回轉式清污機在寧夏大型灌排泵站的應用

李明文，馮有亭

(1.寧夏固海揚水管理處，寧夏中寧 755100;2.寧夏回族自治區(qū)水資源管理局，銀川 750001)

長山頭泵站是寧夏大型灌排泵站固海揚水工程的第三級泵站，總揚程58.60m，凈揚程54.91m，設計流量18.70m3/s，總裝機9臺，總裝機容量為20300kW，最大運行容量為17800kW。泵站進水渠道設計過水流量19.8m3/s，兩孔進水，攔污柵單孔尺寸3.5m×3.5m(寬×高)，孔口內(nèi)設置工作攔污柵一道，設計水深2.28m，設計水位差2.0m，安裝傾斜角75°。

由于該泵站與第二級泵站(古城泵站)相距較遠，渠道水流中經(jīng)常挾帶大量的水草、柴草、樹根、樹枝、死動物、懸浮垃圾等各種雜物順流而下，堵塞、堆積到攔污柵前，厚度0.3～0.8m，遠至柵前0.3～1.5m，造成攔污柵過流面積減小，前池水位下降，柵前和柵后壓差增大，機組上水量下降，揚程增大，水頭損失增加。穿過柵條的水草、柴草、懸浮垃圾等雜物沖入到水泵蝸殼，纏繞在葉輪上，引起水力不平衡，造成機組振動，各臺機組多次停機清理進入蝸殼中的雜物。每到汛期，因攔污柵堵塞嚴重，柵壓差過大，直接威脅到水工建筑物安全，機組被迫停運并進行人工清污，使得機組運行可靠性降低，嚴重擾亂了灌區(qū)的正常灌溉秩序。

為了提高清污效率，使機組正常運行，保證灌溉需求，我們通過實地調(diào)研了多種型式的清污設備在黃河左右岸布置的泵站和水電廠的應用，并結合固海揚水工程長山頭泵站渠道水流流速、流態(tài)、污物性狀、水質介質情況、場地安裝條件，對各種型式的清污設備進行了詳細分析，重點比較了回轉式和耙斗式清污機的優(yōu)缺點和在固海揚水泵站的適應性。由于回轉式清污機技術成熟，尤其適合于安裝在渠道上或有引渠的泵站，2013年4月我們選擇了回轉式清污機，安裝在寧夏固海揚水工程古城泵站和長山頭泵站及后級改造泵站，設備投運后，運行情況良好，清污效果顯著?，F(xiàn)將這種清污機及應用情況介紹如下。

1 HQN型回轉式清污機結構型式與布置

該HQN型回轉式清污機主要由機架、柵條、清污齒耙、提升鏈、電機減速驅動裝置、電控系統(tǒng)和污物皮帶輸送機組成。其結構與布置如圖1所示。

圖1 HQN3.5m×3.5m-75°清污機和皮帶機結構布置示意圖

2 HQN型回轉式清污機工作原理及性能特點

2.1 工作原理

HQN型回轉式清污機是集攔污柵和清污機于一體的連續(xù)清污裝置。工作時，以攔污柵為基礎，通過繞柵回轉鏈條將固定于鏈條上的清污耙板在驅動裝置的帶動下，將水下柵條部分截留的污物撈起，清污耙板依靠兩側鏈條同步由迎水面由下向上回轉運動，當耙板到機體上部時，由于轉向導軌及導輪的作用，污物依靠重力自行脫落到皮帶輸送機設施上，被輸送出去，實現(xiàn)最終的攔污及清污目的。

2.2 性能特點

結構簡單，整體剛性好，運行平穩(wěn)，不易出故障，操作維修方便?？蓪崿F(xiàn)連續(xù)清污，全過水斷面清污，同一過水斷面每分鐘有2～3道清污耙通過，齒耙線速度3m/min，清污效果好、效率高、耗能低。柵體過梁支撐于混凝土基礎之上，使清污機整機運行平穩(wěn)，工作可靠。齒耙插入柵條一定深度，把附著在柵條上的污物帶到清污機頂部，完成翻轉卸污動作，保持過水斷面清潔無污物。電機隱身于機架內(nèi)部，防護效果好，實現(xiàn)無障礙清污。使用不銹鋼牽引鏈條保證水下工作無銹蝕，免維護。

3 清污機基本技術要求

3.1 齒耙主要組成及要求

清污機齒耙由主齒與副齒組成，副齒插入攔污柵條內(nèi)，主副齒的角度及插入柵條的角度布局合理，主副齒聯(lián)合實現(xiàn)清污功能。齒耙剛度、強度滿足清理柴草、樹樁、大動物尸體等雜物。齒耙主齒長度30cm，副齒長度15cm以上。副齒插入柵條不小于50mm，齒耙厚度不小于12mm。

3.2 鏈條及材質要求

一級鏈條(變速箱到主軸)采用精密傳動板式套筒滾子鏈，節(jié)距為31.75mm;二級鏈條(主軸到齒耙管)采用304不銹鋼，板厚度不小于8mm。滾輪為202不銹鋼材質，鏈盒為304不銹鋼半封閉鏈盒。

3.3 驅動裝置布置及要求

驅動裝置位于清污機上部，采用減速機和一級鏈傳動方式，減速機為戶外型。電機采用內(nèi)置式，隱藏于機架內(nèi)部，大大提高了電機戶外防護能力，防護等級為IP57，絕緣采用F級。

