弋昭媛

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，烏魯木齊 830001)

倒虹吸清污機(jī)的運(yùn)行方式

弋昭媛

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，烏魯木齊 830001)

文章將以某供水工程倒虹吸進(jìn)口安裝的清污機(jī)在通水運(yùn)行期間的實(shí)際運(yùn)行情況為例，通過對(duì)清污機(jī)運(yùn)行方式的改變，影響進(jìn)口閘門的過流能力及提高安全供水系數(shù)，希望對(duì)設(shè)有清污機(jī)的工程的運(yùn)行提供參考依據(jù)。

清污機(jī)；倒虹吸；運(yùn)行方式；改造

隨著大規(guī)模的引水調(diào)水工程的興建，輸水流量大、過水?dāng)嗝娲?、管身長、落差大的大型倒虹吸不斷出現(xiàn)。在該工程中的倒虹吸全長11 km，最大工作靜水壓力1.6 MPa，最大水頭損失28.6 m，單管引用流量為17.5 m3/s。工程采用了預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道(PCCP管)與鋼管組方案，平行雙線布置。內(nèi)水壓力<1.4 MPa以下采用PCCP管，單線管長為7385.27 m，內(nèi)徑為2.8 m；內(nèi)水壓力>1.4 MPa以上采用鋼管，單管管長為3 181 m內(nèi)徑為2.7 m。倒虹吸首部連接戈壁明渠。尾部連接沙漠明渠，經(jīng)過9 a的運(yùn)行，總結(jié)了一套較完整的倒虹吸運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，本文僅針對(duì)倒虹吸進(jìn)口安裝的清污機(jī)在實(shí)際通水運(yùn)行過程中的運(yùn)行方式進(jìn)行了一些嘗試和試驗(yàn)，具有較好的借鑒意義。

倒虹吸工程于2005年竣工試通水，管道按一期一步設(shè)計(jì)鋪設(shè)兩條管道，進(jìn)出口建筑物按一期二步一次建成。進(jìn)口布置節(jié)制閘3孔，每孔閘前配備一臺(tái)回轉(zhuǎn)式清污機(jī)，運(yùn)行期為5—9月份，清除的主要垃圾是沿線長距離明渠中的雜草(風(fēng)的影響)、牛羊等動(dòng)物及人為垃圾，其中5月份清污量較大，最多時(shí)可達(dá)每天約5 t；后4個(gè)月清污量很少。清污機(jī)底柵是固定式的，耙齒無法清除，攔污后形成阻水面抬高了明渠水位，影響了倒虹吸過水能力。于是在2008年將清污機(jī)底柵割去，緩解了明渠水位和倒虹吸過水流量的矛盾。

但在近幾年的運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，體積較大的垃圾可以被耙齒卷上，但小型垃圾掛在柵條上，很難被耙齒清除，必須人工清理，即危險(xiǎn)又增加工作量。為能夠進(jìn)一步研究和提高倒虹吸過水能力，減少人員和設(shè)施的安全隱患，嘗試在不改變清污機(jī)結(jié)構(gòu)和功能的情況下，按照工程環(huán)境氣候、清污的特點(diǎn)和時(shí)段，改變?cè)械倪\(yùn)行方式。通水初期集中清污；流量加大或不需清污時(shí)抬起清污機(jī)，增大閘孔過流斷面，再次校核倒虹吸的過水能力，為今后的設(shè)計(jì)和工程建設(shè)提供參考數(shù)據(jù)。

1 清污機(jī)存在的問題

1.1 維修搶險(xiǎn)難度大、損失嚴(yán)重

清污機(jī)的構(gòu)造決定了耙齒不能有效清理掛在柵條上的雜草，導(dǎo)致阻水面積加大，從而使清污機(jī)超載運(yùn)行，最終結(jié)果是剪斷銷斷裂、鏈條變形脫軌，如果不及時(shí)搶修后果不堪設(shè)想。運(yùn)行期如果出現(xiàn)類似故障，就不能在水中進(jìn)行維修作業(yè)，必須采取停水或退水措施[1]。這樣就會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)上下游渠道的安全運(yùn)行也很不利。

1.2 嚴(yán)重阻礙渠道來流順利通過閘孔

嚴(yán)重阻礙渠道來流順利通過閘孔，降低倒虹吸過水能力，導(dǎo)致上游渠道水位抬升。清污機(jī)由于自身的結(jié)構(gòu)和雜草附著在柵條上形成的阻水面，嚴(yán)重的束縛閘孔的過流量。進(jìn)口閘單孔過流量與水位統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 進(jìn)口閘單孔過流量與水位統(tǒng)計(jì)(出口閘門全開)

