攔污柵行走清污機(jī)研制

趙 杰，倪 雪

（1.承德石油高等?？茖W(xué)校，承德 067000；2.河北鋼鐵股份有限公司承德分公司，河北 承德 067002）

攔污柵清污機(jī)用于水電站、渠道及部分河道，對水流經(jīng)過攔污柵截污后堆積的污物進(jìn)行清理。水電站運(yùn)行時(shí)，為防止雜草污物隨水流進(jìn)入水輪機(jī)而堵塞水流通道，通常在前池水流進(jìn)入壓力管道之前，設(shè)置攔污柵。

對截留在攔污柵前雜草污物的清理，一直是影響水電站正常發(fā)電的大問題，清理不及時(shí)就會堆積在攔污柵前堵塞水流，發(fā)電量受到極大影響。盡管目前已研制出幾種清污設(shè)備，但大都存在著很多局限性，特別是在適用范圍受到限制，例如攔污柵的寬度、水淹深度及迎水面的形狀。因此，大部分水電站目前還一直延續(xù)著人工用齒耙打撈清理辦法，既危險(xiǎn)且勞動強(qiáng)度大，雜物多時(shí)，來不及清理，造成攔污柵前、后產(chǎn)生較大水位差，壓力增大，人工清理無法完成，只好停機(jī)清理。因此，研制適用面廣、運(yùn)行靈活、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、造價(jià)低廉的理想清污設(shè)備勢在必行。

1 行走清污機(jī)介紹

2010年12月河北省承德市水務(wù)局水電中心科研人員開始行走清污機(jī)的研發(fā)。根據(jù)目前許多水電站存在著攔污柵前的雜草污物清理難的狀況，提出必須研制出一種簡單、靈活、高效的清污設(shè)備，并同承德石油高等專科學(xué)校機(jī)械系學(xué)者共同研發(fā)了該設(shè)備。試制完成的首臺設(shè)備于2011年7月安裝在承德市隆化縣老陡山水電站。

設(shè)備研發(fā)的主要思路：一是模仿人工清理動作，即齒耙下落時(shí)，遠(yuǎn)離攔污柵表面，齒耙上升時(shí)，齒尖插入攔污柵條內(nèi)，在水流動態(tài)情況下，清理打撈雜草污物；二是要求設(shè)備簡單、靈活、高效、使用廣泛，便于安裝維護(hù)。

該設(shè)備主要由行走機(jī)構(gòu)、卷揚(yáng)提升、齒斗清污三個(gè)部分組成。

行走機(jī)構(gòu)包括平板車和一條固定軌道，軌道形狀同攔污柵迎水面與水平面的交線形狀（一般為直線或弧線）。平板車的四輪由特殊擋板定位在槽鋼軌道上，使其四輪在行走過程中，既不會左右偏離軌道，也不會上下起伏脫軌，保證吊車起重時(shí)不會翻倒。

卷揚(yáng)提升部分是由吊桿和鋼繩卷筒組成的吊車，裝在行走平板車上，利用吊車起吊重物原理代替人工提拉摟草齒耙。齒斗是研發(fā)重點(diǎn)，也是關(guān)鍵部件，在齒斗兩側(cè)裝有支桿，可以在指定范圍內(nèi)定向轉(zhuǎn)動，通過支桿兩端配重和限位，使其在自然狀態(tài)下處于水平位置。支桿的一端裝有可滾動的梳齒輪，用于鉗住柵條，這樣當(dāng)齒斗下落時(shí)，支桿既起到了支撐齒斗遠(yuǎn)離攔污柵表面，同時(shí)扶住齒斗延某一柵條穩(wěn)定下落，這樣整個(gè)齒斗做為吊車的一個(gè)吊鉤，在攔污柵前上下運(yùn)動，且保證下落時(shí)齒斗的梳齒遠(yuǎn)離攔污柵表面，上升時(shí)梳齒插入攔污柵表面3～5厘米，達(dá)到清理目的。其運(yùn)行過程如下：

圖1 行走清污機(jī)示意圖

（1）行走清污機(jī)停在需要工作位置（見圖1）；趴落吊桿，使齒斗水平延伸，遠(yuǎn)離攔污柵表面，當(dāng)?shù)鯒U趴落到指定角度時(shí)（45°～50°），開始松吊繩，齒斗靠自身重力下落，當(dāng)處于水平位置的齒斗支桿頂部滾輪與攔污柵接觸時(shí)，齒斗會繼續(xù)沿著攔污柵表面且梳齒與柵條保持一定距離穩(wěn)定下落，直到齒斗落到攔污柵底部。此時(shí)停止松繩，齒斗停止下落。

（2）起立吊桿，使齒斗向上運(yùn)動，由于齒斗吊點(diǎn)位置移動且運(yùn)動方向改變，使原水平位置的齒斗支桿在外力作用下轉(zhuǎn)動變?yōu)樨Q直，齒斗迅速靠近攔污柵，梳齒插入攔污柵條內(nèi)（3～5厘米），并沿著攔污柵表面向上運(yùn)動，當(dāng)?shù)鯒U起立轉(zhuǎn)到指定角度時(shí)（80°～85°）停止，此時(shí)開始緊繩，齒斗在水推力和吊點(diǎn)重心偏移力的作用下，必將沿著攔污柵表面上升，將貼浮在攔污柵表面雜草污物撈出水面。

