水電站攔污柵的常見結構形式探討

李興彩

摘 要：攔污柵由邊框、橫隔板和柵條構成，支承在混凝土墩墻上，能夠阻攔水流中的斷木、浮冰等各種垃圾，攔污柵的工作能力將會影響到水電站的安全運行及經(jīng)濟效益，例如水流中的枯木、水草、浮冰及各種生活垃圾，將這些污物阻擋在水電站之外可以很好的保護閘門、閥門、機組等水電站設備不會被損害，為水電站的安全運行做好基礎。

關鍵詞：過柵流速；攔污柵；水電站

中圖分類號：TV732 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）18-0047-02

1 攔污柵的布置

攔污柵在立面上有垂直置放和傾斜置放。垂直置放可以縮短進水口建筑物的長度，減少建筑物的投資，平面上采用折線、曲線、多邊形布置的一般采用垂直置放；對于位于深水之下的進水口，其攔污柵受冰凍和污物堵塞的機會相對較少，一般不要求機械清污，其攔污柵一般垂直置放。高度不是太大的進水口的攔污柵，可采用傾斜置放，攔污柵傾斜置放較垂直置放擴大了柵面，因而降低了流速，減少了水頭損失，并可提高清污機的清污效果。

引水道進口根據(jù)在水面下的位置分為深式和淺式。深式進水口位于水面深處使其較淺式的進水口受天氣影響小，攔污柵遭受冰凍及污物堵塞的概率也較小。兩種進水口的攔污柵都設置在閘門及插板的上游，只有極少的情況下會將攔污柵布置在插板或閘門的下游，不過這會增加堵塞的幾率。深式進水口在布置攔污柵時常常將攔污柵與插板置于同一個閘槽中。攔污柵設置通常在進水口檢修閘門和工作閘門的上游。有時也可將攔污柵設置在工作閘門和檢修閘門之間，這時因受空間尺寸限制，攔污柵一般只能垂直置放，這種布置攔污柵可在孔口內(nèi)檢修。由于攔污柵和檢修閘門不同時使用，為布置緊湊，有的進水口兩者共用一個閘槽，這種布置形式雖節(jié)省了一道柵槽，但也增大了檢修閘門的尺寸，其操作也不方便。在污物較多而又不便于設置機械清污的進水口，可設置兩道攔污柵，以便于輪換提出水面清除污物。在污物特別嚴重的大中型電站中，可將進水口布置成連通式或分段連通式。當某孔攔污柵被污物局部堵塞時，其他孔口可向該孔口補充水流，以保證機組的正常運行。

綜合來說，影響攔污柵布置的因素有以下幾點：進水口的形式、位置及水下深度；水電站的規(guī)模、等級。管道的流量大小；當?shù)貧夂驐l件，冬季水庫水位的變動情況；水流所挾污物性質(zhì)、大小、數(shù)量；水輪機、閘門的性質(zhì)、尺寸、數(shù)量；允許的過柵流速；清污方法及更換方法；制造條件；魚類問題。很多實際的情況都反應了攔污柵布置的重要性，布置不當，就會導致經(jīng)濟損失及管理運行的麻煩。

2 攔污柵的結構

攔污柵的基本結構是由直立的柵條聯(lián)結組成柵面，柵面四周有角鋼或槽鋼。柵條通常為鋼制的，使用矩形或流線型的建筑鋼。有時根據(jù)攔污柵的工作強度，為了提高應力、使用年限及防銹性能，會選擇低合金鋼。攔污柵通常有直線、曲線、折線等多種形式平面形式。淺式進水口常采用直線型的攔污柵。深式進水口為了降低過柵流速獲得更大的過水面積，常使用半圓形或多邊形攔污柵。圖1給出了常見的直立式直線型攔污柵。

攔污柵通?？梢宰龀苫顒拥幕蛘吖潭ǖ?，活動式的攔污柵可以在閘槽內(nèi)上下活動，在清污時工作方便。固定式攔污柵是用地腳螺栓將柵葉固定在柵槽內(nèi)或?qū)琶嬗寐菟ü潭ㄔ谖酃げ糠?，但固定式攔污柵檢修和清污困難，在清污工作時需要使用除污鑿耙清除污物，出現(xiàn)事故也不易處理，因此，攔污柵宜做成活動式的，以便提出孔口來維修、更換。當然在布置進水口的位置時，盡量利用天然條件避免污物的威脅，考慮污物的性質(zhì)數(shù)量、水流的性質(zhì)等等，以減輕攔污柵的工作強度。

柵條的連接方式分為螺栓連接及焊接。螺栓連接在柵條間設置直徑為5/8或3/4吋的圓桿，中心間距保持在3吋，在柵條間套有間隔套管，以保持柵條間距的穩(wěn)定。圓桿兩端制螺紋，可以旋螺帽。在近些年的發(fā)展中，大多數(shù)的攔污柵選擇焊接的連接方式。焊接具有制造簡單的優(yōu)勢，焊接將開了槽口的橫向肋片與垂直的柵條焊接，焊接可以將垂直的柵條以多種的角度的擺放，從而方便與水流方向保持一致。從柵條上游面到橫向圓桿或橫向肋片的最小距離為1.5吋，這樣方便定期清污中鑿耙的工作。

柵條的間距一般與以下幾個因素有關：水流所挾污物的大小，柵條間距過大會通過有害尺寸的污物，影響攔污效果，過小會導致攔污柵的堵塞；機組、閘門、管道等最狹處的間隙尺寸，水輪機壓力管進水口的攔污柵的柵條凈距根據(jù)廠家提供的資料參考設計；為防止魚類進入水電站，柵條的凈距應小，一般在5/8～1吋，或者使用網(wǎng)篩。

3 攔污柵的設計

攔污柵在設計最重要的是過柵流速及水頭損失兩個參數(shù)。在決定過柵流速時，如果過柵流速大時，相應水頭損失也大，清污工作困難，若水頭損失對水電站的發(fā)電量造成影響，則會降低經(jīng)濟效益，不過，柵面積大，攔污柵的成本降低。

過柵的水頭損失可以根據(jù)O.Kirsechmer公式計算：

式中，hw為過柵水頭損失（呎）；S為柵條厚度（吋）；b為柵條間凈距（吋）；v為柵前行進流速（呎/秒）；α為柵面與水平面所成夾角；β為柵條形狀系數(shù)；g為重力加速度。如圖2所示。

表1給出了柵條的形狀系數(shù)。

水電站的淺式進水口如果為人工清污，過柵流速應限制在2.5呎/秒以下，如果使用機械清污，則過柵流速可增大到5呎/秒，總體上流速不應過高，負責會對清污操作造成困難。

水電站深式進水口一般很少清污，可以采用較高的過柵流速。從水頭損失與水電站經(jīng)濟的角度考慮，一般控制在2～3呎/秒，偶爾也有10～12呎/秒也使水電站運行較好的實例。

4 結語

攔污柵在維護水電站的正常工作中起了重要作用，攔污柵的布置根據(jù)水電站的進水口位置可采用不同的布置方式。攔污柵可根據(jù)需要傾斜放置或者直立放置。根據(jù)實際需要設置攔污柵的過柵流速及凈距。

參考文獻

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