李昆侖

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣州 510000)

清污機(jī)在河床式水電站中的應(yīng)用分析

李昆侖

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣州 510000)

當(dāng)水電站正常運(yùn)行發(fā)電時(shí)，攔污柵處將會(huì)聚集大量污物，如不及時(shí)清除，將會(huì)影響機(jī)組進(jìn)水流態(tài)及機(jī)組出力，甚至有可能壓垮攔污柵，直接危及電站的正常運(yùn)行。清除攔污柵前污物如果單單依靠人力及清污船來進(jìn)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(jī)這類專業(yè)清理設(shè)備對(duì)柵前污物進(jìn)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(duì)其發(fā)電效益影響較大，所以大部分電站會(huì)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(jī)類型及布置形式有直接關(guān)系，所以根據(jù)電站實(shí)際情況選擇合理的清污機(jī)類型及布置形式對(duì)提高水電站的發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益有顯著效果。清污機(jī)可分為耙斗式清污機(jī)和回轉(zhuǎn)式清污機(jī)，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(jī)類型及布置形式作為實(shí)例，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析并提出自己的探討意見。

清污機(jī)；河床式水電站；類型；布置形式；應(yīng)用

0 前 言

當(dāng)水電站正常運(yùn)行發(fā)電時(shí)，攔污柵處將會(huì)聚集大量污物，如不及時(shí)清除，將會(huì)影響機(jī)組進(jìn)水流態(tài)及機(jī)組出力，甚至有可能壓垮攔污柵，直接危及電站的正常運(yùn)行。清除攔污柵前污物如果單單依靠人力及清污船來進(jìn)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(jī)這類專業(yè)清理設(shè)備對(duì)柵前污物進(jìn)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(duì)其發(fā)電效益影響較大，所以大部分電站會(huì)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(jī)類型及布置形式有直接關(guān)系，所以根據(jù)電站實(shí)際情況選擇合理的清污機(jī)類型及布置形式對(duì)提高水電站的發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益有顯著效果。

1 清污機(jī)概述

目前水電站中使用到的清污機(jī)型式可分為耙斗式清污機(jī)和回轉(zhuǎn)式清污機(jī)。

1.1 耙斗式清污機(jī)

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

1.2 回轉(zhuǎn)式清污機(jī)

回轉(zhuǎn)式清污機(jī)是將攔污和清污結(jié)合為一體的固定式連續(xù)清污機(jī)械，并由牽引鏈條驅(qū)動(dòng)清污器，通過繞柵作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不斷清理污物上岸。回轉(zhuǎn)清污機(jī)根據(jù)其回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)不同可分為柵鏈回轉(zhuǎn)式和齒耙回轉(zhuǎn)式兩類。柵鏈回轉(zhuǎn)式清污機(jī)攔污格柵和清污器合二為一，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，剛性差，適應(yīng)性差，故河床式水電站使用的回轉(zhuǎn)式清污機(jī)多為齒耙回轉(zhuǎn)式清污機(jī)，其結(jié)構(gòu)布置示意圖見圖2。

圖1 移動(dòng)式液壓耙斗清污機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 齒耙回轉(zhuǎn)式清污機(jī)結(jié)構(gòu)布置示意圖

2 主要功能及工作原理

2.1 移動(dòng)式液壓耙斗清污機(jī)

移動(dòng)式液壓耙斗清污機(jī)主要由機(jī)架、行走機(jī)構(gòu)、托架、起升結(jié)構(gòu)、集污斗、導(dǎo)污裝置、清污耙以及液壓自動(dòng)抓梁等部件組成,可實(shí)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(jìn)水口攔污柵前的各種污物。進(jìn)行清污作業(yè)時(shí),將清污機(jī)運(yùn)行到需要清污的工位,通過自動(dòng)或手動(dòng)對(duì)位后,再由起升機(jī)構(gòu)升降耙斗。耙斗上設(shè)置的密封的液壓站,通過同步收放的電纜送出動(dòng)力電源及控制信號(hào)至耙斗, 液壓油缸根據(jù)指令的要求控制耙斗的開閉。當(dāng)耙斗提升至泄污工位時(shí), 打開泄污翻板,耙斗張開后卸下的污物經(jīng)翻板、導(dǎo)污板可卸至集污斗中或運(yùn)輸車上,最后將污物運(yùn)走[2]。

