CN101483330A - 一种微波过热蒸汽除冰装置及除冰方法 - Google Patents

Abstract

一种电力设施的微波过热蒸汽除冰装置，包括移动装置(1)、微波电源(7)、微波过热蒸汽箱(15)和移动式喷射装置。微波过热蒸汽箱(15)包括加热釜(16)、磁控管(32)、微波天线(24)、喷射管(20)、喷嘴(28)。微波电源(7)输出的电压加载到磁控管(32)。微波天线(24)伸入加热釜(16)内。喷射管(20)的一端与气泵(18)、控制阀(17)和加热釜(16)的上顶盖依次连接，喷射管(20)的另一端与喷嘴(28)相接；微波过热蒸汽箱(15)装载在移动式喷射装置的固定板(35)上。应用本发明装置的除冰方法，是利用微波产生的能量加热加热釜(16)内的水，产生过热蒸汽，通过不同的蒸汽喷射方式进行蒸汽切冰刀切冰和蒸汽融冰器融冰。

Description

一种微波过热蒸汽除冰装置及除冰方法

技术领域

本发明涉及除冰的方法及装置，特别涉及微波过热蒸汽除冰的方法及装置。

背景技术

自20世纪40年代以来，输电线路覆冰导致的故障一直是国内外电力系统的严重自然灾害之一。20世纪70年代以来，我国电力、气象等部门的生产、运行及科研、设计工作者一直为解决输电线路覆冰问题不懈的探索，获得许多有重要价值的成果。目前国内外除冰防冰方法主要可划分为4类，即热力除冰、防冰方法，机械除冰方法，被动防冰方法和其他防冰方法。目前使用较多的方法为热力除冰法和机械除冰法。

机械除冰方法包括“ad hoc”方法、滑轮铲刮法、强力振动法、电磁脉冲法、超声波法等，但目前唯一可行的方法为滑轮铲刮法。对于绝缘子的覆冰一般采用人工敲打法。目前在工程实践中采用较多的方法还有热力融冰法。利用热力方法达到覆冰物体除冰目的的主要5种技术措施有，阻性线、过电流、短路电流、热气、热水。其中前三种除冰技术可应用于输电线路除冰，后两种技术设计用于航空器除冰，但均未应用于实践中。

微波除冰最早开始于美国，美国人Howard K.Long在1986年就提出了微波除冰理论，并进行了研究。1987年美国联邦公路局实施公路战略研究计划项目(SHRP)，由Jack Monson在道路非接触式除冰项目中又进行了研究。2005年美国明尼苏达大学的Hopstock提出了将铁燧岩作为沥青道路面层材料，以提高道路表层的微波吸收能力，加速贴近路面的冰层融化，提高道路上的微波除冰效率。日本的松下电器产业株式会社发明的“微波加热装置”，该装置主要针对食品等物品在由过热蒸汽包围的状态下通过微波有效地进行加热。

上述微波除冰法是利用被覆冰物表层对于微波的吸收能力，电磁能量传输到冰的内层，随着热的增加，并被溶解。这种方法实质为利用微波辐射原理直接辐射覆冰。而对于电力设施绝缘子而言，由于其对微波的不吸收性，决定了直接应用微波辐照的方式不能快速溶解覆冰，效率低。对于微波加热食品的方法，蒸汽的产生是由磁控管照射盛液器皿加热产生。产生的蒸汽用于改变被加热食品周围的湿度及温度的环境因素。这种技术产生的蒸汽也不足以将电力设施上绝缘子的冰融化，不能直接应用在绝缘子除冰。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的除冰效率低、速度慢等缺点，提出一种微波过热蒸汽除冰装置及除冰方法。本发明采用微波过热切冰刀切冰，并用蒸汽喷射融冰。本发明可应用于电力设施绝缘子覆冰除冰。

本发明采用以下技术方案：

本发明微波过热蒸汽除冰方法，是利用微波产生的能量对置于加热釜内的水加热，产生过热蒸汽，通过不同的蒸汽喷射方式进行除冰。蒸汽喷射除冰方式包括蒸汽切冰刀切冰和蒸汽融冰器融冰两种，微波对加热釜内的水进行加热产生蒸汽，通过改变喷嘴孔径、喷射压力等参数改变喷射方式，进行蒸汽切冰或融冰。另外考虑到电力设施所处环境的特殊性，本发明设计了灵活运转的蒸汽喷射控制系统，以实现蒸汽灵活、准确、高效地喷射于覆冰电力设施。

