龙州一、二级水电站清污机选型设计

叶晓青 卢剑华 莫雪飞

（南宁水利电力设计院，广西 南宁 530001）

龙州一、二级水电站清污机选型设计

叶晓青 卢剑华 莫雪飞

（南宁水利电力设计院，广西 南宁 530001）

对目前水电工程清污机常用的结构型式及运动原理进行了充分的比较和说明，并结合龙州水电站工程对其中一种型式的清污机进行了详细的介绍。

清污机；抓斗；滑车

（一）基本概况

1.工程简介

广西龙州水电站位于左江上游一级支流的平而河上，是我国境内平而河下游河段规划的两个梯级电站。一级站址距龙州县城19.1km，电站厂房安装两台单机容量6.5 MW灯泡贯流式机组，二级站址距龙州县城 3.5km，距上游一级电站15.6km，厂内安装3台单机容量5MW的贯流式机组.进水口均按单机单孔布置。每台机组的进水口设 1扇拦污栅，拦污栅后设有检修门，拦污栅和检修门由坝顶门机启闭操作。

龙州一、二级水电站自2008年4月27日至2009年元月，已相继全部投入了运行。汛期大量树枝、竹子、编织袋、死动物等杂物冲至库区，虽然在进水河面采用简易挡污排拦污，绝大部分半沉浮污物还是从挡污排底部冲入取水口，造成拦污栅堵塞，严重影响机组出力。穿过栅片的树枝、竹子冲入水轮机蜗壳，卡在导叶之间，引起水力不平衡，造成机组振动。由于无清污设备，只有采用人工潜水打捞方法进行打捞，但人工打捞费时费力，且必须停机才能进行,清污效果极不理想。为了有效地清除栅前污物，提高水头利用率，发电机组进水口有必要增设拦污栅清污设备。

2.现有相关设备特性

本次进行清污机设计，需充分考虑清污机与现有设备及建筑的配套联系和影响，了解现有设备的相关特性参数，选择最适合本电站厂房的清污设备，最大程度提高水头利用率，给电厂带来更高的效益。

表1 一级电站厂房基本参数

表2 二级电站厂房基本参数

（二）清污机选型设计

1.设计要求

本次进行拦污栅清污机的设计是在电站建成投产后进行的，因此清污机的设计要充分利用已有设备，尽量减少对原有设备的改造，不对已有土建结构造成破坏，做到技术先进，质量可靠，结构简单、实用，造价合理，安装调试和运行维护方便。

龙州一、二级站厂房进水口结构相类似，二级站在结构及参数选型上较一级站要求高，以二级站进行清污机选型，所选型号同样适用于一级站。

2.清污机类型选择

根据电站运行清污要求，并结合电站现有设备和厂房段坝顶平面布置情况，选择GD系列移动式清污机、回转式清污机，门式清污机进行比较。

（1）GD型移动式清污机

①清污机结构：

主要结构包括抓斗装置、滑车及行车导轨。

抓斗装置包括抓斗、油缸及导轮装置。抓斗选用不锈钢材质，中间有活动铰链，上部用油缸连接，控制使抓斗的开闭。

滑车部分由行走装置、提升装置、液压泵站、电气控制柜等组成。

行车导轨包括矩型导轨和立柱。导轨由钢板冲压成形，立柱为空心钢柱。导轨直接延伸至杂物排放区，无需二次输送。

②工作原理：

在工作时，移动车沿轨道移至第一个抓污位置，限位感应开关会准确的测量到这个位置，移动车停留在此处，同时抓斗向下运行。抓斗在下降的过程中，将垃圾向下推到栅条底部，到达底部后，抓斗抓污并合拢，然后向上运行。

当抓斗到达顶部后，移动车沿轨道移至卸渣处,抓斗打开把污物倒至卸渣点。然后移动车和抓斗移至第二个抓污位置，抓斗抓污位置的多少取决于所有格栅的总宽度。每一个抓污位置都是由轨道上的限位点来决定的，可选择全自动时间控制模式或液位差控制模式来控制清污机的运行。当所有抓污点都被清污处理过以后，移动车返回并停靠在杂物排放区。

