一种闸门用自适应防冻装置及加热方法与流程

本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种闸门用自适应防冻装置及加热方法。

背景技术：

目前，地处高纬度、高寒地区或有结冰期的地方，水利设施一直备受低温结冰带来的对水利设施的物理破坏，最常见的是结冰对闸门密封以及需要开启闸门时由于冰层有一定厚度而对闸门和水利主体造成的破坏。

而现有闸门加热装置基本都是在闸门内部添加加热模块造成了加热区域过多，耗能高且维修不方便，特别是温度急剧降低时，很容易出现结冰现象的发生；或者是任其结冰，在需要开闸时，进行物理破冰，效率低下且能耗大，同时结冰又会对水利设施造成很多的安全隐患；同时水面因结冰或者天气等情况的影响，水面的高度经常会发生不同程度的变化，现有的加热装置很难根据水面的实际情况进行调整。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种闸门用自适应防冻装置及加热方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提出了一种闸门用自适应防冻装置，包括闸门，所述闸门固定连接有导向柱，所述闸门一侧设置有导热箱，所述导热箱还固定连接有浮箱，该浮箱使所述导热箱浮在水面上；所述导热箱内设置有结冰传感器，该结冰传感器用于检测水面的结冰情况；所述导热箱内还设置有a组加热元件和b组加热元件，所述a组加热元件和所述b组加热元件用于水的加热；所述浮箱与所述导向柱滑动连接，所述浮箱底端还固定连接有温度传感器；所述a组加热元件、所述b组加热元件、所述温度传感器和所述结冰传感器与控制器相连。

优选的，所述a组加热元件为ptc加热单元，所述b组加热元件为大功率电热丝单元。

优选的，所述闸门固定连接有电机，所述导向柱底端还滑动连接有与所述浮箱相配合的提拉板，所述提拉板由所述电机驱动，所述电机与控制器相连。

优选的，所述电机输出轴固定连接有升降轮，所述升降轮缠绕有绳索；所述绳索绳头部分与所述升降轮固定连接，所述绳索另一端与所述提拉板固定连接。

优选的，所述a、b两组加热元件通过导热硅胶体固定于所述导热箱内；所述导热箱通过变压器与电源相连。

本发明还提出了一种加热方法，包括以下步骤：

s1:首先在控制器内预设温度的阈值为t0，通过控制器控制导热箱、温度传感器和结冰传感器开始工作；

s2:在工作状态下，温度传感器检测到闸门附近的水的温度为t1，并传递相应的信号给控制器，控制器接受到信号后与阈值进行比较，若t1≥t0时，则导热箱不工作；

若t1＜t0，同时结冰传感器没有检测到相应的信号时，则控制器控制导热箱内的a组加热元件开始工作，使水温逐渐升高，直至温度传感器测得的数值t1＝t0时，装置停止工作；

若t1＜t0，同时结冰传感器检测到发生结冰现象时，传递相应的信号给控制器，控制器控制导热箱内的b组加热元件开始工作，此时，导热箱内的a组加热元件和b组加热元件同时工作；工作一段时间后，完成融冰的目的，结冰传感器没有检测到结冰现象，结冰传感器传递相应的信号给控制器，控制器控制导热箱内的b组加热元件停止工作，a组加热元件的工作情况由控制器继续控制，控制器根据此时温度传感器测得的水温t2与t0进行比较；

若t2≥t0时，则a组加热元件停止工作，若t2＜t0，则控制器控制a组加热元件继续工作，直至温度传感器测得的数值t2＝t0时，装置停止工作，从而完成闸门的防冻工作。

优选的，当需要开闸放水时，控制器控制电机开始工作，电机驱动升降轮转动，使绳索逐渐缠绕在升降轮上，绳索带动提拉板上升，提拉板带动浮箱上升，进而带动导热箱上升，防止导热箱影响放水工作的进行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过设置的浮箱机构，可以适应不同天气等情况下的水面高度，使导热箱跟随水面的高度不同，进行相应的变化，方便加热工作的进行。

2.本发明通过设置的具有a、b两组加热元件导热箱，可以根据实际不同的水面情况进行工作，当温度在预设值以下时，a组导热元件开始工作，当结冰传感器检测到发现结冰现象时，b组导热元件开始工作，从而完成闸门的防冻工作。

3.本发明通过设置的可移动提拉板机构，在电机的作用下，提拉板可以带动导热箱进行移动，防止开闸放水工作时，碎冰或者水流等将导热箱破坏。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明主视图(为表达清楚，导热箱只显示右半部分)；

图2是本发明左视图；

图3是本发明电路控制示意图。

附图标记说明:

1闸门；2温度传感器；3浮箱；4导向柱；5固定座；

6电机；601升降轮；7绳索；

8导热箱；801导热硅胶体；

9提拉板；10结冰传感器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图1-3所示，本实施例提出了一种闸门用自适应防冻装置，包括闸门1，闸门1上固定连接有若干固定座5，固定座5之间固定连接有导向柱4，导向柱4设置有两个，固定座5设置有四个。

闸门1上方设置有导热箱8，导热箱8还固定连接有浮箱3，浮箱3使导热箱8上半部分浮在水面上；浮箱3可以适应不同天气等情况下的水面高度，使导热箱8跟随水面的高度不同，进行相应的变化，方便加热工作的进行。浮箱3与导向柱4滑动连接，导向柱4起到导向和限位的作用，浮箱3底端还固定连接有温度传感器2。

