金雞灘水利樞紐電站清污機(jī)設(shè)計(jì)

葉曉青

(廣西南寧水利電力設(shè)計(jì)院 南寧 530001)

1 基本概況

1.1 工程簡介

廣西隆安金雞灘水利樞紐電站位于右江中下游河段,距隆安縣城8km。發(fā)電廠房布置在左河道船閘和溢流閘壩之間,廠內(nèi)安裝 3臺(tái)單機(jī)容量24MW的貫流式機(jī)組,進(jìn)水口按單機(jī)單孔布置。每臺(tái)機(jī)組的進(jìn)水口設(shè)一扇攔污柵,攔污柵后設(shè)有檢修門,攔污柵和檢修門的啟閉由壩頂門機(jī)操作。工程于2006年3月第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電,2007年3月全部建成投產(chǎn)。

電站建設(shè)期間,由于缺乏相關(guān)資料,且清污設(shè)備的應(yīng)用還不很普遍,缺少運(yùn)行應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),因而沒有進(jìn)行清污機(jī)設(shè)備招標(biāo)采購。由于發(fā)電廠房前沿沒有設(shè)置攔污設(shè)施,發(fā)電機(jī)組進(jìn)水口沒有設(shè)置清污設(shè)備,電站投產(chǎn)運(yùn)行以來,河中大量的竹木枝條、樹干、秸桿、編織袋等雜物隨水流堆積在攔污柵前,半沉浮污物吸附在攔污柵上,造成攔污柵堵塞,發(fā)電水頭損失嚴(yán)重,影響電站發(fā)電出力。電站只能采用提柵人工清污的方式進(jìn)行清污,不僅工程量大,周期長,且必須停機(jī)才能進(jìn)行。為了有效地清除柵前污物,提高水頭利用率,發(fā)電機(jī)組進(jìn)水口有必要增設(shè)攔污柵清污設(shè)備。

1.2 現(xiàn)有相關(guān)設(shè)備特性

本次進(jìn)行清污機(jī)設(shè)計(jì),需充分考慮清污機(jī)與現(xiàn)有設(shè)備 (攔污柵、壩頂門機(jī))的配套聯(lián)系和影響,了解現(xiàn)有設(shè)備的相關(guān)特性參數(shù),以保證清污設(shè)備安全運(yùn)行?，F(xiàn)有與清污機(jī)有關(guān)設(shè)備包括廠房進(jìn)水口攔污柵、壩頂門機(jī),設(shè)備相關(guān)特性見表1、表2。

表1 11×23-4.0m廠房進(jìn)水口攔污柵主要特性表

表2 2×1000kN/2×400kN壩頂門機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

1.3 現(xiàn)有相關(guān)土建結(jié)構(gòu)說明

發(fā)電廠房進(jìn)水口壩頂平面主要布置有攔污柵槽、檢修門槽、壩頂門機(jī)軌道梁、清污機(jī)軌道梁以及孔口周邊欄桿等設(shè)施。壩頂門機(jī)梁的截面寬0.6m,高2.2m,跨度長11m,設(shè)計(jì)最大工作輪壓為540kN,梁間距(軌距)12m,壩頂門機(jī)已經(jīng)安裝運(yùn)行;清污機(jī)軌道梁的截面寬0.3m,高1.3m,設(shè)計(jì)最大工作輪壓為86kN,梁間距(軌距)4m。電站建設(shè)期間,因清污設(shè)備未進(jìn)行招標(biāo)及選型,故清污機(jī)軌道的相關(guān)埋件沒有預(yù)埋。

2 清污機(jī)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)要求

本次進(jìn)行攔污柵清污機(jī)的設(shè)計(jì)是在電站建成投產(chǎn)后進(jìn)行的,因此清污機(jī)的設(shè)計(jì)要充分利用已有設(shè)備,盡量減少對(duì)原有設(shè)備的改造,不對(duì)已有土建結(jié)構(gòu)造成破壞,同時(shí)要做到技術(shù)先進(jìn),質(zhì)量可靠,結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用,造價(jià)合理,安裝調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)方便。

