一种用于桥塔横梁的电磁感应除冰装置及除冰方法

技术领域

本发明属于桥梁施工养护领域，涉及一种桥梁除冰技术，尤其涉及一种用于桥塔横梁的电磁感应除冰装置及除冰方法。

背景技术

桥梁作为交通线的重要组成部分，确保其在各种环境下的安全性至关重要。斜拉桥和悬索桥作为大跨度桥梁的主要桥型，在各地都有它们的身影。往往高耸的塔柱、横跨车道的大跨度横梁成了最好的辨别标识。但在低温雨雪的天气下，受风力影响，极易在桥塔横梁侧面产生结霜、结冰现象，如不及时清除，随着积冰增长，进而逐渐演化成冰凌。冰凌意外掉落将会对桥上车辆及行人造成极大安全隐患，且近年来塔桥横梁坠冰引发的交通事故屡见不鲜。目前国内外用于塔桥横梁的除冰装置少之又少。因此，迫切需要一种应用于桥塔横梁的除冰装置对其进行除冰、防冰，以保障桥梁运营的安全、可靠性。

现有技术中也存在一些电阻式除冰装置，具体是将发热电阻丝缠绕在横梁上，但是由于横梁本身尺寸比较大，因此，只能是稀疏缠绕，除冰效果差，只能局部除冰，大部分无法除冰，并且还会因为局部除冰，造成冰棱坠落，增加安全隐患，起到反作用；如果将横梁全部缠绕满，形成包裹横梁的电阻网，能满足除冰效果，但是除冰成本是天价，不具有实际使用意义，而且一旦局部电阻丝老化损坏，将带来整根电阻丝无法使用，而且还无法更换，因此实际使用效果很差。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于桥塔横梁的电磁感应除冰装置，旨在解决现有技术中桥塔横梁除冰效率不高，成本高的问题。

本发明可以通过以下技术方案实现：

一种用于桥塔横梁的电磁感应除冰装置，其特征在于：包括控制箱和加热模块，所述加热模块包括悬挂固定于塔桥横梁侧面的外壳、设于外壳外侧用于产生涡流作为热源的电磁加热板以及设于外壳内用于产生交变磁场的电磁感应线圈，所述电磁加热板覆盖整个塔桥横梁侧面；所述电磁感应线圈通过横向平移装置安装在外壳内，通过横向平移装置驱动电磁感应线圈在外壳内移动，对不同区域的电磁加热板进行扫描式加热除冰，所述电磁感应线圈和横向平移装置均与控制箱相连，通过控制箱控制加热功率、横移速度和距离。

本发明还提供一种用于桥塔横梁的电磁感应除冰方法，其特征在于：采用电磁感应除冰装置，包括如下步骤：

步骤1、开启控制箱的电源模块，给整个电磁感应除冰装置供电；

步骤2、通过结冰监控模块监控电磁加热板迎风面及桥塔横梁下表面是否结冰，如果结冰，执行步骤3，进入除冰状态；否则执行步骤4，进入防冰状态；

步骤3、进入除冰状态，通过控制器启动电磁加热线圈对电磁加热面板进行加热，并通过温度传感器实时监测电磁加热板上的温度，同时通过横向平移装置驱动电磁感应线圈在外壳内横向移动，对整个电磁加热板进行除冰，除冰后再次返回步骤2；

步骤4、进入防冰状态，具体步骤如下：

步骤4.1、通过测温模块的环境温度传感器检测环境温度是否大于0度，如果大于则结束，否则执行步骤4.2；

步骤4.2、通过控制器启动电磁加热线圈加热，并通过温度传感器实时监测电磁加热板上的温度，同时通过横向平移装置驱动电磁感应线圈在外壳内横向移动，对整个电磁加热板进行除冰，除冰后再次返回步骤4.1。

