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    水利枢纽工程中关于拦污栅的选用的探讨

    资料分类:土木工程毕业设计 - 土木工程毕业论文 | 发布形式:资料共享 | 更新时间:2017-08-04 显示全部楼层

      在对水闸、船闸等主要枢纽进行设计之后,还需要对枢纽的运行进行后期考虑。由于水闸在挡水和泄水或船闸等运行时,水流都会掺杂着许多污物,使闸门等枢纽建筑遭受损害,尤其是对一些设备的损害,导致枢纽运行后期需要对一些设备和建筑物进行检修。因此,需要采取一定的截污措施,避免不必要的损害。
      在枢纽的取水输水建筑物中,设置拦污栅,可有效地将污物拦截。现对拦污栅的结构、拦污栅的布置、拦污栅的清污进行讨论。

      一、拦污栅结构
      拦污栅包括栅叶和栅槽埋件两部分。栅叶是由栅面和支承框架构成,栅面是数块栅片连接排列而成,栅片由平行置放金属栅条连接而成,连接的方式有螺栓连接和焊接两种。
      螺栓连接的拦污栅,是一种栅片和栅条均可拆卸和更换的拦污栅,其栅片是用长螺栓将平行置放的栅条贯穿于一起。为了保持栅条间距,在栅条间设置等距的间隔环,长螺栓梁端用螺帽旋紧。栅片用U形螺栓固定在支承框架上。
      焊接连接的拦污栅是不可拆卸的焊接结构,其栅条与肋板焊接在一起构成栅片,栅片上的栅条则直接焊在支承框架上,形成了栅面。这种结构形式的拦污栅不仅可以加强拦污栅的整体刚度,同时也简化了制造拦污栅的工艺流程。
      栅条一般用扁钢制成,其截面常为矩形,有时为了减小水头损失,可采用流线型截面。对于矩形截面的栅条,其高度不宜大于12倍厚度,也不宜小于50mm;栅条的侧向支承间距不宜大于70倍栅条厚度。有清污要求的拦污栅,应满足耙齿进入栅面的要求。
      拦污栅支承框架的结构与平面闸门一样,由主梁、边梁、纵梁向连接系和支承等组成,但构件较轻。当主梁高度较大时,为了增加拦污栅的横向刚度,可在主梁之间加设横向联系构件。对于高度的拦污栅,为了便于安装及运输,可以分节设置,分节的高度在3.5m以下。节与节之间的连接可在边梁腹板上用连接板和轴连接,并应考虑起吊拦污栅时的锁定装置;为减小起吊设备的容量,节与节之间可不设连接装置,但起吊设备应配置自动挂脱梁,如果拦污栅有机械清污的要求,节与节之间应设导向定位装置,使得节间栅条对齐,以免卡阻清污机的清污耙。
      框架的主梁与边梁等高布置,主梁的间距应按等荷载要求确定,并应考虑栅条的强度与稳定。主梁的形式应更具跨度及荷载而采用轧成梁、组合梁或桁架。当主梁跨度较小时采用轧成梁,对于中等跨度的拦污栅一般采用工字型组合梁,对于跨度较大的拦污栅可以采用桁架式主梁。桁架式梁多用平行弦桁架,节间数目为偶数,跨中对称,桁架高度一般为桁架跨度的1/7。为减少水头损失,主梁可采用连线形轮廓。
      拦污栅的支承一般采用滑动支承,当要求在一定水头下动水提栅时,为了减少启闭力,也可采用轮式支承。
      拱形拦污栅的栅面结构与普通拦污栅相同,其支承框架采用拱形结构。
      拦污栅槽埋件由主轨、反轨、侧轨和护角等构成,其结构形式及作用与平面闸门类似,但不需设置止水座板。