2.2 清污機(jī)方案比較

根據(jù)電站運(yùn)行清污要求,并結(jié)合電站現(xiàn)有設(shè)備和廠房段壩頂平面布置情況,進(jìn)行清污機(jī)方案設(shè)計(jì)。經(jīng)過多次反復(fù)論證比較和實(shí)地考察,并借鑒已建項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn),擬定了三個(gè)清污機(jī)設(shè)計(jì)方案,分別簡述如下。

全跨式液壓抓斗清污機(jī)主要由清污抓斗、起升機(jī)構(gòu)和電氣裝置組成,與壩頂門機(jī)配套使用。一套清污結(jié)構(gòu)總重約43t。

清污抓斗:清污抓斗為全跨液壓抓斗,抓斗開閉由液壓缸進(jìn)行控制,斗寬10.9m,容量8.0m3。

起升機(jī)構(gòu):清污機(jī)的起升機(jī)構(gòu)采用固定卷揚(yáng)機(jī)帶動(dòng)抓斗進(jìn)行升降,起升機(jī)構(gòu)支架支撐在孔口兩側(cè)的閘墩上。

行走機(jī)構(gòu):利用壩頂門機(jī)作為清污機(jī)行走機(jī)構(gòu),即清污機(jī)的定位、卸污由壩頂門機(jī)通過起吊、運(yùn)輸清污抓斗完成。

電氣系統(tǒng):包括傳動(dòng)、控制和電氣保護(hù)等系統(tǒng),主要是起升機(jī)構(gòu)、抓斗開閉等的運(yùn)行控制。

工作原理:通過壩頂門機(jī)移動(dòng)(運(yùn)輸)清污機(jī)到指定孔口位置,清污時(shí),抓斗的轉(zhuǎn)耙張開并沿?cái)r污柵胸墻下降,當(dāng)清污抓斗到達(dá)攔污柵斜面位置時(shí),越過斜面沿?cái)r污柵柵條運(yùn)行,并鏟下攔污柵前的污物,到達(dá)攔污柵底部后,開閉機(jī)構(gòu)收回,抓斗的轉(zhuǎn)耙閉合后,可抓取鏟齒鏟下的污物,抓斗提升,壩頂門機(jī)起吊清污機(jī),移動(dòng)(運(yùn)輸)到指定位置進(jìn)行卸污。一次運(yùn)行即可完成對(duì)一孔攔污柵清污。

采集病料帶回實(shí)驗(yàn)室后，進(jìn)行細(xì)菌學(xué)檢查，常規(guī)方法進(jìn)行涂片鏡檢，未發(fā)現(xiàn)被陰性或陽性染色的致病菌。將病料粉碎后，劃線接種到幾種常見的培養(yǎng)基上，恒溫箱內(nèi)培養(yǎng)48 h，溫度控制在37 ℃，在幾種常見培養(yǎng)基上均沒有出現(xiàn)致病菌生長。

對(duì)已有攔污柵改造要求:由于清污抓斗自重大,導(dǎo)向輪對(duì)柵條的輪壓為39.6kN。經(jīng)過驗(yàn)算,原有攔污柵柵條的強(qiáng)度和穩(wěn)定不能滿足要求,需進(jìn)行加固改造,同時(shí)每孔攔污柵頂增加1節(jié)導(dǎo)向攔污柵,共3節(jié),導(dǎo)向攔污柵總重33t(3×11t)。

對(duì)已有土建結(jié)構(gòu)的改造要求:清污機(jī)直接支撐在閘墩上,清污機(jī)工作過程中產(chǎn)生的壓力由閘墩承受,閘墩結(jié)構(gòu)滿足受力要求,對(duì)已有土建結(jié)構(gòu)沒有影響。

