金雞灘水利樞紐電站清污機設計

葉曉青

(廣西南寧水利電力設計院 南寧 530001)

1 基本概況

1.1 工程簡介

廣西隆安金雞灘水利樞紐電站位于右江中下游河段,距隆安縣城8km。發(fā)電廠房布置在左河道船閘和溢流閘壩之間,廠內(nèi)安裝 3臺單機容量24MW的貫流式機組,進水口按單機單孔布置。每臺機組的進水口設一扇攔污柵,攔污柵后設有檢修門,攔污柵和檢修門的啟閉由壩頂門機操作。工程于2006年3月第一臺機組發(fā)電,2007年3月全部建成投產(chǎn)。

電站建設期間,由于缺乏相關資料,且清污設備的應用還不很普遍,缺少運行應用經(jīng)驗,因而沒有進行清污機設備招標采購。由于發(fā)電廠房前沿沒有設置攔污設施,發(fā)電機組進水口沒有設置清污設備,電站投產(chǎn)運行以來,河中大量的竹木枝條、樹干、秸桿、編織袋等雜物隨水流堆積在攔污柵前,半沉浮污物吸附在攔污柵上,造成攔污柵堵塞,發(fā)電水頭損失嚴重,影響電站發(fā)電出力。電站只能采用提柵人工清污的方式進行清污,不僅工程量大,周期長,且必須停機才能進行。為了有效地清除柵前污物,提高水頭利用率,發(fā)電機組進水口有必要增設攔污柵清污設備。

1.2 現(xiàn)有相關設備特性

本次進行清污機設計,需充分考慮清污機與現(xiàn)有設備 (攔污柵、壩頂門機)的配套聯(lián)系和影響,了解現(xiàn)有設備的相關特性參數(shù),以保證清污設備安全運行。現(xiàn)有與清污機有關設備包括廠房進水口攔污柵、壩頂門機,設備相關特性見表1、表2。

表1 11×23-4.0m廠房進水口攔污柵主要特性表

表2 2×1000kN/2×400kN壩頂門機主要技術參數(shù)表

1.3 現(xiàn)有相關土建結(jié)構說明

發(fā)電廠房進水口壩頂平面主要布置有攔污柵槽、檢修門槽、壩頂門機軌道梁、清污機軌道梁以及孔口周邊欄桿等設施。壩頂門機梁的截面寬0.6m,高2.2m,跨度長11m,設計最大工作輪壓為540kN,梁間距(軌距)12m,壩頂門機已經(jīng)安裝運行;清污機軌道梁的截面寬0.3m,高1.3m,設計最大工作輪壓為86kN,梁間距(軌距)4m。電站建設期間,因清污設備未進行招標及選型,故清污機軌道的相關埋件沒有預埋。

2 清污機設計

2.1 設計要求

本次進行攔污柵清污機的設計是在電站建成投產(chǎn)后進行的,因此清污機的設計要充分利用已有設備,盡量減少對原有設備的改造,不對已有土建結(jié)構造成破壞,同時要做到技術先進,質(zhì)量可靠,結(jié)構簡單、實用,造價合理,安裝調(diào)試和運行維護方便。

2.2 清污機方案比較

根據(jù)電站運行清污要求,并結(jié)合電站現(xiàn)有設備和廠房段壩頂平面布置情況,進行清污機方案設計。經(jīng)過多次反復論證比較和實地考察,并借鑒已建項目的成功經(jīng)驗,擬定了三個清污機設計方案,分別簡述如下。

全跨式液壓抓斗清污機主要由清污抓斗、起升機構和電氣裝置組成,與壩頂門機配套使用。一套清污結(jié)構總重約43t。

清污抓斗:清污抓斗為全跨液壓抓斗,抓斗開閉由液壓缸進行控制,斗寬10.9m,容量8.0m3。

起升機構:清污機的起升機構采用固定卷揚機帶動抓斗進行升降,起升機構支架支撐在孔口兩側(cè)的閘墩上。

行走機構:利用壩頂門機作為清污機行走機構,即清污機的定位、卸污由壩頂門機通過起吊、運輸清污抓斗完成。

電氣系統(tǒng):包括傳動、控制和電氣保護等系統(tǒng),主要是起升機構、抓斗開閉等的運行控制。

工作原理:通過壩頂門機移動(運輸)清污機到指定孔口位置,清污時,抓斗的轉(zhuǎn)耙張開并沿攔污柵胸墻下降,當清污抓斗到達攔污柵斜面位置時,越過斜面沿攔污柵柵條運行,并鏟下攔污柵前的污物,到達攔污柵底部后,開閉機構收回,抓斗的轉(zhuǎn)耙閉合后,可抓取鏟齒鏟下的污物,抓斗提升,壩頂門機起吊清污機,移動(運輸)到指定位置進行卸污。一次運行即可完成對一孔攔污柵清污。

