葉曉青 盧劍華 莫雪飛

（南寧水利電力設計院，廣西 南寧 530001）

龍州一、二級水電站清污機選型設計

葉曉青 盧劍華 莫雪飛

（南寧水利電力設計院，廣西 南寧 530001）

對目前水電工程清污機常用的結構型式及運動原理進行了充分的比較和說明，并結合龍州水電站工程對其中一種型式的清污機進行了詳細的介紹。

清污機；抓斗；滑車

（一）基本概況

1.工程簡介

廣西龍州水電站位于左江上游一級支流的平而河上，是我國境內平而河下游河段規(guī)劃的兩個梯級電站。一級站址距龍州縣城19.1km，電站廠房安裝兩臺單機容量6.5 MW燈泡貫流式機組，二級站址距龍州縣城 3.5km，距上游一級電站15.6km，廠內安裝3臺單機容量5MW的貫流式機組.進水口均按單機單孔布置。每臺機組的進水口設 1扇攔污柵，攔污柵后設有檢修門，攔污柵和檢修門由壩頂門機啟閉操作。

龍州一、二級水電站自2008年4月27日至2009年元月，已相繼全部投入了運行。汛期大量樹枝、竹子、編織袋、死動物等雜物沖至庫區(qū)，雖然在進水河面采用簡易擋污排攔污，絕大部分半沉浮污物還是從擋污排底部沖入取水口，造成攔污柵堵塞，嚴重影響機組出力。穿過柵片的樹枝、竹子沖入水輪機蝸殼，卡在導葉之間，引起水力不平衡，造成機組振動。由于無清污設備，只有采用人工潛水打撈方法進行打撈，但人工打撈費時費力，且必須停機才能進行,清污效果極不理想。為了有效地清除柵前污物，提高水頭利用率，發(fā)電機組進水口有必要增設攔污柵清污設備。

2.現(xiàn)有相關設備特性

本次進行清污機設計，需充分考慮清污機與現(xiàn)有設備及建筑的配套聯(lián)系和影響，了解現(xiàn)有設備的相關特性參數(shù)，選擇最適合本電站廠房的清污設備，最大程度提高水頭利用率，給電廠帶來更高的效益。

表1 一級電站廠房基本參數(shù)

表2 二級電站廠房基本參數(shù)

（二）清污機選型設計

1.設計要求

本次進行攔污柵清污機的設計是在電站建成投產(chǎn)后進行的，因此清污機的設計要充分利用已有設備，盡量減少對原有設備的改造，不對已有土建結構造成破壞，做到技術先進，質量可靠，結構簡單、實用，造價合理，安裝調試和運行維護方便。

龍州一、二級站廠房進水口結構相類似，二級站在結構及參數(shù)選型上較一級站要求高，以二級站進行清污機選型，所選型號同樣適用于一級站。

2.清污機類型選擇

根據(jù)電站運行清污要求，并結合電站現(xiàn)有設備和廠房段壩頂平面布置情況，選擇GD系列移動式清污機、回轉式清污機，門式清污機進行比較。

（1）GD型移動式清污機

①清污機結構：

主要結構包括抓斗裝置、滑車及行車導軌。

抓斗裝置包括抓斗、油缸及導輪裝置。抓斗選用不銹鋼材質，中間有活動鉸鏈，上部用油缸連接，控制使抓斗的開閉。

滑車部分由行走裝置、提升裝置、液壓泵站、電氣控制柜等組成。

行車導軌包括矩型導軌和立柱。導軌由鋼板沖壓成形，立柱為空心鋼柱。導軌直接延伸至雜物排放區(qū)，無需二次輸送。

②工作原理：

在工作時，移動車沿軌道移至第一個抓污位置，限位感應開關會準確的測量到這個位置，移動車停留在此處，同時抓斗向下運行。抓斗在下降的過程中，將垃圾向下推到柵條底部，到達底部后，抓斗抓污并合攏，然后向上運行。

當抓斗到達頂部后，移動車沿軌道移至卸渣處,抓斗打開把污物倒至卸渣點。然后移動車和抓斗移至第二個抓污位置，抓斗抓污位置的多少取決于所有格柵的總寬度。每一個抓污位置都是由軌道上的限位點來決定的，可選擇全自動時間控制模式或液位差控制模式來控制清污機的運行。當所有抓污點都被清污處理過以后，移動車返回并?？吭陔s物排放區(qū)。

如果因為垃圾太多或其他一些障礙物阻止了抓斗到達格柵底部，檢測移動車鋼絲繩是否松弛的裝置，可使抓斗停止向下運行，抓斗合攏并向上提升污物，將污物送至卸渣點后再次返回此抓污位置繼續(xù)清污。

