高效回轉(zhuǎn)式泵站攔污清污機(jī)研制

陳 軍，仇寶云，嚴(yán)天序，劉 地，張 偲

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高效回轉(zhuǎn)式泵站攔污清污機(jī)研制

陳 軍1,2，仇寶云1※，嚴(yán)天序1，劉 地1，張 偲1

（1. 揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院，揚(yáng)州 225127； 2. 江蘇省水利機(jī)械制造有限公司，揚(yáng)州 225003）

為提高攔污清污設(shè)備的可靠性和清污效率，對(duì)齒耙牽引鏈條采用滾輪凸軌行走方式和限位裝置，避免脫軌，提高齒耙左右定位精度；在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化柵條、耙齒和齒耙管斷面形狀，實(shí)現(xiàn)耙齒、齒耙與柵條精確緊密配合，減少柵條污物粘附與卡堵，切斷拖拽的水草，避免清污初期由于柵前過(guò)多的水草造成耙齒和齒耙過(guò)載損壞；單孔較寬的攔污柵采用2～3片分體結(jié)構(gòu)攔污柵架，便于柵體吊裝檢修和更換；采用側(cè)邊導(dǎo)污板和底部弧形前置柵，提高側(cè)邊和底部污物清污效率。應(yīng)用結(jié)果表明，回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)通過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)，提高了運(yùn)行可靠性和攔污清污效率，降低了設(shè)備故障率和維護(hù)成本，減小了攔污柵前后水位差，提高了泵站運(yùn)行可靠性和效率，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用節(jié)省9%以上，清污效率提高30%以上，攔污柵體前后平均水位差由60 cm減小到10 cm以下，泵站運(yùn)行費(fèi)用減小8%左右。

設(shè)備；泵站；回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)；結(jié)構(gòu)改進(jìn)；維修性；攔污清污效率

0 引 言

中國(guó)沿江濱湖地區(qū)和平原圩區(qū)河湖眾多，水系發(fā)達(dá)，河網(wǎng)密集。為了調(diào)水、灌溉、排澇，興建了許多泵站。由于河道水體中含有大量水生植物和工農(nóng)業(yè)及生活廢棄物，為保護(hù)水泵機(jī)組的安全運(yùn)行，一般在泵站進(jìn)水口設(shè)置攔污柵，但污物在攔污柵前堆積，如不及時(shí)清除，將在柵體前后形成0.5～3 m的水位差，輕則減小水泵流量、增大機(jī)組功率，重則壓垮攔污柵，造成泵站安全事故。

早期建設(shè)的泵站，大多僅設(shè)置攔污柵，未配備清污設(shè)備，清污工作主要靠人工，工作量大、效率低、安全性差。為保證泵站安全運(yùn)行，江蘇省從20世紀(jì)80年代開(kāi)始研制和應(yīng)用清污機(jī)，早期在淮安二站和皂河一站配備耙斗式清污機(jī)[1]，后又研制出挖斗式清污機(jī)。此后，在從日本引進(jìn)鏈回轉(zhuǎn)式清污設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過(guò)消化吸收和技術(shù)改進(jìn)創(chuàng)新，研制適合中國(guó)國(guó)情的回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)，其綜合性能優(yōu)于耙斗式清污機(jī)和挖斗式清污機(jī)，在新、改建泵站中得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用[2]。

