李昆侖

(廣東省水利電力勘測設計研究院，廣州 510000)

清污機在河床式水電站中的應用分析

李昆侖

(廣東省水利電力勘測設計研究院，廣州 510000)

當水電站正常運行發(fā)電時，攔污柵處將會聚集大量污物，如不及時清除，將會影響機組進水流態(tài)及機組出力，甚至有可能壓垮攔污柵，直接危及電站的正常運行。清除攔污柵前污物如果單單依靠人力及清污船來進行，清除效率和潔凈效果都是不理想且具有安全隱患的，故大部分水電站都采用清污機這類專業(yè)清理設備對柵前污物進行清除。特別是河床式水電站大多為大流量低水頭電站，水頭變化對其發(fā)電效益影響較大，所以大部分電站會遇到由于柵前污物過多而引起柵后跌水，從而降低水頭造成電能損失的困擾。而柵前污物清除效果與清污機類型及布置形式有直接關系，所以根據(jù)電站實際情況選擇合理的清污機類型及布置形式對提高水電站的發(fā)電經(jīng)濟效益有顯著效果。清污機可分為耙斗式清污機和回轉式清污機，主要用來清除水電站攔污柵處柵前聚集的污物。文章以河床式水電站常用的清污機類型及布置形式作為實例，并對其優(yōu)缺點進行分析并提出自己的探討意見。

清污機；河床式水電站；類型；布置形式；應用

0 前 言

當水電站正常運行發(fā)電時，攔污柵處將會聚集大量污物，如不及時清除，將會影響機組進水流態(tài)及機組出力，甚至有可能壓垮攔污柵，直接危及電站的正常運行。清除攔污柵前污物如果單單依靠人力及清污船來進行，清除效率和潔凈效果都是不理想且具有安全隱患的，故大部分水電站都采用清污機這類專業(yè)清理設備對柵前污物進行清除。特別是河床式水電站大多為大流量低水頭電站，水頭變化對其發(fā)電效益影響較大，所以大部分電站會遇到由于柵前污物過多而引起柵后跌水，從而降低水頭造成電能損失的困擾。而柵前污物清除效果與清污機類型及布置形式有直接關系，所以根據(jù)電站實際情況選擇合理的清污機類型及布置形式對提高水電站的發(fā)電經(jīng)濟效益有顯著效果。

1 清污機概述

目前水電站中使用到的清污機型式可分為耙斗式清污機和回轉式清污機。

1.1 耙斗式清污機

耙斗式清污機與攔污柵體離，而根據(jù)安裝方式的不同，耙斗式清污機可分為固定式和移動式，根據(jù)耙斗的開閉方式又可分為繩索式和液壓驅動式。因耙斗式清污機清污能力強、操作性能好、維修方便同時還可兼作提柵作業(yè)，較多水電站選用此類型清污機[1]。河床式水電站一般為多進水口、多機組，且機組流量大使得柵前污物較多，故多選用移動式液壓耙斗清污機作為清污設備，其結構示意圖見圖1。

1.2 回轉式清污機

回轉式清污機是將攔污和清污結合為一體的固定式連續(xù)清污機械，并由牽引鏈條驅動清污器，通過繞柵作回轉運動不斷清理污物上岸?；剞D清污機根據(jù)其回轉結構不同可分為柵鏈回轉式和齒耙回轉式兩類。柵鏈回轉式清污機攔污格柵和清污器合二為一，由于其結構復雜，剛性差，適應性差，故河床式水電站使用的回轉式清污機多為齒耙回轉式清污機，其結構布置示意圖見圖2。

圖1 移動式液壓耙斗清污機結構示意圖

圖2 齒耙回轉式清污機結構布置示意圖

2 主要功能及工作原理

2.1 移動式液壓耙斗清污機

移動式液壓耙斗清污機主要由機架、行走機構、托架、起升結構、集污斗、導污裝置、清污耙以及液壓自動抓梁等部件組成,可實現(xiàn)行走、清污和起吊攔污柵。

2.1.1 清污作業(yè)