本发明提供的这种应用于桥塔横梁的除冰装置有益效果是：

一、本发明利用电磁感应加热除冰，加热速度快可实现迅速升温其除冰效果明显，将电磁感应加热应技术应用于桥塔横梁除冰能够非常好的抵御冬季桥塔横梁所处的高空风速高、气温低的严酷运行环境。

二、其热效率高达80％-92％以上，对比于其他加热方式，能够极大提高能量利用率、有效节约能耗。

三、装置采用智能控制部分和加热部分分离式设计，便于安装检修，同时各自又形成了相对密闭的工作环境，隔绝了外部不利环境的影响，降低了加热部分磁场对控制部分电子元件的干扰，保证了各自稳定的工作环境，延长了装置使用寿命，降低了检修风险。

四、装置设置有横向平移装置，使用至少一块小型电磁感应线圈即可实现对整个大跨度横梁的全覆盖除冰，相比于其他满铺的除冰方式，使用本装置能够对横梁局部实现精准除冰，降低了能量损失。

五、装置具备极强的电磁屏蔽效果，通过铁磁棒的铁磁材料及铝制外壳静电屏蔽的作用，加上电感磁场作用距离较短，能够最大限度的降低产生的电感磁场对桥塔横梁本体造成影响。

附图说明

图1为本发明的电磁感应除冰装置安装在桥塔横梁运行状态图示意图。

图2为本发明将电磁加热板打开的电磁感应除冰装置示意图。

图3为本发明电磁加热板结构示意图。

图4为本发明横向平移装置结构示意图.

图5为本发明加热模块、测温装置及铁磁棒安装关系示意图。

图6为本发明控制箱结构示意图。

图7为本发明电磁感应除冰装置的加热流程图。

1-桥塔塔柱，2-桥塔横梁，3-电磁加热板，31-纳米耐高温防腐涂层，32-金属面板，33-纳米耐高温保温涂层，34-耐高温陶瓷纤维板，4-铝制外壳，5-结冰监控模块，6-控制箱，61-电源模块，62-整流装置，63-变频装置，64-控制器，65-信号传输天线，66-散热模块，7-横向平移装置，71-步进电机，72-滑块，73-螺纹丝杆，74-导轨，75-支座，8-加热模块，81-电磁感应线圈，82-绝缘卡盘，9-测温模块，10-铁磁棒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式做进一步描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

如图1至图6所示，本发明提供了一种用于桥塔横梁的电磁感应除冰装置，包括控制箱6和加热模块8，所述加热模块8包括悬挂固定于塔桥横梁侧面的外壳、设于外壳外侧用于产生涡流作为热源的电磁加热板3以及设于外壳内用于产生交变磁场的电磁感应线圈81，所述电磁加热板3覆盖整个塔桥横梁侧面；所述电磁感应线圈81通过横向平移装置7安装在外壳内，通过横向平移装置7驱动电磁感应线圈81在外壳内移动，对不同区域的电磁加热板3进行扫描式加热除冰，所述电磁感应线圈81和横向平移装置7均与控制箱6相连，通过控制箱6控制加热功率、横移速度和距离。

作为一种优选实施例，还包括结冰监控模块5和测温模块9，所述测温模块9包括设于桥塔横梁2、电磁加热板3以及电磁感应线圈81上的温度传感器以及环境温度传感器，所述测温模块9测得的温度信号传输至控制箱6内；所述结冰监控模块用于监测桥塔横梁2是否结冰。所述温度传感器可以采用红外线测温探头。

所述结冰监控模块5包括监控摄像头、环境温度传感器等等，具体不限，也可以采用现有技术中的智能监控模块，通过内置控制器64的算法和各种传感器综合判断。

作为一种优选实施例，所述外壳为铝制外壳4，所述铝制外壳4安装覆盖于桥塔横梁2侧面，具有高导热系数和低导磁率特性。具体的说，一、用以隔离外界环境保护内部结构不受侵蚀，保证内部稳定的工作环境；二、利用铝的金属特点高导热系数，使得铝制外壳4降低了内部电磁感应线圈81运行的环境温度；三、利用铝的金属特点低导磁率，铝制外壳4形成的空腔起到了良好的静电屏蔽的效果，既屏蔽了空腔内电磁感应线圈81产生的磁场对外界的影响，也可以屏蔽外电场对空腔内部元件影响。

