1.本发明涉及水利闸门技术领域，具体涉及一种闸门超声波除冰装置。


背景技术：

2.水利工程是用于控制和调配自然界的地表水和地下水，达到兴利除害目的而修建的工程。水利工程的建设可用于调节水流量，具有防洪作用，可解决地方用水，合理分配水利资源，改善航运条件，发展可持续清洁能源，促进旅游业的发展，增大灌溉规模，具有巨大的经济效益。水利工程需要修建坝、堤、溢洪道、水闸、进水口、渠道、渡漕、筏道、鱼道等不同类型的水工建筑物，以实现其目标。
3.闸门是用于关闭和开放泄(放)水通道的控制设施。闸门可用于拦截水流，控制水位、调节流量、排放泥沙和飘浮物等。在北方当温度较低的时候,水利闸门上部会大量结冰，既影响闸门上下移动，使闸门的不能正常打开，也会使闸门产生冻胀破坏，造成一定的经济损耗。
4.目前现有技术中，传统的除冰方式有冰盖开凿法、压缩空气吹泡法、保温板法、压力水射流法。其中，冰盖开凿法是为了防止闸门前水结冰,在闸门前形成一道不结冰的沟,沟的宽度一般为0.5～1.5m即可。过去对于防冻线不长及冰层厚度不大的闸门前沿，多采取人工除冰,人工除冰必须在闸门前冰盖厚度达到可以承受双人冰上作业时才能实施，后来的机械开槽可以提高开槽的速度，但仍需人工将碎冰捞出。这种人工方法既不安全，防冰效果又不好,已经逐步被淘汰。
5.压缩空气吹泡法的原理是通过深入水中的管路释放压缩空气，利用气泡驱动温度较高的水流射向水表面或冰盖形成强烈的紊动水流，使水面冰层融化或抑制结冰。压缩空气吹泡法防冰系统包括空气压缩机、供气管、扩散管等设备。吹气嘴距离闸门的距离选择不当时会使闸门附近水体含氧量增加，造成闸门的腐蚀速度加快。每年系统投入运行前应对各管路进行检修及打压试验，在结冰期结束后，将胶管及其以下部分拆下保存。此方法具有施工简单、防冰效果良好的优点，但其耗电量较大，后期维修保养费用也较高。
6.保温板法是将聚苯乙烯塑泡沫铺在闸门前面，板间紧密连接，不留有缝隙。每块板的宽度及厚度，根据结冰最大厚度及施工要求经过计算确定。采用此法可在闸门前形成一道不冰冻的区域，预防闸门前水体结冰，闸门因此可以自由启闭。此法的缺点是，在冬季到来前需人工安装保温空制板，冬季过后还需人工拆除。安装时施工工作人员需驾船到闸门前面或是当闸门前冰盖厚度达到可以承受双人冰上作业时才能实施，安装质量受人为因素影响较大且不安全，不能实现自动化操作。
7.压力水射流法的原理是将水下温度相对较高的水通过潜水泵和管路释放在闸门前，加上放出的水流搅动水体，会在闸门前形成一条不结冰的区域。但是一般闸门的材质为合金或合金与混凝土复合结构，当受冷之后采用温度相对较高的水的时候，会对闸门表面的合金材料应力分布产生影响，当多次的冷热交替之后，会使得闸门表面的材质出现局部应力集中，从而产生局部脆性和龟裂，使得闸门的寿命大大下降。
8.因此，亟需一种闸门超声波除冰装置。


技术实现要素：

9.本发明为了解决温度较低时，结冰的水面影响闸门上下移动以及闸门因冻胀被破坏的问题，提供了一种闸门超声波除冰装置。
10.本发明为了实现上述目的，提供了一种闸门超声波除冰装置，该装置包括：第一支撑板、第二支撑板、除冰机构和注水机构；
11.所述除冰机构包括除冰机构箱、压电陶瓷式换能器和超声波发生器，所述压电陶瓷式换能器设置在所述除冰机构箱的内部，所述压电陶瓷式换能器与所述超声波发生器电连接，其中，所述超声波发生器的作用频率为38-42khz，功率为1000-1400w；
