条件下，融冰作用范围x以及冰层的初始温度t0，便计算出冰层升温蓄热所需显热q2，计算公式如下：
16、q2＝m2(cwt0-cst2)＝ρ2ax(cwt0-cst2)
17、式中：q2为冰层升温蓄热所需显热；ρ2为冰层的密度；a为保护层与冰层的接触面积；x为融冰作用范围；cw为冰层的比热容；cs为水的比热容；t2为冰融化为水后的温度；t0为冰层初始温度；
18、步骤3,确定冰的融解热hf，并根据冰层密度ρ2、装置作用面积a以及融冰作用范围x即可得出冰层融化相变潜热q3，计算公式如下：
19、q3＝m2hf＝ρ2axhf
20、式中：q3为冰层融化相变潜热；ρ2为冰层的密度；a为保护层与冰层的接触面积；x为融冰作用范围，hf为冰的融解热，取334kj/(kg·℃)；
21、步骤4,根据环境条件，确定对流换热系数hk以及冰层初始温度t0、装置作用面积a即可得出对流换热的热量q4，计算公式如下：
22、q4＝ahk(t2-t0)
23、式中：q4为对流换热量；a为保护层与冰层的接触面积；hk为对流换热系数，取500w/(m2·℃)；t2为冰融化为水后的温度；t0为冰层初始温度。
24、步骤5,得出发热机构a应当提供的热量q＝q1+q2+q3+q4，电伴热带的发热功率为qm，电伴热带的长度为
25、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
26、1、本专利技术在钢管与电伴热带的配合下形成电伴热系统，实现止水结构的主动除冰防冻，同时将电伴热带设置在钢管内，简化了电伴热系统铺设的施工工序，同时使得电伴热系统散发的热量可以均匀、稳定地从钢管传递到外界环境中，以避免因局部温度升高导致止水结构内部有机材料高温老化、失效，来解决现有面板坝止水结构抗冻能力差、除冰效率低且危险等问题，为面板坝的止水结构提供长期可靠稳定的除冰效果。该装置填补了面板坝止水结构抗冻害装置的空白，可改善目前面板坝止水结构抗冻能力差、除冰效率低且风险大的现状。
27、2、本专利技术通过滑移机构结构的设计，可以实现止水结构不同位置处的加热除冰，减少发热机构铺设的面积和投入成本。该装置单次性资金投入，即可稳定发挥效果，且安装简易、施工便捷，兼具寒区长期服役性能和持续除冰能力，具有良好的推广价值。
28、3、本专利技术通过电路控制模块的设计，能够根据实时水位、环境温度变化启动不同数量的钢管并进行主动除冰，不仅解决被动防护除冰措施这一难点，还可以节省一定的成本。
29、4、本专利技术进行理论模型计算，从而确定发热钢管内电伴热带的布置形式。在整个除冰过程中，将整个钢管视为一整块圆柱形型发热单元，根据环境温度的不同，由电路控制模块改变电路从而适当调整发热单元的数量。...
【技术保护点】
1.一种基于发热钢管的寒区大坝止水结构抗冻害装置，其特征在于：所述的抗冻害装置包括发热机构(A)，所述的发热机构(A)包括电路控制模块(1)、若干根固定板条(2)、若干根钢管(3)和若干根电伴热带(4)，若干根钢管(3)横向并排布置，并在固定板条(2)的固定下形成管板，相邻的两根钢管(3)之间留有间隙；每根钢管(3)内插有一根电伴热带(4)，电伴热带(4)的两端连接在电路控制模块(1)上，所述的电路控制模块(1)控制不同水位范围内电伴热带(4)的开启与关闭。
2.根据权利要求1所述的一种基于发热钢管的寒区大坝止水结构抗冻害装置，其特征在于：若干根所述的固定板条(2)分为两组，其中一组布置在管板的上面，另一组布置在管板的下面，每组中的固定板条(2)沿着钢管(3)的长度方向进行排布，上下两组固定板条(2)一一对应设置，并通过螺栓进行连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于发热钢管的寒区大坝止水结构抗冻害装置，其特征在于：若干根所述的固定板条(2)沿着钢管(3)的长度方向进行排布，并通过螺栓将钢管(3)固定在止水结构(5)附近处的混凝土面板上(10)上。
...【技术特征摘要】
1.一种基于发热钢管的寒区大坝止水结构抗冻害装置，其特征在于：所述的抗冻害装置包括发热机构(a)，所述的发热机构(a)包括电路控制模块(1)、若干根固定板条(2)、若干根钢管(3)和若干根电伴热带(4)，若干根钢管(3)横向并排布置，并在固定板条(2)的固定下形成管板，相邻的两根钢管(3)之间留有间隙；每根钢管(3)内插有一根电伴热带(4)，电伴热带(4)的两端连接在电路控制模块(1)上，所述的电路控制模块(1)控制不同水位范围内电伴热带(4)的开启与关闭。
2.根据权利要求1所述的一种基于发热钢管的寒区大坝止水结构抗冻害装置，其特征在于：若干根所述的固定板条(2)分为两组，其中一组布置在管板的上面，另一组布置在管板的下面，每组中的固定板条(2)沿着钢管(3)的长度方向进行排布，上下两组固定板条(2)一一对应设置，并通过螺栓进行连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于发热钢管的寒区大坝止水结构抗冻害装置，其特征在于：若干根所述的固定板条(2)沿着钢管(3)的长度方向进行排布，并通过螺栓将钢管(3)固定在止水结构(5)附近处的混凝土面板上(10)上。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于发热钢管的寒区大坝止水结构抗冻害装置，其特征在于：所述的固定板条(2)为连续的浪板，其包括交替设置的平直段(2-1)和弧形段(2-2)，所述的平直段(2-1)上开有通孔，并处于相邻的两根钢管(3)之间，固定板条(2)通过平直段(2-1)上的通孔和螺栓的配合实现上下两个固定板条(2)的连接，或固定板条(2)与混凝土面板上(10)的连接；所述弧形段(2-2)的直径等于钢管(3)的直径，弧形段(2-2)包裹在钢管(3)的外壁上。
5.根据权利要求1所述的一种基于发热钢管的寒区大坝止水结构抗冻害装置，其特征在于：所述钢管(3)的直径为6～10cm，长度为6～10m，所述固定板条(2)的厚度为1cm～1.2cm。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：高小建，刘雨时，陈智韬，霍彦霖，陈铁锋，徐成伟，杨英姿，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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