劉光臨[3]介紹了日本泵站的攔污柵和清污機(jī)的使用情況，SuzannePritchard[4]介紹了德國(guó)巴特阿巴赫水電站世界上最大的液壓回轉(zhuǎn)式攔污柵清污機(jī)的應(yīng)用情況。芮守東[5]對(duì)泵站攔污清污設(shè)備的選擇，研究進(jìn)展和應(yīng)用情況等進(jìn)行了論述和分析，對(duì)清污模式進(jìn)行了分類并對(duì)清污運(yùn)行方式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。吳軍[6]對(duì)江蘇省內(nèi)泵站所配套的清污設(shè)備設(shè)計(jì)、使用做了描述，并在設(shè)備的設(shè)計(jì)和污物的處理等方面提出了一些建議。楊俊敬等[7]通過(guò)對(duì)清污機(jī)的主要參數(shù)和造價(jià)分析，得出了經(jīng)濟(jì)孔口的大?。粍④姷萚8-11]介紹了泵站配套清污機(jī)的應(yīng)用情況。Schleiss等[12]研究了攔污柵發(fā)生振動(dòng)的原因，根據(jù)測(cè)量和計(jì)算結(jié)果提出相應(yīng)的減振措施，總結(jié)用于判定攔污柵條振動(dòng)敏感性的理論依據(jù)，給出不同情況下攔污柵的振動(dòng)特性或自振頻率的估算。祁林攀等[13]的研究表明攔污柵靠柵條攔截污物，水流繞流柵條時(shí)，柵條尾部脫流產(chǎn)生卡門(mén)渦街會(huì)引起橫向激振力，激振頻率隨流速加快而增高，當(dāng)激振頻率與柵條的固有頻率一致或接近時(shí)，引起柵條共振，導(dǎo)致柵條損壞。

河流中的大量垃圾，要求泵站攔污柵及時(shí)清污。常規(guī)回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)因結(jié)構(gòu)缺陷，攔污率低，故障發(fā)生率高，影響攔污清污設(shè)備和泵站機(jī)組的正常運(yùn)行。為提高攔污清污設(shè)備的可靠性和清污效率，對(duì)齒耙牽引鏈條采用滾輪凸軌行走方式和限位裝置，避免脫軌，提高齒耙左右定位精度；在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化柵條、耙齒和齒耙管斷面形狀，以期實(shí)現(xiàn)耙齒、齒耙與柵條精確緊密配合，為研制高可靠性和高效回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)提供參考。

1 常規(guī)回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)

1.1 常規(guī)回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)的應(yīng)用

回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)能連續(xù)大量清污，清污量大，特別是在夏季水草爆發(fā)式增長(zhǎng)期間，其優(yōu)點(diǎn)能夠得到充分發(fā)揮。目前已廣泛應(yīng)用于大中型泵站，僅江蘇省就有60多座泵站配置了回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)，為泵站安全高效運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。

以南水北調(diào)東線江都泵站為例，該泵站共裝機(jī)33臺(tái)大型立式軸流泵機(jī)組，泵站的日均最大排澇量為510 m3/s。2006年前，泵站未設(shè)置攔污清污機(jī)，每年排澇時(shí)，河道中大量水草、秸桿、生活生產(chǎn)廢棄物在泵站進(jìn)水流道進(jìn)口的攔污柵前形成堵塞，攔污柵受壓變形嚴(yán)重，水泵吸程增大，機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，能耗增加，流量減小，需要經(jīng)常停機(jī)撈污。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2006年排澇期間停機(jī)25臺(tái)時(shí)，少排澇水4 333萬(wàn)m3，期間還需搶修攔污柵，排澇時(shí)間延長(zhǎng)。2006年底，在泵站引河?xùn)|閘前加裝使用回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)，2007年泵站運(yùn)行時(shí)，由于來(lái)流污物在引河就被攔污清污機(jī)及時(shí)攔截清除，全泵站日均最大排澇量提高到533 m3/s，水泵機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)為泵站安全高效運(yùn)行發(fā)揮了巨大的作用。

1.2 常規(guī)回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)存在問(wèn)題

經(jīng)過(guò)對(duì)泵站回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)使用情況調(diào)查，發(fā)現(xiàn)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中仍存在如下問(wèn)題：

1）常規(guī)回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)齒耙在攔污柵正面撈起污物通過(guò)兩側(cè)回轉(zhuǎn)牽引鏈條的牽引向上運(yùn)動(dòng)、在攔污柵頂部卸載污物、在攔污柵背面向下作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如圖1所示，牽引鏈條在軌道內(nèi)無(wú)側(cè)向限位，僅靠齒耙側(cè)板作為防止鏈條滑出軌道的限位。