頂部和底部的提升限位取決于主提升軸驅動的旋轉臂感應開關單元。限位感應裝置除決定抓斗位置和卸渣點位置，還用于阻止移動車移至軌道末端。

抓斗液壓裝置的動力直接由安裝在移動車上的電力驅動泵提供。

電控系統(tǒng)可控制移動車按順序全自動清污。

當抓斗到達格柵底部時，預先設置的限位感應開關使抓斗向下的動作停止，液壓泵馬達開始起動，同時，供油閥打開，抓斗合攏。

當抓斗全部打開時，液壓泵馬達會停止工作并且電控裝置控制開始重新運行，安全閥壓力設置為 12MPa，直接安裝在泵的排壓口處。

PLC回路中有一定時器，當導管破裂時用以防止油的外瀉，同時還安裝有壓力計和油位觀測窗。液壓油為航空專用油，在零下40度能正常運行。

③清污機特點：

A.節(jié)能、高效

GD型移動式格柵全自動清污機是一種節(jié)能高效的移動式格柵清污設備。它的工作效率相當于三種傳統(tǒng)機器的結合，即撈污系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和卸料系統(tǒng)。所以功能上等于一機多用，降低了能耗。GD型抓斗移動式格柵全自動清污機是由懸架導軌來支撐，依靠抓斗自身重量向下運行進行抓污過程的。減少其它形式的格柵那樣的框架式支架和抓斗運行軌道，不需要任何土建施工改動方面的花費，同時減少因磨擦引起的能耗損失，節(jié)約了能源。

B.安全可靠

GD型抓斗移動式格柵全自動清污機的移動車平行移動時，抓斗始終處于頂部位置，而且軌道上裝有限位感應裝置，可決定抓斗的準確位置和卸渣點的位置，并可阻止小車移動至軌道末端而滑出軌道。垂直移動時，頂部和底部的提升限位感應裝置可以決定抓斗上升或下降的位置。如果因為垃圾太多或其它一些障礙物阻止了抓斗到達格柵底部，檢測小車上的鋼絲繩是否松弛的裝置，可使抓斗停止向下運行，此時抓斗合攏并向上提升污物，并將污物送至卸渣點后再次返回此抓污位置繼續(xù)清污過程。

C.壩面干凈整潔

軌道橫跨在取水口處，所有控制纜線也延其布置，清污機撈污、傳輸和卸料在一個清污周期完成，垃圾直接放到排放區(qū)，無需輸送裝置，開放式清污平臺干凈、清潔。

（2）無障礙回轉式清污機

①清污機結構:

無障礙回轉式清污機主要有柵體、清污耙、傳動系統(tǒng)三個部分組成。

柵體部分由支承架、柵面、導軌組成。三者構成傳動系統(tǒng)的骨架，并攔截水流中的漂浮物，使其不進入前池。

清污耙均布安裝在繞柵體回轉的板式滾子鏈上，其間距按污物的多少而確定，一般間距在1.5～2米左右，耙齒中心距與柵條中心距相同。滾子鏈沿導軌繞柵體回轉，帶動齒耙沿柵面運動。

傳動系統(tǒng)主要有：電動機、行星擺線針輪減速器、主動鏈輪、驅動鏈（套筒滾子鏈）、輪軸組等組成。輪軸組由從動鏈輪、傳動軸、牽引鏈輪、板式滾子鏈、左右調節(jié)軸承和過載保護機構組成。驅動鏈條的張緊靠電動機座上的滑軌和調節(jié)螺栓調節(jié)。支撐在左右調節(jié)軸承支架上的傳動軸兩端的牽引鏈輪與板式滾子鏈嚙合，使?jié)L子鏈沿導軌回轉。為使兩滾子鏈同步張緊，在左右調節(jié)軸承上設置了調節(jié)螺桿。

②工作原理：

無障礙回轉清污機的驅動機構布置在柵體頭架的內部。減速機輸出軸上的主動鏈輪，通過鏈傳動帶動輪軸組上的從動鏈輪，從動鏈輪通過安全保護裝置將扭矩傳給輪軸組傳動軸，傳動軸帶動兩個牽引鏈輪旋轉，從而牽引板式滾子鏈回轉，安裝在兩條牽引鏈條之間的清污耙便隨著鏈條回轉。由于每個齒耙都插入柵面內一定深度，故柵面上的污物被強制隨耙齒運動，當齒耙傳到柵體頂部，牽引鏈條換向時，齒耙也隨之翻轉，此時耙上的污物脫落到工作橋面或皮帶輸送機等設施上，被送出橋面。

