龍州一、二級水電站清污機(jī)選型設(shè)計

葉曉青 盧劍華 莫雪飛

（南寧水利電力設(shè)計院，廣西 南寧 530001）

龍州一、二級水電站清污機(jī)選型設(shè)計

葉曉青 盧劍華 莫雪飛

（南寧水利電力設(shè)計院，廣西 南寧 530001）

對目前水電工程清污機(jī)常用的結(jié)構(gòu)型式及運(yùn)動原理進(jìn)行了充分的比較和說明，并結(jié)合龍州水電站工程對其中一種型式的清污機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

清污機(jī)；抓斗；滑車

（一）基本概況

1.工程簡介

廣西龍州水電站位于左江上游一級支流的平而河上，是我國境內(nèi)平而河下游河段規(guī)劃的兩個梯級電站。一級站址距龍州縣城19.1km，電站廠房安裝兩臺單機(jī)容量6.5 MW燈泡貫流式機(jī)組，二級站址距龍州縣城 3.5km，距上游一級電站15.6km，廠內(nèi)安裝3臺單機(jī)容量5MW的貫流式機(jī)組.進(jìn)水口均按單機(jī)單孔布置。每臺機(jī)組的進(jìn)水口設(shè) 1扇攔污柵，攔污柵后設(shè)有檢修門，攔污柵和檢修門由壩頂門機(jī)啟閉操作。

龍州一、二級水電站自2008年4月27日至2009年元月，已相繼全部投入了運(yùn)行。汛期大量樹枝、竹子、編織袋、死動物等雜物沖至庫區(qū)，雖然在進(jìn)水河面采用簡易擋污排攔污，絕大部分半沉浮污物還是從擋污排底部沖入取水口，造成攔污柵堵塞，嚴(yán)重影響機(jī)組出力。穿過柵片的樹枝、竹子沖入水輪機(jī)蝸殼，卡在導(dǎo)葉之間，引起水力不平衡，造成機(jī)組振動。由于無清污設(shè)備，只有采用人工潛水打撈方法進(jìn)行打撈，但人工打撈費(fèi)時費(fèi)力，且必須停機(jī)才能進(jìn)行,清污效果極不理想。為了有效地清除柵前污物，提高水頭利用率，發(fā)電機(jī)組進(jìn)水口有必要增設(shè)攔污柵清污設(shè)備。

2.現(xiàn)有相關(guān)設(shè)備特性

本次進(jìn)行清污機(jī)設(shè)計，需充分考慮清污機(jī)與現(xiàn)有設(shè)備及建筑的配套聯(lián)系和影響，了解現(xiàn)有設(shè)備的相關(guān)特性參數(shù)，選擇最適合本電站廠房的清污設(shè)備，最大程度提高水頭利用率，給電廠帶來更高的效益。

表1 一級電站廠房基本參數(shù)

表2 二級電站廠房基本參數(shù)

（二）清污機(jī)選型設(shè)計

1.設(shè)計要求

本次進(jìn)行攔污柵清污機(jī)的設(shè)計是在電站建成投產(chǎn)后進(jìn)行的，因此清污機(jī)的設(shè)計要充分利用已有設(shè)備，盡量減少對原有設(shè)備的改造，不對已有土建結(jié)構(gòu)造成破壞，做到技術(shù)先進(jìn)，質(zhì)量可靠，結(jié)構(gòu)簡單、實用，造價合理，安裝調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)方便。

龍州一、二級站廠房進(jìn)水口結(jié)構(gòu)相類似，二級站在結(jié)構(gòu)及參數(shù)選型上較一級站要求高，以二級站進(jìn)行清污機(jī)選型，所選型號同樣適用于一級站。

2.清污機(jī)類型選擇

根據(jù)電站運(yùn)行清污要求，并結(jié)合電站現(xiàn)有設(shè)備和廠房段壩頂平面布置情況，選擇GD系列移動式清污機(jī)、回轉(zhuǎn)式清污機(jī)，門式清污機(jī)進(jìn)行比較。

（1）GD型移動式清污機(jī)

