南水北调台儿庄泵站清污机技术改造方案比选

刘宗柏，吕鸿翔，杨克坤，任泽俭

（1.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250109；2.山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013）

1 项目概况

台儿庄泵站是南水北调东线一期工程的第七级泵站，也是山东省境内第一级泵站，位于枣庄市台儿庄区韩庄运河与月牙河中部之间，主要任务是从骆马湖和中运河抽水通过韩庄运河向北输水，实现梯级调水目标，同时结合解决台儿庄区面积25.9 km2的排涝问题。台儿庄泵站工程于2005年12月12日开工建设，2008年5月30日通过水下工程阶段验收，2009年11月24日通过机组试运行验收，2013年11月正式通水，2018年9月通过竣工验收。

台儿庄泵站现有耙斗往复式清污设备9台（套），皮带输送机1台（套），配电柜5面。清污设备为江苏泉溪环保股份有限公司2008年3月20日制造的GSY型三索式钢丝绳格栅除污机。

2 现有清污机技术改造的必要性及改造目的

2.1 现有清污机技术参数

台儿庄泵站现有清污机共9个进水孔，设置有9台固定式耙斗清污机，进水口最高水深6.1 m。技术参数如下：孔口宽4.2 m；栅体倾角80°；电动机功率7.5 kW；栅条净距145 mm；设计水头差2.0 m；垂直安装高度14.31m；最大清污能力20t/h；耙斗容积1.12 m3；一次最大清污能力1 000 kg；提升电机SA97DV112M4，P=4 kW；启闭电机减速机SAF87DV100L4，P=2.2 kW；耙斗运行速度0～11 m/min。

2.2 现有清污机存在的问题

泵站调水运行期间，由于距第六级泵站距离长，上游河道两侧的生活垃圾、树枝、杂草等经过水流的冲击堵塞在拦污栅上，大大减小了过栅流量。同时，因现状清污机工作动作复杂、单耙效率低下、卸污效果差，且每个洞口都需人工手动操作，既费时费力又不能及时将污物从渠道内清理出来，在进水口处形成拥堵，严重影响泵站正常调水作业。经分析，主要存在以下问题。

（1）耙斗自重小，随着污物增多及种类变化，不能较好地清理污物，尤其是水草漂浮在水面，积聚多时造成耙斗不能下沉打捞污物。

（2）由于耙斗式清污机工作的线性原理，上部缺少有效的卸污翻转装置，污物到达顶部后，部分污物难以落到皮带机上，而是重新滑落至栅前水面上。

（3）自动化控制系统与清污机PLC中断，不适应工程的运行管理。

2.3 清污机技术改造的必要性

2016—2018年，南水北调工程建设监管中心和国务院南水北调工程建设委员会专家委员会多次到现场稽察检查，针对台儿庄泵站清污机清污效果差、清污能力成为影响泵站安全运行的重要因素的实际情况，稽察专家建议开展清污机扩容或改进机型的研究工作，以满足工程安全运行清污的需要。

为解决台儿庄泵站清污机存在的问题，南水北调东线山东干线有限责任公司于2019年3月21日在台儿庄泵站管理处组织召开了台儿庄泵站清污机技术改造专家咨询会。专家们查看了工程现场，听取了有关单位的意见，经认真讨论，提出咨询意见：一是现清污机故障率高，由于污物量大，拦污栅堵塞严重，已不能满足运行要求，建议尽快改造；二是建议采用回转式清污机，并进行专项优化设计；电气控制方式具备现地、远程控制功能，电气控制柜采用集中布置方式；清污机材质采用304不锈钢等。

经综合分析，认为清污机改造必要性有以下3个方面：①保证泵站机组安全运行的需要，使清污机真正发挥作用，防止污物进入水泵机组，造成机组发生不平衡振动和过负荷等安全隐患；②保证泵站机组稳定及经济运行的需要，使清污机及时可靠地运行，能够有效减轻拦污栅所拦截污物阻塞栅孔，保证拦污栅的设计过流面积，减小过栅局部水头损失，提高水泵运行效率，为机组高效运行提供保障；③提高泵站运行管理水平的需要。