2.1.2 提柵作業(yè)

清污機(jī)在進(jìn)行提柵作業(yè)時(shí),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(dòng)抓梁。提柵工作是逐節(jié)進(jìn)行的,提柵時(shí)清污機(jī)可自動(dòng)或手動(dòng)對(duì)位,自動(dòng)抓梁沿?cái)r污柵槽下降,當(dāng)下降到和柵體接觸位置時(shí),自動(dòng)抓梁上液壓油缸收到信號(hào)后便推動(dòng)抓鉤進(jìn)人攔污柵吊軸位置,最后將攔污柵提起。

2.2 回轉(zhuǎn)齒耙式清污機(jī)

齒耙回轉(zhuǎn)式清污機(jī)主要由機(jī)架、柵條、清污齒耙、牽引鏈、電機(jī)減速驅(qū)動(dòng)裝置、緩沖自凈卸污裝置等組成。清污作業(yè)時(shí),由固定于牽引鏈上的清污齒耙在驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下,將水下格柵部分截留的污物撈上,清污齒耙依靠?jī)蓚?cè)牽引鏈同步由柵后至柵前順時(shí)針回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);當(dāng)齒耙到機(jī)體上部時(shí),由于轉(zhuǎn)向?qū)к壖皩?dǎo)輪的作用,一部分污物依靠重力自行落下至帶式輸送機(jī),用帶式輸送機(jī)將清澇上來的污物源源不斷地傳送到裝卸場(chǎng),從而實(shí)現(xiàn)攔污清污的目的。

3 實(shí)體工程的應(yīng)用

河床式水電站的攔污柵及清污機(jī)大部分布置廠房流道進(jìn)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(huì)同時(shí)在進(jìn)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(jìn)水口攔污柵處清污機(jī)的清污壓力；目前還有種布置形式是在進(jìn)水口攔沙坎上部建立攔污柵及清污機(jī)，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(shí)又可以作為攔污柵的基礎(chǔ)，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(yīng)用實(shí)例對(duì)不同類型清污機(jī)在各布置形式下的適應(yīng)及運(yùn)行情況進(jìn)行論述及分析[3]。

3.1 移動(dòng)液壓耙斗清污機(jī)

3.1.1 布置在廠房流道進(jìn)水口處

目前大部分河床式水電站均會(huì)采用在電站前沿布置攔污漂排，將攔污柵及清污機(jī)布置在廠房流道進(jìn)水口處，攔污柵后面布置檢修門的常規(guī)電站進(jìn)口金屬結(jié)構(gòu)布置。某電站采用2× 125kN移動(dòng)液壓耙斗清污機(jī)作為清污設(shè)備，其主要由主機(jī)架、清污耙斗、起升機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)和翻板導(dǎo)污裝置等組成，同時(shí)要求門架內(nèi)可以進(jìn)入5t運(yùn)輸車,以方便清走垃圾。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，雖然這種布置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)耙斗靠自重進(jìn)入污物中,當(dāng)攔污柵前雜物較多時(shí)清污耙斗并不能很好的將污物壓下去并抓取,而且當(dāng)污物較多時(shí)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(shí)部分污物在柵上腐爛后發(fā)出難聞的氣味；③實(shí)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(qiáng)，在長(zhǎng)久運(yùn)行后由于柵前底部污物淤積，將直接影響機(jī)組出力。經(jīng)電站運(yùn)行單位對(duì)機(jī)組相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集統(tǒng)計(jì)后計(jì)算，底部淤積物可讓機(jī)組平均出力約減少2%，對(duì)水電站的遠(yuǎn)期發(fā)電效益影響較大。