主要優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)是一次運(yùn)行即可完成對(duì)一孔攔污柵清污,清污效率高。缺點(diǎn)是自重大,需對(duì)原有攔污柵進(jìn)行加固改造,費(fèi)用較高。

(2)臺(tái)車式(門架式)耙斗清污機(jī)

臺(tái)車式(門架式)清污機(jī)主要由清污抓斗、起升機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)和電氣裝置等組成。一套清污結(jié)構(gòu)總重約40t,軌道重3.8t。

清污抓斗:清污抓斗為液壓抓斗,抓斗開閉由液壓缸進(jìn)行控制,斗寬2.5m,容量1.0m3

起升機(jī)構(gòu):由起升構(gòu)架、電動(dòng)機(jī)、起升制動(dòng)裝置等組成,清污機(jī)的起升機(jī)構(gòu)帶動(dòng)抓斗進(jìn)行升降。

行走機(jī)構(gòu):大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為臺(tái)車式(或門架式)構(gòu)架,采用全封閉分別驅(qū)動(dòng),主動(dòng)行走輪共有4個(gè)車輪,其中2個(gè)主動(dòng)輪,2個(gè)從動(dòng)輪。軌距4.0m,輪距3.0m,最大工作輪壓182kN。

電氣系統(tǒng):包括傳動(dòng)、控制和電氣保護(hù)等系統(tǒng),主要是對(duì)行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、抓斗開閉等的運(yùn)行控制。

工作原理:通過啟動(dòng)行走機(jī)構(gòu)(大車)移動(dòng)清污機(jī)到指定位置,清污時(shí),抓斗的轉(zhuǎn)耙張開并沿?cái)r污柵胸墻下降,當(dāng)清污抓斗到達(dá)攔污柵斜面位置時(shí),越過斜面沿?cái)r污柵柵條運(yùn)行,并鏟下攔污柵前的污物,到達(dá)攔污柵底部后,抓斗的轉(zhuǎn)耙閉合后,可抓取鏟齒鏟下的污物,抓斗提升至壩頂,大車移動(dòng)清污機(jī)到指定位置卸污。

對(duì)已有攔污柵改造要求:由于清污抓斗自重輕,導(dǎo)向輪對(duì)柵條的輪壓為19.3kN。經(jīng)驗(yàn)算,原有攔污柵柵條的強(qiáng)度和穩(wěn)定滿足要求。每孔攔污柵頂增加1節(jié)導(dǎo)向攔污柵,共3節(jié),導(dǎo)向攔污柵總重33t(3×11t)。

對(duì)已有土建結(jié)構(gòu)的改造要求:①為了鋪設(shè)行走臺(tái)車(門架)的行走軌道,要對(duì)原有清污機(jī)軌道梁進(jìn)行鉆孔埋設(shè)軌道埋件,勢(shì)必對(duì)軌道梁造成影響,強(qiáng)度削弱。②原軌道梁設(shè)計(jì)最大輪壓為86kN,新的清污設(shè)備設(shè)計(jì)最大輪壓為182kN,經(jīng)驗(yàn)算,原軌道梁(設(shè)計(jì)最大輪壓為86kN)不能滿足要求,須對(duì)軌道梁進(jìn)行相應(yīng)的加固處理,難度大,增加投資。

主要優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行靈活、獨(dú)立性強(qiáng),操作簡便。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,增加大車行走機(jī)構(gòu)和走行軌道,對(duì)原土建結(jié)構(gòu)影響大;對(duì)1孔清污需重復(fù)運(yùn)行3～4次才能完成,每次清污均要將清污機(jī)開到指定的地點(diǎn)卸污,需要二次裝卸才能把污物運(yùn)走,清污效率低;制造安裝費(fèi)用高。

(3)懸掛式清污機(jī)

