回转式清污机在宁夏大型灌排泵站的应用

2013-10-19李明文冯有亭

水利建设与管理 2013年10期

李明文，冯有亭

(1.宁夏固海扬水管理处，宁夏中宁 755100;2.宁夏回族自治区水资源管理局，银川 750001)

长山头泵站是宁夏大型灌排泵站固海扬水工程的第三级泵站，总扬程58.60m，净扬程54.91m，设计流量18.70m3/s，总装机9台，总装机容量为20300kW，最大运行容量为17800kW。泵站进水渠道设计过水流量19.8m3/s，两孔进水，拦污栅单孔尺寸3.5m×3.5m(宽×高)，孔口内设置工作拦污栅一道，设计水深2.28m，设计水位差2.0m，安装倾斜角75°。

由于该泵站与第二级泵站(古城泵站)相距较远，渠道水流中经常挟带大量的水草、柴草、树根、树枝、死动物、悬浮垃圾等各种杂物顺流而下，堵塞、堆积到拦污栅前，厚度0.3～0.8m，远至栅前0.3～1.5m，造成拦污栅过流面积减小，前池水位下降，栅前和栅后压差增大，机组上水量下降，扬程增大，水头损失增加。穿过栅条的水草、柴草、悬浮垃圾等杂物冲入到水泵蜗壳，缠绕在叶轮上，引起水力不平衡，造成机组振动，各台机组多次停机清理进入蜗壳中的杂物。每到汛期，因拦污栅堵塞严重，栅压差过大，直接威胁到水工建筑物安全，机组被迫停运并进行人工清污，使得机组运行可靠性降低，严重扰乱了灌区的正常灌溉秩序。

为了提高清污效率，使机组正常运行，保证灌溉需求，我们通过实地调研了多种型式的清污设备在黄河左右岸布置的泵站和水电厂的应用，并结合固海扬水工程长山头泵站渠道水流流速、流态、污物性状、水质介质情况、场地安装条件，对各种型式的清污设备进行了详细分析，重点比较了回转式和耙斗式清污机的优缺点和在固海扬水泵站的适应性。由于回转式清污机技术成熟，尤其适合于安装在渠道上或有引渠的泵站，2013年4月我们选择了回转式清污机，安装在宁夏固海扬水工程古城泵站和长山头泵站及后级改造泵站，设备投运后，运行情况良好，清污效果显著。现将这种清污机及应用情况介绍如下。

1 HQN型回转式清污机结构型式与布置

该HQN型回转式清污机主要由机架、栅条、清污齿耙、提升链、电机减速驱动装置、电控系统和污物皮带输送机组成。其结构与布置如图1所示。

图1 HQN3.5m×3.5m-75°清污机和皮带机结构布置示意图

2 HQN型回转式清污机工作原理及性能特点

2.1 工作原理

HQN型回转式清污机是集拦污栅和清污机于一体的连续清污装置。工作时，以拦污栅为基础，通过绕栅回转链条将固定于链条上的清污耙板在驱动装置的带动下，将水下栅条部分截留的污物捞起，清污耙板依靠两侧链条同步由迎水面由下向上回转运动，当耙板到机体上部时，由于转向导轨及导轮的作用，污物依靠重力自行脱落到皮带输送机设施上，被输送出去，实现最终的拦污及清污目的。

2.2 性能特点

结构简单，整体刚性好，运行平稳，不易出故障，操作维修方便。可实现连续清污，全过水断面清污，同一过水断面每分钟有2～3道清污耙通过，齿耙线速度3m/min，清污效果好、效率高、耗能低。栅体过梁支撑于混凝土基础之上，使清污机整机运行平稳，工作可靠。齿耙插入栅条一定深度，把附着在栅条上的污物带到清污机顶部，完成翻转卸污动作，保持过水断面清洁无污物。电机隐身于机架内部，防护效果好，实现无障碍清污。使用不锈钢牵引链条保证水下工作无锈蚀，免维护。

3 清污机基本技术要求

3.1 齿耙主要组成及要求

清污机齿耙由主齿与副齿组成，副齿插入拦污栅条内，主副齿的角度及插入栅条的角度布局合理，主副齿联合实现清污功能。齿耙刚度、强度满足清理柴草、树桩、大动物尸体等杂物。齿耙主齿长度30cm，副齿长度15cm以上。副齿插入栅条不小于50mm，齿耙厚度不小于12mm。

