小型水电站拦污栅和清污措施 --------------------------------------------------------------------------------中国电力网 2008 年 1 月 18 日 09:33 来源： 点击直达中国电力社区 1 概述目前，小水电站一般是靠人工清污，大部分低水头大流量电站，由于清污不及时，使 拦污栅前后水压差大大超过设计标准汛期的停机清污和拦污栅的安全运行成为汛期发电 时的一个问题笔者认为在电站设计时，对拦污栅设计以及防污清污措施的选择，应加以 重视并综合考虑 2 拦污栅设计时应考虑的问题根据国内 20 多个工程的拦污栅事故调查统计，由于水流中污物的特殊性使污物塞栅， 或者拦污栅的设计欠妥，往往造成栅体压弯、振动及失稳等问题1）栅条间距栅条间距一般应按水轮机的类型和转轮直径 D 控制轴流式水轮机 D／20，混流式水轮机 D／30，冲击式水轮机为喷嘴直径的 1／5在具体工程设计中，栅 条间距应结合水流中污物的性质和数量，尽可能选择最大允许值对大流量大机组，如轴 流式水轮机，适当考虑以“排”为主对小流量小机组，如混流式水轮机，则应以“拦” 为主，栅条间距不宜大于 100mm，但也不宜小于 50mm。
冲击式水轮机的栅条间距一般也 不应小于 20mm2）栅前流速对于坝后式和引水式水电站的进水口拦污栅，其流速一般采用 0．8m／s～1．2m／s，水流中杂物较多时为 0．8m／s～1．0m／s小水电站一般采用人 工清污，流速建议不大于 0．5m／s～0．8m／s由于难于清污，深式进水口拦污栅前流 速不宜超过 0．5m／s3）拦污栅水头损失水流通过拦污栅时的水头损失计算：Δh＝hr＋（V22／2 g－V12／2g）≈ξV2／2g ζ＝β·sinα·（δ／l） （4／3）式中，Δh—栅前后的水头损失（m） ；hr—栅条的水头损失（m） ；ξ—栅条的损失系 数；β—栅条断面形状系数，矩形取 β＝2．34；δ—栅条厚度（mm） ；l—栅条净距 （mm） ；α—拦污栅倾角；V1—栅前流速（m／s） ；V2—栅后流速（m／s） 由于实际应用中拦污栅上经常有污物附着，水头损失要比计算值大得多，通常实际值 可为计算值的 3 倍作为拦污栅设计的水压差，应考虑部分堵塞情况，比如取 4m 的水位 差设计4）拦污栅栅条稳定性分析拦污栅栅面布置一般为双悬臂形式，由于栅条截面的狭长 矩形特性，其侧向抗弯刚度和抗扭刚度相对其他型钢而言较低，常可能在弯应力尚未达到 屈服点之前就发生失稳。
由于这种整体失稳破坏往往突然发生的，失事前没有明显的征兆， 故设计时应特别注意，不但要进行强度计算，还必须验算其稳定性栅条进行稳定计算时，一般总是将悬臂和跨中分开考虑，即悬臂部分用悬臂梁的稳定 计算公式验算；跨中部分用简支梁的稳定计算公式验算验算矩形截面用的稳定安全系数 不小于 2由于栅条是一个整体，虽然各栅条由连杆和套管（或肋片和槽口）横向固定， 但一般考虑更换方便而采用拼紧螺母或压板固定，这种连接方式对 X 轴方向的约束很小 因此目前采用的这种验算稳定的简化方法，对栅条支承的位置选择及截面大小的确定影响 较大以栅条承受均布荷载，采取双支承为例，栅条的实际弯矩和挠度见图 1简支梁稳定验算的适用范围应为 L0 段（端弯矩为 0） ，固端悬臂梁稳定验算适用范围为 m0 段（反弯 点开始） 为了充分利用材料的特性，设计支承时尽可能使整个栅条稳定的安全系数相同， 即通过满足条件：a）跨中和悬臂稳定安全系数相等；b）反弯点绕 X 轴转角为 0；c）跨中 点反弯点内弯矩为 0求得的理想支承位置 m＝0．2263 L；适用简支梁的跨距 L0＝0．3077 L；适用固端悬臂的长度 m0＝0．2334 L。
对于 2 个以上支承以及承受清污设 备的集中荷载时，栅条设计可按同样方法进行荷载、弯矩及绕 X 轴转角进行分析3 几种较好的清污措施 1）浮式导污栅（网） 如果电站进水口的地形条件具备布置浮式导污栅，可以考虑浮 式导污栅（网） 当溢流顺畅时，利用向下游泄流将污物引导排至下游，减轻进水口拦污栅 的拦污压力这种方式一般投资省，效果比较明显图 2 为浮筒式拦污栅（网） ，其布置与 水流方向的夹角一般不应大于 30°为提高导漂效果，可采取电动或手动简易清污装置 图 3 为水力驱动渠道浮式导漂拦污栅（网） 这种方式比较适合渠道较窄，水位较稳定 及水较浅的地方，旁路排污地点选择离河流较近的地方2）清污机械对于水电站而言，较为适用的有耙斗式、曲臂式及回转式清污机的选 用应根据来污量、污物性质和拦污栅的布置方式而定 a．耙斗式清污机根据布置方式可以采用固定式、移动式和单轨悬吊式小型固定式 耙斗清污机的耙斗张合可以采用手动操纵，如图 4 所示耙斗的形式根据污物的不同可采 用斗状或齿耙状斗状耙斗适合树枝等浮游杆状及大尺寸垃圾的清理齿耙式耙斗适用于 水草等较细软的污物清理为防止耙斗的侧向移动，耙的设计应有导向轮 ，耙斗挡水面积 尽可能小。
为保证耙斗贴压拦污栅面，一般应采取吊点偏心设计采用耙斗式清污机时， 应重视由于卡阻引起的拦污栅的安全性，以及耙斗在水下运行时水动力对清污效果的影响b．曲臂连杆式清污机这种形式的清污机适宜清理浅水倾斜布置的拦污栅上的污物， 如水草、树枝及树叶等清污动作由链条和曲臂完成链条在水面以上，不易腐蚀，维修 较为方便动作原理见图 5 所示 c．回转耙式清污机这种形式的清污机主要适用于小树枝、水草等体积较小而数量较 多的情况下齿耙在链条上固定，每隔一定距离固定一个齿耙齿耙插入栅面一般为 20mm～40mm，齿两侧与栅条的间隙一般为 3mm 左右齿耙到达顶部，由活动的刮板或 圆毛刷压紧并清理动作原理见图 6 所示这种清污机使用较多，效果较好。