李 毅，殷振興，陳超群

（江蘇省淮陰第二抽水站管理所，江蘇 淮安 223001）

淮陰二站是大（2）型水利泵站，工程建成于2002年，是南水北調(diào)東線(xiàn)應(yīng)急工程之一，承擔(dān)著向洪澤湖和淮北地區(qū)補(bǔ)水的任務(wù)，屬于江水北調(diào)第三梯級(jí)泵站?；搓幎景惭b有3.1ZLQ-5型的立式軸流泵3臺(tái)套，配用TLW2800-40/3250型同步電動(dòng)機(jī)3臺(tái)套，總裝機(jī)容量8 400 kW。設(shè)計(jì)流量100 m3/s， 設(shè)計(jì)揚(yáng)程4.4 m。2014年管理單位對(duì)3號(hào)機(jī)組進(jìn)行改造，目前機(jī)組具備反向運(yùn)行發(fā)電功能。

1 概述

淮陰二站下游建有清污機(jī)橋，清污機(jī)選用大孔口回轉(zhuǎn)式清污機(jī)，每臺(tái)清污機(jī)的清污能力要求大于50 t/h。共安裝8臺(tái)清污機(jī)、一套輸送帶以及電氣控制系統(tǒng)。能夠滿(mǎn)足機(jī)組翻水運(yùn)行工況下清污攔污需求。

淮陰二站上游無(wú)清污機(jī)，有6扇攔污柵，擋洪門(mén)槽兼做攔污柵槽。目前已無(wú)法滿(mǎn)足攔污需求，造成水頭損失較大，影響發(fā)電運(yùn)行效率。

圖1 淮陰二站工程位置圖

表1 淮陰二站水位組合表單位：m

2 方案探討

淮陰二站3號(hào)機(jī)組在反向發(fā)電運(yùn)行時(shí)存在振動(dòng)情況，經(jīng)多次停機(jī)檢修仍未發(fā)現(xiàn)故障所在，初步推斷為水面漂浮物等進(jìn)入主水泵導(dǎo)致，先就存在問(wèn)題對(duì)上游河道攔污方案進(jìn)行探討。

2.1 利用橋墩作為基礎(chǔ)布置攔污柵

計(jì)劃將攔污柵安裝在二河公路橋橋墩上，查閱《淮陰二站觀(guān)測(cè)資料》[1]得出，攔污柵安裝位置靠近二河橋，位于上游CS6-CS8斷面（里程樁號(hào)0+237-0+337）之間，河床高程6.5 m，標(biāo)準(zhǔn)河寬約81.4 m。查看近三年引河斷面觀(guān)測(cè)記錄，得出淤積量較小，斷面淤積高度不足1 m。滿(mǎn)足安裝條件。

攔污柵采用分片設(shè)計(jì)，分為上下兩個(gè)部分，上部采用活動(dòng)式垂直安裝攔污柵，將污物有效攔截在水面上，并不對(duì)攔污柵發(fā)生纏繞。下部采用傾斜安裝，柵體與水面形成一定傾角，利用水流推力將吸附在攔污柵上的污物（多為生活垃圾、樹(shù)枝等）推至上部水面。

圖2 淮陰二站河道斷面布置圖

因攔污柵為非標(biāo)準(zhǔn)件，尺寸可定制。根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]規(guī)定，攔污柵宜采用活動(dòng)式。傾斜布置時(shí)，柵體與水平面夾角宜取70°~80°。參閱《大型泵站攔污清污方案選擇》[3]中水力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)下部攔污柵傾斜角度45°。假設(shè)利用橋墩作為下部攔污柵安裝基礎(chǔ)，根據(jù)橋墩跨度[4]，假設(shè)攔污柵寬度5 m，需要8扇。河道兩側(cè)坡度部分不設(shè)置攔污柵以方便污物清運(yùn)及維護(hù)。

根據(jù)淮陰二站基本情況[5]，得出上游的設(shè)計(jì)水位為13.1 m，校核水位16.43 m；下游設(shè)計(jì)水位為8.7 m，校核水位11.2 m，上下游設(shè)計(jì)水位差4.4 m。

上部分?jǐn)r污柵采用垂直安裝，攔污柵設(shè)計(jì)高度為11.8 m~16 m，寬度同下部攔污柵一致。在橋墩上安裝導(dǎo)軌及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使垂直攔污柵在垂直于公路橋方向能夠移動(dòng)，這樣在攔污柵前垃圾需要清理時(shí)，導(dǎo)軌將攔污柵推動(dòng)到方便清理的橋墩一側(cè)。配合打撈船或者其他清理方式清理。在需要翻水供水時(shí)，可將攔污柵移動(dòng)到西側(cè)，保證水流暢通。

圖3 攔污柵布置示意圖

2.2 安裝浮筒攔污排

計(jì)劃采用自浮式攔污，無(wú)需任何動(dòng)力，電站河道兩邊岸坡上用水泥打樁，擬采用C25混凝土54.00 m3。根據(jù)淮陰二站河道情況，按照浮筒連接采用直徑30 mm鍍鋅鋼絲繩704 m，豎向采用直徑20 mm鍍鋅鋼索195.13 m，并需要配置鋼絲繩卡526只、圓柱體浮筒115只，攔索安裝2道等具體內(nèi)容進(jìn)行施工。浮筒攔污排可隨著水勢(shì)的漲幅而自由升降，節(jié)省人力成本。安裝結(jié)構(gòu)多元化，可依地勢(shì)，水流隨意變化組合。而且產(chǎn)品使用壽命在10年以上,更換方便，經(jīng)過(guò)初步計(jì)算，淮陰二站此方案需花費(fèi)20萬(wàn)余元。

