專利名稱：一種微波過(guò)熱蒸汽除冰裝置及除冰方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及除冰的方法及裝置，特別涉及微波過(guò)熱蒸汽除冰的方法及裝置。
背景技術(shù)：
自20世紀(jì)40年代以來(lái)，輸電線路覆冰導(dǎo)致的故障一直是國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一。20世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)電力、氣象等部門的生產(chǎn)、運(yùn)行及科研、設(shè)計(jì)工作者一直為解決輸電線路覆冰問(wèn)題不懈的探索，獲得許多有重要價(jià)值的成果。目前國(guó)內(nèi)外除冰防冰方法主要可劃分為4類，即熱力除冰、防冰方法，機(jī)械除冰方法，被動(dòng)防冰方法和其他防冰方法。目前使用較多的方法為熱力除冰法和機(jī)械除冰法。
機(jī)械除冰方法包括"ad hoc"方法、滑輪鏟刮法、強(qiáng)力振動(dòng)法、電磁脈沖法、超聲波法等，但目前唯一可行的方法為滑輪鏟刮法。對(duì)于絕緣子的覆冰一般采用人工敲打法。目前在工程實(shí)踐中采用較多的方法還有熱力融冰法。利用熱力方法達(dá)到覆冰物體除冰目的的主要5種技術(shù)措施有，阻性線、過(guò)電流、短路電流、熱氣、熱水。其中前三種除冰技術(shù)可應(yīng)用于輸電線路除冰，后兩種技術(shù)設(shè)計(jì)用于航空器除冰，但均未應(yīng)用于實(shí)踐中。
微波除冰最早開(kāi)始于美國(guó)，美國(guó)人Howard K. Long在1986年就提出了微波除冰理論，并進(jìn)行了研究。987年美國(guó)聯(lián)邦公路局實(shí)施公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃項(xiàng)目(SHRP)，由Jack Monson在道路非接觸式除冰項(xiàng)目中又進(jìn)行了研究。2005年美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的H叩stock提出了將鐵燧巖作為瀝青道路面層材料，以提高道路表層的微波吸收能力，加速貼近路面的冰層融化，提高道路上的微波除冰效率。日本的松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社發(fā)明的"微波加熱裝置"，該裝置主要針對(duì)食品等物品在由過(guò)熱蒸汽包圍的狀態(tài)下通過(guò)微波有效地進(jìn)行加熱。
上述微波除冰法是利用被覆冰物表層對(duì)于微波的吸收能力，電磁能量傳輸?shù)奖膬?nèi)層，隨著熱的增加，并被溶解。這種方法實(shí)質(zhì)為利用微波輻射原理直接輻射覆冰。而對(duì)于電力設(shè)施絕緣子而言，由于其對(duì)微波的不吸收性，決定了直接應(yīng)用微波輻照的方式不能快速溶解覆冰，效率低。對(duì)于微波加熱食品的方法，蒸汽的產(chǎn)生是由磁控管照射盛液器皿加熱產(chǎn)生。產(chǎn)生的蒸汽用于改變被加熱食品周圍的濕度及溫度的環(huán)境因素。這種技術(shù)產(chǎn)生的蒸汽也不足以將電力設(shè)施上絕緣子的冰融化，不能直接應(yīng)用在絕緣子除冰。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的除冰效率低、速度慢等缺點(diǎn)，提出一種微波過(guò)熱蒸汽除冰裝置及除冰方法。本發(fā)明采用微波過(guò)熱切冰刀切冰，"并用蒸'汽噴射融冰。本發(fā)明可應(yīng)用于電力設(shè)施絕緣子覆冰除冰。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
本發(fā)明微波過(guò)熱蒸汽除冰方法，是利用微波產(chǎn)生的能量對(duì)置于加熱釜內(nèi)的水加熱，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，通過(guò)不同的蒸汽噴射方式進(jìn)行除冰。蒸汽噴射除冰方式包括蒸汽切冰刀切冰和蒸汽融冰器融冰兩種，微波對(duì)加熱釜內(nèi)的水進(jìn)行加熱產(chǎn)生蒸汽，通過(guò)改變噴嘴孔徑、噴射壓力等參數(shù)改變噴射方式，進(jìn)行蒸汽切冰或融冰。另外考慮到電力設(shè)施所處環(huán)境的特殊性，本發(fā)明設(shè)計(jì)了靈活運(yùn)轉(zhuǎn)的蒸汽噴射控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)蒸汽靈活、準(zhǔn)確、高效地噴射于覆冰電力設(shè)施。