作为一种优选实施例，如图2和图5所示，所述电磁感应线圈81由漆包紫铜线盘绕而成，并且与变频装置63输出端连接，为适应不锈钢加热面板形状设计为矩形，并且电磁感应线圈81正对着加热面板，高频交变电流流过线圈从而产生高频交变电磁场，其磁力线穿过陶瓷纤维板作用于不锈钢电磁加热板3，在面板内构成回路，从而产生涡流并形成热效应完成电能向热能的转换，使得电磁加热板3迅速升温，融化附着于电磁加热板3外表面的冰层，以此达到桥塔横梁2除冰、防冰效果。

作为一种优选实施例，如图3所示，所述电磁加热板3底部为向内弯折的L型，以便于在极易产生冰凌的横梁侧面与底面交界处电磁加热板3内部产生涡流生成热源。所述电磁感应线圈81底部也为相应向内弯折的L型，便于融化横梁侧面与底面交界处冰层，该处为桥塔横梁2极易产生冰凌的部位。

作为一种优选实施例，如图3所示，所述电磁加热板3包括金属面板32、设于金属面板32外侧的防腐涂层和设于金属面板32隔热层。所述防腐涂层可以为纳米耐高温防腐涂层31，具有抵抗侵蚀作用；所述隔热层用于阻隔不锈钢面板产生的热源向空腔内部传递，提高能量利用率。所述隔热层包括依次设有金属面板32内侧的纳米耐高温保温涂层33和耐高温陶瓷纤维板34，耐高温陶瓷纤维板34上开始有若干孔，用于安装温度传感器的探头。

如图3所示，所述耐高温陶瓷纤维板34安装于不锈钢面板内表面，由上、中、下、三块面板组成，且相邻面板之间留有2cm间隙，以便红外线测温探头准确测量不锈钢面板温度，同时适应材料温度变化引起的伸缩变形。

作为一种优选实施例，所述电磁加热板3可以采用防腐性能好、加热效率高的不锈钢面板，电磁加热板3覆盖整个桥塔横梁2的侧面。

作为一种优选实施例，如图2、图4和图5所示，所述电磁感应线圈81通过绝缘卡盘82支撑，所述横向平移装置7为丝杆螺母滑块机构，丝杆螺母滑块机构安装在外壳内侧，所述绝缘卡盘82支撑固定在丝杆螺母滑块机构的滑块72上，所述电磁感应线圈81固定在绝缘卡盘82上；具体的，所述丝杆螺母滑块机构包括步进电机71、滑块72、螺纹丝杆73和导轨74，两个导轨74通过两端分别通过支座75安装在外壳内侧壁上，所述螺纹丝杆73安装在两个导轨74之间，也通过轴承安装在两个支座75上，所述滑块72自由滑动的安装在两个导轨74上，并且所述滑块72通过螺纹配合与所述螺纹丝杆73相连，所述步进电机71与螺纹丝杆73相连，通过步进电机71驱动螺纹丝杆73转动，从而驱动滑块72沿着导轨74来回滑动，进行横向平移；所述绝缘卡盘82固定在滑块72上，电磁感应线圈81固定在绝缘卡盘82上，以此通过横向平移装置7驱动电磁感应线圈81横向移动，对电磁加热板3扫描式加热。

作为一种优选实施例，可增加线圈匝数也可增加线圈长度，或者增加多组线圈对电磁加热板3加热。

作为一种优选实施例，所述绝缘卡盘82内侧设有若干用于防止漏磁到塔桥横梁上的铁磁棒10，铁磁体制成的铁磁棒10能将磁场导向聚集在电磁加热板3上，减少漏磁，提高加热效率，防止磁场泄露对桥塔横梁2造成影响。

