李明文，馮有亭

(1.寧夏固海揚(yáng)水管理處，寧夏中寧 755100;2.寧夏回族自治區(qū)水資源管理局，銀川 750001)

長(zhǎng)山頭泵站是寧夏大型灌排泵站固海揚(yáng)水工程的第三級(jí)泵站，總揚(yáng)程58.60m，凈揚(yáng)程54.91m，設(shè)計(jì)流量18.70m3/s，總裝機(jī)9臺(tái)，總裝機(jī)容量為20300kW，最大運(yùn)行容量為17800kW。泵站進(jìn)水渠道設(shè)計(jì)過(guò)水流量19.8m3/s，兩孔進(jìn)水，攔污柵單孔尺寸3.5m×3.5m(寬×高)，孔口內(nèi)設(shè)置工作攔污柵一道，設(shè)計(jì)水深2.28m，設(shè)計(jì)水位差2.0m，安裝傾斜角75°。

由于該泵站與第二級(jí)泵站(古城泵站)相距較遠(yuǎn)，渠道水流中經(jīng)常挾帶大量的水草、柴草、樹(shù)根、樹(shù)枝、死動(dòng)物、懸浮垃圾等各種雜物順流而下，堵塞、堆積到攔污柵前，厚度0.3～0.8m，遠(yuǎn)至柵前0.3～1.5m，造成攔污柵過(guò)流面積減小，前池水位下降，柵前和柵后壓差增大，機(jī)組上水量下降，揚(yáng)程增大，水頭損失增加。穿過(guò)柵條的水草、柴草、懸浮垃圾等雜物沖入到水泵蝸殼，纏繞在葉輪上，引起水力不平衡，造成機(jī)組振動(dòng)，各臺(tái)機(jī)組多次停機(jī)清理進(jìn)入蝸殼中的雜物。每到汛期，因攔污柵堵塞嚴(yán)重，柵壓差過(guò)大，直接威脅到水工建筑物安全，機(jī)組被迫停運(yùn)并進(jìn)行人工清污，使得機(jī)組運(yùn)行可靠性降低，嚴(yán)重?cái)_亂了灌區(qū)的正常灌溉秩序。

為了提高清污效率，使機(jī)組正常運(yùn)行，保證灌溉需求，我們通過(guò)實(shí)地調(diào)研了多種型式的清污設(shè)備在黃河左右岸布置的泵站和水電廠的應(yīng)用，并結(jié)合固海揚(yáng)水工程長(zhǎng)山頭泵站渠道水流流速、流態(tài)、污物性狀、水質(zhì)介質(zhì)情況、場(chǎng)地安裝條件，對(duì)各種型式的清污設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)分析，重點(diǎn)比較了回轉(zhuǎn)式和耙斗式清污機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)和在固海揚(yáng)水泵站的適應(yīng)性。由于回轉(zhuǎn)式清污機(jī)技術(shù)成熟，尤其適合于安裝在渠道上或有引渠的泵站，2013年4月我們選擇了回轉(zhuǎn)式清污機(jī)，安裝在寧夏固海揚(yáng)水工程古城泵站和長(zhǎng)山頭泵站及后級(jí)改造泵站，設(shè)備投運(yùn)后，運(yùn)行情況良好，清污效果顯著?，F(xiàn)將這種清污機(jī)及應(yīng)用情況介紹如下。

1 HQN型回轉(zhuǎn)式清污機(jī)結(jié)構(gòu)型式與布置

該HQN型回轉(zhuǎn)式清污機(jī)主要由機(jī)架、柵條、清污齒耙、提升鏈、電機(jī)減速驅(qū)動(dòng)裝置、電控系統(tǒng)和污物皮帶輸送機(jī)組成。其結(jié)構(gòu)與布置如圖1所示。

圖1 HQN3.5m×3.5m-75°清污機(jī)和皮帶機(jī)結(jié)構(gòu)布置示意圖

2 HQN型回轉(zhuǎn)式清污機(jī)工作原理及性能特點(diǎn)

2.1 工作原理

HQN型回轉(zhuǎn)式清污機(jī)是集攔污柵和清污機(jī)于一體的連續(xù)清污裝置。工作時(shí)，以攔污柵為基礎(chǔ)，通過(guò)繞柵回轉(zhuǎn)鏈條將固定于鏈條上的清污耙板在驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下，將水下柵條部分截留的污物撈起，清污耙板依靠?jī)蓚?cè)鏈條同步由迎水面由下向上回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)耙板到機(jī)體上部時(shí)，由于轉(zhuǎn)向?qū)к壖皩?dǎo)輪的作用，污物依靠重力自行脫落到皮帶輸送機(jī)設(shè)施上，被輸送出去，實(shí)現(xiàn)最終的攔污及清污目的。