1.耙齒 2.齒耙管 3.齒耙側(cè)板 4.行走滾輪 5.行走軌道 6.連接銷軸 7.牽引鏈條

柵前攔截污物不對(duì)稱造成齒耙受力不均、發(fā)生側(cè)移，側(cè)板偏向一邊，輕則碰擦軌道，重則齒耙卡阻在軌道內(nèi)，鏈條無(wú)限位控制，容易脫軌。

2）當(dāng)柵前集聚污物過(guò)多時(shí)，撈污瞬間的拉扯力容易造成清污機(jī)超負(fù)荷[14]，損壞齒耙和耙齒。

3）如圖1，清污機(jī)齒耙為圓鋼管齒耙管上焊接三角形耙齒，耙齒管同時(shí)受到承載污物和鏈條牽引的作用，圓形齒耙管與柵條之間的容污空間自上而下由大變小，容易造成污物卡堵。

4）攔污柵柵體為整體框架，發(fā)生部分損壞后須整體吊出柵體檢修，吊裝起重力大，泵站現(xiàn)場(chǎng)難以滿足要求，檢修維護(hù)費(fèi)用高、周期長(zhǎng)[15]。

5）清污機(jī)側(cè)邊軌道與孔口側(cè)墩之間存在清污死角，污物堆積于清污機(jī)側(cè)面，無(wú)法清除。主攔污柵底部采用直立前置柵，底部較大范圍齒耙無(wú)法到達(dá)，無(wú)法清污，易堵塞，部分污物極易從下部漏走進(jìn)入水泵，引起堵塞。常規(guī)回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)由于柵體底部前置柵處、兩孔隔墩和攔污柵邊梁處污物無(wú)法清除、柵面污物清除不干凈，造成攔污柵前后0.5～1.0 m的水位差，增加了水泵機(jī)組運(yùn)行功率，減小了抽水流量。

2 高效回轉(zhuǎn)式泵站攔污清污機(jī)

2.1 鏈條與軌道的防脫設(shè)計(jì)

常規(guī)回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)牽引鏈條易脫落[16]，如圖2所示，對(duì)原軌道槽和牽引滾子鏈進(jìn)行改進(jìn)，增加側(cè)向限位裝置。在軌道槽上下內(nèi)表面焊接方形長(zhǎng)鋼條作為行走軌道，滾子鏈的鏈輪由光面滾輪改為帶有單側(cè)邊凸緣結(jié)構(gòu)的滾輪，前后2個(gè)滾輪的凸緣分別左、右布置，側(cè)邊凸緣內(nèi)外交叉布置，卡在軌道的兩側(cè)。此種結(jié)構(gòu)形式的鏈軌，上下有方形長(zhǎng)鋼條行走軌道作為約束，左右有帶凸邊緣滾輪作為約束，限制位置且留有間隙，運(yùn)行平穩(wěn)，鏈條不會(huì)出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象；當(dāng)齒耙撈取污物偏于一側(cè)，齒耙管荷載集中一端時(shí)，也不會(huì)因兩側(cè)鏈條受力不勻而出現(xiàn)扭鏈現(xiàn)象。

1.托污板 2.三角形筋板 3.齒耙側(cè)板 4.矩形耙齒管 5.帶交叉布置的凸邊緣滾輪 6.上、下方形長(zhǎng)鋼條滾輪軌道

2.2 鉆石箭形斷面攔污柵條

常規(guī)攔污柵柵條斷面形狀為扁長(zhǎng)矩形，為提高其側(cè)向穩(wěn)定性，采用鉆石箭形斷面，如圖3所示。

注：h斷面高度，mm；δ為斷面寬度，mm。

1）抗彎截面模量與臨界荷載提高

以設(shè)定柵條斷面高度=80 mm為例，對(duì)比鉆石箭形柵條，在截面面積不變的情況下，常規(guī)矩形柵條斷面寬度=9.087 5 mm，柵條截面對(duì)–軸的慣性矩I= 0.49 cm4，相應(yīng)的截面抗扭慣性矩I=1.96 cm4；鉆石箭形柵條斷面max=16 mm，柵條截面對(duì)–軸的慣性矩I= 0.59 cm4，相應(yīng)的截面抗扭慣性矩I=2.36 cm。根據(jù)SL74-2013《水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范》，柵條穩(wěn)定臨界載荷P為