      二、拦污栅的布置
      1、影响因素
      拦污栅的布置是否合适,对建筑物和拦污栅自身的安全运行是非常重要的。如果布置不妥当,会在经济上、运行管理上造成很大的损失和不便。
      影响拦污栅布置的主要因素有:
      (1)工程的大小、建筑物的等级及引水方式。
      (2)进水口的形式、用途、位置及其在水下的深度。
      (3)管道的引用流量及允许过栅流速。
      (4)水流所挟污物的性质、大小及数量、机组、闸门或阀的类型尺寸等。
      (5)当地气候条件及水库水位的变化情况。
      (6)清污方式。
      根据这些拦污栅布置的主要因素,在布置和设计拦污栅时,应尽可能地利用水流流向及地形等有利条件,尽量避免污物进入进水口,以减轻对拦污栅的威胁;要求过删水流平顺,水头损失小;此外,应考虑清污方便,便于安装、检修及更换。拦污栅最好设置清污平台。
      2、布置形式
      拦污栅的布置形式多种多样,但是主体上应根据河流中污物的性质、数量以及对清污的要求等来确定,在污物较少的地区,可设置一道拦污栅,在污物较多的地区,宜考虑排污设施,并宜考虑设两到拦污栅或采用连通式布置,此外尚应设置有效地清污及泄污设施。
      拦污栅在平面上的布置形状有直线、折线、曲线、多边形布置等形式。当污物不多而进水口过流面积足够大时,一般采用直线布置;当污物较多,进水口为了获得较大的过水面积和降低过删流速,可采用折线、曲线布置。
      拦污栅在立面上游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。
      拦污栅一般设置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。
      在污物较多而又不方便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赌塞时,其他孔口可向该孔口补充水流,以保证机组的正常运行。
      拦污栅可做成固定的或活动的。固定式拦污栅是用地脚螺栓将扇叶固定在栅槽内,但固定式拦污栅检修和清污困难,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。