采集病料帶回實驗室后，進行細菌學檢查，常規(guī)方法進行涂片鏡檢，未發(fā)現(xiàn)被陰性或陽性染色的致病菌。將病料粉碎后，劃線接種到幾種常見的培養(yǎng)基上，恒溫箱內(nèi)培養(yǎng)48 h，溫度控制在37 ℃，在幾種常見培養(yǎng)基上均沒有出現(xiàn)致病菌生長。

對已有攔污柵改造要求:由于清污抓斗自重大,導向輪對柵條的輪壓為39.6kN。經(jīng)過驗算,原有攔污柵柵條的強度和穩(wěn)定不能滿足要求,需進行加固改造,同時每孔攔污柵頂增加1節(jié)導向攔污柵,共3節(jié),導向攔污柵總重33t(3×11t)。

對已有土建結(jié)構的改造要求:清污機直接支撐在閘墩上,清污機工作過程中產(chǎn)生的壓力由閘墩承受,閘墩結(jié)構滿足受力要求,對已有土建結(jié)構沒有影響。

主要優(yōu)缺點:優(yōu)點是一次運行即可完成對一孔攔污柵清污,清污效率高。缺點是自重大,需對原有攔污柵進行加固改造,費用較高。

(2)臺車式(門架式)耙斗清污機

臺車式(門架式)清污機主要由清污抓斗、起升機構、行走機構和電氣裝置等組成。一套清污結(jié)構總重約40t,軌道重3.8t。

清污抓斗:清污抓斗為液壓抓斗,抓斗開閉由液壓缸進行控制,斗寬2.5m,容量1.0m3

起升機構:由起升構架、電動機、起升制動裝置等組成,清污機的起升機構帶動抓斗進行升降。

行走機構:大車運行機構為臺車式(或門架式)構架,采用全封閉分別驅(qū)動,主動行走輪共有4個車輪,其中2個主動輪,2個從動輪。軌距4.0m,輪距3.0m,最大工作輪壓182kN。

電氣系統(tǒng):包括傳動、控制和電氣保護等系統(tǒng),主要是對行走機構、起升機構、抓斗開閉等的運行控制。

工作原理:通過啟動行走機構(大車)移動清污機到指定位置,清污時,抓斗的轉(zhuǎn)耙張開并沿攔污柵胸墻下降,當清污抓斗到達攔污柵斜面位置時,越過斜面沿攔污柵柵條運行,并鏟下攔污柵前的污物,到達攔污柵底部后,抓斗的轉(zhuǎn)耙閉合后,可抓取鏟齒鏟下的污物,抓斗提升至壩頂,大車移動清污機到指定位置卸污。

對已有攔污柵改造要求:由于清污抓斗自重輕,導向輪對柵條的輪壓為19.3kN。經(jīng)驗算,原有攔污柵柵條的強度和穩(wěn)定滿足要求。每孔攔污柵頂增加1節(jié)導向攔污柵,共3節(jié),導向攔污柵總重33t(3×11t)。

對已有土建結(jié)構的改造要求:①為了鋪設行走臺車(門架)的行走軌道,要對原有清污機軌道梁進行鉆孔埋設軌道埋件,勢必對軌道梁造成影響,強度削弱。②原軌道梁設計最大輪壓為86kN,新的清污設備設計最大輪壓為182kN,經(jīng)驗算,原軌道梁(設計最大輪壓為86kN)不能滿足要求,須對軌道梁進行相應的加固處理,難度大,增加投資。

主要優(yōu)缺點:優(yōu)點是運行靈活、獨立性強,操作簡便。缺點是結(jié)構復雜,增加大車行走機構和走行軌道,對原土建結(jié)構影響大;對1孔清污需重復運行3～4次才能完成,每次清污均要將清污機開到指定的地點卸污,需要二次裝卸才能把污物運走,清污效率低;制造安裝費用高。

(3)懸掛式清污機

該清污機由起升機構、液壓清污抓斗、支架、電氣裝置等組成,與壩頂門機配套使用。一套清污結(jié)構總重約25t。

清污抓斗:清污抓斗為液壓抓斗,抓斗開閉由液壓缸進行控制,斗寬3.0m,容量2m3。

起升機構:清污機的起升機構主要由支架和固定卷揚機組成,支架支撐在上游門機梁和有清污機軌道梁,采用固定卷揚機帶動抓斗進行升降。

行走機構:利用壩頂門機作為清污機行走機構,即清污機的定位、卸污由壩頂門機通過起吊、運輸清污機完成。

電氣系統(tǒng):包括傳動、控制和電氣保護等系統(tǒng),主要是起升機構、抓斗開閉等的運行控制。清污機的電氣控制和操作元件均布置在一個控制箱內(nèi),該控制箱可以放置在門機司機室內(nèi)。