式中為與荷載、支撐等諸因素有關(guān)的系數(shù)；為柵條跨度，m；為彈性模量，N/mm2；為剪切模量，N/mm2。

設(shè)定柵條間距100 mm，橫梁支承間距1 200 mm，經(jīng)過(guò)計(jì)算，常規(guī)矩形柵條的臨界荷載值24 807 N，而鉆石箭形柵條的臨界荷載值29 870 N，提高了20.4%。由此可見(jiàn)，通過(guò)斷面形狀的優(yōu)化，柵條側(cè)向穩(wěn)定性得到了增強(qiáng)，降低了發(fā)生扭曲或側(cè)向彎曲的可能性。

在剛度上，常規(guī)矩形柵條I=38.4 cm4，鉆石箭形柵條I=36.38 cm4，對(duì)比雖然降低了5.2%，普通矩形柵條擾度達(dá)到1/2 200，同等工況下鉆石箭形柵條達(dá)到1/2 100，相對(duì)于規(guī)范中柵條擾度值1/500的要求，均遠(yuǎn)小于要求值；在強(qiáng)度上，根據(jù)材料特性，W為I等比例數(shù)值，對(duì)應(yīng)普通矩形柵條，鉆石箭形柵條同等比例降低了5.2%，其計(jì)算柵條的抗彎強(qiáng)度分別為：普通矩形柵條為33.4 MPa、鉆石箭形柵條為35.4 MPa，均遠(yuǎn)低于材料本身的允許應(yīng)力[]，（碳鋼Q235材質(zhì)取值為160 MPa，不銹鋼304材質(zhì)取值為137 MPa）。

2）流動(dòng)阻力與激振力減小

根據(jù)Kirschmer試驗(yàn)，柵條水力損失系數(shù)采用公式（2）計(jì)算[17]。

式中為柵條斷面形狀系數(shù)，如圖4和表1所示；為攔污柵與水平面所成的角度。

柵條斷面越接近流線形，形狀系數(shù)就越低。鉆石箭形斷面柵條取值在d和f之間，約為0.9，矩形斷面柵條取值為2.42?？紤]鉆石箭形斷面和矩型斷面寬度，則兩者水力損失系數(shù)之比為

即鉆石箭形斷面柵條水力損失系數(shù)約為矩形斷面柵條的79%，水力損失有所減小。

表1 柵條斷面形狀系數(shù)

柳海濤等用CFD和模型試驗(yàn)對(duì)大型水電站疊梁門(mén)進(jìn)水口攔污柵流速分布特性進(jìn)行了研究[18]。本文采用CFX流動(dòng)計(jì)算軟件，對(duì)矩型斷面和鉆石箭形斷面柵條在相同的流場(chǎng)中進(jìn)行流態(tài)分析，給定條件為柵條間距100 mm，跨度為1 200 mm，水流流速為1.0 m/s，數(shù)值模擬流場(chǎng)顯示結(jié)果如圖5所示。矩形斷面柵條過(guò)流在其迎水面端部有明顯流速降低區(qū)域，前端側(cè)邊有脫流漩渦區(qū)，造成了能量損失；鉆石箭形斷面柵條頭部繞流較為平順，迎水面無(wú)明顯流速降低和脫流漩渦區(qū)，尾部脫落漩渦小，水流通過(guò)柵條時(shí)更加順暢，因而，攔污柵過(guò)流阻力小，柵條水流激振力小。

圖5 矩形柵條和鉆石箭形柵條流場(chǎng)