①清污機(jī)結(jié)構(gòu)：

主要結(jié)構(gòu)包括抓斗裝置、滑車及行車導(dǎo)軌。

抓斗裝置包括抓斗、油缸及導(dǎo)輪裝置。抓斗選用不銹鋼材質(zhì)，中間有活動鉸鏈，上部用油缸連接，控制使抓斗的開閉。

滑車部分由行走裝置、提升裝置、液壓泵站、電氣控制柜等組成。

行車導(dǎo)軌包括矩型導(dǎo)軌和立柱。導(dǎo)軌由鋼板沖壓成形，立柱為空心鋼柱。導(dǎo)軌直接延伸至雜物排放區(qū)，無需二次輸送。

②工作原理：

在工作時，移動車沿軌道移至第一個抓污位置，限位感應(yīng)開關(guān)會準(zhǔn)確的測量到這個位置，移動車停留在此處，同時抓斗向下運(yùn)行。抓斗在下降的過程中，將垃圾向下推到柵條底部，到達(dá)底部后，抓斗抓污并合攏，然后向上運(yùn)行。

當(dāng)抓斗到達(dá)頂部后，移動車沿軌道移至卸渣處,抓斗打開把污物倒至卸渣點。然后移動車和抓斗移至第二個抓污位置，抓斗抓污位置的多少取決于所有格柵的總寬度。每一個抓污位置都是由軌道上的限位點來決定的，可選擇全自動時間控制模式或液位差控制模式來控制清污機(jī)的運(yùn)行。當(dāng)所有抓污點都被清污處理過以后，移動車返回并停靠在雜物排放區(qū)。

如果因為垃圾太多或其他一些障礙物阻止了抓斗到達(dá)格柵底部，檢測移動車鋼絲繩是否松弛的裝置，可使抓斗停止向下運(yùn)行，抓斗合攏并向上提升污物，將污物送至卸渣點后再次返回此抓污位置繼續(xù)清污。

頂部和底部的提升限位取決于主提升軸驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)臂感應(yīng)開關(guān)單元。限位感應(yīng)裝置除決定抓斗位置和卸渣點位置，還用于阻止移動車移至軌道末端。

抓斗液壓裝置的動力直接由安裝在移動車上的電力驅(qū)動泵提供。

電控系統(tǒng)可控制移動車按順序全自動清污。

當(dāng)抓斗到達(dá)格柵底部時，預(yù)先設(shè)置的限位感應(yīng)開關(guān)使抓斗向下的動作停止，液壓泵馬達(dá)開始起動，同時，供油閥打開，抓斗合攏。

當(dāng)抓斗全部打開時，液壓泵馬達(dá)會停止工作并且電控裝置控制開始重新運(yùn)行，安全閥壓力設(shè)置為 12MPa，直接安裝在泵的排壓口處。

PLC回路中有一定時器，當(dāng)導(dǎo)管破裂時用以防止油的外瀉，同時還安裝有壓力計和油位觀測窗。液壓油為航空專用油，在零下40度能正常運(yùn)行。

③清污機(jī)特點：

A.節(jié)能、高效

GD型移動式格柵全自動清污機(jī)是一種節(jié)能高效的移動式格柵清污設(shè)備。它的工作效率相當(dāng)于三種傳統(tǒng)機(jī)器的結(jié)合，即撈污系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和卸料系統(tǒng)。所以功能上等于一機(jī)多用，降低了能耗。GD型抓斗移動式格柵全自動清污機(jī)是由懸架導(dǎo)軌來支撐，依靠抓斗自身重量向下運(yùn)行進(jìn)行抓污過程的。減少其它形式的格柵那樣的框架式支架和抓斗運(yùn)行軌道，不需要任何土建施工改動方面的花費(fèi)，同時減少因磨擦引起的能耗損失，節(jié)約了能源。

B.安全可靠

GD型抓斗移動式格柵全自動清污機(jī)的移動車平行移動時，抓斗始終處于頂部位置，而且軌道上裝有限位感應(yīng)裝置，可決定抓斗的準(zhǔn)確位置和卸渣點的位置，并可阻止小車移動至軌道末端而滑出軌道。垂直移動時，頂部和底部的提升限位感應(yīng)裝置可以決定抓斗上升或下降的位置。如果因為垃圾太多或其它一些障礙物阻止了抓斗到達(dá)格柵底部，檢測小車上的鋼絲繩是否松弛的裝置，可使抓斗停止向下運(yùn)行，此時抓斗合攏并向上提升污物，并將污物送至卸渣點后再次返回此抓污位置繼續(xù)清污過程。