本发明装置主要由移动装置、微波电源、微波过热蒸汽箱和移动式喷射装置组成，其核心部件是微波过热蒸汽箱和移动式喷射装置，微波过热蒸汽箱主要由加热釜、磁控管、微波天线、喷射管、喷嘴组成。为减少热量散失，提高微波加热蒸汽产出率，采用激励反射输出方式将磁控管与微波天线进行无传输线直接连接，并且把密封在石英玻璃保护套中的微波天线部分伸入加热釜内，以便于接收微波电源产生的能量，减少传输路径及传输过程中的各种损耗。微波电源输出的电压通过远距离软连接方式加载到磁控管。加热釜将水加热成蒸汽，并监视和控制蒸汽压力以及蒸汽喷出速度。喷射管的一端与气泵控制阀和加热釜的上顶盖依次连接，喷射管的另一端与喷嘴相接。微波过热蒸汽箱装载在移动装置上。移动式喷射装置包括电机拖动可多向运动的机械支杆臂，电动转动轴、第一伸缩控制系统、固定支架、固定板、第二伸缩控制系统。微波过热蒸汽箱位于固定板上，通过手动调节固定板两侧的第一伸缩控制系统和第二伸缩控制系统，实现微波过热蒸汽箱高度的调节。微波过热蒸汽箱的喷嘴与固定支架紧固相连，喷嘴的位置通过机械支杆臂和电动转动轴调节，使喷嘴精确对准覆冰绝缘子，实现覆冰绝缘子的切冰和融冰。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图，图中：1移动装置，2备用发电机，3第一支架，4水箱，5进水管，6冷却水循环箱，7微波电源，8散热风扇，9变压器，10隔离保护单元，11数据通讯与控制单元，12第二支架，13工控机，14第一伸缩控制系统，15微波过热蒸汽箱，16加热釜，17控制阀，18气泵，19隔热套，20喷射管，21温度表，22电压表，23保护阀，24微波天线，25石英玻璃保护套，26电磁辐射屏蔽套，27固定支架，28喷嘴，29电控转动轴，30机械支杆臂，31降温罩，32磁控管，33微波电源插头，34水泵，35固定板，36第二伸缩控制系统；

图2为喷嘴的结构示意图：28-1电动三通阀，28-2切冰喷嘴，28-3融冰喷嘴。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明装置主要由移动装置1、微波电源7、微波过热蒸汽箱15和移动式喷射装置组成。微波过热蒸汽箱15主要由加热釜16、磁控管32、微波天线24、喷射管20、喷嘴28组成。移动式喷射装置包括机械支杆臂30，电动转动轴29、第一伸缩控制系统14、固定支架27、固定板35、第二伸缩控制系统36。

考虑到提高辐照效率、操作方便、最大限度降低能量传输损耗，本发明装置采用激励反射输出方式将磁控管32与微波天线24进行无传输直接连接，微波电源7输出的电压通过远距离软连接方式加载到磁控管32。微波电源7主要由变压器9、隔离保护单元10以及数据通讯和控制单元11组成，实现供电电压的输出功率平稳或快速稳定变化。微波电源7通过数据通讯与控制单元11经过网线与工控机13相连接，控制微波电源7的微波输出功率，同时微波电源7的工作状态也通过数据通讯与控制单元11传输给工控机13。

