清污机在河床式水电站中的应用分析

李昆仑

(广东省水利电力勘测设计研究院，广州 510000)

清污机在河床式水电站中的应用分析

李昆仑

(广东省水利电力勘测设计研究院，广州 510000)

当水电站正常运行发电时，拦污栅处将会聚集大量污物，如不及时清除，将会影响机组进水流态及机组出力，甚至有可能压垮拦污栅，直接危及电站的正常运行。清除拦污栅前污物如果单单依靠人力及清污船来进行，清除效率和洁净效果都是不理想且具有安全隐患的，故大部分水电站都采用清污机这类专业清理设备对栅前污物进行清除。特别是河床式水电站大多为大流量低水头电站，水头变化对其发电效益影响较大，所以大部分电站会遇到由于栅前污物过多而引起栅后跌水，从而降低水头造成电能损失的困扰。而栅前污物清除效果与清污机类型及布置形式有直接关系，所以根据电站实际情况选择合理的清污机类型及布置形式对提高水电站的发电经济效益有显著效果。清污机可分为耙斗式清污机和回转式清污机，主要用来清除水电站拦污栅处栅前聚集的污物。文章以河床式水电站常用的清污机类型及布置形式作为实例，并对其优缺点进行分析并提出自己的探讨意见。

清污机；河床式水电站；类型；布置形式；应用

0 前 言

当水电站正常运行发电时，拦污栅处将会聚集大量污物，如不及时清除，将会影响机组进水流态及机组出力，甚至有可能压垮拦污栅，直接危及电站的正常运行。清除拦污栅前污物如果单单依靠人力及清污船来进行，清除效率和洁净效果都是不理想且具有安全隐患的，故大部分水电站都采用清污机这类专业清理设备对栅前污物进行清除。特别是河床式水电站大多为大流量低水头电站，水头变化对其发电效益影响较大，所以大部分电站会遇到由于栅前污物过多而引起栅后跌水，从而降低水头造成电能损失的困扰。而栅前污物清除效果与清污机类型及布置形式有直接关系，所以根据电站实际情况选择合理的清污机类型及布置形式对提高水电站的发电经济效益有显著效果。

1 清污机概述

目前水电站中使用到的清污机型式可分为耙斗式清污机和回转式清污机。

1.1 耙斗式清污机

耙斗式清污机与拦污栅体离，而根据安装方式的不同，耙斗式清污机可分为固定式和移动式，根据耙斗的开闭方式又可分为绳索式和液压驱动式。因耙斗式清污机清污能力强、操作性能好、维修方便同时还可兼作提栅作业，较多水电站选用此类型清污机[1]。河床式水电站一般为多进水口、多机组，且机组流量大使得栅前污物较多，故多选用移动式液压耙斗清污机作为清污设备，其结构示意图见图1。

1.2 回转式清污机

回转式清污机是将拦污和清污结合为一体的固定式连续清污机械，并由牵引链条驱动清污器，通过绕栅作回转运动不断清理污物上岸。回转清污机根据其回转结构不同可分为栅链回转式和齿耙回转式两类。栅链回转式清污机拦污格栅和清污器合二为一，由于其结构复杂，刚性差，适应性差，故河床式水电站使用的回转式清污机多为齿耙回转式清污机，其结构布置示意图见图2。

图1 移动式液压耙斗清污机结构示意图

图2 齿耙回转式清污机结构布置示意图

2 主要功能及工作原理

2.1 移动式液压耙斗清污机

移动式液压耙斗清污机主要由机架、行走机构、托架、起升结构、集污斗、导污装置、清污耙以及液压自动抓梁等部件组成,可实现行走、清污和起吊拦污栅。

2.1.1 清污作业

主要用途是清理电站进水口拦污栅前的各种污物。进行清污作业时,将清污机运行到需要清污的工位,通过自动或手动对位后,再由起升机构升降耙斗。耙斗上设置的密封的液压站,通过同步收放的电缆送出动力电源及控制信号至耙斗, 液压油缸根据指令的要求控制耙斗的开闭。当耙斗提升至泄污工位时, 打开泄污翻板,耙斗张开后卸下的污物经翻板、导污板可卸至集污斗中或运输车上,最后将污物运走[2]。

2.1.2 提栅作业

清污机在进行提栅作业时,需要先要卸下清污耙斗并调整托架的位置,最后装上自动抓梁。提栅工作是逐节进行的,提栅时清污机可自动或手动对位,自动抓梁沿拦污栅槽下降,当下降到和栅体接触位置时,自动抓梁上液压油缸收到信号后便推动抓钩进人拦污栅吊轴位置,最后将拦污栅提起。

2.2 回转齿耙式清污机

齿耙回转式清污机主要由机架、栅条、清污齿耙、牵引链、电机减速驱动装置、缓冲自净卸污装置等组成。清污作业时,由固定于牵引链上的清污齿耙在驱动装置的带动下,将水下格栅部分截留的污物捞上,清污齿耙依靠两侧牵引链同步由栅后至栅前顺时针回转运动;当齿耙到机体上部时,由于转向导轨及导轮的作用,一部分污物依靠重力自行落下至带式输送机,用带式输送机将清涝上来的污物源源不断地传送到装卸场,从而实现拦污清污的目的。