主要用途是清理電站進水口攔污柵前的各種污物。進行清污作業(yè)時,將清污機運行到需要清污的工位,通過自動或手動對位后,再由起升機構升降耙斗。耙斗上設置的密封的液壓站,通過同步收放的電纜送出動力電源及控制信號至耙斗, 液壓油缸根據(jù)指令的要求控制耙斗的開閉。當耙斗提升至泄污工位時, 打開泄污翻板,耙斗張開后卸下的污物經(jīng)翻板、導污板可卸至集污斗中或運輸車上,最后將污物運走[2]。

2.1.2 提柵作業(yè)

清污機在進行提柵作業(yè)時,需要先要卸下清污耙斗并調(diào)整托架的位置,最后裝上自動抓梁。提柵工作是逐節(jié)進行的,提柵時清污機可自動或手動對位,自動抓梁沿攔污柵槽下降,當下降到和柵體接觸位置時,自動抓梁上液壓油缸收到信號后便推動抓鉤進人攔污柵吊軸位置,最后將攔污柵提起。

2.2 回轉齒耙式清污機

齒耙回轉式清污機主要由機架、柵條、清污齒耙、牽引鏈、電機減速驅動裝置、緩沖自凈卸污裝置等組成。清污作業(yè)時,由固定于牽引鏈上的清污齒耙在驅動裝置的帶動下,將水下格柵部分截留的污物撈上,清污齒耙依靠兩側牽引鏈同步由柵后至柵前順時針回轉運動;當齒耙到機體上部時,由于轉向導軌及導輪的作用,一部分污物依靠重力自行落下至帶式輸送機,用帶式輸送機將清澇上來的污物源源不斷地傳送到裝卸場,從而實現(xiàn)攔污清污的目的。

3 實體工程的應用

河床式水電站的攔污柵及清污機大部分布置廠房流道進水口處，攔污柵后面布置檢修門，根據(jù)漂浮污物數(shù)量部分電站還會同時在進水口攔沙坎處布置一道攔污浮排，用以攔截部分水面漂浮物并通過人工配合清污船清理浮排前污物，其目的是減少進水口攔污柵處清污機的清污壓力；目前還有種布置形式是在進水口攔沙坎上部建立攔污柵及清污機，并取消了電站前沿的攔污排，這樣攔沙坎既可以起攔沙的作用同時又可以作為攔污柵的基礎，而位于其上部的攔污柵則可有效攔截污物。下面通過一些河床式水電站中應用實例對不同類型清污機在各布置形式下的適應及運行情況進行論述及分析[3]。

3.1 移動液壓耙斗清污機

3.1.1 布置在廠房流道進水口處

目前大部分河床式水電站均會采用在電站前沿布置攔污漂排，將攔污柵及清污機布置在廠房流道進水口處，攔污柵后面布置檢修門的常規(guī)電站進口金屬結構布置。某電站采用2× 125kN移動液壓耙斗清污機作為清污設備，其主要由主機架、清污耙斗、起升機構、行走機構和翻板導污裝置等組成，同時要求門架內(nèi)可以進入5t運輸車,以方便清走垃圾。經(jīng)過一段時間的運行后發(fā)現(xiàn)，雖然這種布置結構簡單、緊湊，靜態(tài)投資少，但清污效果和能力較差，主要出現(xiàn)的問題是：①由于清污時耙斗靠自重進入污物中,當攔污柵前雜物較多時清污耙斗并不能很好的將污物壓下去并抓取,而且當污物較多時耙爪的閉合狀況不佳；②污物在提升過程中容易掉落并停留在攔污柵上，直接影響電站外觀形象，同時部分污物在柵上腐爛后發(fā)出難聞的氣味；③實際清污效果和清理污物量并不理想；④攔污柵底部雜物清理效果不強，在長久運行后由于柵前底部污物淤積，將直接影響機組出力。經(jīng)電站運行單位對機組相關數(shù)據(jù)進行收集統(tǒng)計后計算，底部淤積物可讓機組平均出力約減少2%，對水電站的遠期發(fā)電效益影響較大。