微波过热蒸汽箱15放置在固定板35上，主要由加热釜16、进水管5、喷射管20、喷嘴28、磁控管32与微波天线24组成。进水管5一端与水箱4连接，另一端连接在加热釜16的一侧，连接于低于加热釜16的1/2釜高处。磁控管32与微波天线24连接于加热釜16的另一侧，磁控管32的位置低于加热釜16的1/2釜高。磁控管32内部安装循环水管，水管连接在水泵34上，降温罩31成弧形包裹磁控管32，防止磁控管32温度过高而损坏。密封在石英玻璃保护套25中的微波天线24伸入加热釜16内。加热过程中加热釜16内的温度表21和压力表22实时显示蒸汽的温度和压力。喷射管20的一端与气泵18、控制阀17和加热釜16的上顶盖依次连接，相互之间通过螺栓固定；喷射管20的另一端通过电动三通阀28-1连接切冰喷嘴28-2和融冰喷嘴28-3。控制阀17通过工控机13控制加热釜内蒸汽压力以及蒸汽喷出速度和压力。喷射管20为可弯曲的非刚性管，为了使蒸汽保温，外部包裹一层隔热套19。喷嘴28为陶瓷或不锈钢材料制作，喷嘴28由电动三通阀28-1、切冰喷嘴28-2、融冰喷嘴28-3组成，如图2所示。通过工控机13控制电动三通阀28-1，选择切冰喷嘴28-2或融冰喷嘴28-3。切冰喷嘴28-2与喷射管20构成蒸汽切冰刀，融冰喷嘴28-3与喷射管20构成蒸汽融冰器。比较蒸汽融冰的两种方式，蒸汽切冰刀法除冰具有更高的效率，它直接将大块结冰进行切割，除冰速度快，此方式适用于绝缘子周边悬挂的大块结冰和覆盖在绝缘子上面的厚冰层。蒸汽融冰方法蒸汽喷射面积大，除冰时对覆冰进行缓慢地融化，除冰效率与蒸汽切冰刀法相比稍低，它适合于绝缘子上面较薄的冰层，具有既对绝缘子除冰又保护绝缘子的功能，使绝缘子不致因局部突发热膨胀而损坏。

移动式喷射装置采用被控电机带动机械关节及机械臂的方式，主要由电机拖动可多向运动的机械支杆臂30，电动转动轴29、第一伸缩控制系统14、固定支架27、固定板35、第二伸缩控制系统36组成。机械支杆臂30为横向、纵向可移动的导轨状，电动转动轴29起到连接机械支杆臂30和伸缩控制系统以及机械支杆臂之间的作用，第一伸缩控制系统14和第二伸缩控制系统36安装在放置微波过热蒸汽箱15的固定板35的两侧，根据变电站绝缘子高度不同，可进行手动调节微波过热蒸汽箱15的高度；机械支杆臂30的导轨内嵌入金属滑块，金属滑块在步进电机的控制及拖动之下在机械支杆臂30的导轨内自由运动，喷嘴28通过固定支架27固定在金属滑块上，喷嘴28的位置通过控制移动式喷射装置的机械支杆臂30调节，实现喷嘴28对覆冰绝缘子的精确对准。

本装置的具体工作过程如下：

移动装置1装载带有微波电源7、微波过热蒸汽箱15、备用发电机2、水箱4、冷却水循环箱6、移动式喷射装置以及工控机13。工作时，首先打开微波电源7和工控机13，微波电源7通过独立的数据通讯与控制单元11经过网线与工控机13相连接控制微波功率输出的大小，同时将微波电源7的工作状态也经过数据通讯单元11传输给工控机13。

接着通过控制电动三通阀28-1选择切冰喷嘴28-2，同时通过控制移动式喷射装置的机械支杆臂30，使切冰喷嘴28-2对准覆冰绝缘子，启动蒸汽切冰刀，实现对覆冰绝缘子的切冰。最后通过控制电动三通阀28-1选择融冰喷嘴28-3，通过控制移动式喷射装置的机械支杆臂30，使融冰喷嘴28-3对准覆冰绝缘子，启动蒸汽融冰器，实现对覆冰绝缘子的融冰。

本发明通过改变喷嘴孔径、喷射压力等参数改变喷射方式，进行蒸汽切冰或融冰。使用蒸汽切冰刀时，调节喷孔直径变小，减小喷射面积及与喷射对象的距离，增大喷射压力，移动喷嘴对冰块进行喷射，起到切割的作用；当增大喷孔直径，增大喷嘴与融冰对象的距离，减小喷射压力，将蒸汽从喷嘴徐徐喷出时，进行蒸汽融冰。本发明一套试验装置的喷嘴与被喷射物的距离为0-8cm。蒸汽切冰刀的喷孔直径范围为0.1mm-1mm，喷射压力为0.2Mpa-1Mpa蒸汽融冰器的喷孔直径大于1mm，喷射压力小于0.2MPa，蒸汽将从喷嘴徐徐喷出，进行蒸汽融冰。微波电源输出功率0～100kW可调。