本發(fā)明裝置主要由移動(dòng)裝置、微波電源、微波過(guò)熱蒸汽箱和移動(dòng)式噴射裝置組成，其核心部件是微波過(guò)熱蒸汽箱和移動(dòng)式噴射裝置，微波過(guò)熱蒸汽箱主要由加熱釜、磁控管、微波天線、噴射管、噴嘴組成。為減少熱量散失，提高微波加熱蒸汽產(chǎn)出率，采用激勵(lì)反射輸出方式將磁控管與微波天線進(jìn)行無(wú)傳輸線直接連接，并且把密封在石英玻璃保護(hù)套中的微波天線部分伸入加熱釜內(nèi)，以便于接收微波電源產(chǎn)生的能量，減少傳輸路徑及傳輸過(guò)程中的各種損耗。微波電源輸出的電壓通過(guò)遠(yuǎn)距離軟連接方式加載到磁控管。加熱釜將水加熱成蒸汽，并監(jiān)視和控制蒸汽壓力以及蒸汽噴出速度。噴射管的一端與氣泵控制閥和加熱釜的上頂蓋依次連接，噴射管的另一端與噴嘴相接。微波過(guò)熱蒸汽箱裝載在移動(dòng)裝覽上。移動(dòng)式噴射裝置包括電機(jī)拖動(dòng)可多向運(yùn)動(dòng)的機(jī)械支扦臂，電動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸、第一伸縮控制系統(tǒng)、固定支架、固定板、第二伸縮控制系統(tǒng)。微波過(guò)熱蒸汽箱位于固定板上，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)固定板兩側(cè)的第一伸縮控制系統(tǒng)和第二伸縮控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)微波過(guò)熱蒸汽箱高度的調(diào)節(jié)。微波過(guò)熱蒸汽箱的噴嘴與固定支架緊固相連，噴嘴的位置通過(guò)機(jī)械支桿臂和電動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸調(diào)節(jié)，使噴嘴精確對(duì)準(zhǔn)覆冰絕緣子，實(shí)現(xiàn)覆冰絕緣子的切冰和融冰。


圖l是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中l(wèi)移動(dòng)裝置，2備用發(fā)電機(jī)，3第一支架，4水箱，5進(jìn)水管，6冷卻水循環(huán)箱，7微波電源，8散熱風(fēng)扇，9變壓器，IO隔離保護(hù)單元，11數(shù)據(jù)通訊與控制單元，12第二支架，1,3工控機(jī)，14第一伸縮控制系統(tǒng)，15微波過(guò)熱蒸汽箱，16加熱釜，17控制閥，18氣泵，19隔熱套，20噴射管，21溫度表，22電壓表，23保護(hù)閥，24微波天線，25石英玻璃保護(hù)套，26電磁輻射屏蔽套，27固定支架，28噴嘴，29電控轉(zhuǎn)動(dòng)軸，30機(jī)械支桿臂，31降溫罩，32磁控管，33微波電源插頭，34水泵，35固定板，36第二伸縮控制系統(tǒng)； 一圖2為噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖28-1電動(dòng)三通閥，28-2切冰噴嘴，'28-3'融冰噴嘴。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
如圖1所示，本發(fā)明裝置主要由移動(dòng)裝置1、微波電源7、微波過(guò)熱蒸汽箱15和移動(dòng)式 噴射裝置組成。微波過(guò)熱蒸汽箱15主要由加熱釜16、磁控管32、微波天線24、噴射管20、 噴嘴28組成。移動(dòng)式噴射裝置包括機(jī)械支桿臂30，電動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸29、第一伸縮控制系統(tǒng)14、 固定支架27、固定板35、第二伸縮控制系統(tǒng)36。