根据相关规范规程要求，为了降低污物对泵站等设备安全运行的影响，考虑工程运行管理、安全等方面的要求，需要提高工程的运行安全保证率，对泵站清污机进行改造十分必要。

3 清污机型式及方案比选

3.1 主要清污机型式及特点分析

清污机的选型应根据来污量、污物性质和拦污栅的布置方式而定。清污机的型式主要有两大类，即耙斗式和回转齿耙式。耙斗式清污机按安装方式分为固定式和移动式，耙斗的开闭方式分为绳索式和液压驱动式，多用于水电站进水口拦污栅的清污。回转齿耙式清污机（以下简称回转式清污机）多用于泵站进水口的清污，与拦污栅做成整体，动力装置分为液压马达驱动和电动机驱动，清污刮板传动装置采用回转式输送链。

（1）耙斗式清污机。根据布置方式可以采用固定式、移动式和单轨悬吊式。小型固定式耙斗清污机的耙斗张合可以采用手动操纵。耙斗的形式根据污物的不同可采用斗状或齿耙状。斗状耙斗适合树枝等浮游杆状及大尺寸垃圾的清理。齿耙式耙斗适用于水草等较细软的污物清理。为防止耙斗的侧向移动，耙斗的设计应有导向轮，其挡水面积尽可能小。为保证耙斗贴压拦污栅面，一般应采取吊点偏心设计。采用耙斗式清污机时，应关注由于卡阻引起的拦污栅的安全性以及耙斗在水下运行时水动力对清污效果的影响。

（2）回转式清污机。其主要适用于小树枝、水草等体积较小而数量较多的情况。齿耙在链条上固定，每隔一定距离固定1个齿耙。齿耙插入栅面一般为20～40 mm，齿两侧与栅条的间隙一般为3 mm左右。齿耙到达顶部，由活动的刮板或圆毛刷压紧并清理。该类清污机使用较多，效果较好。

2种型式清污机主要特点，详见表1。

表1 2种型式清污机特点对比

3.2 技术改造方案比较

根据台儿庄泵站清污机的技术参数和现场实际情况，综合考虑各方面因素，提出以下2个方案。其中，方案一是维持原清污机型式不变，更新更换部件，尤其是耙斗等部件；方案二是更换清污机型式。2种方案对比，详见表2。从表2可以看出，方案一投资较少，但存在改造效果不确定等缺点，且存在需与原制造厂家协商等困难；方案二改造较彻底，投资较大，利用原有部分拦污栅和埋件，能较好地解决实际问题。通过方案比较及综合分析，本次清污机改造推荐使用方案二，即利用原有拦污栅改造成回转式清污机。

表2 2种改造方案对比

4 清污机技术改造内容

本次技术改造工程维持原清污机埋件不变，利用原清污机部分栅体改造成回转式清污机；改造皮带输送机；新建一配电室，对9孔清污机进行总控制，同时在每孔清污机处设现地控制，可进行清污机启闭。

回转式清污机由于其工作原理是以拦污栅体为基础，在栅体上下游左右两侧焊接有牵引链条轨道，用于实现牵引链条绕栅回转，带动清污齿耙自下而上清除栅面污物。因此，回转式清污机对栅体整体性要求较高，在利用原拦污栅横梁和栅片时，必须在工厂内改造制作，增加边梁工字钢，将原横梁和栅片重新镶嵌焊接在边梁上；同时，按回转式清污机设计要求增加牵引链条轨道，形成新回转式清污机水下部分栅体。而原拦污栅用于耙斗式清污机工作时，其支撑架与基础固定焊接在一起，从栅条到底板没有边梁，现场安装工作量大，拆除后栅片和横梁各为一体。

由于清污原理和传动机构的不同，根据现有耙斗式清污机和拦污栅结构，改造成为回转式清污机，只有栅条以下部分栅体通过工厂内改造后可作为新清污机栅体和埋件使用。因此，本次技术改造的内容主要包括拆除耙斗式清污机部分设施、新制作回转式清污机部分设施、改造后的回转式清污机的安装。