施建軍

(遼寧省水資源管理集團有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110166)

1 概述

遼寧省某重點工程(清河至白石段)輸水工程對需水用戶進(jìn)行直供，無備用水源。同時，清河分水樞紐下游清河至白石段200多km管道上有很多檢修閥門和排氣閥，當(dāng)水中有較大樹枝等漂浮物通過閥門時會影響閥門關(guān)閉不嚴(yán)，產(chǎn)生漏水，對管道的運行安全造成影響。雖然桓仁進(jìn)口設(shè)有攔污柵，但攔污柵的柵條凈距較大(柵條凈距為10～12cm)，仍可以使長度小于10cm的污物進(jìn)入輸水供水管道，當(dāng)采用柵條凈距小的攔污柵時，不能夠滿足過流要求。因此需要研究清河至白石段供水管道的清污設(shè)施，進(jìn)一步清除水中樹枝、死魚、泡沫等漂浮物，保證清河至白石段管道的供水安全[1]。

2 清污系統(tǒng)研究

目前，主要的攔污設(shè)備有攔污柵、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)等設(shè)備，攔污柵為平面式，柵條間距較大，每次清理都需要把柵條提起來，降低了供水保證率。旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)網(wǎng)眼尺寸較小，污物能夠自動通過反沖洗水泵進(jìn)行沖洗，因此，本工程選用旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)。

經(jīng)過對比分析，為了在遼寧省某重點工程(清河至白石段)分水前池達(dá)到消渦的目的，設(shè)置消渦墩，因此，利用消渦墩的布置，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)設(shè)置在供水管道分水前池中，選擇設(shè)置3臺板框式旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)。

3 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的特點

3.1 運行工況

旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)一般安裝在輸水工程取水或分水建筑物的位置，主要功能是攔截水中小于進(jìn)口攔污柵凈距且大于6.43mm×6.43mm的細(xì)小污物，例如樹葉、樹枝、雜草等。本工程供水保證率高，要求選用的旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)隨時可啟動以清理污物，選擇的板框式旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)主要應(yīng)用于電站、引水工程中，作為一級處理及水泵保護設(shè)備。

3.2 結(jié)構(gòu)組成及工作原理

旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)設(shè)備主要由鏈條導(dǎo)軌、鏈條、拉緊裝置、濾網(wǎng)、沖洗水管系統(tǒng)、收集筐、頂部轉(zhuǎn)軸和傳動機構(gòu)、機罩、控制柜組成，濾網(wǎng)由不銹鋼圓弧網(wǎng)板與網(wǎng)框組成，通過螺栓連接于運輸鏈條上，每塊圓弧網(wǎng)間通過機械重疊式加P型橡膠密封結(jié)構(gòu)。

動力傳動通過減速裝置直接帶動軸上的大齒輪，大齒輪帶動鏈板與網(wǎng)板由上至下移動，過減速器驅(qū)動傳動裝置帶動攔污網(wǎng)板沿導(dǎo)板軌運轉(zhuǎn)，從而把水中大于網(wǎng)孔的污物提撈出水面，用壓力水將污物沖入排渣槽中清除掉。

3.3 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)進(jìn)水方式比選[2]

旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)按進(jìn)水方式分正面進(jìn)水和側(cè)面進(jìn)水兩種型式。側(cè)面進(jìn)水型又分為內(nèi)進(jìn)外出與外進(jìn)內(nèi)出兩種。旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)按水室結(jié)構(gòu)分為有框架和無框架。正面進(jìn)水型與側(cè)面進(jìn)水型濾網(wǎng)示意圖如圖1所示。

側(cè)面進(jìn)水型和正面進(jìn)水型的對比分析如下所示。

(1)正面進(jìn)水型

優(yōu)點：①水流與網(wǎng)板垂直，過流條件優(yōu)，水流可在濾網(wǎng)上均勻分布。②相對側(cè)面進(jìn)水型，占地面積較小，費用低。