如果因为垃圾太多或其他一些障碍物阻止了抓斗到达格栅底部，检测移动车钢丝绳是否松弛的装置，可使抓斗停止向下运行，抓斗合拢并向上提升污物，将污物送至卸渣点后再次返回此抓污位置继续清污。

顶部和底部的提升限位取决于主提升轴驱动的旋转臂感应开关单元。限位感应装置除决定抓斗位置和卸渣点位置，还用于阻止移动车移至轨道末端。

抓斗液压装置的动力直接由安装在移动车上的电力驱动泵提供。

电控系统可控制移动车按顺序全自动清污。

当抓斗到达格栅底部时，预先设置的限位感应开关使抓斗向下的动作停止，液压泵马达开始起动，同时，供油阀打开，抓斗合拢。

当抓斗全部打开时，液压泵马达会停止工作并且电控装置控制开始重新运行，安全阀压力设置为 12MPa，直接安装在泵的排压口处。

PLC回路中有一定时器，当导管破裂时用以防止油的外泻，同时还安装有压力计和油位观测窗。液压油为航空专用油，在零下40度能正常运行。

③清污机特点：

A.节能、高效

GD型移动式格栅全自动清污机是一种节能高效的移动式格栅清污设备。它的工作效率相当于三种传统机器的结合，即捞污系统、传输系统和卸料系统。所以功能上等于一机多用，降低了能耗。GD型抓斗移动式格栅全自动清污机是由悬架导轨来支撑，依靠抓斗自身重量向下运行进行抓污过程的。减少其它形式的格栅那样的框架式支架和抓斗运行轨道，不需要任何土建施工改动方面的花费，同时减少因磨擦引起的能耗损失，节约了能源。

B.安全可靠

GD型抓斗移动式格栅全自动清污机的移动车平行移动时，抓斗始终处于顶部位置，而且轨道上装有限位感应装置，可决定抓斗的准确位置和卸渣点的位置，并可阻止小车移动至轨道末端而滑出轨道。垂直移动时，顶部和底部的提升限位感应装置可以决定抓斗上升或下降的位置。如果因为垃圾太多或其它一些障碍物阻止了抓斗到达格栅底部，检测小车上的钢丝绳是否松弛的装置，可使抓斗停止向下运行，此时抓斗合拢并向上提升污物，并将污物送至卸渣点后再次返回此抓污位置继续清污过程。

C.坝面干净整洁

轨道横跨在取水口处，所有控制缆线也延其布置，清污机捞污、传输和卸料在一个清污周期完成，垃圾直接放到排放区，无需输送装置，开放式清污平台干净、清洁。

（2）无障碍回转式清污机

①清污机结构:

无障碍回转式清污机主要有栅体、清污耙、传动系统三个部分组成。

栅体部分由支承架、栅面、导轨组成。三者构成传动系统的骨架，并拦截水流中的漂浮物，使其不进入前池。

清污耙均布安装在绕栅体回转的板式滚子链上，其间距按污物的多少而确定，一般间距在1.5～2米左右，耙齿中心距与栅条中心距相同。滚子链沿导轨绕栅体回转，带动齿耙沿栅面运动。

传动系统主要有：电动机、行星摆线针轮减速器、主动链轮、驱动链（套筒滚子链）、轮轴组等组成。轮轴组由从动链轮、传动轴、牵引链轮、板式滚子链、左右调节轴承和过载保护机构组成。驱动链条的张紧靠电动机座上的滑轨和调节螺栓调节。支撑在左右调节轴承支架上的传动轴两端的牵引链轮与板式滚子链啮合，使滚子链沿导轨回转。为使两滚子链同步张紧，在左右调节轴承上设置了调节螺杆。

②工作原理：

无障碍回转清污机的驱动机构布置在栅体头架的内部。减速机输出轴上的主动链轮，通过链传动带动轮轴组上的从动链轮，从动链轮通过安全保护装置将扭矩传给轮轴组传动轴，传动轴带动两个牵引链轮旋转，从而牵引板式滚子链回转，安装在两条牵引链条之间的清污耙便随着链条回转。由于每个齿耙都插入栅面内一定深度，故栅面上的污物被强制随耙齿运动，当齿耙传到栅体顶部，牵引链条换向时，齿耙也随之翻转，此时耙上的污物脱落到工作桥面或皮带输送机等设施上，被送出桥面。