工作原理:清污機與壩頂門機配套使用。當清污機需要工作時,通過門機移動將清污機運行到指定的清污工位,操作門機起升機構使清污機固定放置在孔口上,然后進行清污,清污過程通過清污機自己的控制系統(tǒng)進行操作。清污機的起升機構帶動抓斗進行升降,通過液壓系統(tǒng)操作液壓缸推動耙斗進行開閉。清污時,抓斗的轉(zhuǎn)耙張開并沿攔污柵胸墻下降,當清污抓斗到達攔污柵斜面位置時,越過斜面沿攔污柵柵條運行,并鏟下攔污柵前的污物,并沿柵面下行,當清污抓斗抓滿時或到達攔污柵底部后,液壓系統(tǒng)工作使抓斗的轉(zhuǎn)耙閉合后,可抓取鏟齒鏟下的污物,抓斗提升至上極限。操作門機起升機構把抓斗提升至壩面上,移動門機到指定卸污位置,抓斗張開卸污。一個工位清污完畢后,由門機的帶動清污機到下一個清污工位按上述進行重復作業(yè)。對1孔清污需重復運行3～4次即可完成。

對已有攔污柵改造要求:由于清污抓斗自重輕,導向輪對柵條的輪壓為19.3kN。經(jīng)驗算,原有攔污柵柵條的強度和穩(wěn)定滿足要求。每孔攔污柵頂增加1節(jié)導向攔污柵,共3節(jié),導向攔污柵總重33t(3×11t)。

對已有土建結(jié)構的改造要求:清污機支架支撐在門機軌道梁上,下游側(cè)支撐在原清污機軌道梁上。清污機工作過程中,對上游側(cè)門機軌道梁產(chǎn)生的最大壓力為120kN(門機軌道梁最大工作輪壓力為540kN),對下游側(cè)清污機軌道梁產(chǎn)生的最大壓力為80kN(清污機軌道梁最大工作輪壓力為86kN),原有土建結(jié)構滿足要求,對已有土建結(jié)構沒有影響。

主要優(yōu)缺點:優(yōu)點是充分利用壩頂門機縱向移動速度快和卷揚機升降速度快的特點,完成一次清污所用時間較短,提高清污效率;結(jié)構簡單,操作簡便;制作、安裝費用低。缺點是對1孔攔污柵清污需要重復3～4次才能完成。

2.3 清污機方案選擇

綜上所述,懸掛式清污機方案具有結(jié)構簡單,操作簡便,清污效率高,投資省等優(yōu)點,因此,金雞灘水利樞紐電站進水口清污設備采用懸掛式清污機方案。見圖1、圖2:

圖1 清污機運行位置示意圖

圖2 懸掛式清污機示意圖

3 現(xiàn)有設備配套改造

3.1 攔污柵的改造

現(xiàn)有攔污柵設計為斜式布置,傾斜角度為75°,攔污柵頂部與胸墻形成的角度較緩,清污抓斗不能越過柵頂。為了保證清污抓斗能順利通過攔污柵頂?shù)竭_柵面進行清污,需要在攔污柵頂部設置1節(jié)攔污柵導向架。導向架結(jié)構結(jié)合現(xiàn)有攔污柵進行設計,充分考慮現(xiàn)有攔污柵、啟閉設備的配套聯(lián)系,并能滿足清污抓斗的安全運行要求。導向架攔污柵條與現(xiàn)有攔污柵條結(jié)構相同,上下柵條對齊,柵面為同一平面,啟吊操作采用原攔污柵抓梁和壩頂門機。導向架與原攔污柵銜接詳見圖3。

圖3 導向架與原攔污柵銜接示意圖

3.2 配套啟閉設備改造

采用懸掛式清污機進行清污,需要壩頂門機配套使用。可以采用在現(xiàn)有攔污柵抓梁上焊接清污機吊耳,配套吊軸的方法或增加一根簡易平衡梁,達到起吊運輸清污機目的。考慮使用方便和不影響原有設備,本工程采用增加平衡梁。

4 小結(jié)

清污機經(jīng)過近一年的投運,清污力強、效率高。在實際運行中,能抓撈起竹木枝條、樹干等較大較重的異物,即使在機組帶滿負荷水流最湍急的工況,清污機都能下到柵底檻抓撈垃圾,證明清污機疏水性能好,既能減小水壓力,又能有效地抓裝垃圾。門機作為行走機構,移動速度快,定位準;卷揚機起升速度快,完成一次清污時間僅需20min,清污效率高。

清污機在電廠運行中擔負著清理污物,疏通攔污柵,保證機組正常運行的重任,特別是在安裝燈泡貫流式機組的電廠更能表現(xiàn)出清污機的重要性。懸掛式清污機方案的設計結(jié)合金雞灘水利樞紐電站的實際情況,技術先進,符合電廠運行要求,減少清污成本,增加發(fā)電量,給電廠帶來更高的效益。