3.1.2 布置在進(jìn)水口攔沙坎處

將攔污柵布置在流道進(jìn)水口處，①對(duì)進(jìn)水流態(tài)影響較大，②柵前污物堆積影響機(jī)組出力，針對(duì)以上問題目前有不少河床式水電站將攔污柵及清污機(jī)布置在進(jìn)水口攔沙坎處。圖3是某電站將攔污柵及清污機(jī)布置在電站攔沙坎處示意圖，其選用2× 200kN移動(dòng)液壓耙斗清污機(jī)作為清污設(shè)備，攔污柵閘墩軸線與水電站壩軸線成88°夾角，共設(shè)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(jī)采用液壓耙斗，整跨清污，并在跨內(nèi)卸污，同時(shí)在清污機(jī)跨內(nèi)布置1臺(tái)集污車，通過集污車把清污機(jī)收集的污物運(yùn)走，集污車可單獨(dú)驅(qū)動(dòng)并且能跟隨清污機(jī)在整個(gè)壩面移動(dòng)。同時(shí)于閘壩端頭設(shè)置清污平臺(tái)，可讓位于清污平臺(tái)上的汽車將集污車中污物運(yùn)走，同時(shí)清污平臺(tái)還作為攔污柵檢修平臺(tái)。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)效果較好：①進(jìn)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(shí)清污容易；③電站攔沙坎與攔污柵閘墩相結(jié)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(zhì)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(duì)于大流量的河床式水電站，0.2m水頭產(chǎn)生的效益非?？捎^。

3.2 回轉(zhuǎn)式清污機(jī)

由于柵鏈回轉(zhuǎn)式清污機(jī)柵體強(qiáng)度較低，維修相對(duì)復(fù)雜，目前河床式水電站使用的回轉(zhuǎn)清污機(jī)基本為齒耙回轉(zhuǎn)式清污機(jī)。某河床式水電站有3臺(tái)機(jī)組共設(shè)置6臺(tái)齒耙回轉(zhuǎn)式清污機(jī)，同時(shí)設(shè)置一條帶式輸送機(jī)將清撈上來的污物源源不斷地傳送到裝卸場(chǎng)。清污機(jī)布置在廠房流道進(jìn)水口處，每臺(tái)清污機(jī)孔口凈寬3．5m，柵條間距150mm齒耙鏈條線速度6m/min，設(shè)計(jì)單耙清污能力1t，設(shè)計(jì)清污能力30-50t/h,攔污柵設(shè)計(jì)前后落差2.0m，設(shè)計(jì)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(tái)清污機(jī)裝設(shè)15個(gè)齒粑。電站經(jīng)過一段時(shí)間投產(chǎn)運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)使用的齒耙回轉(zhuǎn)式清污機(jī)：①清污效率高；②實(shí)現(xiàn)了連續(xù)清污和全過水?dāng)嗝媲逦?；③配套微機(jī)集中控制,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和自動(dòng)閉環(huán)控制，大大地減輕了電站運(yùn)行管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；④正常運(yùn)行時(shí)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(fù)時(shí)較為困難；③無提柵啟閉設(shè)備，提柵檢修較為困難，且清污機(jī)水下部分出現(xiàn)問題時(shí)，須停機(jī)提柵進(jìn)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(jié) 語

水電站攔污及清污問題在水電站運(yùn)行中是一項(xiàng)不容忽視的問題，特別是對(duì)水頭變化非常敏感的河床式水電站中更應(yīng)該重視，清污機(jī)和布置形式選擇是否合理,將直接影響水電站運(yùn)行狀況及經(jīng)濟(jì)效益。無論是水電站的新建還是改造項(xiàng)目，在選擇治理污物方案時(shí),應(yīng)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(shí)通過方案遠(yuǎn)期經(jīng)濟(jì)效益比對(duì)，選擇不同的清污機(jī)類型及布置形式。

[1]中華人民共和國(guó)水利部SL382—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.

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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