温度传感器2与控制器相连，温度传感器2用于测量水的温度，同时将测量结果传递相应的信号给控制器进行处理。温度传感器2采用接触式耐低温的热敏电阻或热电偶材质的温度传感器，使温度传感器2能够在相应的环境下正常工作。

导热箱8内设置有结冰传感器10，在浮箱3的作用下，导热箱8与水面相接触；导热箱8内还设置有a、b两组加热元件，a、b两组加热元件所占的比重与水面情况相适配，a、b两组加热元件用于水的加热；常规情况下，a组与b组采用4:1的比例，根据使用环境的不同可以调整相应的比例。

a组加热元件为ptc加热单元，b组加热元件为大功率电热丝单元；a组采用低电压的ptc陶瓷发热元件与铝管组成的ptc发热体，b组采用大功率快速加热体电热丝及防干烧防护。a组主要用于日常情况下对水的加热工作，防止水结冰，b组用于当发生结冰现象时，用于化冰工作。

结冰传感器10和a组加热元件与控制器相连，控制器还通过开关连接有b组加热元件。结冰传感器10检测到发现结冰现象时，传递相应的信号给控制器，控制器控制开关打开，进而控制b组加热元件开始工作。温度传感器2检测到水的温度后，传递相应的信号给控制器，当水温低于控制器预先设定的温度后，控制器控制a组加热元件开始工作。

a、b两组加热元件通过导热硅胶体801固定于导热箱8内；导热箱8通过变压器与电源相连，设置的变压器用于实现，在不同环境情况下装置可以正常运行，另外方便根据实际情况对a、b两组加热元件输出的热量进行调整。

由于水结成冰是水的相变过程，在这个过程中，水会放出大量热能。1千克质量的水转变成同温度的冰，要释放出79.6千卡的热能而1千克质量的冰转变成同温度的水，要吸收79.6千卡的热能；1千卡质量的水下降1摄氏度仅能释放出1千卡的热能而1千卡质量的水上升1摄氏度仅需吸收1千卡的热能。两者相差近80倍。

该物理法则提醒我们：水已经结成冰后要想化解，需使用较多的能源，最好是采取技术措施防止水冻结。另外为了防止闸门1被冻结，仅需要在闸门1附近很小的水域内进行加热。

水面是强冷空气与水体热交换的主要界面，在紧贴闸门1的部位设置a组加热元件，可使闸门1附近区域水体温度略高于摄氏零度，有效阻止这一区域水体相变热交换，对小范围水体适度加温，所耗能源被限定在极低的合理水平，因此不需要考虑能耗太高等问题。只有当温度急剧降低，出现结冰现象时，在结冰传感器10的作用下，b组加热元件才开始工作，进行化冰；正常情况下，测得水温低于控制器预先设定的温度时，控制器控制a组加热元件工作。

实施例二

参考附图1，其它结构同实施例一相同，不同之处在于，在本实施例中，考虑到开闸放水时，可能存在的碎冰或者水流等会影响导热箱8的工作；整个装置还设置有与浮箱3相配合的提拉板9。

提拉板9滑动连接在导向柱4上，提拉板9设置在浮箱3的下方，提拉板9由电机6驱动，电机6与控制器相连。

闸门1上方固定连接有电机6，电机6输出轴固定连接有升降轮601，升降轮601缠绕有绳索7；绳索7绳头部分与升降轮601固定连接，绳索7另一端与提拉板9固定连接。电机6驱动升降轮601转动，进而使绳索7缠绕在升降轮601上，绳索7带动提拉板9上升，提拉板9带动浮箱3上升到合理位置，防止导热箱8高度过低，从而影响开闸放水工作的进行。

本发明还提出了一种加热方法，采用实施例二所述的一种闸门用自适应防冻装置，包括以下步骤：

s1:首先在控制器内预设温度的阈值为t0，通过控制器控制导热箱8、温度传感器2和结冰传感器10开始工作；

s2:在工作状态下，温度传感器2检测到闸门1附近的水的温度为t1，并传递相应的信号给控制器，控制器接受到信号后与阈值进行比较，若t1≥t0时，则导热箱8不工作；

若t1＜t0，同时结冰传感器10没有检测到相应的信号时，则控制器控制导热箱8内的a组加热元件开始工作，使水温逐渐升高，直至温度传感器2测得的数值t1＝t0时，装置停止工作；

若t1＜t0，同时结冰传感器10检测到发生结冰现象时，传递相应的信号给控制器，控制器控制导热箱8内的b组加热元件开始工作，此时，导热箱8内的a组加热元件和b组加热元件同时工作；工作一段时间后，完成融冰的目的，结冰传感器10没有检测到结冰现象，结冰传感器10传递相应的信号给控制器，控制器控制导热箱8内的b组加热元件停止工作，a组加热元件的工作情况由控制器继续控制，控制器根据此时温度传感器2测得的水温t2与t0进行比较；

若t2≥t0时，则a组加热元件停止工作，若t2＜t0，则控制器控制a组加热元件继续工作，直至温度传感器2测得的数值t2＝t0时，装置停止工作，从而完成闸门的防冻工作。

另外，当需要开闸放水时，控制器控制电机6开始工作，电机6驱动升降轮601转动，使绳索7逐渐缠绕在升降轮601上，绳索7带动提拉板9上升，提拉板9带动浮箱3上升，进而带动导热箱8上升，防止导热箱8影响放水工作的进行。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

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