Claims (7)

1、一种电力设施的微波过热蒸汽除冰装置，其特征在于该装置包括移动装置(1)、微波电源(7)、微波过热蒸汽箱(15)和移动式喷射装置；微波过热蒸汽箱(15)包括加热釜(16)、磁控管(32)、微波天线(24)、喷射管(20)、喷嘴(28)；移动式喷射装置包括电机拖动可多向运动的机械支杆臂(30)，电动转动轴(29)、第一伸缩控制系统(14)、固定支架(27)、固定板(35)、第二伸缩控制系统(36)；微波电源(7)输出的电压通过远距离软连接方式加载到磁控管(32)；磁控管(32)与微波天线(24)无传输线直接连接；密封在石英玻璃保护套中的微波天线(24)伸入加热釜(16)内；喷射管(20)的一端与气泵(18)、控制阀(17)和加热釜(16)的上顶盖依次连接，喷射管(20)的另一端与喷嘴(28)相接；微波过热蒸汽箱(15)装载在移动式喷射装置的固定板(35)上。

2、根据权利要求1所述的电力设施的微波过热蒸汽除冰装置，其特征在于所述微波过热蒸汽箱(15)内的进水管(5)一端与水箱(4)连接，进水管(5)的另一端连接在加热釜(16)的一侧，连接于低于加热釜(16)的1/2釜高的位置；磁控管(32)内部安装循环水管，水管连接在水泵(34)上，降温罩(31)成弧形包裹磁控管(32)；磁控管(32)与微波天线(24)连接于加热釜(16)的另一侧，磁控管(32)的位置低于加热釜(16)的1/2釜高。

3、根据权利要求1所述的电力设施的微波过热蒸汽除冰装置，其特征在于所述喷嘴(28)为陶瓷或不锈钢材料制作，喷嘴(28)由电动三通阀(28-1)、切冰喷嘴(28-2)、融冰喷嘴(28-3)组成；通过工控机(13)控制电动三通阀(28-1)，选择切冰喷嘴(28-2)或融冰喷嘴(28-3)；切冰喷嘴(28-2)与喷射管(20)构成蒸汽切冰刀，融冰喷嘴(28-3)与喷射管(20)构成蒸汽融冰器。

4、根据权利要求1或3所述的电力设施的微波过热蒸汽除冰装置，其特征在于所述的喷嘴(28)通过固定支架(27)固定在机械支杆臂(30)导轨内的金属滑块上，喷嘴(28)的位置通过控制移动式喷射装置的机械支杆臂(30)调节，实现喷嘴(28)对覆冰绝缘子的精确对准。

5、根据权利要求1所述的电力设施的微波过热蒸汽除冰装置，其特征在于所述喷射管(20)为可弯曲的非刚性管，喷射管(20)外部包裹隔热套(19)。

6、根据权利要求1所述的电力设施的微波过热蒸汽除冰装置，其特征在于所述的移动式喷射装置中，移动式喷射装置固定板(35)的两侧安装有第一伸缩控制系统(14)和第二伸缩控制系统(36)，手动调节第一伸缩控制系统(14)和第二伸缩控制系统(36)，实现对调节微波过热蒸汽箱(15)高度的调节。

7、应用权利要求1所述的电力设施的微波过热蒸汽除冰装置的除冰方法，其特征在于，该除冰方法利用微波产生的能量对置于加热釜内的水加热，产生过热蒸汽，采用蒸汽切冰刀切冰和蒸汽融冰器融冰两种方法除冰；由工控机(13)控制电动三通阀(28-1)选择切冰喷嘴(28-2)，同时控制移动式喷射装置的机械支杆臂(30)，使切冰喷嘴(28-2)对准覆冰绝缘子，启动蒸汽切冰刀，实现对覆冰绝缘子的切冰，然后通过控制电动三通阀(28-1)选择融冰喷嘴(28-3)，控制移动式喷射装置的机械支杆臂(30)，使融冰喷嘴(28-3)对准覆冰绝缘子，启动蒸汽融冰器，实现对覆冰绝缘子的融冰。