排澇泵站攔污柵清污技術(shù)改進及效果

陳星浪

（江西明贛水利建設(shè)有限公司，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

1 工程概況

塔山街道辦塔山排澇站位于樂安河左岸的鎮(zhèn)橋聯(lián)圩塔山村，屬鎮(zhèn)橋聯(lián)圩防洪保護區(qū)，澇區(qū)流域面積1.87 km2，保護人口約1 000 人，保護耕地66.67 hm2。設(shè)計裝機3×160=480 kW，排澇流量4.30 m3/s。泵站采用堤后式，主要建筑物有引水渠、前池、清污機，泵房、壓力水箱、防洪閘、出口建筑物等。泵房建在鎮(zhèn)橋聯(lián)圩內(nèi)側(cè)，進水部分根據(jù)地形與原排水系統(tǒng)前池采用側(cè)面進水。泵房與防洪堤平行布置，泵房后接水箱穿堤涵管及防洪閘以及出口段。

在泵站進水口處設(shè)置2 扇孔口尺寸為2.70 m×4.97 m（寬×高）、1扇孔口尺寸為2.40 m×4.97 m（寬×高）的格式攔污柵以及1 臺ZD500 型移動抓斗式清污機，另設(shè)1 臺5t 手拉式葫蘆用于攔污柵的安裝及檢修。

2 攔污柵攔截及清污機理

漂浮物通過排污柵的概率主要與其尺寸、屬性及格柵間距、流速等有關(guān)。漂浮物通過流速不均的邊界層或斷面時，必將表現(xiàn)出旋轉(zhuǎn)等運行姿態(tài)，漂浮物長度向與柵面夾角以及過柵概率均會增大。

當水流流速達到0.57 m/s時，樂安河河道中典型漂浮物過柵概率主要受到物距比的影響，①在水流流速和物距比相同的情況下，枯樹枝的過柵概率略高于水花生。主要原因在于，水花生質(zhì)地軟，根須及枝丫多，被攔污柵攔截的可能性更大，攔截后受水流作用過柵的概率也更小。但枯樹枝質(zhì)地硬，枝丫和葉片少，被攔污柵攔截的可能性小，攔截后也會在水流的回旋作用下過柵。②塑料袋過柵概率明顯大于舊布條，原因在于舊布條表面粗糙，尤其是布紡紗等表面存在細小間隙，在經(jīng)過尖物或銳緣時，很容易掛住，使舊布條和柵條間的摩擦力進一步增大，在持續(xù)水流沖刷下與柵條間的粘附只會更加牢固。而塑料袋表面光滑無間隙，更容易從柵條間通過。③桿狀硬質(zhì)漂浮物過柵率比片狀柔性漂浮物高，原因在于前者近柵時在水流作用下與柵面垂直的可能性較大，過柵也較為容易；而后者在水中的形態(tài)復(fù)雜多變，近柵時很容易被攔截。此外，前者與柵條間的摩擦力較小，在遭遇1跟根柵條攔截后仍會繼續(xù)滑移過柵，而后者遭遇柵條攔截后纏繞住柵條而無法過柵的可能性更大。

通過以上對不同漂浮物過柵狀態(tài)及可能性的分析看出，諸如舊布條、塑料袋等柔性片狀漂浮物極易纏繞于攔污柵柵條，且因其具有較大的阻水效應(yīng)，一旦被刪條攔截，必然增大柵條前后水位差。為此，在進行攔污柵改進設(shè)計時，必須增強清污機耙齒定位的準確性，并使耙齒緊鄰柵條側(cè)，應(yīng)有效清除柵條上所纏繞的漂浮物。

3 泵站攔污柵清污技術(shù)的改進

3.1 攔污柵清污現(xiàn)狀

為對水泵葉片安全運行提供保護，必須在進水流道內(nèi)增設(shè)攔污柵，攔截水利中挾帶的豎直、水草及垃圾等漂浮物。當攔污柵前聚集的漂浮物過多，必須立即清理，避免因漂浮物的阻隔而提高泵前，降低泵站出力，加劇設(shè)備損耗，甚至引發(fā)水泵機組故障停機。

塔山排澇站原來主要采用人工清污的方式，即由人工手持長桿等工具打撈漂浮物，或同時設(shè)置2道攔污柵輪流起吊并清理漂浮物，效率低下，且清理效果不佳。為提升清污效果，排澇站管理當局決定對原攔污柵實施技術(shù)改造，安裝自動化清污裝置。

3.2 改進思路

國外排澇工程運行實踐證明，回轉(zhuǎn)式清污機在清理河道漂浮物方面效率較高，且安裝過程及運行原理簡單。當河道內(nèi)漂浮物被攔污柵體攔截后，柵頂在清污機動力系統(tǒng)的帶動下便發(fā)生旋轉(zhuǎn)，借助中軸鏈輪帶動牽引鏈條，使鏈條回轉(zhuǎn)于固定軌道中，柵前漂浮物也順勢被鏈條上的耙齒撈起；隨著耙齒旋轉(zhuǎn)至頂部并翻越后，耙齒上所懸吊的漂浮物便在重力作用下降落至皮帶輸送機上；耙齒卸除漂浮物后繼續(xù)下降，并從底部回轉(zhuǎn)至柵體前部，循環(huán)打撈。