考慮到提高輻照效率、操作方便、最大限度降低能量傳輸損耗，本發(fā)明裝置采用激勵(lì)反 射輸出方式將磁控管32與微波天線24進(jìn)行無(wú)傳輸直接連接，微波電源7輸出的電壓通過(guò)遠(yuǎn) 距離軟連接方式加載到磁控管32。微波電源7主要由變壓器9、隔離保護(hù)單元10以及數(shù)據(jù) 通訊和控制單元ll組成，實(shí)現(xiàn)供電電壓的輸出功率平穩(wěn)或快速穩(wěn)定變化。微波電源7通過(guò) 數(shù)據(jù)通訊與控制單元11經(jīng)過(guò)網(wǎng)線與工控機(jī)13相連接，控制微波電源7的微波輸出功率，同 時(shí)微波電源7的工作狀態(tài)也通過(guò)數(shù)據(jù)通訊與控制單元11傳輸給工控機(jī)13。
微波過(guò)熱蒸汽箱15放置在固定板35上，主要由加熱釜16、進(jìn)水管5、噴射管20、噴嘴 28、磁控管32與微波天線24組成。進(jìn)水管5 —端與水箱4連接，另一端連接在加熱釜16 的一側(cè)，連接于低于加熱釜16的l/2釜高處。磁控管32與微波天線24連接于加熱釜16的 另一側(cè)，磁控管32的位置低于加熱釜16的1/2釜高。磁控管32內(nèi)部安裝循環(huán)水管，水管連 接在水泵34上，降溫罩31成弧形包裹磁控管32，防止磁控管32溫度過(guò)富而損壞。密封在 石英玻璃保護(hù)套25中的微波天線24伸入加熱釜16內(nèi)。加熱過(guò)程中加熱釜16內(nèi)的溫度表21 和壓力表22實(shí)時(shí)顯示蒸汽的溫度和壓力。噴射管20的一端與氣泵18、控制閥17和加熱釜 16的上頂蓋依次連接，相互之間通過(guò)螺栓固定；噴射管20的另一端通過(guò)電動(dòng)三通閥28-l連 接切冰噴嘴28-2和融冰噴嘴28-3。控制閥17通過(guò)工控機(jī)13控制加熱釜內(nèi)蒸汽壓力以及蒸 汽噴出速度和壓力。噴射管20為可彎曲的非剛性管，為了使蒸汽保溫，外部包裹一層隔熱 套19。噴嘴28為陶瓷或不銹鋼材料制作，噴嘴28由電動(dòng)三通闊28-l、切冰噴嘴28-2、融 冰噴嘴28-3組成，如圖2所示。通過(guò)工控機(jī)13控制電動(dòng)三通閥28-1，選擇切冰噴嘴28-2 或融冰噴嘴28-3。切冰噴嘴28-2與噴射管20構(gòu)成蒸汽切冰刀，融冰噴嘴.28-3與噴射管20 構(gòu)成蒸汽融冰器。比較蒸汽融冰的兩種方式，蒸汽切冰刀法除冰具有更高的效率，它直接將 大塊結(jié)冰進(jìn)行切割，除冰速度快，此方式適用于絕緣子周邊懸掛的大塊結(jié)冰和覆蓋在絕緣子 上面的厚冰層。蒸汽融冰方法蒸汽噴射面積大，除冰時(shí)對(duì)覆冰進(jìn)行緩慢地融化，除冰效率與 蒸汽切冰刀法相比稍低，它適合于絕緣子上面較薄的冰層，具有既對(duì)絕緣子除冰又保護(hù)絕緣
6子的功能，使絕緣子不致因局部突發(fā)熱膨脹而損壞。
移動(dòng)式噴射裝置采用被控電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械關(guān)節(jié)及機(jī)械臂的方式，主要由電機(jī)拖動(dòng)可多向運(yùn) 動(dòng)的機(jī)械支桿臂30，電動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸29、第一伸縮控制系統(tǒng)14、固定支架27、固定板35、第二 伸縮控制系統(tǒng)36組成。機(jī)械支桿臂30為橫向、縱向可移動(dòng)的導(dǎo)軌狀，電動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸29起到 連接機(jī)械支桿臂30和伸縮控制系統(tǒng)以及機(jī)械支桿臂之間的作用，第一伸縮控制系統(tǒng)14和第 二伸縮控制系統(tǒng)36安裝在放置微波過(guò)熱蒸汽箱15的固定板35的兩側(cè)，根據(jù)變電站絕緣子 高度不同，可進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)微波過(guò)熱蒸汽箱15的高度；機(jī)械支桿臂30的導(dǎo)軌內(nèi)嵌入金屬滑 塊，金屬滑塊在步進(jìn)電機(jī)的控制及拖動(dòng)之下在機(jī)械支桿臂30的導(dǎo)軌內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)，噴嘴28通 過(guò)固定支架27固定在金屬滑塊上，噴嘴28的位置通過(guò)控制移動(dòng)式噴射裝置的機(jī)械支桿臂30 調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)噴嘴28對(duì)覆冰絕緣子的精確對(duì)準(zhǔn)。
