排涝泵站拦污栅清污技术改进及效果

陈星浪

（江西明赣水利建设有限公司，江西 景德镇 333000）

1 工程概况

塔山街道办塔山排涝站位于乐安河左岸的镇桥联圩塔山村，属镇桥联圩防洪保护区，涝区流域面积1.87 km2，保护人口约1 000 人，保护耕地66.67 hm2。设计装机3×160=480 kW，排涝流量4.30 m3/s。泵站采用堤后式，主要建筑物有引水渠、前池、清污机，泵房、压力水箱、防洪闸、出口建筑物等。泵房建在镇桥联圩内侧，进水部分根据地形与原排水系统前池采用侧面进水。泵房与防洪堤平行布置，泵房后接水箱穿堤涵管及防洪闸以及出口段。

在泵站进水口处设置2 扇孔口尺寸为2.70 m×4.97 m（宽×高）、1扇孔口尺寸为2.40 m×4.97 m（宽×高）的格式拦污栅以及1 台ZD500 型移动抓斗式清污机，另设1 台5t 手拉式葫芦用于拦污栅的安装及检修。

2 拦污栅拦截及清污机理

漂浮物通过排污栅的概率主要与其尺寸、属性及格栅间距、流速等有关。漂浮物通过流速不均的边界层或断面时，必将表现出旋转等运行姿态，漂浮物长度向与栅面夹角以及过栅概率均会增大。

当水流流速达到0.57 m/s时，乐安河河道中典型漂浮物过栅概率主要受到物距比的影响，①在水流流速和物距比相同的情况下，枯树枝的过栅概率略高于水花生。主要原因在于，水花生质地软，根须及枝丫多，被拦污栅拦截的可能性更大，拦截后受水流作用过栅的概率也更小。但枯树枝质地硬，枝丫和叶片少，被拦污栅拦截的可能性小，拦截后也会在水流的回旋作用下过栅。②塑料袋过栅概率明显大于旧布条，原因在于旧布条表面粗糙，尤其是布纺纱等表面存在细小间隙，在经过尖物或锐缘时，很容易挂住，使旧布条和栅条间的摩擦力进一步增大，在持续水流冲刷下与栅条间的粘附只会更加牢固。而塑料袋表面光滑无间隙，更容易从栅条间通过。③杆状硬质漂浮物过栅率比片状柔性漂浮物高，原因在于前者近栅时在水流作用下与栅面垂直的可能性较大，过栅也较为容易；而后者在水中的形态复杂多变，近栅时很容易被拦截。此外，前者与栅条间的摩擦力较小，在遭遇1跟根栅条拦截后仍会继续滑移过栅，而后者遭遇栅条拦截后缠绕住栅条而无法过栅的可能性更大。

通过以上对不同漂浮物过栅状态及可能性的分析看出，诸如旧布条、塑料袋等柔性片状漂浮物极易缠绕于拦污栅栅条，且因其具有较大的阻水效应，一旦被删条拦截，必然增大栅条前后水位差。为此，在进行拦污栅改进设计时，必须增强清污机耙齿定位的准确性，并使耙齿紧邻栅条侧，应有效清除栅条上所缠绕的漂浮物。

3 泵站拦污栅清污技术的改进

3.1 拦污栅清污现状

为对水泵叶片安全运行提供保护，必须在进水流道内增设拦污栅，拦截水利中挟带的竖直、水草及垃圾等漂浮物。当拦污栅前聚集的漂浮物过多，必须立即清理，避免因漂浮物的阻隔而提高泵前，降低泵站出力，加剧设备损耗，甚至引发水泵机组故障停机。

塔山排涝站原来主要采用人工清污的方式，即由人工手持长杆等工具打捞漂浮物，或同时设置2道拦污栅轮流起吊并清理漂浮物，效率低下，且清理效果不佳。为提升清污效果，排涝站管理当局决定对原拦污栅实施技术改造，安装自动化清污装置。