2.2 性能特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整體剛性好，運(yùn)行平穩(wěn)，不易出故障，操作維修方便。可實(shí)現(xiàn)連續(xù)清污，全過(guò)水?dāng)嗝媲逦郏贿^(guò)水?dāng)嗝婷糠昼娪?～3道清污耙通過(guò)，齒耙線速度3m/min，清污效果好、效率高、耗能低。柵體過(guò)梁支撐于混凝土基礎(chǔ)之上，使清污機(jī)整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，工作可靠。齒耙插入柵條一定深度，把附著在柵條上的污物帶到清污機(jī)頂部，完成翻轉(zhuǎn)卸污動(dòng)作，保持過(guò)水?dāng)嗝媲鍧崯o(wú)污物。電機(jī)隱身于機(jī)架內(nèi)部，防護(hù)效果好，實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙清污。使用不銹鋼牽引鏈條保證水下工作無(wú)銹蝕，免維護(hù)。

3 清污機(jī)基本技術(shù)要求

3.1 齒耙主要組成及要求

清污機(jī)齒耙由主齒與副齒組成，副齒插入攔污柵條內(nèi)，主副齒的角度及插入柵條的角度布局合理，主副齒聯(lián)合實(shí)現(xiàn)清污功能。齒耙剛度、強(qiáng)度滿足清理柴草、樹(shù)樁、大動(dòng)物尸體等雜物。齒耙主齒長(zhǎng)度30cm，副齒長(zhǎng)度15cm以上。副齒插入柵條不小于50mm，齒耙厚度不小于12mm。

3.2 鏈條及材質(zhì)要求

一級(jí)鏈條(變速箱到主軸)采用精密傳動(dòng)板式套筒滾子鏈，節(jié)距為31.75mm;二級(jí)鏈條(主軸到齒耙管)采用304不銹鋼，板厚度不小于8mm。滾輪為202不銹鋼材質(zhì)，鏈盒為304不銹鋼半封閉鏈盒。

3.3 驅(qū)動(dòng)裝置布置及要求

驅(qū)動(dòng)裝置位于清污機(jī)上部，采用減速機(jī)和一級(jí)鏈傳動(dòng)方式，減速機(jī)為戶外型。電機(jī)采用內(nèi)置式，隱藏于機(jī)架內(nèi)部，大大提高了電機(jī)戶外防護(hù)能力，防護(hù)等級(jí)為IP57，絕緣采用F級(jí)。

3.4 機(jī)架要求

清污機(jī)的機(jī)架為一體式，具有足夠強(qiáng)度和剛度。能承受水中較大飄浮物的撞擊，格柵前后壓差2.0m。

3.5 運(yùn)行要求

清污機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，齒耙、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等運(yùn)行部件應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、平穩(wěn)，無(wú)卡滯、碰撞、梗阻、異聲等現(xiàn)象，傳動(dòng)齒輪固定銷栓均布，銷拴直徑不小于14mm。整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)可靠。水下軸承具有自潤(rùn)滑、摩阻小、耐腐蝕性能。

3.6 吊裝及檢修要求

為了清污機(jī)吊裝及檢修的方便，在清污機(jī)頂部設(shè)置了雙起吊點(diǎn)，中部?jī)蓚?cè)面設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)絞及支座，底部設(shè)雙起吊點(diǎn)。

3.7 主要構(gòu)件材質(zhì)要求

擋板、鏈條、齒耙及清污機(jī)護(hù)罩為不銹鋼。鏈輪為鑄鋼。柵體、外框架、支撐管為Q235B鋼質(zhì)材料。所有緊固件均采用1Cr13不銹鋼材質(zhì)。

4 電控系統(tǒng)

清污機(jī)及污物皮帶輸送機(jī)手動(dòng)與自動(dòng)控制回路、繼電保護(hù)等電氣控制系統(tǒng)安裝在一個(gè)電控箱內(nèi)，兩臺(tái)清污機(jī)控制系統(tǒng)共用一面電控柜，電控柜為戶外式?？刂品绞骄邆渚偷睾瓦h(yuǎn)動(dòng)切換功能，就地控制分為手動(dòng)、自動(dòng)兩種方式。具備電源監(jiān)視信號(hào)、運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)、故障報(bào)警信號(hào);故障報(bào)警信號(hào)接點(diǎn)引至電控柜外引端子，便于接入泵站監(jiān)控系統(tǒng)。手動(dòng)控制，通過(guò)電控柜里的按鈕控制驅(qū)動(dòng)裝置，使繞柵回轉(zhuǎn)鏈條將固定于鏈條上的清污耙板在驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下，行走至任意位置。自動(dòng)控制由PLC編程實(shí)現(xiàn)，分定時(shí)、液位差兩種方式。一是可以通過(guò)觸摸屏設(shè)定時(shí)間周期;二是將攔污柵的柵差壓力信號(hào)上傳到PLC，用柵差的設(shè)定值，可采用這兩種方式之一啟動(dòng)清污機(jī)自動(dòng)運(yùn)行。一經(jīng)啟動(dòng)，清污機(jī)即進(jìn)行清污工作。每臺(tái)清污機(jī)柵前、柵后配套超聲波液位差計(jì)(10m量程)各1套。電控柜采用PLC監(jiān)控，通訊規(guī)約為MODBUS協(xié)議，并留有RS485通信接口與泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接。所有電氣控制電纜全部布置在支柱和行走軌道內(nèi)。

