拦污栅行走清污机研制

赵 杰，倪 雪

（1.承德石油高等专科学校，承德 067000；2.河北钢铁股份有限公司承德分公司，河北 承德 067002）

拦污栅清污机用于水电站、渠道及部分河道，对水流经过拦污栅截污后堆积的污物进行清理。水电站运行时，为防止杂草污物随水流进入水轮机而堵塞水流通道，通常在前池水流进入压力管道之前，设置拦污栅。

对截留在拦污栅前杂草污物的清理，一直是影响水电站正常发电的大问题，清理不及时就会堆积在拦污栅前堵塞水流，发电量受到极大影响。尽管目前已研制出几种清污设备，但大都存在着很多局限性，特别是在适用范围受到限制，例如拦污栅的宽度、水淹深度及迎水面的形状。因此，大部分水电站目前还一直延续着人工用齿耙打捞清理办法，既危险且劳动强度大，杂物多时，来不及清理，造成拦污栅前、后产生较大水位差，压力增大，人工清理无法完成，只好停机清理。因此，研制适用面广、运行灵活、结构简单、维护方便、造价低廉的理想清污设备势在必行。

1 行走清污机介绍

2010年12月河北省承德市水务局水电中心科研人员开始行走清污机的研发。根据目前许多水电站存在着拦污栅前的杂草污物清理难的状况，提出必须研制出一种简单、灵活、高效的清污设备，并同承德石油高等专科学校机械系学者共同研发了该设备。试制完成的首台设备于2011年7月安装在承德市隆化县老陡山水电站。

设备研发的主要思路：一是模仿人工清理动作，即齿耙下落时，远离拦污栅表面，齿耙上升时，齿尖插入拦污栅条内，在水流动态情况下，清理打捞杂草污物；二是要求设备简单、灵活、高效、使用广泛，便于安装维护。

该设备主要由行走机构、卷扬提升、齿斗清污三个部分组成。

行走机构包括平板车和一条固定轨道，轨道形状同拦污栅迎水面与水平面的交线形状（一般为直线或弧线）。平板车的四轮由特殊挡板定位在槽钢轨道上，使其四轮在行走过程中，既不会左右偏离轨道，也不会上下起伏脱轨，保证吊车起重时不会翻倒。

卷扬提升部分是由吊杆和钢绳卷筒组成的吊车，装在行走平板车上，利用吊车起吊重物原理代替人工提拉搂草齿耙。齿斗是研发重点，也是关键部件，在齿斗两侧装有支杆，可以在指定范围内定向转动，通过支杆两端配重和限位，使其在自然状态下处于水平位置。支杆的一端装有可滚动的梳齿轮，用于钳住栅条，这样当齿斗下落时，支杆既起到了支撑齿斗远离拦污栅表面，同时扶住齿斗延某一栅条稳定下落，这样整个齿斗做为吊车的一个吊钩，在拦污栅前上下运动，且保证下落时齿斗的梳齿远离拦污栅表面，上升时梳齿插入拦污栅表面3～5厘米，达到清理目的。其运行过程如下：

图1 行走清污机示意图

（1）行走清污机停在需要工作位置（见图1）；趴落吊杆，使齿斗水平延伸，远离拦污栅表面，当吊杆趴落到指定角度时（45°～50°），开始松吊绳，齿斗靠自身重力下落，当处于水平位置的齿斗支杆顶部滚轮与拦污栅接触时，齿斗会继续沿着拦污栅表面且梳齿与栅条保持一定距离稳定下落，直到齿斗落到拦污栅底部。此时停止松绳，齿斗停止下落。

（2）起立吊杆，使齿斗向上运动，由于齿斗吊点位置移动且运动方向改变，使原水平位置的齿斗支杆在外力作用下转动变为竖直，齿斗迅速靠近拦污栅，梳齿插入拦污栅条内（3～5厘米），并沿着拦污栅表面向上运动，当吊杆起立转到指定角度时（80°～85°）停止，此时开始紧绳，齿斗在水推力和吊点重心偏移力的作用下，必将沿着拦污栅表面上升，将贴浮在拦污栅表面杂草污物捞出水面。

（3）当齿斗上升到拦污栅顶部时停止，人工牵拉齿斗里的内斗外侧，将内斗翻出齿斗外部，杂草污物倾倒在车厢内，内斗归位，执行下一次操作。

2 使用要点及特征

2.1 使用要点

（1）设备工作循环过程：趴落吊杆→松吊绳→起立吊杆→紧吊绳。电气操作回路按照这一程序编制执行。

（2）吊杆起立、趴落转变角度范围一般设在45°～85°之间，只有当吊杆停在设置转变角度范围两端时，吊绳松、紧才能相应执行。

（3）齿斗要有一定的重量，一般在150～200公斤，一是保证顺利下落，二是在起吊过程中，齿尖进入杂草中受阻时，利用齿斗重力产生的力矩将杂草剥离拦污栅表面。

（4）安装在齿斗两端的支杆要合理配重和限位，确保齿斗下落时支杆平放，齿斗上升时支杆竖直。

（5）齿斗装有上下两排梳齿，上为主齿分布较密，下为副齿分布稀梳，数量为主齿的二分之一，用于搅动清理拦污栅底部死区处的污物，为下一次清理做准备。

（6）齿斗分内外两层，内斗可以翻转到齿斗外面倾倒污物。

2.2 设备特征

（1）适用性广，不受拦污栅宽度和水的深度限制。有些场合需要拦污栅的宽度较大，固定式清污设备，由于宽度大而无法胜任。在这个宽度范围内，行走清污机则变得很容易。有些水电站装有多台发电机组，每台机组对应前池进水口都安装有拦污栅，对于这种多台横向一字并排布置的拦污栅，仅一台行走式清污机就可以完成多孔拦污栅的清污任务。提高设备的使用率，体现了一定的经济性。

有时根据需要，拦污栅设计淹没水下较深，当水深超过5米时，人工打捞就极为困难，而对于该设备来讲，增加钢绳的长度即可解决深水打捞难的问题，具有广泛适用性。

（2）设备所有部件均安装在水上，易于维护保养，运行寿命长。

（3）设备简单轻便，功率小（起吊电机2.2kW），符合节能要求。

3 应用情况

2011年7月，首台该型清污机已试制完成，并应用于河北省承德市隆化县老陡山水电站引水洞口，该站位于滦河干流中段，为引水式径流电站，引用流量为11.2立米/秒，总装机2690kW。滦河是河北省第二大水系，全年平均流量为22m3/s,汛期（每年七、八、九三个月）流量为30～40m3/s，近几年洪峰流量一般在100～200m3/s之间。未装清污机之前，汛期内河流杂草污物较多，经常发生人工打捞不及，杂草堵塞拦污栅造成停机事故。自安装了该清污设备后，经过8个月的运行，电站再未发生堵塞拦污栅现象。

承德市现有水电站30多座，绝大部分为径流式，至今仍未解决电站进水口拦污栅清污的问题，因此该设备具有很高的推广价值，它的应用既提高电站的发电量，又解放了劳动力，提高了电站安全运行因素，为实现电站自动化运行迈出了重要一步。该设备不仅仅只限于水电站应用，也可以广泛应用于各输水渠道拦截杂草污物，具有广泛的使用场所。

[1]王冰. 机械制图及测绘实训: 第2版[M]. 北京: 高等教育出版社, 2009.

[2]闻邦椿. 机械设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2010.

[3]魏峥. SolidWorks2008基础教程与上机指导[M]. 北京: 清华大学出版社, 2008.