缺點：①雜物易粘結(jié)網(wǎng)面，造成網(wǎng)面過流面積較少，影響過流量。②易出現(xiàn)污物夾帶問題，并增加處理污物夾帶的沖洗系統(tǒng)的費用。

(2)側(cè)面進(jìn)水型

優(yōu)點：①濾網(wǎng)工作利用面積高，滿足過流量，降低流速，改善流態(tài)。②避免了正面進(jìn)水濾網(wǎng)的“污物夾帶”問題。③沖洗方便，日常運行維護費用降低。

缺點：①相對正面進(jìn)水型水流條件較差，濾網(wǎng)上水流不易做到均勻分布。②相對正面進(jìn)水型，占地面積較大。

圖1 正面進(jìn)水型與側(cè)面進(jìn)水型濾網(wǎng)示意圖

外進(jìn)內(nèi)出與內(nèi)進(jìn)外出濾網(wǎng)對比詳見表1。

表1 外進(jìn)內(nèi)出與內(nèi)進(jìn)外出型濾網(wǎng)對比

本工程選擇的旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)型式及參數(shù)詳見表2。

4 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)性能結(jié)構(gòu)特點

(1)沖洗系統(tǒng)噴嘴采用鴨嘴形狀，位于網(wǎng)板下降側(cè)，使高壓水以扇形噴射到網(wǎng)面上，水流覆蓋面廣，保證了沖洗清潔效果。

(2)上部鏈輪組中，通過調(diào)節(jié)螺桿調(diào)整八齒鏈輪的位置，便于運輸鏈條裝配和使用過程中輸送鏈條的張緊。

(3)鏈條鉸接處設(shè)有滾輪，滾輪在導(dǎo)槽內(nèi)上下運行，導(dǎo)槽與網(wǎng)板間為間隙密封，確保污物不會進(jìn)入導(dǎo)槽內(nèi)。

表2 本工程選擇的旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)型式及參數(shù)

(4)機架護罩為可拆卸式并帶有活動觀察窗的全封閉結(jié)構(gòu)，外形美觀，結(jié)構(gòu)緊湊，其整體構(gòu)造保證污物和沖洗水不從護罩接縫處流到室內(nèi)地坪上。

(5)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)設(shè)有過載保護裝置，以確保濾網(wǎng)安全運行。

(6)安全裝置動作時，報警同時傳送至單元控制室和水泵房控制室。

(7)網(wǎng)板、鏈板、銷軸均可互換，運行平穩(wěn)，無卡軌等異常現(xiàn)象。

5 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)控制系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)及沖洗水系統(tǒng)具有自動控制和手動控制兩種方式。

自動控制運行程序為：

(1)當(dāng)濾網(wǎng)前后水位差≥200mm時，沖洗控制閥打開，經(jīng)5～30s后，濾網(wǎng)自動啟動緩慢運行。

(2)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)連續(xù)運行20～30min且濾網(wǎng)前后水位差低于50mm時，旋網(wǎng)及沖洗系統(tǒng)停止自動工作，先停運旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，再將控制閘閥關(guān)閉。

(3)如果在規(guī)定的20～30min內(nèi)，水位差仍≥200mm，則繼續(xù)沖洗，直至濾網(wǎng)前后水位差下降至50mm以下。

(4)當(dāng)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)前后水位差達(dá)不到200mm時，每隔4～8h自動啟動一次沖洗系統(tǒng)及旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，清污20～30min，然后濾網(wǎng)及清污系統(tǒng)自動停止清污工作。

(5)當(dāng)濾網(wǎng)前后水位差≥400mm時，濾網(wǎng)及清洗自動啟動高速連續(xù)運行，并立即向控制室發(fā)出報警信號。

(6)當(dāng)濾網(wǎng)前后水位差≥600mm時，濾網(wǎng)及清洗自動啟動高速連續(xù)運行，并向控制室發(fā)出緊急報警信號。

手動控制一般在設(shè)備安裝調(diào)試及檢修時使用，即人工打開沖洗系統(tǒng)，然后打開旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)電動啟動按鈕開始清污工作。停運時，首先按下旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)停止按鈕，然后按沖洗系統(tǒng)關(guān)閉按鈕。