本裝置的具體工作過(guò)界:如下-
移動(dòng)裝置1裝載帶有微波電源7、微波過(guò)熱蒸汽箱15、備用發(fā)電機(jī)2、水箱4、冷卻水 循環(huán)箱6、移動(dòng)式噴射裝置以及工控機(jī)13。工作時(shí)，首先打開(kāi)微波電源7和工控機(jī)]3，微波 電源7通過(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)通訊與控制單元11經(jīng)過(guò)網(wǎng)線與工控機(jī)13相連接控制微波功率輸出的 大小，同時(shí)將微波電源7的工作狀態(tài)也經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)通訊單元H傳輸給工控機(jī)13。
接著通過(guò)控制電動(dòng)三通閥28-1選擇切冰噴嘴28-2，同時(shí)通過(guò)控制移動(dòng)式噴射裝置的機(jī) 械支桿臂30，使切冰噴嘴28-2對(duì)準(zhǔn)覆冰絕緣子，啟動(dòng)蒸汽切冰刀，實(shí)現(xiàn)對(duì)覆冰絕緣子的切 冰。最后通過(guò)控制電動(dòng)三通閥28-1選擇融冰噴嘴28-3，通過(guò)控制移動(dòng)式噴射裝置的機(jī)械支 桿臂30，使融冰噴嘴28-3對(duì)準(zhǔn)覆冰絕緣子，啟動(dòng)蒸汽融冰器，實(shí)現(xiàn)對(duì)覆冰絕緣子的融冰。
本發(fā)明通過(guò)改變噴嘴孔徑、噴射壓力等參數(shù)改變噴射方式，進(jìn)行蒸汽切冰或融冰。使用 蒸汽切冰刀時(shí)，調(diào)節(jié)噴孔直徑變小，減小噴射面積及與噴射對(duì)象的距離，增大噴射壓力，移 動(dòng)噴嘴對(duì)冰塊進(jìn)行噴射，起到切割的作用；當(dāng)增大噴孔直徑，增大噴嘴與融冰對(duì)象的距離， 減小噴射壓力，將蒸汽從噴嘴徐徐噴出時(shí)，進(jìn)行蒸汽融冰。本發(fā)明一套試驗(yàn)裝置的噴嘴與被 噴射物的距離為0-8cm。蒸汽切冰刀的噴孔直徑范圍為0. l,-lmm，噴射壓力為0. 2Mpa-1Mpa 蒸汽融冰器的噴孔直徑大于1誦，噴射壓力小于0.2MPa，蒸汽將從噴嘴徐徐噴出，進(jìn)行蒸汽 融冰。微波電源輸出功率0 100kW可調(diào)。
權(quán)利要求
1、一種電力設(shè)施的微波過(guò)熱蒸汽除冰裝置，其特征在于該裝置包括移動(dòng)裝置(1)、微波電源(7)、微波過(guò)熱蒸汽箱(15)和移動(dòng)式噴射裝置；微波過(guò)熱蒸汽箱(15)包括加熱釜(16)、磁控管(32)、微波天線(24)、噴射管(20)、噴嘴(28)；移動(dòng)式噴射裝置包括電機(jī)拖動(dòng)可多向運(yùn)動(dòng)的機(jī)械支桿臂(30)，電動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(29)、第一伸縮控制系統(tǒng)(14)、固定支架(27)、固定板(35)、第二伸縮控制系統(tǒng)(36)；微波電源(7)輸出的電壓通過(guò)遠(yuǎn)距離軟連接方式加載到磁控管(32)；磁控管(32)與微波天線(24)無(wú)傳輸線直接連接；密封在石英玻璃保護(hù)套中的微波天線(24)伸入加熱釜(16)內(nèi)；噴射管(20)的一端與氣泵(18)、控制閥(17)和加熱釜(16)的上頂蓋依次連接，噴射管(20)的另一端與噴嘴(28)相接；微波過(guò)熱蒸汽箱(15)裝載在移動(dòng)式噴射裝置的固定板(35)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力設(shè)施的微波過(guò)熱蒸汽除冰裝置，其特征在于所述微波過(guò) 熱蒸汽箱(15)內(nèi)的進(jìn)水管(5) —端與水箱(4)連接，進(jìn)水管(5)的另一端連接在加熱 釜(16)的一側(cè)，連接于低于加熱釜(16)的l/2釜高的位置；磁控管(32)內(nèi)部安裝循環(huán) 水管，水管連接在水泵(34)上，降溫罩(31)成弧形包裹磁控管(32);磁控管(32)與 微波天線(24)連接于加熱釜(16)的另一側(cè)，磁控管(32)的位ff低于加熱釜(16)的1/2簽咼。