3.3 設(shè)備改造措施

為確保以上所提出的回轉(zhuǎn)式清污機在塔山排澇站良好運行，必須進行攔污柵結(jié)構(gòu)、牽引動力裝置改造，增設(shè)攔污柵頂部運轉(zhuǎn)機構(gòu)，優(yōu)化耙齒及刮污裝置設(shè)計。

3.3.1 攔污柵改造

為使攔污耙齒順利從后方旋轉(zhuǎn)至柵體前部，必須在攔污柵底部設(shè)置旋回槽，同時取下攔污柵體后在其框架兩側(cè)增設(shè)支座，以使攔污柵整體前移。改造前后的攔污柵位置具體見圖1。

圖1 改造前后柵體位置的比較圖

3.3.2 牽引裝置改造

為便于在柵體前后設(shè)置鏈條運行軌道，必須根據(jù)情況決定是否拆除攔污柵兩側(cè)最側(cè)邊柵條。將1 根牽引鏈條分別增設(shè)于柵體兩側(cè)耙齒下，以便在鏈條的帶動下實現(xiàn)柵體前部耙齒由下而上運動，并順利將柵體附著的漂浮物提升至工作橋面。此外，為保證鏈條始終運行于同一軌道內(nèi)，必須先制作C型軌道，借助螺栓將軌道固定在柵體主梁。見圖2。

圖2 C型軌道定位安裝圖

3.3.3 增設(shè)柵頂運轉(zhuǎn)機構(gòu)

將內(nèi)帶驅(qū)動裝置的1節(jié)運轉(zhuǎn)機構(gòu)增設(shè)至柵頂，動力主要通過1根傳動鏈條傳遞至柵頂中軸，進而通過固定于中軸的牽引鏈輪帶動鏈條運動，并借助耙齒打撈排污。

3.3.4 耙齒及刮污裝置設(shè)計

塔山排澇站攔污柵為垂直設(shè)置，為此必須展開耙齒特殊設(shè)計，以保證尺寸和結(jié)構(gòu)適用性。清污設(shè)備設(shè)計寬度不超出4 m的情況下，在單面柵體上增設(shè)1組耙齒即可；設(shè)計寬度超出4 m，則應(yīng)在單面柵體上并排設(shè)置2 組耙齒。出于清污效率和經(jīng)濟性考慮，隨著耙齒跨距的增大，為保證耙齒強度，必須增大耙齒尺寸；成本增大的同時還會增加鏈條脫離軌道的概率。為此，應(yīng)將塔山排澇站清污設(shè)備設(shè)計寬度控制在4 m。此外，耙齒形式有帶鉤型和普通型兩種，其中帶鉤型耙齒前齒向上翹起20°～15°，在增大負重的同時，還能有效防止鉤起的漂浮物滑落。

塔山排澇站所在河道漂浮物種類多，帶狀垃圾占比較大，在應(yīng)用耙齒打撈漂浮物的過程匯總很容易發(fā)生齒輪纏繞，當耙齒翻轉(zhuǎn)卸除漂浮物的過程中，少量纏繞物無法及時卸除，在耙齒的帶動下進入柵體后部，久而久之，會引發(fā)排污柵堵塞。為此，必須增設(shè)附帶反齒的刮污裝置，在耙齒經(jīng)過的同時挑落所纏繞的帶狀漂浮物。

4 應(yīng)用效果

在塔山排澇站應(yīng)用以上設(shè)計方案后，同時增加了自動化監(jiān)測及控制系統(tǒng)，完全實現(xiàn)了智能化清污，自動化程度和清污效果顯著提升，動力消耗減小，可在無人值守的情況下連續(xù)穩(wěn)定工作。同時還增設(shè)了過載保護裝置，如遇運行故障系統(tǒng)便會自動停機，有效防止設(shè)備超負荷運轉(zhuǎn)；并結(jié)合格柵前后水位差自動控制系統(tǒng)運轉(zhuǎn)速度和打撈量。設(shè)備結(jié)構(gòu)合理，自凈能力強，日常運裝過程中幾乎不存在堵塞，清污效率高，日常維修少，自2020年底運行至今已逾1個自然年，期間實現(xiàn)了零停機、零故障，且漂浮物清理效果非常好，水泵機組因漂浮物阻塞而引發(fā)的故障為零。

5 結(jié)語

綜上所述，塔山排澇站漂浮物過柵概率主要與柵距比、物距比，漂浮物長度、質(zhì)地及種類、水流流速有關(guān)，在日常水流流速穩(wěn)定的情況下，漂浮物過柵概率隨著柵距比的增大而增大，隨物距比的增大而減??；質(zhì)地堅硬且表面光滑的漂浮物過柵概率明顯大于質(zhì)軟且表面粗糙的物質(zhì)?；谄∥镞^柵機理及概率分析而設(shè)計出的回轉(zhuǎn)式清污機，在該排澇站應(yīng)用后清污效果十分顯著，且運行簡便，能耗低，日常維護費用小，基本實現(xiàn)了排澇站無人值守。