3.4 機架要求

清污機的機架為一體式，具有足夠強度和剛度。能承受水中較大飄浮物的撞擊，格柵前后壓差2.0m。

3.5 運行要求

清污機在運行過程中，齒耙、傳動機構等運行部件應運轉靈活、平穩(wěn)，無卡滯、碰撞、梗阻、異聲等現(xiàn)象，傳動齒輪固定銷栓均布，銷拴直徑不小于14mm。整機運行平穩(wěn)可靠。水下軸承具有自潤滑、摩阻小、耐腐蝕性能。

3.6 吊裝及檢修要求

為了清污機吊裝及檢修的方便，在清污機頂部設置了雙起吊點，中部兩側面設轉動絞及支座，底部設雙起吊點。

3.7 主要構件材質要求

擋板、鏈條、齒耙及清污機護罩為不銹鋼。鏈輪為鑄鋼。柵體、外框架、支撐管為Q235B鋼質材料。所有緊固件均采用1Cr13不銹鋼材質。

4 電控系統(tǒng)

清污機及污物皮帶輸送機手動與自動控制回路、繼電保護等電氣控制系統(tǒng)安裝在一個電控箱內(nèi)，兩臺清污機控制系統(tǒng)共用一面電控柜，電控柜為戶外式?？刂品绞骄邆渚偷睾瓦h動切換功能，就地控制分為手動、自動兩種方式。具備電源監(jiān)視信號、運行狀態(tài)信號、故障報警信號;故障報警信號接點引至電控柜外引端子，便于接入泵站監(jiān)控系統(tǒng)。手動控制，通過電控柜里的按鈕控制驅動裝置，使繞柵回轉鏈條將固定于鏈條上的清污耙板在驅動裝置的帶動下，行走至任意位置。自動控制由PLC編程實現(xiàn)，分定時、液位差兩種方式。一是可以通過觸摸屏設定時間周期;二是將攔污柵的柵差壓力信號上傳到PLC，用柵差的設定值，可采用這兩種方式之一啟動清污機自動運行。一經(jīng)啟動，清污機即進行清污工作。每臺清污機柵前、柵后配套超聲波液位差計(10m量程)各1套。電控柜采用PLC監(jiān)控，通訊規(guī)約為MODBUS協(xié)議，并留有RS485通信接口與泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接。所有電氣控制電纜全部布置在支柱和行走軌道內(nèi)。

5 清污機的選型及技術參數(shù)

清污機選型主要考慮取水口的水工建筑物型式、布置方式、建筑尺寸、攔污柵的寬度與安裝傾角、格柵間距、水流中污物的種類、大小、柵前水流形態(tài)、過柵流速等因素。經(jīng)計算分析，以及對攔污柵主梁校核、清污齒耙剛度、強度校核和清污齒耙軸強度校核后，選擇了HQ3.5×3.5-75°型，該型號產(chǎn)品技術參數(shù)見表1。

表1 清污機的技術參數(shù)

6 清污機污物皮帶輸送機的選型及技術參數(shù)

清污機配帶皮帶輸送機，輸送帶兩側設不銹鋼擋污板，皮帶輸送機的型式、出口高度和擋板高度必須滿足輸送機能有效攜帶走所有污物，技術參數(shù)見表2。

表2 皮帶機技術參數(shù)

7 清污機防腐處理

除不銹鋼件外所有鋼件均做防腐處理。具體做法:經(jīng)噴砂清理后，采用熱噴鋅防腐，噴鋅厚度為200μm，再刷防銹漆兩遍，達到不起皮、不生銹、不變形效果。

8 清污機運行情況及效果分析

往年灌溉行水期間，泵站機組投運后，正值行水初期，由于大量水草等污物堆積在攔污柵前，柵前柵后存在水頭差，一般0.3～0.8m，最大可達1.5m。攔污柵受壓嚴重變形，水泵吸程增大，機組發(fā)生強烈振動，效率大大降低，造成停機。經(jīng)常要停機撈草，搶修攔污柵，給泵站運行管理帶來極大不便。自安裝清污機以來，被水流帶來的大量雜草、枯枝敗葉、生活垃圾及其他被攔污柵阻擋的污物到達柵前，被清污機有效地進行了清除。代替了人工清污，大大減輕了人工清污的勞動強度，消除了清污人員的安全隱患，提高了清污效率，并能把柵片之間及纏繞在柵片周圍的雜草、枯枝、塑料等污物全部清除，始終保持攔污柵前后無水位差。清污機能夠長期連續(xù)運行，工作可靠，故障率低。且機組運行平穩(wěn)，無振動，無停機，清污效果顯著。清污機清除污物實物照片如圖2所示;清污機輸送機輸送污物實物照片如圖3所示。

圖2 清污機清除污物實物照片

圖3 清污機輸送機輸送污物實物照片

9 結語

清污機設施原理簡單，清污量大，效率高，且由于和大型泵站更新改造工程同步實施，節(jié)約了土建配套工程費用。目前，通過對該設備運行實驗與分析，實踐證明其保障行水期泵站機組安全運行系數(shù)大大增強，很大程度上減少了停機帶來的損失，極大地發(fā)揮了泵站工程的社會效益與經(jīng)濟效益?！?/p>

1 SL 382—2007水利水電工程清污機型式基本參數(shù) 技術條件［S］.北京:中國水利水電出版社，2007.

2 GB/T 7984—2001輸送帶具有橡膠或塑料覆蓋層的普通用途織物芯輸送帶［S］.

3 何波.抓斗移動式自動清污機在紅葉二級水電廠的應用［C］.//全國水電廠學術年會暨全國大中型水電廠技術協(xié)作網(wǎng)成立大會論文集.2004.