3 实体工程的应用

河床式水电站的拦污栅及清污机大部分布置厂房流道进水口处，拦污栅后面布置检修门，根据漂浮污物数量部分电站还会同时在进水口拦沙坎处布置一道拦污浮排，用以拦截部分水面漂浮物并通过人工配合清污船清理浮排前污物，其目的是减少进水口拦污栅处清污机的清污压力；目前还有种布置形式是在进水口拦沙坎上部建立拦污栅及清污机，并取消了电站前沿的拦污排，这样拦沙坎既可以起拦沙的作用同时又可以作为拦污栅的基础，而位于其上部的拦污栅则可有效拦截污物。下面通过一些河床式水电站中应用实例对不同类型清污机在各布置形式下的适应及运行情况进行论述及分析[3]。

3.1 移动液压耙斗清污机

3.1.1 布置在厂房流道进水口处

目前大部分河床式水电站均会采用在电站前沿布置拦污漂排，将拦污栅及清污机布置在厂房流道进水口处，拦污栅后面布置检修门的常规电站进口金属结构布置。某电站采用2× 125kN移动液压耙斗清污机作为清污设备，其主要由主机架、清污耙斗、起升机构、行走机构和翻板导污装置等组成，同时要求门架内可以进入5t运输车,以方便清走垃圾。经过一段时间的运行后发现，虽然这种布置结构简单、紧凑，静态投资少，但清污效果和能力较差，主要出现的问题是：①由于清污时耙斗靠自重进入污物中,当拦污栅前杂物较多时清污耙斗并不能很好的将污物压下去并抓取,而且当污物较多时耙爪的闭合状况不佳；②污物在提升过程中容易掉落并停留在拦污栅上，直接影响电站外观形象，同时部分污物在栅上腐烂后发出难闻的气味；③实际清污效果和清理污物量并不理想；④拦污栅底部杂物清理效果不强，在长久运行后由于栅前底部污物淤积，将直接影响机组出力。经电站运行单位对机组相关数据进行收集统计后计算，底部淤积物可让机组平均出力约减少2%，对水电站的远期发电效益影响较大。

3.1.2 布置在进水口拦沙坎处

将拦污栅布置在流道进水口处，①对进水流态影响较大，②栅前污物堆积影响机组出力，针对以上问题目前有不少河床式水电站将拦污栅及清污机布置在进水口拦沙坎处。图3是某电站将拦污栅及清污机布置在电站拦沙坎处示意图，其选用2× 200kN移动液压耙斗清污机作为清污设备，拦污栅闸墩轴线与水电站坝轴线成88°夹角，共设24孔拦污栅，孔口尺寸为12.0m×5.0m(宽×高)，底坎高程为5.0m，闸顶高程为14.5m。清污机采用液压耙斗，整跨清污，并在跨内卸污，同时在清污机跨内布置1台集污车，通过集污车把清污机收集的污物运走，集污车可单独驱动并且能跟随清污机在整个坝面移动。同时于闸坝端头设置清污平台，可让位于清污平台上的汽车将集污车中污物运走，同时清污平台还作为拦污栅检修平台。经过一段时间的运行后发现效果较好：①进水口流态平顺，拦污栅前后看基本无跌水；②因拦污栅闸墩轴线与电站大坝坝轴线几乎成直线，使得污物基本集中在靠近泄水闸处，减少清理压力，同时清污容易；③电站拦沙坎与拦污栅闸墩相结合，连接到岸坡堤线，使得正面水流与电站前池水比较不容易发生水体交换，减少电站前池悬移质的落淤；④虽然总投资与常规方案相比增加了约500万元，但提高了0.2m的水头，而对于大流量的河床式水电站，0.2m水头产生的效益非常可观。

3.2 回转式清污机

由于栅链回转式清污机栅体强度较低，维修相对复杂，目前河床式水电站使用的回转清污机基本为齿耙回转式清污机。某河床式水电站有3台机组共设置6台齿耙回转式清污机，同时设置一条带式输送机将清捞上来的污物源源不断地传送到装卸场。清污机布置在厂房流道进水口处，每台清污机孔口净宽3．5m，栅条间距150mm齿耙链条线速度6m/min，设计单耙清污能力1t，设计清污能力30-50t/h,拦污栅设计前后落差2.0m，设计流速1m/s，垂直高度17.3m，牵引链条为不锈钢。齿耙为2.55m一排，每台清污机装设15个齿粑。电站经过一段时间投产运行后发现使用的齿耙回转式清污机：①清污效率高；②实现了连续清污和全过水断面清污；③配套微机集中控制,实现远程管理和自动闭环控制，大大地减轻了电站运行管理人员的劳动强度；④正常运行时栅前后的水头差较小，但同样存在着以下问题：①链条及齿耙磨损量较大；②安装深度大，修复时较为困难；③无提栅启闭设备，提栅检修较为困难，且清污机水下部分出现问题时，须停机提栅进行检修工作，直接影响发电效益。

图3 拦污栅布置在拦沙坎处示意图

4 结 语

水电站拦污及清污问题在水电站运行中是一项不容忽视的问题，特别是对水头变化非常敏感的河床式水电站中更应该重视，清污机和布置形式选择是否合理,将直接影响水电站运行状况及经济效益。无论是水电站的新建还是改造项目，在选择治理污物方案时,应根据工程所在地的污物量及组成情况、电站水工建筑物布置情况，同时通过方案远期经济效益比对，选择不同的清污机类型及布置形式。

[1]中华人民共和国水利部SL382—2007.水利水电工程清污机型式基本参数技术条件[S].北京：中国水利水电出版社，2007.

1007-7596(2017)06-0141-03

2017-05-18

李昆仑(1984-)，男，广东梅州人，工程师。

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