測算：閘門單孔凈寬5 m，當(dāng)Q=23.26 m3/s時(shí)，清污機(jī)后的水深h=1.36 m，可得流速v=3.42 m/s。此時(shí)清污機(jī)前水深為2.86 m，阻水高度達(dá)2.86-1.36=1.5 m。如果深井水位達(dá)到一期最高值576.23 m，那么清污機(jī)前水位就要達(dá)到577.8 m以上，也就是渠道水深要達(dá)到4.68 m(渠道渠深4.4 m)。

高程備注：沉砂池底板571.27 m，閘底板573.12 m，深井底板558 m，深井最小淹沒水位563.5 m，一期最高水位576.23 m(深井水深18.23 m)，二期最高水位576.96 m(深井水深18.96 m)。

下面就以今年明渠最高水位2.2 m為例來計(jì)算清污機(jī)阻水面積：

耙 齒：軸0.125×5×*2個(gè)=1.25m2。

齒 46個(gè)×0.008×0.18×2組=0.132 m2。

工字鋼：0.23×5=1.15 m2。

角 鋼：0.055×5=0.275 m2。

槽 鋼：0.19×5×2個(gè)=1.9 m2。

鏈 軌：0.09×2×2個(gè)=0.36 m2。

柵 條：47個(gè)×0.008×2=0.752 m2。

鏈 軸：2個(gè)×0.02×0.31=0.0124 m2。

三角體：4個(gè)×0.1×0.05=0.02 m2。

合計(jì)：5.852 m2(實(shí)際測得數(shù)據(jù))。

清污機(jī)2.2 m以下結(jié)構(gòu)阻水面積約5.852 m2，如果假設(shè)掛在柵條上的雜物的擋水面積約0.148 m2，那總擋水面積為6 m2，約占2.2 m以下單孔過水凈面積的55%，嚴(yán)重阻礙水流通過。

2 清污機(jī)改造

2.1 一期改造

不改變結(jié)構(gòu)，調(diào)整運(yùn)行方式。在通水初期小流量運(yùn)行、渠道雜草較多時(shí)使用清污機(jī)；后期雜草較少、流量加大時(shí)拉起清污機(jī)，解決阻水問題。這樣可增大過流斷面，確保深井水位基本不變的情況下，減少閘前雍水，通過試驗(yàn)重新校核明渠開始雍水時(shí)倒虹吸最大過水能力。

將清污機(jī)底部整體吊起，清污機(jī)底部凈孔高度為2.48 m(實(shí)際測得數(shù)據(jù))，過水凈孔斷面為S=12.4 m2，閘孔斷面增加67.7 %。完全可以滿足深井水深達(dá)到一期最高水位576.23 m時(shí)對(duì)閘孔過流面積(15.6 m2)的要求，而閘前不雍水。

一期清污機(jī)改造方案：①在每孔檢修閘槽設(shè)置固定卷揚(yáng)機(jī)1 臺(tái)；②在每孔檢修閘槽設(shè)置保險(xiǎn)鏈2條；③在每孔清污機(jī)底攔柵焊接吊耳2個(gè)。結(jié)構(gòu)詳見圖1。

圖1 吊起清污機(jī)剖面圖1∶1 清污機(jī)剖面圖1∶1

2.2 二期改造

二期清污機(jī)改造方案：①清污機(jī)整體抬高40 cm，將支角移位；②清污機(jī)柵條延長0.44 m；③在每孔檢修閘槽設(shè)置固定卷揚(yáng)機(jī)1 臺(tái)；④在每孔檢修閘槽設(shè)置保險(xiǎn)鏈2條。

目前，僅進(jìn)行了一期改造，通過2 a通水運(yùn)行期的檢驗(yàn)，改造后的清污機(jī)基本解決了前期存在的3個(gè)主要問題：①集中時(shí)段進(jìn)行清污解決了清污機(jī)耙齒不能有效清理掛在柵條上的雜草，導(dǎo)致阻水面積加大，從而使清污機(jī)超載運(yùn)行，最終結(jié)果是剪斷銷斷裂、鏈條變形脫軌的安全隱患，大大提高了安全通水保障率；②污物較少時(shí)吊起清污機(jī)，消除了清污機(jī)前后因阻水形成的水位差，加大了進(jìn)口過流斷面，避免了上游渠道水位抬升，增大了進(jìn)口過流能力；③為運(yùn)管人員減少了工作量，解決了運(yùn)行期間清污機(jī)需24 h值班的問題。

3 結(jié) 語

通過清污機(jī)一期改造及通水的實(shí)踐檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的情況很好，達(dá)到了預(yù)期的目的，希望對(duì)設(shè)有清污機(jī)工程的運(yùn)行管理方面提供一些參考。

[1]張尹耀,譚林,魏銳，等.南水北調(diào)中線工程七里河倒虹吸導(dǎo)流設(shè)計(jì)及施工[J].水利水電技術(shù),2013,44(05):25-26.

1007-7596(2014)12-0143-02

2014-04-12

弋昭媛(1981-)，女，陜西西安人，助理工程師，研究方向?yàn)檫\(yùn)行管理。

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