水工建筑物攔污柵設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

水工建筑物攔污柵設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)摘要取水輸水建筑物中，攔污柵是不可缺少的設(shè)備。在泵站、水電站和船閘輸水廊道的進(jìn)水口一般設(shè)置攔污柵，用以攔阻水流中所挾帶的污物，使污物不易流入引水道內(nèi)，以保護(hù)機(jī)組、閘門、閥及管道不受損害，保證機(jī)組等設(shè)備、結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行。關(guān)鍵詞水工建筑物；攔污柵；設(shè)計(jì)；關(guān)鍵技術(shù)0引言攔污柵的布置得當(dāng)與否，對(duì)建筑物和攔污柵自身的安全運(yùn)行是非常重要的。如果布置不妥當(dāng)，會(huì)在經(jīng)濟(jì)上、運(yùn)行管理上造成很大的損失和不便。布置和設(shè)計(jì)攔污柵時(shí)，應(yīng)盡可能地利用水流流向及地形等有利條件，盡量避免污物進(jìn)入進(jìn)水口，以減輕對(duì)攔污柵的威脅；要求過柵水流平順，水頭損失??；此外，應(yīng)考慮清污方便，便于安裝、檢修及更換。在寒冷地區(qū)，必要時(shí)應(yīng)采取有效措施，以防止攔污柵結(jié)冰或被冰屑堵塞。攔污柵宜設(shè)置清污平臺(tái)。對(duì)于污物嚴(yán)重的河流，在做樞紐整體模型試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)對(duì)攔污柵進(jìn)行定性觀測(cè)和試驗(yàn)。1水工建筑物攔污柵的布置形式1）攔污柵的布置形式：根據(jù)河流中污物的性質(zhì)、數(shù)量以及對(duì)清污的要求等來確定，在污物較少的地區(qū)，可設(shè)置一道攔污柵，在污物較多的地區(qū)，宜考慮排污設(shè)施，并宜考慮設(shè)兩道攔污柵或采用連通式布置，此外尚應(yīng)設(shè)置有效的清污及卸污設(shè)施。攔污柵在平面上的布置形狀有直線、折線、曲線、多邊形布置等形式。當(dāng)污物不多而進(jìn)水口過流面積足夠大時(shí)，一般采用直線布置；當(dāng)污物較多，進(jìn)水口為了獲得較大的過水面積和降低過柵流速，可采用折線、曲線布置；當(dāng)進(jìn)水口為伸入水庫中的塔式結(jié)構(gòu)時(shí)，攔污柵則沿塔身周圍布置，在平面上呈多邊形。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(jìn)水口建筑物的長(zhǎng)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(duì)于位于深水之下的進(jìn)水口，其攔污柵受冰凍和污物堵塞的機(jī)會(huì)相對(duì)較少，一般不要求機(jī)械清污，其攔污柵一般垂直置放。高度不是太大的進(jìn)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(kuò)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(jī)的清污效果；2）攔污柵設(shè)置：在進(jìn)水口檢修閘門和工作閘門的上游。有時(shí)也可將攔污柵設(shè)置在工作閘門和檢修閘門之間，這時(shí)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(shí)使用，為布置緊湊，有的進(jìn)水口兩者共用一個(gè)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(shè)置機(jī)械清污的進(jìn)水口，可設(shè)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(yán)重的大中型電站中，可將進(jìn)水口布置成連通式或分段連通式。