③清污机优点：

A.无障碍回转式清污机是将拦污与清污结合为一体的固定式连续清污设备，结构简单，整机刚性好。

B.清污量大，每小时最大清污量可达45吨。

C.易操作，随时清污，清污效果好，保持进水口水流通畅。

D.运行平稳、不易出现故障、维修简便、耗能低、寿命长。

E.捞污、传输、收集一次完成，坝面干净整洁。

F.驱动装置直接安装在清污机栅体内部。清污耙在绕栅体回转工作时，消除由传动支架及减速机带来的空间障碍，保证清污工作顺利进行，提高清污效率。采用隐身式结构，提高电机的户外防护能力。

④清污机缺点

A.主要适用于小树枝、水草等体积较小而数量较多的情况。

B.垂直安装高度较矮,在本工程中,只能清表面垃圾,半沉浮垃圾无法清除。

C.对土建改造较大。

（3）门式清污机

①清污机结构：

门式清污机主要由门架、行走、起升、液压抓斗等机构组成。

门架及行走机构为原坝顶门机机构

清污抓斗：清污抓斗为液压抓斗，抓斗开闭由液压缸进行控制。

起升机构：由起升构架、电动机、起升制动装置等组成，清污机的起升机构带动抓斗进行升降。

电气系统：包括传动、控制和电气保护等系统，主要是对行走机构、起升机构、抓斗开闭等的运行控制。

②工作原理：

清污机与坝顶门机配套使用。当清污机需要工作时，通过门机移动将清污机运行到指定的清污工位，操作门机起升机构使清污机固定放置在孔口上，然后进行清污，清污过程通过清污机自己的控制系统进行操作。清污机的起升机构带动抓斗进行升降, 通过液压系统操作液压缸推动耙斗进行开闭。清污时，抓斗的转耙张开并沿拦污栅胸墙下降，当清污抓斗到达拦污栅斜面位置时，越过斜面沿拦污栅栅条运行，并铲下拦污栅前的污物，并沿栅面下行，当清污抓斗抓满时或到达拦污栅底部后，液压系统工作使抓斗的转耙闭合后，可抓取铲齿铲下的污物，抓斗提升至上极限。操作门机起升机构把抓斗提升至坝面上，移动门机到指定卸污位置，抓斗张开卸污。一个工位清污完毕后，由门机的带动清污机到下一个清污工位按上述进行重复作业。

③清污机优点：

A.直接采用现有坝项门机，减少设备费投入。

B.充分利用坝顶门机纵向移动速度快和卷扬机升降速度快的特点，完成一次清污所用时间较短，提高清污效率。

C.耙斗采用液压开闭，使抓斗有足够的插入力，抓物效果好。

D.设有过载、松绳及限位等多种保护，清污过程安全可靠。

④清污机缺点

A.需要坝顶门机配套使用。容易造成启吊设备抢用问题

B.耙斗导向轮以拦污栅栅条为导向，需对原有拦污栅进行改造。

（三）小结

清污机在电厂运行中担负着清理污物，疏通拦污栅，保证机组正常运行的重任，特别是在安装灯泡贯流式机组的电厂更能表现出清污机的重要性。龙州一、二级水电站根据进水口的布置情况，采用一台GD型移动式清污机对拦污栅实施清污，适合现有场地空间、土建要求低，易于安装；作业面积广，进水口无论有几孔拦污栅，只需装一台机，性价比高；抓斗上下运动不用导轨，无磨擦，能耗小；一次能抓取几百公斤重的垃圾，处理量大；电控系统采用PLC及触摸屏控制，实现全自动清污处理，适用于“无人值班，少人值守”水电站。无永久浸泡部件，故障少，维护量极低。清污机投运后，避免了机组冲击性破坏，机械清污代替人工清污，清污效率高；解决了栅压差过大的安全隐患，保证电站厂房安全，安全效益显著；不再需要停机清污，增加发电量，给电站带来更高的经济效益。

综上所述，GD型移动式清污机方案具有节能、高效，安全可靠，改造少，投资省等优点，更适合龙龙州一、二级水电站。

TV732.2

A

1008-1151(2011)06-0108-02

2011-03-03

叶晓青，女，南宁水利电力设计院工程师，从事水利水电工程金属结构设计。