水电站拦污栅的常见结构形式探讨

李兴彩

摘 要：拦污栅由边框、横隔板和栅条构成，支承在混凝土墩墙上，能够阻拦水流中的断木、浮冰等各种垃圾，拦污栅的工作能力将会影响到水电站的安全运行及经济效益，例如水流中的枯木、水草、浮冰及各种生活垃圾，将这些污物阻挡在水电站之外可以很好的保护闸门、阀门、机组等水电站设备不会被损害，为水电站的安全运行做好基础。

关键词：过栅流速；拦污栅；水电站

中图分类号：TV732 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）18-0047-02

1 拦污栅的布置

拦污栅在立面上有垂直置放和倾斜置放。垂直置放可以缩短进水口建筑物的长度，减少建筑物的投资，平面上采用折线、曲线、多边形布置的一般采用垂直置放；对于位于深水之下的进水口，其拦污栅受冰冻和污物堵塞的机会相对较少，一般不要求机械清污，其拦污栅一般垂直置放。高度不是太大的进水口的拦污栅，可采用倾斜置放，拦污栅倾斜置放较垂直置放扩大了栅面，因而降低了流速，减少了水头损失，并可提高清污机的清污效果。

引水道进口根据在水面下的位置分为深式和浅式。深式进水口位于水面深处使其较浅式的进水口受天气影响小，拦污栅遭受冰冻及污物堵塞的概率也较小。两种进水口的拦污栅都设置在闸门及插板的上游，只有极少的情况下会将拦污栅布置在插板或闸门的下游，不过这会增加堵塞的几率。深式进水口在布置拦污栅时常常将拦污栅与插板置于同一个闸槽中。拦污栅设置通常在进水口检修闸门和工作闸门的上游。有时也可将拦污栅设置在工作闸门和检修闸门之间，这时因受空间尺寸限制，拦污栅一般只能垂直置放，这种布置拦污栅可在孔口内检修。由于拦污栅和检修闸门不同时使用，为布置紧凑，有的进水口两者共用一个闸槽，这种布置形式虽节省了一道栅槽，但也增大了检修闸门的尺寸，其操作也不方便。在污物较多而又不便于设置机械清污的进水口，可设置两道拦污栅，以便于轮换提出水面清除污物。在污物特别严重的大中型电站中，可将进水口布置成连通式或分段连通式。当某孔拦污栅被污物局部堵塞时，其他孔口可向该孔口补充水流，以保证机组的正常运行。

综合来说，影响拦污栅布置的因素有以下几点：进水口的形式、位置及水下深度；水电站的规模、等级。管道的流量大小；当地气候条件，冬季水库水位的变动情况；水流所挟污物性质、大小、数量；水轮机、闸门的性质、尺寸、数量；允许的过栅流速；清污方法及更换方法；制造条件；鱼类问题。很多实际的情况都反应了拦污栅布置的重要性，布置不当，就会导致经济损失及管理运行的麻烦。

2 拦污栅的结构

拦污栅的基本结构是由直立的栅条联结组成栅面，栅面四周有角钢或槽钢。栅条通常为钢制的，使用矩形或流线型的建筑鋼。有时根据拦污栅的工作强度，为了提高应力、使用年限及防锈性能，会选择低合金钢。拦污栅通常有直线、曲线、折线等多种形式平面形式。浅式进水口常采用直线型的拦污栅。深式进水口为了降低过栅流速获得更大的过水面积，常使用半圆形或多边形拦污栅。图1给出了常见的直立式直线型拦污栅。

拦污栅通常可以做成活动的或者固定的，活动式的拦污栅可以在闸槽内上下活动，在清污时工作方便。固定式拦污栅是用地脚螺栓将栅叶固定在栅槽内或将栅面用螺栓固定在污工部分，但固定式拦污栅检修和清污困难，在清污工作时需要使用除污凿耙清除污物，出现事故也不易处理，因此，拦污栅宜做成活动式的，以便提出孔口来维修、更换。当然在布置进水口的位置时，尽量利用天然条件避免污物的威胁，考虑污物的性质数量、水流的性质等等，以减轻拦污栅的工作强度。

栅条的连接方式分为螺栓连接及焊接。螺栓连接在栅条间设置直径为5/8或3/4吋的圆杆，中心间距保持在3吋，在栅条间套有间隔套管，以保持栅条间距的稳定。圆杆两端制螺纹，可以旋螺帽。在近些年的发展中，大多数的拦污栅选择焊接的连接方式。焊接具有制造简单的优势，焊接将开了槽口的横向肋片与垂直的栅条焊接，焊接可以将垂直的栅条以多种的角度的摆放，从而方便与水流方向保持一致。从栅条上游面到横向圆杆或横向肋片的最小距离为1.5吋，这样方便定期清污中凿耙的工作。

栅条的间距一般与以下几个因素有关：水流所挟污物的大小，栅条间距过大会通过有害尺寸的污物，影响拦污效果，过小会导致拦污栅的堵塞；机组、闸门、管道等最狭处的间隙尺寸，水轮机压力管进水口的拦污栅的栅条净距根据厂家提供的资料参考设计；为防止鱼类进入水电站，栅条的净距应小，一般在5/8～1吋，或者使用网筛。

3 拦污栅的设计

拦污栅在设计最重要的是过栅流速及水头损失两个参数。在决定过栅流速时，如果过栅流速大时，相应水头损失也大，清污工作困难，若水头损失对水电站的发电量造成影响，则会降低经济效益，不过，栅面积大，拦污栅的成本降低。

过栅的水头损失可以根据O.Kirsechmer公式计算：

式中，hw为过栅水头损失（呎）；S为栅条厚度（吋）；b为栅条间净距（吋）；v为栅前行进流速（呎/秒）；α为栅面与水平面所成夹角；β为栅条形状系数；g为重力加速度。如图2所示。

表1给出了栅条的形状系数。

水电站的浅式进水口如果为人工清污，过栅流速应限制在2.5呎/秒以下，如果使用机械清污，则过栅流速可增大到5呎/秒，总体上流速不应过高，负责会对清污操作造成困难。

水电站深式进水口一般很少清污，可以采用较高的过栅流速。从水头损失与水电站经济的角度考虑，一般控制在2～3呎/秒，偶尔也有10～12呎/秒也使水电站运行较好的实例。

4 结语

拦污栅在维护水电站的正常工作中起了重要作用，拦污栅的布置根据水电站的进水口位置可采用不同的布置方式。拦污栅可根据需要倾斜放置或者直立放置。根据实际需要设置拦污栅的过栅流速及净距。

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