2.3 矩形截面齒耙與板式耙齒

齒耙是回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)的重要運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，清污機(jī)能否正常工作，全靠齒耙的耙齒撈取污物。清污機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)脫鏈、過(guò)載，多數(shù)是齒耙強(qiáng)度低、剛度差造成的。清污過(guò)程中，齒耙承受集中載荷作用力較大時(shí)，發(fā)生變形、易造成脫鏈、減速機(jī)過(guò)載，設(shè)備無(wú)法運(yùn)行。清污機(jī)剛開(kāi)始清污啟動(dòng)階段，經(jīng)常是一、二道耙齒就撈起數(shù)百千克、甚至上噸糾纏在一起的污物，特別是汛期第一場(chǎng)洪水時(shí)，攔污柵前會(huì)在短時(shí)間內(nèi)聚集大量的污物，從交織在一起的污物中拉扯并撈出一團(tuán)污物的瞬間扯斷力需要很大，因此，齒耙設(shè)計(jì)應(yīng)該按照單耙集中載荷進(jìn)行校核[19]，降低故障率。

1）矩形齒耙管與板式耙齒

如圖6所示，將圖6a的三角形耙齒與圓形齒耙管組焊結(jié)構(gòu)改為圖6b的板式耙齒與矩形齒耙管組焊結(jié)構(gòu)。

單根齒耙（中部）受集中荷載時(shí)其擾度的計(jì)算采用公式（3）。

式中為中部集中受力；為耙齒凈跨距，m。

在受力、跨度、材質(zhì)一定的情況下，要減小擾度值，需要提高截面對(duì)水平對(duì)稱軸-軸的慣性矩I的取值。對(duì)圓形齒耙管，可以通過(guò)增大齒耙管截面尺寸或者增加管壁厚,帶來(lái)的影響是納污空間即單根齒耙撈污量的減少或齒耙質(zhì)量增加（設(shè)備成本增加）；而對(duì)于矩形齒耙管，可通過(guò)增加斷面方向的高度，來(lái)提高齒耙管斷面對(duì)軸的慣性矩I值，同時(shí)不擠占納污空間。相比圓形齒耙管，相同慣性矩I時(shí)矩形齒耙管質(zhì)量較小，且采用板式耙齒后，提高了單耙撈污承載能力，增大了撈污體積，清污能力提高。

1.三角形耙齒 2.圓形齒耙管 3.三角加筋板 4.板式耙齒 5.矩形齒耙管

2）板式反齒與鉆石箭形柵條配合切斷污物

如圖7所示，矩形齒耙管的板式反齒與鉆石箭形斷面柵條前部尖峰相嚙合，鉆石箭形柵條前部尖峰為固定刃口，板式反齒為活動(dòng)刃口，齒耙向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，能夠拖拽切斷被水流壓在柵前的團(tuán)狀污物，減小齒耙受力，降低齒耙過(guò)載損壞的可能性。

圖7 齒耙板與鉆石箭形柵條的配合

2.4 分體結(jié)構(gòu)攔污柵架

將若干柵條單獨(dú)組成一組柵條架，單孔攔污柵由若干片（2～3片）柵條架并列組成。柵條架與柵體框架通過(guò)螺栓連接，有別于常規(guī)攔污柵直接將柵條焊接固定于柵體框架上。應(yīng)用時(shí)，如果某片柵條架損壞，僅需拆裝維修該片柵條架，減輕起吊質(zhì)量、減少維修工作量。并且預(yù)先準(zhǔn)備好備用分片柵條架，某片柵條架損壞時(shí)，可以在很短時(shí)間內(nèi)更換新柵條架，較多的節(jié)省了檢修費(fèi)用和時(shí)間。

2.5 側(cè)邊導(dǎo)污板與底部弧形前置柵

如圖8所示，增加側(cè)邊導(dǎo)污板，能夠有效消除常規(guī)回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)邊梁與孔口側(cè)墩之間的清污死角的污物。導(dǎo)污板從底板一直到主柵體的最上端，按一定的傾斜角布置，一邊焊接在鏈輪運(yùn)行導(dǎo)軌上方，另一邊固定在孔口側(cè)墩上，當(dāng)有污物接近攔污清污機(jī)時(shí)，邊角處污物會(huì)順著導(dǎo)污板被水流帶至齒耙工作區(qū)域內(nèi)，被回轉(zhuǎn)齒耙清除。