3.2 链条及材质要求

一级链条(变速箱到主轴)采用精密传动板式套筒滚子链，节距为31.75mm;二级链条(主轴到齿耙管)采用304不锈钢，板厚度不小于8mm。滚轮为202不锈钢材质，链盒为304不锈钢半封闭链盒。

3.3 驱动装置布置及要求

驱动装置位于清污机上部，采用减速机和一级链传动方式，减速机为户外型。电机采用内置式，隐藏于机架内部，大大提高了电机户外防护能力，防护等级为IP57，绝缘采用F级。

3.4 机架要求

清污机的机架为一体式，具有足够强度和刚度。能承受水中较大飘浮物的撞击，格栅前后压差2.0m。

3.5 运行要求

清污机在运行过程中，齿耙、传动机构等运行部件应运转灵活、平稳，无卡滞、碰撞、梗阻、异声等现象，传动齿轮固定销栓均布，销拴直径不小于14mm。整机运行平稳可靠。水下轴承具有自润滑、摩阻小、耐腐蚀性能。

3.6 吊装及检修要求

为了清污机吊装及检修的方便，在清污机顶部设置了双起吊点，中部两侧面设转动绞及支座，底部设双起吊点。

3.7 主要构件材质要求

挡板、链条、齿耙及清污机护罩为不锈钢。链轮为铸钢。栅体、外框架、支撑管为Q235B钢质材料。所有紧固件均采用1Cr13不锈钢材质。

4 电控系统

清污机及污物皮带输送机手动与自动控制回路、继电保护等电气控制系统安装在一个电控箱内，两台清污机控制系统共用一面电控柜，电控柜为户外式。控制方式具备就地和远动切换功能，就地控制分为手动、自动两种方式。具备电源监视信号、运行状态信号、故障报警信号;故障报警信号接点引至电控柜外引端子，便于接入泵站监控系统。手动控制，通过电控柜里的按钮控制驱动装置，使绕栅回转链条将固定于链条上的清污耙板在驱动装置的带动下，行走至任意位置。自动控制由PLC编程实现，分定时、液位差两种方式。一是可以通过触摸屏设定时间周期;二是将拦污栅的栅差压力信号上传到PLC，用栅差的设定值，可采用这两种方式之一启动清污机自动运行。一经启动，清污机即进行清污工作。每台清污机栅前、栅后配套超声波液位差计(10m量程)各1套。电控柜采用PLC监控，通讯规约为MODBUS协议，并留有RS485通信接口与泵站计算机监控系统连接。所有电气控制电缆全部布置在支柱和行走轨道内。

5 清污机的选型及技术参数

清污机选型主要考虑取水口的水工建筑物型式、布置方式、建筑尺寸、拦污栅的宽度与安装倾角、格栅间距、水流中污物的种类、大小、栅前水流形态、过栅流速等因素。经计算分析，以及对拦污栅主梁校核、清污齿耙刚度、强度校核和清污齿耙轴强度校核后，选择了HQ3.5×3.5-75°型，该型号产品技术参数见表1。

表1 清污机的技术参数

6 清污机污物皮带输送机的选型及技术参数

清污机配带皮带输送机，输送带两侧设不锈钢挡污板，皮带输送机的型式、出口高度和挡板高度必须满足输送机能有效携带走所有污物，技术参数见表2。

表2 皮带机技术参数

7 清污机防腐处理

除不锈钢件外所有钢件均做防腐处理。具体做法:经喷砂清理后，采用热喷锌防腐，喷锌厚度为200μm，再刷防锈漆两遍，达到不起皮、不生锈、不变形效果。

8 清污机运行情况及效果分析

往年灌溉行水期间，泵站机组投运后，正值行水初期，由于大量水草等污物堆积在拦污栅前，栅前栅后存在水头差，一般0.3～0.8m，最大可达1.5m。拦污栅受压严重变形，水泵吸程增大，机组发生强烈振动，效率大大降低，造成停机。经常要停机捞草，抢修拦污栅，给泵站运行管理带来极大不便。自安装清污机以来，被水流带来的大量杂草、枯枝败叶、生活垃圾及其他被拦污栅阻挡的污物到达栅前，被清污机有效地进行了清除。代替了人工清污，大大减轻了人工清污的劳动强度，消除了清污人员的安全隐患，提高了清污效率，并能把栅片之间及缠绕在栅片周围的杂草、枯枝、塑料等污物全部清除，始终保持拦污栅前后无水位差。清污机能够长期连续运行，工作可靠，故障率低。且机组运行平稳，无振动，无停机，清污效果显著。清污机清除污物实物照片如图2所示;清污机输送机输送污物实物照片如图3所示。