該清污機(jī)由起升機(jī)構(gòu)、液壓清污抓斗、支架、電氣裝置等組成,與壩頂門機(jī)配套使用。一套清污結(jié)構(gòu)總重約25t。

清污抓斗:清污抓斗為液壓抓斗,抓斗開閉由液壓缸進(jìn)行控制,斗寬3.0m,容量2m3。

起升機(jī)構(gòu):清污機(jī)的起升機(jī)構(gòu)主要由支架和固定卷揚(yáng)機(jī)組成,支架支撐在上游門機(jī)梁和有清污機(jī)軌道梁,采用固定卷揚(yáng)機(jī)帶動(dòng)抓斗進(jìn)行升降。

行走機(jī)構(gòu):利用壩頂門機(jī)作為清污機(jī)行走機(jī)構(gòu),即清污機(jī)的定位、卸污由壩頂門機(jī)通過起吊、運(yùn)輸清污機(jī)完成。

電氣系統(tǒng):包括傳動(dòng)、控制和電氣保護(hù)等系統(tǒng),主要是起升機(jī)構(gòu)、抓斗開閉等的運(yùn)行控制。清污機(jī)的電氣控制和操作元件均布置在一個(gè)控制箱內(nèi),該控制箱可以放置在門機(jī)司機(jī)室內(nèi)。

工作原理:清污機(jī)與壩頂門機(jī)配套使用。當(dāng)清污機(jī)需要工作時(shí),通過門機(jī)移動(dòng)將清污機(jī)運(yùn)行到指定的清污工位,操作門機(jī)起升機(jī)構(gòu)使清污機(jī)固定放置在孔口上,然后進(jìn)行清污,清污過程通過清污機(jī)自己的控制系統(tǒng)進(jìn)行操作。清污機(jī)的起升機(jī)構(gòu)帶動(dòng)抓斗進(jìn)行升降,通過液壓系統(tǒng)操作液壓缸推動(dòng)耙斗進(jìn)行開閉。清污時(shí),抓斗的轉(zhuǎn)耙張開并沿?cái)r污柵胸墻下降,當(dāng)清污抓斗到達(dá)攔污柵斜面位置時(shí),越過斜面沿?cái)r污柵柵條運(yùn)行,并鏟下攔污柵前的污物,并沿柵面下行,當(dāng)清污抓斗抓滿時(shí)或到達(dá)攔污柵底部后,液壓系統(tǒng)工作使抓斗的轉(zhuǎn)耙閉合后,可抓取鏟齒鏟下的污物,抓斗提升至上極限。操作門機(jī)起升機(jī)構(gòu)把抓斗提升至壩面上,移動(dòng)門機(jī)到指定卸污位置,抓斗張開卸污。一個(gè)工位清污完畢后,由門機(jī)的帶動(dòng)清污機(jī)到下一個(gè)清污工位按上述進(jìn)行重復(fù)作業(yè)。對(duì)1孔清污需重復(fù)運(yùn)行3～4次即可完成。

對(duì)已有攔污柵改造要求:由于清污抓斗自重輕,導(dǎo)向輪對(duì)柵條的輪壓為19.3kN。經(jīng)驗(yàn)算,原有攔污柵柵條的強(qiáng)度和穩(wěn)定滿足要求。每孔攔污柵頂增加1節(jié)導(dǎo)向攔污柵,共3節(jié),導(dǎo)向攔污柵總重33t(3×11t)。

對(duì)已有土建結(jié)構(gòu)的改造要求:清污機(jī)支架支撐在門機(jī)軌道梁上,下游側(cè)支撐在原清污機(jī)軌道梁上。清污機(jī)工作過程中,對(duì)上游側(cè)門機(jī)軌道梁產(chǎn)生的最大壓力為120kN(門機(jī)軌道梁最大工作輪壓力為540kN),對(duì)下游側(cè)清污機(jī)軌道梁產(chǎn)生的最大壓力為80kN(清污機(jī)軌道梁最大工作輪壓力為86kN),原有土建結(jié)構(gòu)滿足要求,對(duì)已有土建結(jié)構(gòu)沒有影響。

