浅谈清污设备在水利工程中的应用

浅谈清污设备在水利工程中的应用

李伟沛

中山市小榄镇水利所

摘要：排涝泵站的清污设备随着水环境的不断变化，其作用也显得越来越重要，特别保护泵站机组在安全运行过程中发挥着重要的作用。本文通过结合小榄镇排涝泵站拦污栅技改工程，介绍了清污设备在水利工程中的具体应用情况，综述了清污设备在泵站防洪排涝期间担当着重要的角色。

关键词：清污设备；水利工程；应用

一、前言

小榄镇排涝东站位于中顺大围东干堤段上，是小榄镇重要的外排泵站，该泵站装机5台共3150千瓦，设计扬程3.3米，站设计流量55m3/s，进水池的两个引水渠道分别安装五个5米的栏污栅和三个5.3米的栏污栅，两个引水渠道总宽度共41.5米，底板高程为-1.8米。

二、安装清污设备的必要性

在过去，由于河道中含有大量的水草作物、日常生活用品、塑料制品等杂物，当排涝泵站在进行防洪排涝时，河道中的杂物全部集中到泵站进水池的两个引水渠道拦污栅前，造成拦污栅堵塞，一般靠人工打捞清除拦污栅被拦住的杂物，这样工作量大、劳动强度高，而且很不安全，如果不能及时、有效地清除被拦截在拦污栅的杂物，则拦污栅前后将形成较大的水位差，从而大大地增加了水泵的扬程和轴功率，减小水泵流量，导致机组效率下降，既增加了泵站的运行费用，又降低了泵站的能力，同时加剧了水泵空化空蚀和机组振动，甚至发生拦污栅变形失稳，严重时拦污栅被压坍，迫使泵站停机。

长期以来，由于受水环境的不断变化及河道杂物种类不断增多的共同影响下，使小榄镇排涝东站在每年进行防洪排涝期间，造成泵站机组效率降低，排涝时间延长，甚至机组经常发生故障，停机打捞杂物或进行抢修，给泵站运行管理带来极大不便，也严重影响了小榄镇排涝泵站工程的社会效益和经济效益。因此，为保证泵站机组的安全、高效运行，发挥泵站的工程效益，对泵站的拦污设备进行技改，增设电动清污设备是必要的。为此，小榄镇在2006年1月开始对排涝泵站进水池的两个引水渠道增设8套GL型回转式格栅清污机和2套SD型皮带输送机。2006年4月完成安装，6月份正式投入排涝清污运行。通过安装电动清污设备后，被拦污栅拦截的杂物不会堵塞，提高排涝泵站运行效率，同时对泵站机组的安全运行及降低能耗，有着十分重要的作用。

三、清污设备的基本结构及工作原理

专家组根据排涝泵站的拦污栅特点、周围环境及河道水文特征等数据，通过各种方案的比选后，决定选用GL型格栅除污机和SD型皮带输送机作为技改工程的最终方案。

3.1基本结构。GL型格栅除污机主要包括机架齿耙、驱动变速系统、传动导轮、支承轮以及绕其转动的封闭式回转牵引链，齿耙和栅条；SD型皮带输送机主要由输送带、驱动滚筒、涨紧装置、槽型托辊、回程托辊、刮板、机架等组成。

3.2工作原理。在电机减速器的驱动下，回转牵引链由下往上作回转运动，当牵引链上的齿耙运转到栅条的迎水面时，耙齿即插入栅条的缝隙中作清捞动作，将栅条上所截留的杂物刮落耙中。由于齿耙设计成双齿齿耙，双齿间呈一夹角，这样当一齿插入栅条缝隙中清捞时，另一齿则与其形成包围之势将固体杂物包围住，不让其脱漏，清除效率高且彻底。当齿耙运转到机器上部时，耙齿翻转，杂物靠自重自行脱落到SD型皮带输送机上，把杂物沿着输送带再送到旁边的垃圾车中，最后直接由垃圾车送走。

