倒虹吸清污機的運行方式

弋昭媛

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設管理局，烏魯木齊 830001)

倒虹吸清污機的運行方式

弋昭媛

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設管理局，烏魯木齊 830001)

文章將以某供水工程倒虹吸進口安裝的清污機在通水運行期間的實際運行情況為例，通過對清污機運行方式的改變，影響進口閘門的過流能力及提高安全供水系數，希望對設有清污機的工程的運行提供參考依據。

清污機；倒虹吸；運行方式；改造

隨著大規(guī)模的引水調水工程的興建，輸水流量大、過水斷面大、管身長、落差大的大型倒虹吸不斷出現。在該工程中的倒虹吸全長11 km，最大工作靜水壓力1.6 MPa，最大水頭損失28.6 m，單管引用流量為17.5 m3/s。工程采用了預應力鋼筒混凝土管道(PCCP管)與鋼管組方案，平行雙線布置。內水壓力<1.4 MPa以下采用PCCP管，單線管長為7385.27 m，內徑為2.8 m；內水壓力>1.4 MPa以上采用鋼管，單管管長為3 181 m內徑為2.7 m。倒虹吸首部連接戈壁明渠。尾部連接沙漠明渠，經過9 a的運行，總結了一套較完整的倒虹吸運行經驗，本文僅針對倒虹吸進口安裝的清污機在實際通水運行過程中的運行方式進行了一些嘗試和試驗，具有較好的借鑒意義。

倒虹吸工程于2005年竣工試通水，管道按一期一步設計鋪設兩條管道，進出口建筑物按一期二步一次建成。進口布置節(jié)制閘3孔，每孔閘前配備一臺回轉式清污機，運行期為5—9月份，清除的主要垃圾是沿線長距離明渠中的雜草(風的影響)、牛羊等動物及人為垃圾，其中5月份清污量較大，最多時可達每天約5 t；后4個月清污量很少。清污機底柵是固定式的，耙齒無法清除，攔污后形成阻水面抬高了明渠水位，影響了倒虹吸過水能力。于是在2008年將清污機底柵割去，緩解了明渠水位和倒虹吸過水流量的矛盾。

但在近幾年的運行中發(fā)現，體積較大的垃圾可以被耙齒卷上，但小型垃圾掛在柵條上，很難被耙齒清除，必須人工清理，即危險又增加工作量。為能夠進一步研究和提高倒虹吸過水能力，減少人員和設施的安全隱患，嘗試在不改變清污機結構和功能的情況下，按照工程環(huán)境氣候、清污的特點和時段，改變原有的運行方式。通水初期集中清污；流量加大或不需清污時抬起清污機，增大閘孔過流斷面，再次校核倒虹吸的過水能力，為今后的設計和工程建設提供參考數據。

1 清污機存在的問題

1.1 維修搶險難度大、損失嚴重

清污機的構造決定了耙齒不能有效清理掛在柵條上的雜草，導致阻水面積加大，從而使清污機超載運行，最終結果是剪斷銷斷裂、鏈條變形脫軌，如果不及時搶修后果不堪設想。運行期如果出現類似故障，就不能在水中進行維修作業(yè)，必須采取停水或退水措施[1]。這樣就會造成巨大的經濟損失，對上下游渠道的安全運行也很不利。

1.2 嚴重阻礙渠道來流順利通過閘孔

嚴重阻礙渠道來流順利通過閘孔，降低倒虹吸過水能力，導致上游渠道水位抬升。清污機由于自身的結構和雜草附著在柵條上形成的阻水面，嚴重的束縛閘孔的過流量。進口閘單孔過流量與水位統(tǒng)計見表1。

表1 進口閘單孔過流量與水位統(tǒng)計(出口閘門全開)