1.側(cè)邊導(dǎo)污板 2.板式齒耙 3.柵體框架

如圖9所示，將柵體底部前置柵由直柵改為弧形柵，其弧度與齒耙的旋轉(zhuǎn)半徑吻合?；⌒吻爸脰偶瓤晒潭ㄓ诘装迳希部晒潭ㄓ谥鳀朋w上?；⌒吻爸脰排c主柵體間因齒耙能貼合通過(guò)，所以附著于前置柵上的水底沉積污物也能被齒耙撈起，減少底部堵塞淤積，相比于直立式前置柵，配備弧形前置柵的攔污清污機(jī)清污范圍更接近底板，對(duì)清除像牛仔布、舊衣物等比水重的污物尤為重要。

圖9 直立前置柵與弧形前置柵

綜上所述，改進(jìn)后的回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)，擴(kuò)大了側(cè)邊和底部污物的收集范圍和柵面污物清除能力，采用CFD并基于VOF方法計(jì)算表明，降低攔污柵前后平均水位差0.5 m以上。

3 高效回轉(zhuǎn)式泵站攔污清污機(jī)應(yīng)用

3.1 石港泵站基本情況及設(shè)備配置

石港泵站位于江蘇省金湖縣金北鎮(zhèn)劉莊村，淮河入江水道左岸，安裝大型水泵機(jī)組4臺(tái)套，泵裝置設(shè)計(jì)揚(yáng)程5.5 m，單泵設(shè)計(jì)流量22.5 m3/s，總流量90 m3/s，單機(jī)額定功率1 800 kW，用于灌溉和排澇。泵站配置了8臺(tái)本文設(shè)計(jì)的新型回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)，設(shè)備安裝角度75°，孔口尺寸4.25 m×5.5 m，柵體設(shè)計(jì)水位差1.5 m，柵條間距100 mm，單臺(tái)清污機(jī)配套電機(jī)功率5.5 kW。

3.2 泵站與改進(jìn)攔污清污設(shè)備運(yùn)行情況

改進(jìn)回轉(zhuǎn)式泵站攔污清污機(jī)于2016年初在石港泵站安裝調(diào)試完畢，2016年6月24日正值汛期，根據(jù)省防汛防旱指揮部辦公室調(diào)度指令，泵站開(kāi)機(jī)、清污設(shè)備啟用，共排澇運(yùn)行14 d，抽排寶應(yīng)湖地區(qū)澇水0.9億 m3，累計(jì)撈草約600 m3，發(fā)揮了工程設(shè)計(jì)效益。

石港泵站近半個(gè)月的運(yùn)行表明：改進(jìn)回轉(zhuǎn)式泵站攔污清污機(jī)與常規(guī)回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）攔污柵前，包括兩側(cè)和底部，水草污物攔截清理干凈，清污效率提高30%以上，未出現(xiàn)水草污物大量聚集的情況，攔污柵體前后水位差由60 cm減小到10 cm以下；

2）未造成水草污物在攔污柵和清污機(jī)上附著和卡堵；

3）未發(fā)生初期清污因大量水草污物拖拽造成耙齒彎折、齒耙管彎曲情況；

4）未發(fā)生兩側(cè)牽引鏈條脫軌現(xiàn)象。

3.3 改進(jìn)回轉(zhuǎn)式攔污清污設(shè)備應(yīng)用效益分析

根據(jù)石港站改進(jìn)回轉(zhuǎn)式泵站攔污清污機(jī)2016年運(yùn)行實(shí)際情況，對(duì)比常規(guī)回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，假定2種攔污清污機(jī)都在石港站運(yùn)行，設(shè)備按20 a使用壽命，平均年折舊4%，年運(yùn)行時(shí)間120 d，攔污清污機(jī)小保養(yǎng)每年1次，改進(jìn)回轉(zhuǎn)式泵站攔污清污機(jī)大保養(yǎng)5 a 1次，配備運(yùn)行人員1人；常規(guī)回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)大保養(yǎng)3 a 1次，配備運(yùn)行人員2人，計(jì)算2種攔污清污機(jī)運(yùn)行臺(tái)班費(fèi)用，對(duì)比情況如表2所示。