3.3清污设备的特点。与一般回转式清污机相比，GL型格栅除污机具有如下几个特点：

（1）自动化程度高，工作人员可根据需要选用时间、手动等控制方式使设备可在无人看管的情况下连续稳定工作；

（2）分离效率高，动力小；无噪音，耐腐蚀性好；

（3）为了保证电机的安全设计安装了过载安全销并设有故障报警装置，可以避免设备超负荷工作；

（4）设备自身具有很好的净洗能力，不会发生堵塞现象，日常维修工作量很少；

（5）为了避免杂物进入耙齿牵引链，创造性地设计了封闭式牵引链，从而使设备运行稳定可靠；

（6）在设备上部设计有检修孔，不必吊起整机或到水下进行检修。

（7）采用固定栅条拦截杂物，月牙形双齿耙连续回转清捞，其杂物跑漏少，清除效率高。

四、清污机的实施情况

技改拦污栅工程比其他水利工程简单，主要有土建、金属结构和电气控制部分。

土建部分：（1）原工作便桥拆除；（2）闸墩改造；（3）预制、现浇新工作便桥；（4）现浇清污机机墩；（5）清污机支架埋件砼等。

金属结构部分：（1）清污机支架埋件及支架安装；（2）清污机安装；（3）皮带输送机安装。

电气控制部分包括：动力柜、现场控制箱、电缆桥架、闸孔照明设备、PI／2柜及电缆等设备安装与调试。

五、清污效果分析

在过去未安装清污机之前，泵站进行防洪排涝期间，由于大量水中杂物堆积在两个引水渠道的拦污栅前，造成栅前栅后存在较大水头差，一般60～70mm，最大达1m，导致拦污栅受压出现部分变形，水泵吸程增大，机组发生振动，大大降低效率，给泵站防洪排涝工作带来极大影响，其日均最大排水量只有30m3/s。但2006年6月份清污设备正式投入运行后，机组运行平稳，没有振动现象，没有停一次机，最大日均河道清理量达500多m3，泵站的排水量达55m3/s，由此大大解决了因河道杂物堵塞导致机组停止运行的问题，充分证明清污机发挥了较好的作用。

六、存在问题及解决建议

这种清污机首次投入试运行，也暴露了一些问题，主要是机械故障。如传动机构安全销剪断太频繁；刮污装置变形；齿耙钢管弯曲变形；栅体回转链条拉断。另外，皮带输送机尚存在皮带跑偏、两斜坡段接口处输送不畅以及安装中心偏位等。

6.1传动机构安全销频繁前断。传动机构安全销是设施的一种安全保护装置，传动轴联轴器以两只局部断面缩小的柱销联接，传递扭矩，一时实际负载超过设计值，剪力过大，安全销被剪断，从而达到机械保护作用。但安全销频繁剪断，说明局部断面缩小的剪断面直径设计偏小，或者说荷载设计标准偏低。《泵站设计规范》第11.2.3条“拦污栅的设计荷载，应根据来污量、污物性质及清污措施确定”的规范比较原则，而且对清污机安全销设计荷载不具有指导意义。确定安全销设计荷载，目前只能逐步摸索，不断试验，以找到一个正常捞草不会断，遇到树棍等卡阻自动剪断的理想剪切面直径。

6.2齿耙钢管弯曲变形。齿耙钢管弯曲变形的原因来自三方面，一是通过刮污板时阻力大；二是树棍等卡阻；三是荷载设计标准偏低，钢管壁厚偏薄。解决的方法是：改造刮污板，清除通过刮污板的阻力；发现树棍等及时停车，排除隐患；荷载设计标准要根据来污量、清污机跨度大小确定，钢管壁厚应满足荷载设计标准下的强度、刚度要求。

6.4皮带输送机皮带跑偏。这一问题大部分的皮带输送机的普遍现象，由于输送机采用水平皮带输送，两侧以固定挡板挡草，水平皮带在输送运行中，水草、树枝极易在固定挡板下卡阻，卡阻发生在一侧，侧挡辊起不到限制作用，水平皮带就公向另一侧跑偏。要彻底解决这一问题，应将水平皮带改为“U”型皮带。

6.5栅体回转链条拉断。栅体回转链条拉断主要是由于齿耙钢管弯曲变形，强迫链条脱轨以至拉断。解决这一问题，关键是解决齿耙钢管弯曲变形问题，当然链条荷载设计标准也应正确确定，材料选择、尺寸厚度的确定都要经设计计算，以满足强度要求。

6.6皮带输送机两斜坡段接口处输送不畅。由于接口段坡度偏小，造成输草不畅。这一问题通过改制，可以解决。

6.7电动滚筒无刮污装置。运行时间一长，滚筒上附着较厚的杂物，影响皮带使用寿命。应考虑回设刮污装置。

七、值得思考的几个问题

7.1要完善清污机保护装置。单单依靠电气过电流保护是不行的，要从机构传动、受力超载入手，研究、加设灵敏可靠的保护装置，以解决链条已断而电气保护但未能动作的问题。一旦超载，保护装置先动作，保护失灵时安全销才剪断。

7.2要编制清污机设施、制造规范。通过清污机试运行经验告诉我们，清污机设计、制造目前尚缺少规范指导，尤其是荷载标准不明确。总结经验，编制清污机设计制造规范，显得非常有必要。要明确荷载设计标准，明确安全销、齿耙、链条强度、刚度计算规则。

7.3制定、完善并严格执行操作规程。一般就24小时连续运行值班作业，及时清除栅前来草，及时清除刮污板挂草，及时发现并清除树棍、鱼网等杂物。要加强现场巡视，发现异常及时停车处理。

八、结语

综上所述，清污设施原理简单，清污效果大，效率高，投资少。目前该设施经过几年的排涝期运行，证明该设施能保障防洪排涝期间泵站机组的安全运行，减少辖区涝灾损失，极大地发挥排涝泵站工程的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]《泵站设计规范》；

[2]王斐、黄海田：《大型泵站清污设备的应用状况及其改进》。