測算：閘門單孔凈寬5 m，當Q=23.26 m3/s時，清污機后的水深h=1.36 m，可得流速v=3.42 m/s。此時清污機前水深為2.86 m，阻水高度達2.86-1.36=1.5 m。如果深井水位達到一期最高值576.23 m，那么清污機前水位就要達到577.8 m以上，也就是渠道水深要達到4.68 m(渠道渠深4.4 m)。

高程備注：沉砂池底板571.27 m，閘底板573.12 m，深井底板558 m，深井最小淹沒水位563.5 m，一期最高水位576.23 m(深井水深18.23 m)，二期最高水位576.96 m(深井水深18.96 m)。

下面就以今年明渠最高水位2.2 m為例來計算清污機阻水面積：

耙 齒：軸0.125×5×*2個=1.25m2。

齒 46個×0.008×0.18×2組=0.132 m2。

工字鋼：0.23×5=1.15 m2。

角 鋼：0.055×5=0.275 m2。

槽 鋼：0.19×5×2個=1.9 m2。

鏈 軌：0.09×2×2個=0.36 m2。

柵 條：47個×0.008×2=0.752 m2。

鏈 軸：2個×0.02×0.31=0.0124 m2。

三角體：4個×0.1×0.05=0.02 m2。

合計：5.852 m2(實際測得數據)。

清污機2.2 m以下結構阻水面積約5.852 m2，如果假設掛在柵條上的雜物的擋水面積約0.148 m2，那總擋水面積為6 m2，約占2.2 m以下單孔過水凈面積的55%，嚴重阻礙水流通過。

2 清污機改造

2.1 一期改造

不改變結構，調整運行方式。在通水初期小流量運行、渠道雜草較多時使用清污機；后期雜草較少、流量加大時拉起清污機，解決阻水問題。這樣可增大過流斷面，確保深井水位基本不變的情況下，減少閘前雍水，通過試驗重新校核明渠開始雍水時倒虹吸最大過水能力。

將清污機底部整體吊起，清污機底部凈孔高度為2.48 m(實際測得數據)，過水凈孔斷面為S=12.4 m2，閘孔斷面增加67.7 %。完全可以滿足深井水深達到一期最高水位576.23 m時對閘孔過流面積(15.6 m2)的要求，而閘前不雍水。

一期清污機改造方案：①在每孔檢修閘槽設置固定卷揚機1 臺；②在每孔檢修閘槽設置保險鏈2條；③在每孔清污機底攔柵焊接吊耳2個。結構詳見圖1。

圖1 吊起清污機剖面圖1∶1 清污機剖面圖1∶1

2.2 二期改造

二期清污機改造方案：①清污機整體抬高40 cm，將支角移位；②清污機柵條延長0.44 m；③在每孔檢修閘槽設置固定卷揚機1 臺；④在每孔檢修閘槽設置保險鏈2條。

目前，僅進行了一期改造，通過2 a通水運行期的檢驗，改造后的清污機基本解決了前期存在的3個主要問題：①集中時段進行清污解決了清污機耙齒不能有效清理掛在柵條上的雜草，導致阻水面積加大，從而使清污機超載運行，最終結果是剪斷銷斷裂、鏈條變形脫軌的安全隱患，大大提高了安全通水保障率；②污物較少時吊起清污機，消除了清污機前后因阻水形成的水位差，加大了進口過流斷面，避免了上游渠道水位抬升，增大了進口過流能力；③為運管人員減少了工作量，解決了運行期間清污機需24 h值班的問題。

3 結 語

通過清污機一期改造及通水的實踐檢驗，實驗的情況很好，達到了預期的目的，希望對設有清污機工程的運行管理方面提供一些參考。

[1]張尹耀,譚林,魏銳，等.南水北調中線工程七里河倒虹吸導流設計及施工[J].水利水電技術,2013,44(05):25-26.

1007-7596(2014)12-0143-02

2014-04-12

弋昭媛(1981-)，女，陜西西安人，助理工程師，研究方向為運行管理。

TV672.5

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