12.所述第一支撑板与所述第二支撑板之间设置有闸门，所述第一支撑板和所述第二支撑板相对的内侧面上分别设置有第一滑槽和第二滑槽，所述第一支撑板和所述第二支撑板上均设置有滑动升降机构，所述除冰机构箱通过所述滑动升降机构设置在所述第一滑槽与所述第二滑槽之间，以用于使所述除冰机构箱沿所述闸门表面纵向移动，所述注水机构设置在所述除冰机构箱上，以用于将水注入所述除冰机构箱与冰层之间的裂缝中。
13.优选地，所述滑动升降机构包括：升降电机、锥形齿轮和螺纹杆；
14.第一螺纹杆设置在所述第一滑槽内，第一螺纹杆的一端与设置在所述第一支撑板上的第一锥形齿轮连接，第一锥形齿轮由第一升降电机驱动；
15.第二螺纹杆设置在所述第二滑槽内，第二螺纹杆的一端与设置在所述第二支撑板上的第二锥形齿轮连接，第二锥形齿轮由第二升降电机驱动。
16.优选地，所述除冰机构箱设置有螺纹的两端分别与第一螺纹杆和第二螺纹杆连接，以用于使所述除冰机构箱沿所述闸门表面纵向移动。
17.优选地，所述除冰机构箱为长方体形，所述除冰机构箱的材质为不锈钢。
18.优选地，所述压电陶瓷式换能器不少于1个。
19.优选地，所述超声波发生器的作用频率为40khz，功率为1200w。
20.优选地，所述注水机构包括c型注水管、伸缩软管和水泵；
21.所述伸缩软管的一端与所述c型注水管连接，另一端与所述水泵连接，所述伸缩软管上设置有引水阀。
22.优选地，所述c型注水管水平设置在所述除冰机构箱上，所述c型注水管上开设有条形孔，以用于将水注入所述除冰机构箱与冰层之间的裂缝中。
23.优选地，所述伸缩软管为伸缩管。
24.优选地，所述伸缩软管的材质为不锈钢材质。
25.根据上述技术方案，运用所述闸门超声波除冰装置，在实际应用过程中，通过所述滑动升降机构将所述除冰机构箱提升至闸门水面处，当出现低温结冰气候时，再通过设置所述超声波发生器的作用频率为38-42khz，功率为1000-1400w作用于所述压电陶瓷式换能器，使所述压电陶瓷式换能器进行超声振动，从而使所述闸门与冰层分离，接着通过所述注水机构将水注入所述除冰机构箱与冰层之间的裂缝中，可有效对闸门进行除冰，避免冰层冻住闸门，影响闸门升降及对闸门造成破坏，具有操作简便、除冰效果好、效率高、成本低、易维护等优点。
26.同时，通过设置所述超声波发生器的作用频率为40khz，功率为1200w，可有效提升注水情况下的除冰效果。
27.通过设置所述伸缩软管，可使所述伸缩软管随所述除冰机构箱的升降而伸长或缩短。
附图说明
28.图1是闸门超声波除冰装置的结构示意图；
29.图2是闸门超声波除冰装置的除冰机构箱的结构示意图。
30.附图标记说明
31.闸门1；第一支撑板2；第二支撑板3；
32.除冰机构4；除冰机构箱41；压电陶瓷式换能器42；超声波发生器43；
33.滑动升降机构5；升降电机51；锥形齿轮52；螺纹杆53；
34.注水机构6；c型注水管61；伸缩软管62；
35.引水阀7。
具体实施方式
36.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
37.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指如图1所示的闸门超声波除冰装置的上、下、左、右方向。
38.本发明提供了一种闸门超声波除冰装置，如图1-2所示，该闸门超声波除冰装置包括第一支撑板2、第二支撑板3、除冰机构4和注水机6；
39.所述除冰机构4包括除冰机构箱41、压电陶瓷式换能器42和超声波发生器43，所述压电陶瓷式换能器42设置在所述除冰机构箱41的内部，所述压电陶瓷式换能器42与所述超声波发生器43电连接，其中，所述超声波发生器43的作用频率为38-42khz，功率为1000-1400w；
