水電站攔污柵的常見結構形式探討

李興彩

摘 要：攔污柵由邊框、橫隔板和柵條構成，支承在混凝土墩墻上，能夠阻攔水流中的斷木、浮冰等各種垃圾，攔污柵的工作能力將會影響到水電站的安全運行及經濟效益，例如水流中的枯木、水草、浮冰及各種生活垃圾，將這些污物阻擋在水電站之外可以很好的保護閘門、閥門、機組等水電站設備不會被損害，為水電站的安全運行做好基礎。

關鍵詞：過柵流速；攔污柵；水電站

中圖分類號：TV732 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）18-0047-02

1 攔污柵的布置

攔污柵在立面上有垂直置放和傾斜置放。垂直置放可以縮短進水口建筑物的長度，減少建筑物的投資，平面上采用折線、曲線、多邊形布置的一般采用垂直置放；對于位于深水之下的進水口，其攔污柵受冰凍和污物堵塞的機會相對較少，一般不要求機械清污，其攔污柵一般垂直置放。高度不是太大的進水口的攔污柵，可采用傾斜置放，攔污柵傾斜置放較垂直置放擴大了柵面，因而降低了流速，減少了水頭損失，并可提高清污機的清污效果。

引水道進口根據在水面下的位置分為深式和淺式。深式進水口位于水面深處使其較淺式的進水口受天氣影響小，攔污柵遭受冰凍及污物堵塞的概率也較小。兩種進水口的攔污柵都設置在閘門及插板的上游，只有極少的情況下會將攔污柵布置在插板或閘門的下游，不過這會增加堵塞的幾率。深式進水口在布置攔污柵時常常將攔污柵與插板置于同一個閘槽中。攔污柵設置通常在進水口檢修閘門和工作閘門的上游。有時也可將攔污柵設置在工作閘門和檢修閘門之間，這時因受空間尺寸限制，攔污柵一般只能垂直置放，這種布置攔污柵可在孔口內檢修。由于攔污柵和檢修閘門不同時使用，為布置緊湊，有的進水口兩者共用一個閘槽，這種布置形式雖節省了一道柵槽，但也增大了檢修閘門的尺寸，其操作也不方便。在污物較多而又不便于設置機械清污的進水口，可設置兩道攔污柵，以便于輪換提出水面清除污物。在污物特別嚴重的大中型電站中，可將進水口布置成連通式或分段連通式。當某孔攔污柵被污物局部堵塞時，其他孔口可向該孔口補充水流，以保證機組的正常運行。

綜合來說，影響攔污柵布置的因素有以下幾點：進水口的形式、位置及水下深度；水電站的規模、等級。管道的流量大小；當地氣候條件，冬季水庫水位的變動情況；水流所挾污物性質、大小、數量；水輪機、閘門的性質、尺寸、數量；允許的過柵流速；清污方法及更換方法；制造條件；魚類問題。很多實際的情況都反應了攔污柵布置的重要性，布置不當，就會導致經濟損失及管理運行的麻煩。

2 攔污柵的結構

攔污柵的基本結構是由直立的柵條聯結組成柵面，柵面四周有角鋼或槽鋼。柵條通常為鋼制的，使用矩形或流線型的建筑鋼。有時根據攔污柵的工作強度，為了提高應力、使用年限及防銹性能，會選擇低合金鋼。攔污柵通常有直線、曲線、折線等多種形式平面形式。淺式進水口常采用直線型的攔污柵。深式進水口為了降低過柵流速獲得更大的過水面積，常使用半圓形或多邊形攔污柵。圖1給出了常見的直立式直線型攔污柵。

攔污柵通常可以做成活動的或者固定的，活動式的攔污柵可以在閘槽內上下活動，在清污時工作方便。固定式攔污柵是用地腳螺栓將柵葉固定在柵槽內或將柵面用螺栓固定在污工部分，但固定式攔污柵檢修和清污困難，在清污工作時需要使用除污鑿耙清除污物，出現事故也不易處理，因此，攔污柵宜做成活動式的，以便提出孔口來維修、更換。當然在布置進水口的位置時，盡量利用天然條件避免污物的威脅，考慮污物的性質數量、水流的性質等等，以減輕攔污柵的工作強度。

柵條的連接方式分為螺栓連接及焊接。螺栓連接在柵條間設置直徑為5/8或3/4吋的圓桿，中心間距保持在3吋，在柵條間套有間隔套管，以保持柵條間距的穩定。圓桿兩端制螺紋，可以旋螺帽。在近些年的發展中，大多數的攔污柵選擇焊接的連接方式。焊接具有制造簡單的優勢，焊接將開了槽口的橫向肋片與垂直的柵條焊接，焊接可以將垂直的柵條以多種的角度的擺放，從而方便與水流方向保持一致。從柵條上游面到橫向圓桿或橫向肋片的最小距離為1.5吋，這樣方便定期清污中鑿耙的工作。

柵條的間距一般與以下幾個因素有關：水流所挾污物的大小，柵條間距過大會通過有害尺寸的污物，影響攔污效果，過小會導致攔污柵的堵塞；機組、閘門、管道等最狹處的間隙尺寸，水輪機壓力管進水口的攔污柵的柵條凈距根據廠家提供的資料參考設計；為防止魚類進入水電站，柵條的凈距應小，一般在5/8～1吋，或者使用網篩。

3 攔污柵的設計

攔污柵在設計最重要的是過柵流速及水頭損失兩個參數。在決定過柵流速時，如果過柵流速大時，相應水頭損失也大，清污工作困難，若水頭損失對水電站的發電量造成影響，則會降低經濟效益，不過，柵面積大，攔污柵的成本降低。

過柵的水頭損失可以根據O.Kirsechmer公式計算：

式中，hw為過柵水頭損失（呎）；S為柵條厚度（吋）；b為柵條間凈距（吋）；v為柵前行進流速（呎/秒）；α為柵面與水平面所成夾角；β為柵條形狀系數；g為重力加速度。如圖2所示。

表1給出了柵條的形狀系數。

水電站的淺式進水口如果為人工清污，過柵流速應限制在2.5呎/秒以下，如果使用機械清污，則過柵流速可增大到5呎/秒，總體上流速不應過高，負責會對清污操作造成困難。

水電站深式進水口一般很少清污，可以采用較高的過柵流速。從水頭損失與水電站經濟的角度考慮，一般控制在2～3呎/秒，偶爾也有10～12呎/秒也使水電站運行較好的實例。

4 結語

攔污柵在維護水電站的正常工作中起了重要作用，攔污柵的布置根據水電站的進水口位置可采用不同的布置方式。攔污柵可根據需要傾斜放置或者直立放置。根據實際需要設置攔污柵的過柵流速及凈距。

參考文獻

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