3.1.2 布置在進水口攔沙坎處

將攔污柵布置在流道進水口處，①對進水流態(tài)影響較大，②柵前污物堆積影響機組出力，針對以上問題目前有不少河床式水電站將攔污柵及清污機布置在進水口攔沙坎處。圖3是某電站將攔污柵及清污機布置在電站攔沙坎處示意圖，其選用2× 200kN移動液壓耙斗清污機作為清污設備，攔污柵閘墩軸線與水電站壩軸線成88°夾角，共設24孔攔污柵，孔口尺寸為12.0m×5.0m(寬×高)，底坎高程為5.0m，閘頂高程為14.5m。清污機采用液壓耙斗，整跨清污，并在跨內(nèi)卸污，同時在清污機跨內(nèi)布置1臺集污車，通過集污車把清污機收集的污物運走，集污車可單獨驅動并且能跟隨清污機在整個壩面移動。同時于閘壩端頭設置清污平臺，可讓位于清污平臺上的汽車將集污車中污物運走，同時清污平臺還作為攔污柵檢修平臺。經(jīng)過一段時間的運行后發(fā)現(xiàn)效果較好：①進水口流態(tài)平順，攔污柵前后看基本無跌水；②因攔污柵閘墩軸線與電站大壩壩軸線幾乎成直線，使得污物基本集中在靠近泄水閘處，減少清理壓力，同時清污容易；③電站攔沙坎與攔污柵閘墩相結合，連接到岸坡堤線，使得正面水流與電站前池水比較不容易發(fā)生水體交換，減少電站前池懸移質的落淤；④雖然總投資與常規(guī)方案相比增加了約500萬元，但提高了0.2m的水頭，而對于大流量的河床式水電站，0.2m水頭產(chǎn)生的效益非常可觀。

3.2 回轉式清污機

由于柵鏈回轉式清污機柵體強度較低，維修相對復雜，目前河床式水電站使用的回轉清污機基本為齒耙回轉式清污機。某河床式水電站有3臺機組共設置6臺齒耙回轉式清污機，同時設置一條帶式輸送機將清撈上來的污物源源不斷地傳送到裝卸場。清污機布置在廠房流道進水口處，每臺清污機孔口凈寬3．5m，柵條間距150mm齒耙鏈條線速度6m/min，設計單耙清污能力1t，設計清污能力30-50t/h,攔污柵設計前后落差2.0m，設計流速1m/s，垂直高度17.3m，牽引鏈條為不銹鋼。齒耙為2.55m一排，每臺清污機裝設15個齒粑。電站經(jīng)過一段時間投產(chǎn)運行后發(fā)現(xiàn)使用的齒耙回轉式清污機：①清污效率高；②實現(xiàn)了連續(xù)清污和全過水斷面清污；③配套微機集中控制,實現(xiàn)遠程管理和自動閉環(huán)控制，大大地減輕了電站運行管理人員的勞動強度；④正常運行時柵前后的水頭差較小，但同樣存在著以下問題：①鏈條及齒耙磨損量較大；②安裝深度大，修復時較為困難；③無提柵啟閉設備，提柵檢修較為困難，且清污機水下部分出現(xiàn)問題時，須停機提柵進行檢修工作，直接影響發(fā)電效益。

圖3 攔污柵布置在攔沙坎處示意圖

4 結 語

水電站攔污及清污問題在水電站運行中是一項不容忽視的問題，特別是對水頭變化非常敏感的河床式水電站中更應該重視，清污機和布置形式選擇是否合理,將直接影響水電站運行狀況及經(jīng)濟效益。無論是水電站的新建還是改造項目，在選擇治理污物方案時,應根據(jù)工程所在地的污物量及組成情況、電站水工建筑物布置情況，同時通過方案遠期經(jīng)濟效益比對，選擇不同的清污機類型及布置形式。

[1]中華人民共和國水利部SL382—2007.水利水電工程清污機型式基本參數(shù)技術條件[S].北京：中國水利水電出版社，2007.

1007-7596(2017)06-0141-03

2017-05-18

李昆侖(1984-)，男，廣東梅州人，工程師。

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