5 清污機(jī)的選型及技術(shù)參數(shù)

清污機(jī)選型主要考慮取水口的水工建筑物型式、布置方式、建筑尺寸、攔污柵的寬度與安裝傾角、格柵間距、水流中污物的種類、大小、柵前水流形態(tài)、過(guò)柵流速等因素。經(jīng)計(jì)算分析，以及對(duì)攔污柵主梁校核、清污齒耙剛度、強(qiáng)度校核和清污齒耙軸強(qiáng)度校核后，選擇了HQ3.5×3.5-75°型，該型號(hào)產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 清污機(jī)的技術(shù)參數(shù)

6 清污機(jī)污物皮帶輸送機(jī)的選型及技術(shù)參數(shù)

清污機(jī)配帶皮帶輸送機(jī)，輸送帶兩側(cè)設(shè)不銹鋼擋污板，皮帶輸送機(jī)的型式、出口高度和擋板高度必須滿足輸送機(jī)能有效攜帶走所有污物，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 皮帶機(jī)技術(shù)參數(shù)

7 清污機(jī)防腐處理

除不銹鋼件外所有鋼件均做防腐處理。具體做法:經(jīng)噴砂清理后，采用熱噴鋅防腐，噴鋅厚度為200μm，再刷防銹漆兩遍，達(dá)到不起皮、不生銹、不變形效果。

8 清污機(jī)運(yùn)行情況及效果分析

往年灌溉行水期間，泵站機(jī)組投運(yùn)后，正值行水初期，由于大量水草等污物堆積在攔污柵前，柵前柵后存在水頭差，一般0.3～0.8m，最大可達(dá)1.5m。攔污柵受壓嚴(yán)重變形，水泵吸程增大，機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，效率大大降低，造成停機(jī)。經(jīng)常要停機(jī)撈草，搶修攔污柵，給泵站運(yùn)行管理帶來(lái)極大不便。自安裝清污機(jī)以來(lái)，被水流帶來(lái)的大量雜草、枯枝敗葉、生活垃圾及其他被攔污柵阻擋的污物到達(dá)柵前，被清污機(jī)有效地進(jìn)行了清除。代替了人工清污，大大減輕了人工清污的勞動(dòng)強(qiáng)度，消除了清污人員的安全隱患，提高了清污效率，并能把柵片之間及纏繞在柵片周圍的雜草、枯枝、塑料等污物全部清除，始終保持?jǐn)r污柵前后無(wú)水位差。清污機(jī)能夠長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，工作可靠，故障率低。且機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)振動(dòng)，無(wú)停機(jī)，清污效果顯著。清污機(jī)清除污物實(shí)物照片如圖2所示;清污機(jī)輸送機(jī)輸送污物實(shí)物照片如圖3所示。

圖2 清污機(jī)清除污物實(shí)物照片

圖3 清污機(jī)輸送機(jī)輸送污物實(shí)物照片

9 結(jié)語(yǔ)

清污機(jī)設(shè)施原理簡(jiǎn)單，清污量大，效率高，且由于和大型泵站更新改造工程同步實(shí)施，節(jié)約了土建配套工程費(fèi)用。目前，通過(guò)對(duì)該設(shè)備運(yùn)行實(shí)驗(yàn)與分析，實(shí)踐證明其保障行水期泵站機(jī)組安全運(yùn)行系數(shù)大大增強(qiáng)，很大程度上減少了停機(jī)帶來(lái)的損失，極大地發(fā)揮了泵站工程的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益?！?/p>

1 SL 382—2007水利水電工程清污機(jī)型式基本參數(shù) 技術(shù)條件［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.

2 GB/T 7984—2001輸送帶具有橡膠或塑料覆蓋層的普通用途織物芯輸送帶［S］.

3 何波.抓斗移動(dòng)式自動(dòng)清污機(jī)在紅葉二級(jí)水電廠的應(yīng)用［C］.//全國(guó)水電廠學(xué)術(shù)年會(huì)暨全國(guó)大中型水電廠技術(shù)協(xié)作網(wǎng)成立大會(huì)論文集.2004.