主要優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)是充分利用壩頂門機(jī)縱向移動(dòng)速度快和卷揚(yáng)機(jī)升降速度快的特點(diǎn),完成一次清污所用時(shí)間較短,提高清污效率;結(jié)構(gòu)簡單,操作簡便;制作、安裝費(fèi)用低。缺點(diǎn)是對(duì)1孔攔污柵清污需要重復(fù)3～4次才能完成。

2.3 清污機(jī)方案選擇

綜上所述,懸掛式清污機(jī)方案具有結(jié)構(gòu)簡單,操作簡便,清污效率高,投資省等優(yōu)點(diǎn),因此,金雞灘水利樞紐電站進(jìn)水口清污設(shè)備采用懸掛式清污機(jī)方案。見圖1、圖2:

圖1 清污機(jī)運(yùn)行位置示意圖

圖2 懸掛式清污機(jī)示意圖

3 現(xiàn)有設(shè)備配套改造

3.1 攔污柵的改造

現(xiàn)有攔污柵設(shè)計(jì)為斜式布置,傾斜角度為75°,攔污柵頂部與胸墻形成的角度較緩,清污抓斗不能越過柵頂。為了保證清污抓斗能順利通過攔污柵頂?shù)竭_(dá)柵面進(jìn)行清污,需要在攔污柵頂部設(shè)置1節(jié)攔污柵導(dǎo)向架。導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)結(jié)合現(xiàn)有攔污柵進(jìn)行設(shè)計(jì),充分考慮現(xiàn)有攔污柵、啟閉設(shè)備的配套聯(lián)系,并能滿足清污抓斗的安全運(yùn)行要求。導(dǎo)向架攔污柵條與現(xiàn)有攔污柵條結(jié)構(gòu)相同,上下柵條對(duì)齊,柵面為同一平面,啟吊操作采用原攔污柵抓梁和壩頂門機(jī)。導(dǎo)向架與原攔污柵銜接詳見圖3。

圖3 導(dǎo)向架與原攔污柵銜接示意圖

3.2 配套啟閉設(shè)備改造

采用懸掛式清污機(jī)進(jìn)行清污,需要壩頂門機(jī)配套使用。可以采用在現(xiàn)有攔污柵抓梁上焊接清污機(jī)吊耳,配套吊軸的方法或增加一根簡易平衡梁,達(dá)到起吊運(yùn)輸清污機(jī)目的?？紤]使用方便和不影響原有設(shè)備,本工程采用增加平衡梁。

4 小結(jié)

清污機(jī)經(jīng)過近一年的投運(yùn),清污力強(qiáng)、效率高。在實(shí)際運(yùn)行中,能抓撈起竹木枝條、樹干等較大較重的異物,即使在機(jī)組帶滿負(fù)荷水流最湍急的工況,清污機(jī)都能下到柵底檻抓撈垃圾,證明清污機(jī)疏水性能好,既能減小水壓力,又能有效地抓裝垃圾。門機(jī)作為行走機(jī)構(gòu),移動(dòng)速度快,定位準(zhǔn);卷揚(yáng)機(jī)起升速度快,完成一次清污時(shí)間僅需20min,清污效率高。

清污機(jī)在電廠運(yùn)行中擔(dān)負(fù)著清理污物,疏通攔污柵,保證機(jī)組正常運(yùn)行的重任,特別是在安裝燈泡貫流式機(jī)組的電廠更能表現(xiàn)出清污機(jī)的重要性。懸掛式清污機(jī)方案的設(shè)計(jì)結(jié)合金雞灘水利樞紐電站的實(shí)際情況,技術(shù)先進(jìn),符合電廠運(yùn)行要求,減少清污成本,增加發(fā)電量,給電廠帶來更高的效益。