（3）當(dāng)齒斗上升到攔污柵頂部時(shí)停止，人工牽拉齒斗里的內(nèi)斗外側(cè)，將內(nèi)斗翻出齒斗外部，雜草污物傾倒在車廂內(nèi)，內(nèi)斗歸位，執(zhí)行下一次操作。

2 使用要點(diǎn)及特征

2.1 使用要點(diǎn)

（1）設(shè)備工作循環(huán)過程：趴落吊桿→松吊繩→起立吊桿→緊吊繩。電氣操作回路按照這一程序編制執(zhí)行。

（2）吊桿起立、趴落轉(zhuǎn)變角度范圍一般設(shè)在45°～85°之間，只有當(dāng)?shù)鯒U停在設(shè)置轉(zhuǎn)變角度范圍兩端時(shí)，吊繩松、緊才能相應(yīng)執(zhí)行。

（3）齒斗要有一定的重量，一般在150～200公斤，一是保證順利下落，二是在起吊過程中，齒尖進(jìn)入雜草中受阻時(shí)，利用齒斗重力產(chǎn)生的力矩將雜草剝離攔污柵表面。

（4）安裝在齒斗兩端的支桿要合理配重和限位，確保齒斗下落時(shí)支桿平放，齒斗上升時(shí)支桿豎直。

（5）齒斗裝有上下兩排梳齒，上為主齒分布較密，下為副齒分布稀梳，數(shù)量為主齒的二分之一，用于攪動清理攔污柵底部死區(qū)處的污物，為下一次清理做準(zhǔn)備。

（6）齒斗分內(nèi)外兩層，內(nèi)斗可以翻轉(zhuǎn)到齒斗外面傾倒污物。

2.2 設(shè)備特征

（1）適用性廣，不受攔污柵寬度和水的深度限制。有些場合需要攔污柵的寬度較大，固定式清污設(shè)備，由于寬度大而無法勝任。在這個(gè)寬度范圍內(nèi)，行走清污機(jī)則變得很容易。有些水電站裝有多臺發(fā)電機(jī)組，每臺機(jī)組對應(yīng)前池進(jìn)水口都安裝有攔污柵，對于這種多臺橫向一字并排布置的攔污柵，僅一臺行走式清污機(jī)就可以完成多孔攔污柵的清污任務(wù)。提高設(shè)備的使用率，體現(xiàn)了一定的經(jīng)濟(jì)性。

有時(shí)根據(jù)需要，攔污柵設(shè)計(jì)淹沒水下較深，當(dāng)水深超過5米時(shí)，人工打撈就極為困難，而對于該設(shè)備來講，增加鋼繩的長度即可解決深水打撈難的問題，具有廣泛適用性。

（2）設(shè)備所有部件均安裝在水上，易于維護(hù)保養(yǎng)，運(yùn)行壽命長。

（3）設(shè)備簡單輕便，功率?。ㄆ鸬蹼姍C(jī)2.2kW），符合節(jié)能要求。

3 應(yīng)用情況

2011年7月，首臺該型清污機(jī)已試制完成，并應(yīng)用于河北省承德市隆化縣老陡山水電站引水洞口，該站位于灤河干流中段，為引水式徑流電站，引用流量為11.2立米/秒，總裝機(jī)2690kW。灤河是河北省第二大水系，全年平均流量為22m3/s,汛期（每年七、八、九三個(gè)月）流量為30～40m3/s，近幾年洪峰流量一般在100～200m3/s之間。未裝清污機(jī)之前，汛期內(nèi)河流雜草污物較多，經(jīng)常發(fā)生人工打撈不及，雜草堵塞攔污柵造成停機(jī)事故。自安裝了該清污設(shè)備后，經(jīng)過8個(gè)月的運(yùn)行，電站再未發(fā)生堵塞攔污柵現(xiàn)象。

承德市現(xiàn)有水電站30多座，絕大部分為徑流式，至今仍未解決電站進(jìn)水口攔污柵清污的問題，因此該設(shè)備具有很高的推廣價(jià)值，它的應(yīng)用既提高電站的發(fā)電量，又解放了勞動力，提高了電站安全運(yùn)行因素，為實(shí)現(xiàn)電站自動化運(yùn)行邁出了重要一步。該設(shè)備不僅僅只限于水電站應(yīng)用，也可以廣泛應(yīng)用于各輸水渠道攔截雜草污物，具有廣泛的使用場所。

[1]王冰. 機(jī)械制圖及測繪實(shí)訓(xùn): 第2版[M]. 北京: 高等教育出版社, 2009.

[2]聞邦椿. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2010.

[3]魏崢. SolidWorks2008基礎(chǔ)教程與上機(jī)指導(dǎo)[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2008.