③清污機優(yōu)點：

A.無障礙回轉式清污機是將攔污與清污結合為一體的固定式連續(xù)清污設備，結構簡單，整機剛性好。

B.清污量大，每小時最大清污量可達45噸。

C.易操作，隨時清污，清污效果好，保持進水口水流通暢。

D.運行平穩(wěn)、不易出現(xiàn)故障、維修簡便、耗能低、壽命長。

E.撈污、傳輸、收集一次完成，壩面干凈整潔。

F.驅動裝置直接安裝在清污機柵體內部。清污耙在繞柵體回轉工作時，消除由傳動支架及減速機帶來的空間障礙，保證清污工作順利進行，提高清污效率。采用隱身式結構，提高電機的戶外防護能力。

④清污機缺點

A.主要適用于小樹枝、水草等體積較小而數(shù)量較多的情況。

B.垂直安裝高度較矮,在本工程中,只能清表面垃圾,半沉浮垃圾無法清除。

C.對土建改造較大。

（3）門式清污機

①清污機結構：

門式清污機主要由門架、行走、起升、液壓抓斗等機構組成。

門架及行走機構為原壩頂門機機構

清污抓斗：清污抓斗為液壓抓斗，抓斗開閉由液壓缸進行控制。

起升機構：由起升構架、電動機、起升制動裝置等組成，清污機的起升機構帶動抓斗進行升降。

電氣系統(tǒng)：包括傳動、控制和電氣保護等系統(tǒng)，主要是對行走機構、起升機構、抓斗開閉等的運行控制。

②工作原理：

清污機與壩頂門機配套使用。當清污機需要工作時，通過門機移動將清污機運行到指定的清污工位，操作門機起升機構使清污機固定放置在孔口上，然后進行清污，清污過程通過清污機自己的控制系統(tǒng)進行操作。清污機的起升機構帶動抓斗進行升降, 通過液壓系統(tǒng)操作液壓缸推動耙斗進行開閉。清污時，抓斗的轉耙張開并沿攔污柵胸墻下降，當清污抓斗到達攔污柵斜面位置時，越過斜面沿攔污柵柵條運行，并鏟下攔污柵前的污物，并沿柵面下行，當清污抓斗抓滿時或到達攔污柵底部后，液壓系統(tǒng)工作使抓斗的轉耙閉合后，可抓取鏟齒鏟下的污物，抓斗提升至上極限。操作門機起升機構把抓斗提升至壩面上，移動門機到指定卸污位置，抓斗張開卸污。一個工位清污完畢后，由門機的帶動清污機到下一個清污工位按上述進行重復作業(yè)。

③清污機優(yōu)點：

A.直接采用現(xiàn)有壩項門機，減少設備費投入。

B.充分利用壩頂門機縱向移動速度快和卷揚機升降速度快的特點，完成一次清污所用時間較短，提高清污效率。

C.耙斗采用液壓開閉，使抓斗有足夠的插入力，抓物效果好。

D.設有過載、松繩及限位等多種保護，清污過程安全可靠。

④清污機缺點

A.需要壩頂門機配套使用。容易造成啟吊設備搶用問題

B.耙斗導向輪以攔污柵柵條為導向，需對原有攔污柵進行改造。

（三）小結

清污機在電廠運行中擔負著清理污物，疏通攔污柵，保證機組正常運行的重任，特別是在安裝燈泡貫流式機組的電廠更能表現(xiàn)出清污機的重要性。龍州一、二級水電站根據(jù)進水口的布置情況，采用一臺GD型移動式清污機對攔污柵實施清污，適合現(xiàn)有場地空間、土建要求低，易于安裝；作業(yè)面積廣，進水口無論有幾孔攔污柵，只需裝一臺機，性價比高；抓斗上下運動不用導軌，無磨擦，能耗??；一次能抓取幾百公斤重的垃圾，處理量大；電控系統(tǒng)采用PLC及觸摸屏控制，實現(xiàn)全自動清污處理，適用于“無人值班，少人值守”水電站。無永久浸泡部件，故障少，維護量極低。清污機投運后，避免了機組沖擊性破壞，機械清污代替人工清污，清污效率高；解決了柵壓差過大的安全隱患，保證電站廠房安全，安全效益顯著；不再需要停機清污，增加發(fā)電量，給電站帶來更高的經(jīng)濟效益。

綜上所述，GD型移動式清污機方案具有節(jié)能、高效，安全可靠，改造少，投資省等優(yōu)點，更適合龍龍州一、二級水電站。

TV732.2

A

1008-1151(2011)06-0108-02

2011-03-03

葉曉青，女，南寧水利電力設計院工程師，從事水利水電工程金屬結構設計。