表2 改進(jìn)和常規(guī)回轉(zhuǎn)式泵站攔污清污機(jī)經(jīng)濟(jì)分析

設(shè)備臺(tái)班運(yùn)行費(fèi)用，改進(jìn)回轉(zhuǎn)式泵站攔污清污機(jī)比常規(guī)回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)節(jié)省9%。經(jīng)測(cè)算，該泵站每年可節(jié)省攔污清污設(shè)備運(yùn)行維護(hù)檢修費(fèi)用18.4萬(wàn)元。費(fèi)用組成：?jiǎn)螜C(jī)運(yùn)行費(fèi)=（252.4?230.12）元×3臺(tái)班×8臺(tái)×120 d= 6.4萬(wàn)元；設(shè)備年故障處理費(fèi)=1.5萬(wàn)元×8臺(tái)=12萬(wàn)元。

改進(jìn)回轉(zhuǎn)式泵站攔污清污機(jī)較高的清污率，將攔污平均水位差由0.6 m以上降低到0.1 m以內(nèi)，顯著減小了泵裝置運(yùn)行揚(yáng)程，增大了抽水流量，每年按運(yùn)行120 d、電價(jià)0.6元/kW·h計(jì)，節(jié)省泵站主機(jī)組總運(yùn)行費(fèi)用97.6萬(wàn)元。

4 結(jié) 論

本文提出的改進(jìn)回轉(zhuǎn)式泵站攔污清污機(jī)攔污清污能力強(qiáng)、運(yùn)行可靠性高。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）在兩側(cè)障礙區(qū)增加側(cè)邊導(dǎo)污板，能有效引導(dǎo)并消除清污機(jī)邊梁與孔口側(cè)墩之間清污死角的污物，防止污物在墩梁處和底部堆積。將底部輔助柵由直立式改為弧形，其弧度與齒耙的旋轉(zhuǎn)半徑吻合，附著于前置輔助柵上的水底沉積污物也能被齒耙撈起，清污范圍更接近底板。清污效率提高降低了攔污柵前后水位差，減少泵站年運(yùn)行費(fèi)用近百萬(wàn)元。

2）柵條斷面由矩形改成鉆石箭形，減小了攔污柵過(guò)流阻力，提高了穩(wěn)定性。齒耙管由圓管改為矩形管，加大了齒耙抗彎強(qiáng)度，提高了單耙撈污承載能力，避免了污物卡堵。耙齒采用板式齒面，增大了單耙撈污面積，齒板的后緣反齒與鉆石箭形柵條前部形成切割刀鋒，通過(guò)齒耙的運(yùn)動(dòng)將依附于柵條上的帶狀污物拖拽切斷，避免了因提升力太大造成耙齒彎折、齒耙管彎曲和清污機(jī)電機(jī)過(guò)載。

3）不脫軌鏈條與軌道結(jié)構(gòu)避免了齒耙牽引鏈條脫軌故障發(fā)生。特別是在大深度和大寬度孔口尺寸的孔口和水閘中，常規(guī)回轉(zhuǎn)式攔污清污機(jī)因鏈條易脫軌的限制而不能得到有效應(yīng)用，通常采用的耙斗式清污機(jī)，受制多，清污效率較低。改進(jìn)回轉(zhuǎn)式清污機(jī)的不脫鏈結(jié)構(gòu)，尤其適用于大寬度孔口前水體沉飄物的打撈，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)清污，清污量大，可避免泵站、水電站停機(jī)清污，充分發(fā)揮泵站、水電站的經(jīng)濟(jì)效益。