40.所述第一支撑板2与所述第二支撑板3之间设置有闸门1，所述第一支撑板2和所述第二支撑板3相对的内侧面上分别设置有第一滑槽和第二滑槽，所述第一支撑板2和所述第二支撑板3上均设置有滑动升降机构5，所述除冰机构箱41通过所述滑动升降机构5设置在所述第一滑槽与所述第二滑槽之间，以用于使所述除冰机构箱41沿所述闸门1表面纵向移动，所述注水机构6设置在所述除冰机构箱41上，以用于将水注入所述除冰机构箱41与冰层之间的裂缝中。
41.在本发明实施例中，优选地，所述压电陶瓷式换能器42设置在所述除冰机构箱41迎水面的内侧面上。
42.根据上述技术方案，运用所述闸门超声波除冰装置，在实际应用过程中，通过所述滑动升降机构将所述除冰机构箱提升至闸门水面处，当出现低温结冰气候时，再通过设置所述超声波发生器的作用频率为38-42khz，功率为1000-1400w作用于所述压电陶瓷式换能器，使所述压电陶瓷式换能器进行超声振动，从而使所述闸门与冰层分离，接着通过所述注水机构将水注入所述除冰机构箱与冰层之间的裂缝中，可有效对闸门进行除冰，避免冰层
冻住闸门，影响闸门升降及对闸门造成破坏，具有操作简便、除冰效果好、效率高、成本低、易维护等优点。
43.根据本发明的一种优选的实施方式，所述滑动升降机构5包括：升降电机51、锥形齿轮52和螺纹杆53；
44.第一螺纹杆53设置在所述第一滑槽内，第一螺纹杆53的一端与设置在所述第一支撑板2上的第一锥形齿轮52连接，第一锥形齿轮52由第一升降电机51驱动；
45.第二螺纹杆53设置在所述第二滑槽内，第二螺纹杆53的一端与设置在所述第二支撑板3上的第二锥形齿轮52连接，第二锥形齿轮52由第二升降电机51驱动。
46.进一步地，所述除冰机构箱41设置有螺纹的两端分别与第一螺纹杆53和第二螺纹杆53连接，以用于使所述除冰机构箱41沿所述闸门1表面纵向移动。
47.进一步地，所述除冰机构箱41为长方体形，所述除冰机构箱41的材质为不锈钢。
48.进一步地，所述压电陶瓷式换能器42不少于1个。
49.进一步地，所述超声波发生器43的作用频率为40khz，功率为1200w。
50.在本发明实施例中，在实际应用时，通过第一升降电机51和第二升降电机51分别同步驱动第一锥形齿轮52和第二锥形齿轮52转动，再由第一锥形齿轮52和第二锥形齿轮52分别带动第一螺纹杆53和第二螺纹杆53转动，进而在第一螺纹杆53和第二螺纹杆53的同步转动的过程中，带动所述除冰机构箱41在所述闸门1表面上下移动，具体地，根据实际所述闸门1水面的具体位置，将所述除冰机构箱41移动至与所述闸门1水面平行的位置，以适用于不同的水位。进一步地，根据实际需要，可适当增加所述压电陶瓷式换能器42的数量，以提高除冰的速度。优选地，所述超声波发生器43的作用频率为40khz，功率为1200w，以提高注水情况下的除冰速度。
51.根据本发明的一种优选的实施方式，所述注水机构6包括c型注水管61、伸缩软管62和水泵；
52.所述伸缩软管62的一端与所述c型注水管61连接，另一端与所述水泵连接，所述伸缩软管62上设置有引水阀7。
53.进一步地，所述c型注水管61水平设置在所述除冰机构箱41上，所述c型注水管61上开设有条形孔，以用于将水注入所述除冰机构箱41与冰层之间的裂缝中。
54.进一步地，所述伸缩软管62为伸缩管。
55.进一步地，所述伸缩软管62的材质为不锈钢材质。
