排澇泵站攔污柵清污技術改進及效果

陳星浪

（江西明贛水利建設有限公司，江西 景德鎮 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橋聯圩塔山村，屬鎮橋聯圩防洪保護區，澇區流域面積1.87 km2，保護人口約1 000 人，保護耕地66.67 hm2。設計裝機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。泵房建在鎮橋聯圩內側，進水部分根據地形與原排水系統前池采用側面進水。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。漂浮物通過流速不均的邊界層或斷面時，必將表現出旋轉等運行姿態，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復雜多變，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，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，應有效清除柵條上所纏繞的漂浮物。

3 泵站攔污柵清污技術的改進

3.1 攔污柵清污現狀

為對水泵葉片安全運行提供保護，必須在進水流道內增設攔污柵，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，加劇設備損耗，甚至引發水泵機組故障停機。

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。當河道內漂浮物被攔污柵體攔截后，柵頂在清污機動力系統的帶動下便發生旋轉，借助中軸鏈輪帶動牽引鏈條，使鏈條回轉于固定軌道中，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下降，并從底部回轉至柵體前部，循環打撈。

3.3 設備改造措施

為確保以上所提出的回轉式清污機在塔山排澇站良好運行，必須進行攔污柵結構、牽引動力裝置改造，增設攔污柵頂部運轉機構，優化耙齒及刮污裝置設計。

3.3.1 攔污柵改造

為使攔污耙齒順利從后方旋轉至柵體前部，必須在攔污柵底部設置旋回槽，同時取下攔污柵體后在其框架兩側增設支座，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置鏈條運行軌道，必須根據情況決定是否拆除攔污柵兩側最側邊柵條。將1 根牽引鏈條分別增設于柵體兩側耙齒下，以便在鏈條的帶動下實現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，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 增設柵頂運轉機構

將內帶驅動裝置的1節運轉機構增設至柵頂，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 耙齒及刮污裝置設計

塔山排澇站攔污柵為垂直設置，為此必須展開耙齒特殊設計，以保證尺寸和結構適用性。清污設備設計寬度不超出4 m的情況下，在單面柵體上增設1組耙齒即可；設計寬度超出4 m，則應在單面柵體上并排設置2 組耙齒。出于清污效率和經濟性考慮，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，應將塔山排澇站清污設備設計寬度控制在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，在應用耙齒打撈漂浮物的過程匯總很容易發生齒輪纏繞，當耙齒翻轉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，會引發排污柵堵塞。為此，必須增設附帶反齒的刮污裝置，在耙齒經過的同時挑落所纏繞的帶狀漂浮物。

4 應用效果

在塔山排澇站應用以上設計方案后，同時增加了自動化監測及控制系統，完全實現了智能化清污，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穩定工作。同時還增設了過載保護裝置，如遇運行故障系統便會自動停機，有效防止設備超負荷運轉；并結合格柵前后水位差自動控制系統運轉速度和打撈量。設備結構合理，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的故障為零。

5 結語

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、質地及種類、水流流速有關，在日常水流流速穩定的情況下，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小；質地堅硬且表面光滑的漂浮物過柵概率明顯大于質軟且表面粗糙的物質。基于漂浮物過柵機理及概率分析而設計出的回轉式清污機，在該排澇站應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，基本實現了排澇站無人值守。