C.壩面干凈整潔

軌道橫跨在取水口處，所有控制纜線也延其布置，清污機(jī)撈污、傳輸和卸料在一個清污周期完成，垃圾直接放到排放區(qū)，無需輸送裝置，開放式清污平臺干凈、清潔。

（2）無障礙回轉(zhuǎn)式清污機(jī)

①清污機(jī)結(jié)構(gòu):

無障礙回轉(zhuǎn)式清污機(jī)主要有柵體、清污耙、傳動系統(tǒng)三個部分組成。

柵體部分由支承架、柵面、導(dǎo)軌組成。三者構(gòu)成傳動系統(tǒng)的骨架，并攔截水流中的漂浮物，使其不進(jìn)入前池。

清污耙均布安裝在繞柵體回轉(zhuǎn)的板式滾子鏈上，其間距按污物的多少而確定，一般間距在1.5～2米左右，耙齒中心距與柵條中心距相同。滾子鏈沿導(dǎo)軌繞柵體回轉(zhuǎn)，帶動齒耙沿柵面運(yùn)動。

傳動系統(tǒng)主要有：電動機(jī)、行星擺線針輪減速器、主動鏈輪、驅(qū)動鏈（套筒滾子鏈）、輪軸組等組成。輪軸組由從動鏈輪、傳動軸、牽引鏈輪、板式滾子鏈、左右調(diào)節(jié)軸承和過載保護(hù)機(jī)構(gòu)組成。驅(qū)動鏈條的張緊靠電動機(jī)座上的滑軌和調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)。支撐在左右調(diào)節(jié)軸承支架上的傳動軸兩端的牽引鏈輪與板式滾子鏈嚙合，使?jié)L子鏈沿導(dǎo)軌回轉(zhuǎn)。為使兩滾子鏈同步張緊，在左右調(diào)節(jié)軸承上設(shè)置了調(diào)節(jié)螺桿。

②工作原理：

無障礙回轉(zhuǎn)清污機(jī)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)布置在柵體頭架的內(nèi)部。減速機(jī)輸出軸上的主動鏈輪，通過鏈傳動帶動輪軸組上的從動鏈輪，從動鏈輪通過安全保護(hù)裝置將扭矩傳給輪軸組傳動軸，傳動軸帶動兩個牽引鏈輪旋轉(zhuǎn)，從而牽引板式滾子鏈回轉(zhuǎn)，安裝在兩條牽引鏈條之間的清污耙便隨著鏈條回轉(zhuǎn)。由于每個齒耙都插入柵面內(nèi)一定深度，故柵面上的污物被強(qiáng)制隨耙齒運(yùn)動，當(dāng)齒耙傳到柵體頂部，牽引鏈條換向時，齒耙也隨之翻轉(zhuǎn)，此時耙上的污物脫落到工作橋面或皮帶輸送機(jī)等設(shè)施上，被送出橋面。

③清污機(jī)優(yōu)點：

A.無障礙回轉(zhuǎn)式清污機(jī)是將攔污與清污結(jié)合為一體的固定式連續(xù)清污設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，整機(jī)剛性好。

B.清污量大，每小時最大清污量可達(dá)45噸。

C.易操作，隨時清污，清污效果好，保持進(jìn)水口水流通暢。

D.運(yùn)行平穩(wěn)、不易出現(xiàn)故障、維修簡便、耗能低、壽命長。

E.撈污、傳輸、收集一次完成，壩面干凈整潔。

F.驅(qū)動裝置直接安裝在清污機(jī)柵體內(nèi)部。清污耙在繞柵體回轉(zhuǎn)工作時，消除由傳動支架及減速機(jī)帶來的空間障礙，保證清污工作順利進(jìn)行，提高清污效率。采用隱身式結(jié)構(gòu)，提高電機(jī)的戶外防護(hù)能力。

④清污機(jī)缺點

A.主要適用于小樹枝、水草等體積較小而數(shù)量較多的情況。

B.垂直安裝高度較矮,在本工程中,只能清表面垃圾,半沉浮垃圾無法清除。

C.對土建改造較大。

（3）門式清污機(jī)

