小型水电站中拦污栅设计探讨

　　这篇水利工程师论文发表了小型水电站中拦污栅设计探讨，拦污栅被设置来水电站的进口处，阻拦引入水道内的杂物，水电站拦污清污是一项不容忽视的问题, 拦污栅设计方案的合理与否直接影响水电站运行状况及经济效益。

　　关键词:水利工程师职称论文投稿,小型水电站;拦污栅;布置;结构

　　1工程简介

　　呼图壁河渠首站多年平均径流量4.07亿m3，多年平均年输沙量42.5万t，青年渠首水电站位于呼图壁河青年渠首下游处，为低坝径流引水式电站，坝、厂址相距约750m。青年渠首为双坝式取水枢纽，整个枢纽由上库和下库两套建筑物系统组成，下库通过布置在上坝尾部的溢流堰进水，青年渠首电站引水口即位于下库坝体右岸，青年渠首平面示意图见图1。

　　电站主要包括拦河坝(闸)、进水闸、冲沙闸、引水明渠、压力前池、压力管道、主副厂房、变电站、尾水渠等部分。引水渠长约750m，设计流量45m3/min，加大流量为50m3/min。进水闸按单管单机设计，共分3孔，设计水头18.5m，电站单机引水流量10.0m3/min，最大设计引水发电流量为30m3/min，前池采用侧向进水，正向排冰、溢流的布置形式，正向共设置闸口共2孔，1孔设置舌瓣钢闸门排冰，1孔设置平板钢闸门冲砂，冲砂闸紧邻电站进水口布置，压力前池平面示意图见图2。压力水管采用露天钢管形式，共三根，直径均为2.067m，厂房内安装3台机组，水轮机采用立式轴流定浆机组，水轮机型号为ZDJP502-HL-120，装机容量3×1500kW。

　　2拦污栅设计与运行效果

　　青年渠首电站进水口为矩形开敞式，共3孔，孔口宽为2.067m，高6.75m。拦污栅采取一栅一槽设置，垂直置放，每孔共设3节拦污栅，每节栅体尺寸B×H(宽×高)=2.367m×2.0m，栅条选用8m×40mm扁钢，栅条间距6cm，栅体支承框架为双轴对称主梁截面，主梁采用焊接H型钢。电站自2013年运行以来，非汛期运行正常，汛期(6-8月)电站进水口拦污栅进口附着树枝、杂木及水草等污物较多，导致拦污栅上下游水位差较大，最大达1.6米，约占设计水头9%，从而电站出力达不到设计值，影响电站的经济效益。汛期电站运行时，频繁清理栅前杂物，运行管理上造成很大不便。青年渠首电站拦污栅通过以下两方面改造:1)在前池增设拦污排，杂物拦至排冰闸溢流冲至下游;降低进水口清污频率，减少运行成本。2)改造拦污栅栅条间距，由6cm改造为12cm，栅前后水位差由1.6m减少为0.7m，提高了电站出力，改造后经运行取得良好效果。

　　3设计中几个问题的探讨

　　3.1拦污栅的布置型式

　　拦污栅的设置须对河流中所挟带的杂物、性质、数量及清理方法进行全面考虑，必要时进行多方调查及实验查出杂物及流态的运动规律。根据进水口的形式布置，一般设置一道拦污栅，栅面通常可垂直和倾斜置放，倾斜置放可获得较大的过水面积。当污物较多时，为取得良好效果，可采取以下几方面优化拦污栅布置:1)可设置两道拦污栅，对于引水式水电站，可分别在引水口处和前池进水口分别设置拦污栅。2)在进水口设置拦污排，减少进水口污物数量。3)设置机械清污设备，及时清除栅前杂物。青年渠首电站前池除前池进口处设置拦污栅外，未设置其他拦污设施，汛期树枝、杂木及水草数量较大，通过在前池设置拦污排，较大程度减少杂物数量，减少清污频率，较大程度满足电站正常运行。

　　3.2拦污栅的结构

　　拦污栅栅叶结构是由栅面及支承框架两部分组成。支承框架的结构在布置时，主梁与边梁通常采用同层布置，主梁的间距考虑栅条的强度及稳定，按等荷载设置，主梁的型式通常采用实腹式梁。栅条的间距不宜过大，过大会通过有害杂物，使设备损坏，不宜过小，过小则增加拦污栅的水头损失并易使拦污栅堵塞，影响电站的正常运行，所以栅条间距应根据水轮机的类型和尺寸以及电站的杂物性质、数量选择最大允许极限值。

　　拦污栅可通过以下几方面优化其结构:1)主梁采用实腹式梁时，满足其强度及稳定的条件下，采用较窄的翼缘，从而获取最大的过栅面积。2)根据电站的杂物性质、数量，参考水轮机的尺寸及栅条间距的关系，确定允许最大栅条间距。根据栅条间距与水轮机转轮直径的关系，原设计栅条间距为6cm，根据电站的引水方式，汛期电站引水杂物多为树枝、杂木及水草，栅条间距进行增大至12cm，过栅杂物不会损坏设备。

　　3.3水头损失及过栅流速

　　水流过拦污栅时都会产生水头损失，即拦污栅上下游水位差，为减少水头损失可采用流线型的框架结构。尽可能采取措施增大拦污栅过水面积，降低过栅流速，从而减小水头损失。运行时，往往由于污物附着、堵塞拦污栅造成栅面上下游水位差过大，及时清除栅面污物也是减少水头损失的措施之一。

　　4结语

　　文章结合现行《水利水电钢闸门设计规范》SL74-2013，以青年渠首电站拦污栅的设计及改造为实例，总结分析拦污栅布置及其结构，调查污物性质及数量，合理设计拦污栅对水电站的安全运行及效益非常重要。

　　参考文献:

　　[1]刘细龙，陈福荣.闸门与启闭机[M].北京:中国水利水电出版社，2002:69-76.

　　[2]刘启钊，胡明.水电站[M].北京:中国水利水电出版社，2010:47-52.

　　作者：朱建利 单位：新疆昌吉方汇水电设计有限公司

　　推荐阅读：《水电站设计》(季刊)创刊于1985年，由国家电力公司成都勘测设计研究院主办。本刊办刊宗旨：贯彻理论和实际相结合的方针，结合工程实践。

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