作为一种优选实施例，如图2和图5所示，所述电磁感应线圈81有两个，两个电磁感应线圈81分别通过一个绝缘卡盘82安装在一个丝杆螺母滑块机构上，两个丝杆螺母滑块机构独立动作，这样可以大大提高电磁感应线圈81加热的灵活性。

作为一种优选实施例，如图6所示，所述控制箱6内设有电源模块61、整流装置62、变频装置63和控制器64，控制箱6顶部或者四周设有散热模块66，控制箱6外侧设有信号传输天线65；

所述电源模块61用于将市交流电整流、滤波、稳压后转化为直流电；一部分直流电再经过变频装置63使直流电转变成高频交流电供给电磁感应线圈81用于对电磁加热板3加热，另一部分用于供给电磁感应除冰装置其余用电需求；所述控制器64用于对电磁感应线圈81和横向平移装置7进行控制，所述信号传输天线65用于与外界通讯进行数据传输。

所述控制箱6安装于桥塔横梁2顶部，内部集成了整流装置62、变频装置63、控制器64及散热模块66，控制箱6为一个密闭空腔，形成了内部稳定的运行环境，保证了内部电子元器件的正常运作。

所述散热模块66安装于控制箱6顶部或者四周，考虑到除冰装置使用的环境、时段特殊，多为冬季且环境温度低于0℃情况，加上所处横梁所处位置高度较高、风速较大，通过辐射散热及对流散热效果最佳。因此散热模块66采用高热导率的多齿翅片面板作为散热装置，翅片面板底部通过导热硅胶与控制箱6内散热元器件紧密接触，翅片面板由多块直立翅片组成，增加了散热面积，同时构成了控制箱6封闭整体，保证了内部元器件在恶劣环境中的工作稳定性，延长了装置使用寿命，降低检修风险。

如图7所示，本发明还提供一种用于桥塔横梁2的电磁感应除冰装置的除冰方法，包括以下步骤：

步骤1、开启控制箱6的电源模块61，给整个电磁感应除冰装置供电；

步骤2、通过结冰监控模块5监控电磁加热板3迎风面及桥塔横梁2下表面是否结冰，如果结冰，执行步骤3，进行除冰状态；否则执行步骤4，进入防冰状态；

步骤3、进入除冰状态，通过控制器64启动电磁加热线圈加热，并通过温度传感器实时监测电磁加热板3上的温度，同时通过横向平移装置7驱动电磁感应线圈81在外壳内横向移动，对整个电磁加热板3进行除冰，除冰后再次返回步骤2；

步骤4、进入防冰状态，具体步骤如下：

步骤4.1、通过测温模块9的环境温度传感器检测环境温度是否大于0度，如果大于则结束，否则执行步骤4.2；

步骤4.2、通过控制器64启动电磁加热线圈加热，并通过温度传感器实时监测电磁加热板3上的温度，同时通过横向平移装置7驱动电磁感应线圈81在外壳内横向移动，对整个电磁加热板3进行除冰，除冰后再次返回步骤4.1。

除冰状态的除冰流程如下：

整流装置62开启将市交流电转换为直流电，再经过变频装置63将直流电转换为所需要的高频交流电，同时散热模块66开始工作保证控制箱6内部稳定工作环境，横向平移装置7运行带动电磁感应线圈81沿导轨74运动，电磁感应线圈81产生的交变磁场在不锈钢面板内产生涡流，实现不锈钢面板的加热，测温模块9开启实时监测不锈钢面板加热温度确保面板产生足够的热量融化冰层。为达到最佳的融冰效果，测温数据将传输至控制器64，控制器64根据监测的温度数据实时调整加热功率。

防冰状态的除冰流程与除冰状态相同，再次不在赘述。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。