4）改進(jìn)回轉(zhuǎn)式泵站攔污清污機(jī)改進(jìn)回轉(zhuǎn)式泵站攔污清污機(jī)于2016年初在石港泵站安裝調(diào)試完畢，2016年6月正值汛期，泵站開(kāi)機(jī)、清污設(shè)備啟用，共排澇運(yùn)行14 d，抽排寶應(yīng)湖地區(qū)澇水0.9億m3，累計(jì)撈草約600 m3，發(fā)揮了工程設(shè)計(jì)效益。攔污柵柵面采用多片單獨(dú)柵條架的組裝結(jié)構(gòu)，發(fā)生損壞時(shí)，只需更換修理?yè)p壞的單片架體，更換方便，縮短了維護(hù)周期，故障率降低，年節(jié)省檢修維護(hù)費(fèi)用18.4萬(wàn)元。

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Development of rotary sewage interceptor and cleaning machine with high efficiency in pumping station

Chen Jun1,2, Qiu Baoyun1※, Yan Tianxu1, Liu Di1, Zhang Cai1

(1.,225127,; 2..,225003,)

In the past decades, China had rapid economic development accompanied by a large number of garbage production, eventually most of them converge in various rivers. In order to protect the normal operation of the pumping station, it is required that the trash rack of the pumping station can be cleaned in time. Due to the structural defects, the conventional rotary sewage interceptor and cleaning machine has low waste clean efficiency, high leakage rate of the waste and high failure rate of equipment, which affects the normal operation of the sewage interception and cleaning equipment and pumping station units. In order to improve the reliability and efficiency of the cleaning equipment, the structure of the conventional rotary sewage interceptor and cleaning machine is improved and optimized. The walking mode of the roller convex rail and the limit device are advanced on the rack traction chain to avoid the derailment of the chain and improve the positioning accuracy of the rack. On this basis, the rack bar section is changed from rectangle to diamond arrow type, and the rack teeth are changed from triangle to plate type. The plate tooth surface is supported by a triangular stiffened plate, and the tooth harrow pipe is changed from a circular pipe to a rectangular one, which enhances the load-carrying capacity of the single harrow tooth and the bending strength of the tooth harrow. It has been realized that the harrow teeth, the tooth harrow and the rack are precisely matched with each other, the adhesive blockage of the rack is reduced, the overload of harrow tooth and harrow pipe is avoided by cutting off the dragging weeds in front of the rack in the initial cleaning stage, and the broken accidents of harrow tooth and harrow tube are avoided, also. 2-3 pieces of split structure trash rack are used in the wide single-hole trash rack to facilitate the lifting, maintenance and replacement of the grid. Side dirt guide plates and bottom arc front rack are used to clean the trash accumulating at the pier beam and bottom of the rack and improve the trash-cleaning efficiency at the sides and bottom. The application results show that through structure improvement, the operation reliability and the trash-cleaning efficiency of the rotary sewage interceptor and cleaning machine has been improved, the equipment failure rate and maintenance cost has been reduced, the water level difference before and after the trash rack has been reduced also, and therefore, the operation reliability and the efficiency of the pump station have been improved. Compared with the conventional rotary sewage interceptor and cleaning machine, the improved rotary sewage interceptor and cleaning machine has higher reliability, increases the cleaning efficiency by more than 30%, reduces the average water level difference before and after the trash interception grid from 60 cm to less than 10 cm, and reduces the operation cost of the pumping station by about 184 thousand yuan.

equipment; pumping plant; rotary sewage interceptor and cleaning machine; structural improvement; maintainability; trash blocking and cleaning efficiency

陳 軍，仇寶云，嚴(yán)天序，劉 地，張 偲.高效回轉(zhuǎn)式泵站攔污清污機(jī)研制[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(4)：81－87. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.010 http://www.tcsae.org

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2018-09-25

2019-01-28

國(guó)家自然科學(xué)基金（51679208，51379182）和江蘇省水利科技重點(diǎn)資助項(xiàng)目（2014023）聯(lián)合資助

陳 軍，高級(jí)工程師，主要從事水工鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。Email：bacj@163.com

仇寶云，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事泵及泵站研究。Email：byqiu@yzu.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.010

S277.9+2

A

1002-6819(2019)-04-0081-07