      三、拦污栅的清污
      设置拦污栅后,污物容易积聚在拦污栅前,造成拦污栅被堵塞,增加了水头损失,甚至压垮拦污栅,影响建筑物及设备的安全。为防止污物堵塞拦污栅,一般需要考虑清污措施。
      (一)清污方式
      拦污栅的清污方式主要有人工清污、提栅清污和机械清污。
      1、人工清污
      一般栅前水位较浅,过栅流速不太大的小型工程的拦污栅,由人工使用齿耙直接在拦污栅上将污物捞起或用竹筏、木船下到栅前清理污物。但在大中型工程中,由于没有有效地清污设备,也采用人工清污。当水深大于5m,污物数量较多时,水面清污有困难,有的电站派潜水员潜入栅前清理污物。
      缺点:人工清污劳动强度大,工作条件差,特别是水下工作情况复杂,清理出来的污物十分有限。另外人工清污通常需要停机操作,很不经济。
      2、提栅清污
      有时,在进水口处会设置前后两道垂直拦污栅。第一道是经常工作的主栅,第二道是经常放置在平台上的副栅,当主栅需要提出来清污是,副栅下水工作后,主栅提升至平台清污,由人工清除污物时,副栅下水工作后,主栅提升至平台清污,由人工清除污物后再下水,然后提升副栅至平台清污,如此完成一次清污过程。为使栅叶提出水面时污物不易掉落,沿拦污栅高度设一至数道悬臂长度为200至400mm的集污钩。由于拦污栅是在动水中提升和降落,所以拦污栅可设置悬臂式或简支式主轮。
      设置两道拦污栅可不停机清污,清污效果良好。但也有不足之处,当污物来量大时,清污频繁,工人劳动强度大。
      3、机械清污
      机械清污是使用清污机将污物从栅面捞起来。它适用于不同种类的污物,效率高,能节省大量的劳动力并降低工人的劳动强度,改善劳动条件,尤其能在动水情况下工作,是人工清污无法比拟的。
      清污机的形式主要有耙斗式、悬吊式、回转式。
      (1)、耙斗式清污机。
      耙斗式清污机是在机架横向移动时,耙斗停靠在机架的导向斜板上。清污时耙斗为张开状态,在起升机构的牵引下沿着拦污栅的斜面下行,至污物聚集处,起升机构停止,开合机构启动,闭合耙斗抓取污物;抓取污物后耙斗在起升机构的牵引下上行至清污平台高程以上;待机构起升停止后,机架横向移动至清污平台;开合机构起动,张开清污耙,污物从耙斗中卸出,滑落到集污箱中。这样组成了清污机的一个清污循环。
      清污机一般由机架、传动装置、行走机构、耙斗组成。传动装置安装在机架上,机架由行走机构驱动,沿平行拦污栅宽度方向的轨道移动。传动装置包括起升机构和开合机构。机架有门式、三角式或台车加混凝土排架式。耙斗可以是斗状和齿耙状,由活动部分和固定部分组成,活动部分在开合机构的控制下张开和闭合,整个耙斗可依靠自重沿着拦污栅的斜面上下行走,有的工程还在拦污栅上设置耙斗导向装置。
      拦污栅倾斜布置时可依靠自重沿着拦污栅的斜面上下行走。受整机总重和轨矩的限制,倾覆力矩不能过大,爬斗的宽度和容积不可能太大。为增加耙斗的工作效率,开合机构有时选用液压装置。这类清污机清污能力和效率较高,但因此有机架和轨道,设备造价较高,适用于孔口数量多、宽度较大的工程。
      (2)悬吊式清污机。
      悬吊式清污机工作原理与耙斗式清污机相同。
      悬吊式清污机一般由传动装置、行走小车和耙斗等组成。传动装置包括起升机构和开合机构。行走小车悬吊在拦污栅上方的工字梁轨道上。通常传动装置和行走小车的行走机构采用电动葫芦改装而成。耙斗为斗状的,一般在拦污栅和栅槽上设置耙斗导向装置。
      悬吊式清污机可用于拦污栅垂直和倾斜两种布置方式的孔口。如果拦污栅倾斜布置,其顶部需要设置引导架,以利于清污机进入孔口,但清污机抓取污物后脱离拦污栅引导架的瞬间有个震动,污物容易重新掉落在拦污栅前。如果拦污栅垂直布置,为保证清污机与拦污栅的接触,必须在拦污栅和栅槽上设置清污机的导向轨道,所以耙斗一般与孔口等宽,但受启闭力的限制,耙斗的宽度和容积也不能太大。这类清污机清污能力和效率一般,需要增加一个混凝土排架,总的造价相对较低,适用于孔口数量少、宽度较小的工程。
      (3)回转式清污机。
      回转式清污机是把清污机和拦污栅结合在一起,有回转栅式和回转耙式两种。在平台以上的布置有支承架,支承架上一般设置有刮污装置,驱动装置安装在支承架上,两侧设置有链轮,在孔口宽度两边的支承架设置带滚轮的传动链条,在拦污栅底部设置导向轮,链条绕在链轮和导向轮上,可回转的短片状栅条或齿耙固定在链条上,栅条带有固定的耙齿。
      回转式清污机工作原理:驱动装置驱动链轮旋转,链轮带动链条绕导向轮回转,使得栅条或齿耙沿拦污栅框架作回转运动,这样停靠在清污机前面的污物被栅条或耙上的固定的耙齿钩挂住,并随耙齿上行至平台,利用污物的自重和刮污装置的作用,污物掉落在平台上。回转式清污机把拦污栅和清污机合二为一,可垂直布置和倾斜布置。回转栅式的结构自重大,需要的传动装置庞大、较少采用。常用的是回转耙式,链条一般采用不锈钢或氮化钢。这类清污机整体布置简洁美观,自动化程度高。缺点之一是造价高,尤其是在孔口数量多及孔口数量多及孔口尺寸大时,更是如此;缺点之二是检修困难,孔口高度不大的可整体翻转至水面以上检修,孔口高度大地可设检修闸门,抽干水后检修;缺点之三是耙齿较短,不能清理体积较大的污物。
      这样在对拦污栅的结构、布置、清污进行讨论之后,就可以根据枢纽的具体情况设置适当的拦污栅。
      拦污栅的选用,虽然会有一定的一次性投入,但是对于其产生的潜在效益是不可忽视的。

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    土木工程毕业论文

    编号 52S80503710

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