广东水电二局股份有限公司 511340
摘要：本文以广东省汕头市澄海区莲阳桥闸重建工程为例，介绍了2×50kN耙斗式清污机的功能和结构特点，并阐述了该设备在设计和应用中的优点，存在的若干问题及解决方案。
关键词：清污机；设计；应用
1.序言
近几年来，随着我国水利水电和环保事业的迅速发展，各种型式的清污设备得到不断的推广和发展，逐渐取代了过去主要靠人工和机械化程度较低的清污设备。目前国内已经有多种类型的清污机如抓斗式、耙斗式、回转式等，适用于不同的环境要求。其中耙斗式清污机比较适合用于中小型水电站进水口拦污栅上，抓耙漂浮于水面和黏附于拦污栅上的污物。
汕头市澄海区莲阳桥闸重建工程位于韩江下游东溪支流莲阳河中部，距离出海口约12km，是韩江下游五宗出海拦河水闸中最大的一宗，是以御咸蓄淡、灌溉、城市供水为主，兼顾交通、发电等效益为一体的大型综合性水利枢纽工程。莲阳桥闸重建工程水电站总装机容量3750kw，设计年利用小时数约5580小时，由于水电站无清污设备，发电高峰期上游垃圾过多，导致实际的发电量和利用小时数远小于设计值。
每年汛期由于排洪排沙，大量的杂草、树木、工程垃圾等顺水而下，在电站进水口处被拦污栅拦截，大量淤积在拦污栅前，造成电站进水不畅。为保证发电进水，都需要组织大量人力进行人工打捞，由于人工清污工作量大、缓慢，不能及时清除和积聚在栅前的污物，仍严重影响水电站正常工作，多次造成发电用水量不足，进而导致机组减负荷或事故停机。
项目通过引进先进技术，完善了莲阳桥闸水电站耙斗式清污机的设计，实现了机械自动清污，减轻了劳动强度，解决了进水不畅、影响机组安全运行的问题，并提高了水电站发电效益，同时改善了上游水体的生态环境。
2.清污机的结构特点
在总结国内清污机设备的设计、运行经验基础上，开发出了适用于本项目的耙斗式清污机，并可通过结构设计优化，广泛应用于中小型水电站的拦污栅清污。此次设计的耙斗式清污机耙斗容积2.5立方米，起重量2×50kN，清污宽度3.5m，液压系统工作压力10MPa，扬程12m，栅体倾角75°。设备主要构成部件见下图：
1.液压机构；2.电动葫芦；3；齿耙装置
耙斗式清污机打破了传统的设计，采用了许多新技术，设备主要由两台5T的电动葫芦、液压开合机构、齿耙装置、和轨道等组成，其原理是：通过电动葫芦行走于支撑钢结构的轨道梁，两台电动葫芦通过连接部件可同步完成设备的起升、下降和行走功能，利用液压机构对耙齿进行开合，各机构有序连动使耙斗机构实现清污动作并复位。
该设备只有一台主机就能完成多个拦污栅的清污工作，具有高效、安全、节能等特点，可使电站清污设备的投资成本和运行费用明显降低。
齿耙装置的独特设计可使抓斗在抓污时与拦污栅栅条紧密啮合，因而可去除拦污栅周围细状污物及缠绕物。并在拦污栅上用20槽钢设置了齿耙装置的行走轨道，防止清污机走偏或倾翻，使设备运行更加稳定高效。
设备采用了液压机构进行齿耙的开合，传统的机械式清污机由于没有液压系统，完全靠耙斗自重闭斗，直栅时耙斗闭合力就非常小，清污机在斜栅时通过耙斗自重产生的分力大，耙斗闭合力就大，在提升过程中由于在过栅面时振动、过栅顶部坎等原因容易造成污物脱落。此次设计采用液压系统操作齿耙开闭，闭合力由液压系统控制，与提升力无关，这样就可以大大提高闭合力，这样的设计不仅改变了传统清污机齿耙结构笨重的缺点，减轻了结构重量，无需额外的因为自重等原因加大起重量，而且能使齿耙的咬合力更强，抓污能力更好。液压装置的耐磨防水电缆通过新式电缆卷筒固定于电动葫芦之间支架，可与电动葫芦的升降同步。
电气系统设置了过载保护及高度限位功能。在起升过程中如出现过载时，过载保护机构会发出过载信号，使电机停止起升，以防止拉坏清污机或拦污栅的构件。该机还设有起升高度限位器，当超过安全界限时，会停止电机工作，防止设备触底或冲顶。整套设备有较高的安全性。由于电控水平高而机械结构极为简单，故设备稳定性极高，维修简便，维护量极低。
3.清污机的优缺点
此次设计的耙斗式清污机达到了国内较先进的技术水平，具有以下优点：
1）适应性强：适应任何复杂水质，能处理多种粗大垃圾、大面积水草，杂物等。
2）处理量大：抓斗的容量较大，每次能抓起数百公斤各类垃圾。
3）作业面积广：一台机能清除多组拦污栅，从上至下全部清除。
4）结构性能好：采用了液压机构，从而使结构更加轻便，且有更好的清污效果。
5）使用寿命长：无永久浸泡部件，故障少，维护量极低。
6）工作环境好：垃圾直接放到排放区，无需输送装置，开放式平台，干净整洁。
7）土建投资少：能适应各种场地、空间，土建要求低，造价低。
8）性价比优：结构简易，一台机可替代数台传统的清污机。
当然此次设计的耙斗式清污机也有其存在的问题需要完善和改进，如产品结构型式比较单一，需要进一步的摸索和优化以满足各种环境和工况；设备的自动化程度不是非常高，需要现场进行遥控操作，应可通过PLC编程控制全自动完成，实现无人值守。
4.清污机的经济和社会效益
清污机安装完成后，将实现污物垃圾自动清除的目的，从而解决汛期水电站发电引水正常过流，机组满负荷运行，减少因断水造成的事故停机。
按2013年运行情况计算，莲阳桥闸水电站汛期共少发电：
1）减产损失
汛期60天，单机最低减负荷150Kw，3台机组减负荷450 Kw，上网电价按0.31元/Kw，经济损失：
450Kw×0.31元/Kw×24小时×60天=200880元
2）停机损失
2013年汛期因拦污栅堵塞，造成进水量不足，水电站累计停机8天，按总负荷3750Kw计，经济损失：
3750Kw×0.31元/Kw×24小时×8天=223200元
以上两项经济损失合计42.408万元，人工清污成本及发电低峰期尚未进行计算。
引进清污机设备后，机组基本可实现满负荷运行。累计停机天数每减少一天，即可减少经济损失：
3750Kw×0.31元/Kw×24小时×1天=27902.5元
项目实施后，每年增加经济效益至少20—30万元，两至三年内，即可收回投资，并有利于生产运行安全，同时也能改善上游水体的生态环境。
5.总结
清污机设备在水利水电建设中越来越起到更加重要的作用，虽然目前国内很多水电站已经采用了各种不同型式的清污设备，但整体的科学技术水平还有很大 的提升空间。相信经过不断的实践和研究，将来会出现更加完善的清污机类型。
参考文献：
[1]任淑娟、《一种高扬程清污机的工作原理及设计特点》、《山东环境》、1999年第1期、第15-16页.
[2]刘晓蓉、《全自动清污机程序设计》、《华电技术》、2013年8月、第35卷第8期、第35页.
论文作者:章鹏
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/7
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