3.2 改进思路

国外排涝工程运行实践证明，回转式清污机在清理河道漂浮物方面效率较高，且安装过程及运行原理简单。当河道内漂浮物被拦污栅体拦截后，栅顶在清污机动力系统的带动下便发生旋转，借助中轴链轮带动牵引链条，使链条回转于固定轨道中，栅前漂浮物也顺势被链条上的耙齿捞起；随着耙齿旋转至顶部并翻越后，耙齿上所悬吊的漂浮物便在重力作用下降落至皮带输送机上；耙齿卸除漂浮物后继续下降，并从底部回转至栅体前部，循环打捞。

3.3 设备改造措施

为确保以上所提出的回转式清污机在塔山排涝站良好运行，必须进行拦污栅结构、牵引动力装置改造，增设拦污栅顶部运转机构，优化耙齿及刮污装置设计。

3.3.1 拦污栅改造

为使拦污耙齿顺利从后方旋转至栅体前部，必须在拦污栅底部设置旋回槽，同时取下拦污栅体后在其框架两侧增设支座，以使拦污栅整体前移。改造前后的拦污栅位置具体见图1。

图1 改造前后栅体位置的比较图

3.3.2 牵引装置改造

为便于在栅体前后设置链条运行轨道，必须根据情况决定是否拆除拦污栅两侧最侧边栅条。将1 根牵引链条分别增设于栅体两侧耙齿下，以便在链条的带动下实现栅体前部耙齿由下而上运动，并顺利将栅体附着的漂浮物提升至工作桥面。此外，为保证链条始终运行于同一轨道内，必须先制作C型轨道，借助螺栓将轨道固定在栅体主梁。见图2。

图2 C型轨道定位安装图

3.3.3 增设栅顶运转机构

将内带驱动装置的1节运转机构增设至栅顶，动力主要通过1根传动链条传递至栅顶中轴，进而通过固定于中轴的牵引链轮带动链条运动，并借助耙齿打捞排污。

3.3.4 耙齿及刮污装置设计

塔山排涝站拦污栅为垂直设置，为此必须展开耙齿特殊设计，以保证尺寸和结构适用性。清污设备设计宽度不超出4 m的情况下，在单面栅体上增设1组耙齿即可；设计宽度超出4 m，则应在单面栅体上并排设置2 组耙齿。出于清污效率和经济性考虑，随着耙齿跨距的增大，为保证耙齿强度，必须增大耙齿尺寸；成本增大的同时还会增加链条脱离轨道的概率。为此，应将塔山排涝站清污设备设计宽度控制在4 m。此外，耙齿形式有带钩型和普通型两种，其中带钩型耙齿前齿向上翘起20°～15°，在增大负重的同时，还能有效防止钩起的漂浮物滑落。

塔山排涝站所在河道漂浮物种类多，带状垃圾占比较大，在应用耙齿打捞漂浮物的过程汇总很容易发生齿轮缠绕，当耙齿翻转卸除漂浮物的过程中，少量缠绕物无法及时卸除，在耙齿的带动下进入栅体后部，久而久之，会引发排污栅堵塞。为此，必须增设附带反齿的刮污装置，在耙齿经过的同时挑落所缠绕的带状漂浮物。

4 应用效果

在塔山排涝站应用以上设计方案后，同时增加了自动化监测及控制系统，完全实现了智能化清污，自动化程度和清污效果显著提升，动力消耗减小，可在无人值守的情况下连续稳定工作。同时还增设了过载保护装置，如遇运行故障系统便会自动停机，有效防止设备超负荷运转；并结合格栅前后水位差自动控制系统运转速度和打捞量。设备结构合理，自净能力强，日常运装过程中几乎不存在堵塞，清污效率高，日常维修少，自2020年底运行至今已逾1个自然年，期间实现了零停机、零故障，且漂浮物清理效果非常好，水泵机组因漂浮物阻塞而引发的故障为零。

5 结语

综上所述，塔山排涝站漂浮物过栅概率主要与栅距比、物距比，漂浮物长度、质地及种类、水流流速有关，在日常水流流速稳定的情况下，漂浮物过栅概率随着栅距比的增大而增大，随物距比的增大而减小；质地坚硬且表面光滑的漂浮物过栅概率明显大于质软且表面粗糙的物质。基于漂浮物过栅机理及概率分析而设计出的回转式清污机，在该排涝站应用后清污效果十分显著，且运行简便，能耗低，日常维护费用小，基本实现了排涝站无人值守。