①清污機(jī)結(jié)構(gòu)：

門式清污機(jī)主要由門架、行走、起升、液壓抓斗等機(jī)構(gòu)組成。

門架及行走機(jī)構(gòu)為原壩頂門機(jī)機(jī)構(gòu)

清污抓斗：清污抓斗為液壓抓斗，抓斗開閉由液壓缸進(jìn)行控制。

起升機(jī)構(gòu)：由起升構(gòu)架、電動機(jī)、起升制動裝置等組成，清污機(jī)的起升機(jī)構(gòu)帶動抓斗進(jìn)行升降。

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

②工作原理：

清污機(jī)與壩頂門機(jī)配套使用。當(dāng)清污機(jī)需要工作時，通過門機(jī)移動將清污機(jī)運(yùn)行到指定的清污工位，操作門機(jī)起升機(jī)構(gòu)使清污機(jī)固定放置在孔口上，然后進(jìn)行清污，清污過程通過清污機(jī)自己的控制系統(tǒng)進(jìn)行操作。清污機(jī)的起升機(jī)構(gòu)帶動抓斗進(jìn)行升降, 通過液壓系統(tǒng)操作液壓缸推動耙斗進(jìn)行開閉。清污時，抓斗的轉(zhuǎn)耙張開并沿攔污柵胸墻下降，當(dāng)清污抓斗到達(dá)攔污柵斜面位置時，越過斜面沿攔污柵柵條運(yùn)行，并鏟下攔污柵前的污物，并沿柵面下行，當(dāng)清污抓斗抓滿時或到達(dá)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(jī)起升機(jī)構(gòu)把抓斗提升至壩面上，移動門機(jī)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(jī)的帶動清污機(jī)到下一個清污工位按上述進(jìn)行重復(fù)作業(yè)。

③清污機(jī)優(yōu)點：

A.直接采用現(xiàn)有壩項門機(jī)，減少設(shè)備費(fèi)投入。

B.充分利用壩頂門機(jī)縱向移動速度快和卷揚(yáng)機(jī)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。

C.耙斗采用液壓開閉，使抓斗有足夠的插入力，抓物效果好。

D.設(shè)有過載、松繩及限位等多種保護(hù)，清污過程安全可靠。

④清污機(jī)缺點

A.需要壩頂門機(jī)配套使用。容易造成啟吊設(shè)備搶用問題

B.耙斗導(dǎo)向輪以攔污柵柵條為導(dǎo)向，需對原有攔污柵進(jìn)行改造。

（三）小結(jié)

清污機(jī)在電廠運(yùn)行中擔(dān)負(fù)著清理污物，疏通攔污柵，保證機(jī)組正常運(yùn)行的重任，特別是在安裝燈泡貫流式機(jī)組的電廠更能表現(xiàn)出清污機(jī)的重要性。龍州一、二級水電站根據(jù)進(jìn)水口的布置情況，采用一臺GD型移動式清污機(jī)對攔污柵實施清污，適合現(xiàn)有場地空間、土建要求低，易于安裝；作業(yè)面積廣，進(jìn)水口無論有幾孔攔污柵，只需裝一臺機(jī)，性價比高；抓斗上下運(yùn)動不用導(dǎo)軌，無磨擦，能耗小；一次能抓取幾百公斤重的垃圾，處理量大；電控系統(tǒng)采用PLC及觸摸屏控制，實現(xiàn)全自動清污處理，適用于“無人值班，少人值守”水電站。無永久浸泡部件，故障少，維護(hù)量極低。清污機(jī)投運(yùn)后，避免了機(jī)組沖擊性破壞，機(jī)械清污代替人工清污，清污效率高；解決了柵壓差過大的安全隱患，保證電站廠房安全，安全效益顯著；不再需要停機(jī)清污，增加發(fā)電量，給電站帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，GD型移動式清污機(jī)方案具有節(jié)能、高效，安全可靠，改造少，投資省等優(yōu)點，更適合龍龍州一、二級水電站。

TV732.2

A

1008-1151(2011)06-0108-02

2011-03-03

葉曉青，女，南寧水利電力設(shè)計院工程師，從事水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計。