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力設(shè)施的微波過(guò)熱蒸汽除冰裝置，其特征在于所述噴嘴(28) 為陶瓷或不銹鋼材料制作，噴嘴(28)由電動(dòng)三通閥(28-1)、切冰噴嘴(28-2)、融冰噴嘴(28-3)組成；通過(guò)工控機(jī)(13)控制電動(dòng)三通閥(28-1)，選擇切冰噴嘴(28-2)或融冰噴 嘴(28-3);切冰噴嘴(28-2)與噴射管(20)構(gòu)成蒸汽切冰刀，融冰噴嘴(28-3)與噴射管 (20)構(gòu)成蒸汽融冰器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的電力設(shè)施的微波過(guò)熱蒸汽除冰裝置，其特征在于所述的 噴嘴(28)通過(guò)固定支架(27)固定在機(jī)械支桿臂(30)導(dǎo)軌內(nèi)的金屬滑塊上，噴嘴(28) 的位置通過(guò)控制移動(dòng)式噴射裝置的機(jī)械支桿臂(30)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)噴嘴(28)對(duì)覆冰絕緣子的 精確對(duì)準(zhǔn)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力設(shè)施的微波過(guò)熱蒸汽除冰裝置，其特征在于所述噴射管 (20)為可彎曲的非剛性管，噴射管(20)外部包裹隔熱套(19)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力設(shè)施的微波過(guò)熱蒸汽除冰裝置，其特征在予所述的移動(dòng) 式噴射裝置中，移動(dòng)式噴射裝置風(fēng)定板i(35)的兩側(cè)安裝有第一伸縮控制系統(tǒng)(14)和第二伸縮控制系統(tǒng)(36)，手動(dòng)調(diào)節(jié)第一伸縮控制系統(tǒng)(14)和第二伸縮控制系統(tǒng)(36)，實(shí)現(xiàn)對(duì) 調(diào)節(jié)微波過(guò)熱蒸汽箱(15)高度的調(diào)節(jié)。
7、應(yīng)用權(quán)利要求l所述的電力設(shè)施的微波過(guò)熱蒸汽除冰裝置的除冰方法，其特征在于， 該除冰方法利用微波產(chǎn)生的能量對(duì)置于加熱釜內(nèi)的水加熱，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，采用蒸汽切冰刀 切冰和蒸汽融冰器融冰兩種方法除冰；由工控機(jī)(13)控制電動(dòng)三通閥(28-1)選擇切冰噴 嘴(28-2)，同時(shí)控制移動(dòng)式噴射裝置的機(jī)械支桿臂(30)，使切冰噴嘴(28-2)對(duì)準(zhǔn)覆冰絕 緣子，啟動(dòng)蒸汽切冰刀，實(shí)現(xiàn)對(duì)覆冰絕緣子的切冰，然后通過(guò)控制電動(dòng)三通閥(28-1)選擇 融冰噴嘴(28-3)，控制移動(dòng)式噴射裝置的機(jī)械支桿臂(30)，使融冰噴嘴(28-3)對(duì)準(zhǔn)覆冰 絕緣子，啟動(dòng)蒸汽融冰器，實(shí)現(xiàn)對(duì)覆冰絕緣子的融冰。
全文摘要
一種電力設(shè)施的微波過(guò)熱蒸汽除冰裝置，包括移動(dòng)裝置(1)、微波電源(7)、微波過(guò)熱蒸汽箱(15)和移動(dòng)式噴射裝置。微波過(guò)熱蒸汽箱(15)包括加熱釜(16)、磁控管(32)、微波天線(24)、噴射管(20)、噴嘴(28)。微波電源(7)輸出的電壓加載到磁控管(32)。微波天線(24)伸入加熱釜(16)內(nèi)。噴射管(20)的一端與氣泵(18)、控制閥(17)和加熱釜(16)的上頂蓋依次連接，噴射管(20)的另一端與噴嘴(28)相接；微波過(guò)熱蒸汽箱(15)裝載在移動(dòng)式噴射裝置的固定板(35)上。應(yīng)用本發(fā)明裝置的除冰方法，是利用微波產(chǎn)生的能量加熱加熱釜(16)內(nèi)的水，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，通過(guò)不同的蒸汽噴射方式進(jìn)行蒸汽切冰刀切冰和蒸汽融冰器融冰。
文檔編號(hào)H02G7/16GK101483330SQ20091007759
公開(kāi)日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者劉國(guó)強(qiáng), 吳石增, 慧 夏, 李士強(qiáng), 李艷紅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所