56.在本发明实施例中，在实际应用时，设置所述超声波发生器43的作用频率，使所述压电陶瓷式换能器42以设定频率振动，从而使所述闸门1上的冰层与所述闸门1瞬间脱离，而此时进一步打开引水阀7，将水从所述c型注水管61上的条形孔注入所述除冰机构箱41与冰层之间的裂缝中，可通过超声空化作用极大的提高除冰的速度。其中，优选地，所述条形孔的大小可根据实际注水需要设置。所述伸缩软管62也可以为弯折管，以用于随所述除冰机构箱41的升降而弯折或拉直。
57.在本发明实施例中，所述闸门超声波除冰装置的超声波除冰的基本原理为：压电陶瓷式换能器42在超声波发生器43作用下产生的超声震荡传导到待除冰表面上，并在此表面上以板波形式传播，在边界处反射叠加形成驻波；由于冰介质与待除冰表面介质的物理性质差异，造成超声波在其界面层间形成群速度差：相对运动使得层间产生内力，其中横向
剪切力的存在是造成冰层剥离闸门1，进而达到除冰效果的最主要因素。而进一步地，通过注水机构6，使超声波在水中传播，此时横波消失，在纵波的快速拉伸和压缩作用下，冰体表面产生空化现象，同时释放大量能量，对冰层造成持续破坏，从而达到快速除冰的效果。
58.本发明所述的闸门超声波除冰装置的工作原理及使用流程为：当闸门处水面未结冰时，通过滑动升降机构5将除冰机构箱41提升至与闸门1的水面平行处，打开超声波发生器43作用于压电陶瓷式换能器42，压电陶瓷式换能器42进行超声振动，从而防止闸门1附近水面结冰；当闸门1处水面已经结冰时，打开超声波发生器43作用于压电陶瓷式换能器42，压电陶瓷式换能器42进行超声振动，对闸门1处进行除冰，当冰面与闸门1分离时，打开引水阀7，使水依次经由伸缩软管62和c型注水管61注入除冰机构箱41与冰层之间的裂缝中，在超声空化作用下，提高对闸门1处冰面的除冰效果。其中，优选地，除冰机构箱41的顶部始终与闸门的水面平行设置，以用于根据需要随时对闸门1处水面进行除冰。
59.下面设定超声波发生器43的作用频率为40khz，功率为1200w，压电陶瓷式换能器42的数量为一个，对注水和不注水条件下的除冰结果进行说明，具体参见下表1。
[0060][0061][0062]
表1
[0063]
通过表1可以看出，若不注水超声除冰的效果十分有限，而在注水条件下则可以大
幅度提高除冰的效果。
[0064]
进一步地，设定压电陶瓷式换能器42的数量为一个，注水，对超声波发生器43的作用频率为28khz，功率为1200w和超声波发生器43的作用频率为40khz，功率为1200w条件下的除冰结果进行说明，具体参见下表2。
[0065][0066][0067]
表2
[0068]
通过表2可以看出，在注水条件下，所述超声波发生器43的作用频率为40khz，功率为1200w，相较于所述超声波发生器43的作用频率为28khz，功率为1200w，可极大的提高除冰的效果。具体地，在相同时间内，所述超声波发生器43的作用频率为40khz，功率为1200w时，所能除冰的最大厚度达到了49.1mm，而所述超声波发生器43的作用频率为28khz，功率为1200w时，所能除冰的最大厚度仅能达到27mm。
[0069]
本发明提供的闸门超声波除冰装置，在实际应用过程中，通过所述滑动升降机构将所述除冰机构箱提升至闸门水面处，当出现低温结冰气候时，再通过设置所述超声波发生器的作用频率为38-42khz，功率为1000-1400w作用于所述压电陶瓷式换能器，使所述压电陶瓷式换能器进行超声振动，从而使所述闸门与冰层分离，接着通过所述注水机构将水
注入所述除冰机构箱与冰层之间的裂缝中，可有效对闸门进行除冰，避免冰层冻住闸门，影响闸门升降及对闸门造成破坏，具有操作简便、除冰效果好、效率高、成本低、易维护等优点。
[0070]
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。