2.3 對(duì)現(xiàn)有攔污柵進(jìn)行升級(jí)改造

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，在已有攔污柵基礎(chǔ)上對(duì)泵站前端垃圾雜物隔離隔柵[6]進(jìn)行改進(jìn)，具體方案如下：

主要改進(jìn)支撐架和隔離網(wǎng)，支撐架的一側(cè)設(shè)置有導(dǎo)流瓦，導(dǎo)流瓦的內(nèi)壁安裝有水輪，水輪的內(nèi)壁安裝有第一傳動(dòng)軸，第一傳動(dòng)軸的外壁安裝有第一傳動(dòng)輪，第一傳動(dòng)輪的外壁設(shè)置有第一皮帶，支撐架的內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第二傳動(dòng)軸，第二傳動(dòng)軸的外壁安裝有第二傳動(dòng)輪，第二傳動(dòng)輪的外壁設(shè)置有第二皮帶，第二傳動(dòng)軸的外壁固定連接有傳動(dòng)輥，支撐架的外壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接有支撐輥。

工作原理：使用時(shí)，水流流過(guò)隔離網(wǎng)2，隔離網(wǎng)2將垃圾隔離在一側(cè)，然后水流沖擊導(dǎo)流瓦3、水輪4和導(dǎo)流板15，水流沖擊導(dǎo)流板15時(shí)，導(dǎo)流板15會(huì)隨著水流的流動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整角度，將對(duì)水流的迎流面積降到最小，使得水流受到的阻力最小，此時(shí)，導(dǎo)流板15會(huì)對(duì)準(zhǔn)這水流，將流過(guò)水輪4下方的水流阻擋導(dǎo)流，使得水輪4上方受到最大水流推力，水輪4下方受到最小的水流推力，從而使得水輪4旋轉(zhuǎn)，水輪4旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)帶動(dòng)第一傳動(dòng)軸5同步轉(zhuǎn)動(dòng)，第一傳動(dòng)軸5帶動(dòng)第一傳動(dòng)輪6同步轉(zhuǎn)動(dòng)，第一傳動(dòng)輪6和第一皮帶7將多個(gè)水輪4連接在一起使得扭力合并，然后利用第一傳動(dòng)輪6、第二傳動(dòng)輪9和第二皮帶10之間的傳動(dòng)帶動(dòng)第二傳動(dòng)軸8轉(zhuǎn)動(dòng)，第二傳動(dòng)軸8轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)傳動(dòng)輥11同步轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)輥11轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)隔離網(wǎng)2順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)將垃圾抬升并傳送到岸邊以便清理。

圖4 結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 支撐架內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 支撐架內(nèi)部分解結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 導(dǎo)流瓦側(cè)剖圖

與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，本次改進(jìn)具備以下有益效果：

（1）通過(guò)設(shè)置的支撐架、隔離網(wǎng)、導(dǎo)流瓦、水輪、傳動(dòng)輥、支撐輥和導(dǎo)流板，便于利用水流的動(dòng)能帶動(dòng)水輪旋轉(zhuǎn)，并利用多個(gè)第一皮帶將多個(gè)水輪連接，利用水輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)隔離網(wǎng)上升，使得垃圾廢棄物傳動(dòng)到岸邊，以便及時(shí)清理，避免了下水打撈，提高了安全性，同時(shí)直接利用水流帶動(dòng)，適用性強(qiáng)。

（2）通過(guò)設(shè)置的導(dǎo)流瓦和導(dǎo)流板，能夠在導(dǎo)流板受到水流沖擊時(shí)，能夠帶動(dòng)導(dǎo)流瓦指向水流流速最大的角度，使得水輪得到最大的水流沖擊力度。

3 結(jié)論

針對(duì)以上3種提高水能資源利用效率的辦法，發(fā)現(xiàn)利用橋墩作為基礎(chǔ)布置攔污柵方案的實(shí)施難度較大，可能影響橋梁的承載能力，且與橋梁管理部門(mén)溝通無(wú)果，遂放棄該方案。對(duì)于浮筒攔污排安裝方案，是目前河道管理單位、水電站管理部門(mén)最常采用的方案之一，它經(jīng)濟(jì)效益高，在安裝方法、施工周期等方面都具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，但也存在維護(hù)難，人工清運(yùn)水面垃圾較困難的情況。最終通過(guò)分析決定采用對(duì)現(xiàn)有攔污柵進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)此方案申請(qǐng)實(shí)用新型專(zhuān)利。

研究中又發(fā)現(xiàn)攔污柵改造升級(jí)后并不能從根本上杜絕少部分水草等河道垃圾進(jìn)入主水泵，影響水能利用效率的情況。對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題還需要進(jìn)一步研究和探討。但此方法在理論上和實(shí)用上依然能進(jìn)一步提升水能利用效率。