6 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的布置

采用從兩側(cè)進(jìn)水、中間出水的方式，設(shè)置4個進(jìn)水口，兩側(cè)進(jìn)水口寬度為1.2m，中間2個進(jìn)水口寬度2.5m；設(shè)置3個出水口，孔口寬度均為2.5m，前池總寬度17.3m，布置5個半圓形中墩和2個邊墩。上部設(shè)置旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)室，濾網(wǎng)室尺寸18.3m×10m(長×寬)。濾網(wǎng)底高程208.75m，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)驅(qū)動電機設(shè)置在231.05m高程的廠房中，廠房中設(shè)置10t中吊車一臺。水流經(jīng)過旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后，在管道進(jìn)水口閘墩前匯合，平順進(jìn)入供水管道中。旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)寬度3.5m，濾網(wǎng)使用深度16.0m，過網(wǎng)流量45m3/s，網(wǎng)孔尺寸10mm×10mm，鏈板節(jié)距600mm，濾網(wǎng)旋轉(zhuǎn)時網(wǎng)板上升速率3.6m/min，水泵沖洗水量150m3/h，沖洗后的水流流入右側(cè)泄水渠中。

7 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)過流能力計算

Q=nσbhv

(1)

式中，Q—過流能力，m3/s；n—旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)面數(shù)；σ—過流系數(shù)，一般取0.3；b—濾網(wǎng)過流寬度，m；h—過流水深，m；v—水流速度，取0.75～0.8m/s。

經(jīng)過計算，3臺旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)過流能力為54.8m3/s，能夠滿足45m3/s最大過流能力要求。

8 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)位置研究

本工程可以設(shè)置旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的位置有1處，為清河分水樞紐。

由于濾網(wǎng)過流規(guī)模較小，且水深僅17m左右，設(shè)3孔，投資約為320萬元左右。利用分水前池中的消渦墩作為旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)墩，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)墩高度為20m左右。目前在三門核電一期中有應(yīng)用實例，因此，最終選取在清河分水樞紐內(nèi)部設(shè)置旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)。

9 運行效果

經(jīng)過通水試驗及歷次調(diào)水的運行使用，采用兩側(cè)進(jìn)水、中間出水的旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)型式，實際應(yīng)用效果滿足設(shè)計要求。

(1)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)有效地攔截了經(jīng)過進(jìn)水口攔污柵后剩余的漂浮物及懸浮物，保證分水口以下管道的供水水質(zhì)要求及管道供水安全，清污效果顯著。

(2)通過通水試驗，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)過流能力滿足設(shè)計最大過流能力要求，進(jìn)入管道內(nèi)的水流流態(tài)穩(wěn)定。

(3)通過計時、水位差實現(xiàn)全自動控制，設(shè)備自動化程度高，使用操作簡便。當(dāng)濾網(wǎng)前后水位差出現(xiàn)異常會立即報警，能夠及時提醒操作人員采取應(yīng)對措施，降低事故率。

(4)機架護罩的全封閉結(jié)構(gòu)，使整個產(chǎn)品在全封閉狀態(tài)下運行，保證沖洗水不外泄，避免了二次污染。

10 結(jié)論

水已成為區(qū)域工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的限制因子，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市和農(nóng)村的生活、生產(chǎn)用水越來越緊張，跨流域的調(diào)水項目是解決水資源空間分配不均矛盾的主要途徑。隨著大型引水工程的建設(shè)，對流域調(diào)水的水質(zhì)要求也不斷提高，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)攔污技術(shù)必將更為廣泛的應(yīng)用。本工程選用的兩側(cè)進(jìn)水、中間出水的旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)型式，結(jié)構(gòu)簡單新穎、工藝先進(jìn)、運行平穩(wěn)、適用可靠，控制系統(tǒng)動作精準(zhǔn)、靈活、攔污效果滿足要求，對類似引水工程攔污設(shè)備的選型具有廣泛的指導(dǎo)和借鑒意義。