當(dāng)某孔攔污柵被污物局部堵塞時(shí)，其他孔口可向該孔口補(bǔ)充水流，以保證機(jī)組的正常運(yùn)行。攔污柵可做成固定的或活動(dòng)的。固定式攔污柵是用地腳螺栓將柵葉固定在柵槽內(nèi)，但固定式攔污柵檢修和清污困難，出現(xiàn)事故也不易處理，因此，攔污柵宜做成活動(dòng)式的，以便提出孔口來維修、更換；3）攔污柵結(jié)構(gòu)布置：攔污柵包括柵葉和柵槽埋件兩部分。柵葉是由柵面和支承框架構(gòu)成，柵面是數(shù)塊柵片連接排列而成，柵片由平行置放的金屬柵條連接而成，連接的方式有螺栓連接和焊接兩種。螺栓連接的攔污柵，是一種柵片和柵條均可拆卸和更換的攔污柵，其柵片是用長(zhǎng)螺栓將平行置放的柵條貫穿于一起。為了保持柵條間距，在柵條間設(shè)置等距的間隔環(huán)，長(zhǎng)螺栓兩端用螺帽旋緊。柵片用U形螺栓固定在支承框架上。焊接連接的攔污柵是不可拆卸的焊接結(jié)構(gòu)，其柵條與肋板焊接在一起構(gòu)成柵片，柵片上的柵條則直接焊在支承框架上，形成了柵面。這種結(jié)構(gòu)形式的攔污柵不僅可以加強(qiáng)攔污柵的整體剛度，同時(shí)也簡(jiǎn)化了制造攔污柵的工藝流程，在工程實(shí)踐中較常用。柵條一般用扁鋼制成，其截面常為矩形，有時(shí)為了減小水頭損失，可采用流線形截面。對(duì)于矩形截面的柵條，其高度不宜大于12倍厚度，也不宜小于50mm；柵條的側(cè)向支承間距不宜大于70倍柵條厚度。有清污要求的攔污柵，應(yīng)滿足耙齒進(jìn)入柵面的要求。攔污柵支承框架的結(jié)構(gòu)與平面閘門一樣，由主梁、邊梁、縱向聯(lián)結(jié)系和支承等組成，但構(gòu)件較輕。當(dāng)主梁高度較大時(shí)，為了增加攔污柵的橫向剛度，可在主梁之間加設(shè)橫向聯(lián)系構(gòu)件。對(duì)于高度大的攔污柵，為了便于安裝及運(yùn)輸，可以分節(jié)設(shè)置，分節(jié)的高度一般在3.5m以下。節(jié)與節(jié)之間的連接可在邊梁腹板上用連接板和軸相連，并應(yīng)考慮起吊攔污柵時(shí)的鎖定裝置小起吊設(shè)備的容量，節(jié)與節(jié)之間可不設(shè)連接裝置，但起吊設(shè)備應(yīng)配置自動(dòng)掛脫梁，如果攔污柵有機(jī)械清污的要求，節(jié)與節(jié)之間應(yīng)設(shè)導(dǎo)向定位裝置，使得節(jié)間柵條對(duì)齊，以免卡阻清污機(jī)的清污耙?？蚣艿闹髁号c邊梁應(yīng)等高布置，主梁的間距應(yīng)按等荷載要求確定，并應(yīng)考慮柵條的強(qiáng)度與穩(wěn)定。主梁的形式應(yīng)根據(jù)跨度及荷載而采用軋成梁、組合梁或桁架。當(dāng)主梁跨度較小時(shí)采用軋成梁，對(duì)于中等跨度的攔污柵一般采用工字形組合梁，對(duì)于跨度較大的攔污柵可以采用桁架式主梁。桁架式梁多用平行弦桁架，節(jié)間數(shù)目為偶數(shù)，跨中對(duì)稱，桁架高度一般為桁架跨度的1/7?1/8。為減少水頭損失，主梁可采用流線形輪廓。攔污柵的支承一般采用滑動(dòng)支承，當(dāng)要求在一定水頭下動(dòng)水提柵時(shí)，為了減少啟閉力，也可采用輪式支承。拱形攔污柵的柵面結(jié)構(gòu)與普通攔污柵相同，其支承框架采用拱形結(jié)構(gòu)。3水工建筑物攔污柵的水頭損失及流速設(shè)計(jì)技術(shù)1）水頭損失：水流通過攔污柵，入口水流或多或少都有撞擊損失，過流斷面也有一個(gè)收縮和擴(kuò)散的過程，由此產(chǎn)生的水頭損失，與流速、柵條的形狀及水流方向等有關(guān)；2）攔污柵的過柵流速：當(dāng)引用流量一定時(shí)，攔污柵孔口尺寸決定過柵流速。水流速度大，水頭損失也大，清污較困難，但攔污柵孔口尺寸可減小，造價(jià)可降低。相反，水流速度小，攔污柵孔口尺寸將增大，則造價(jià)提高。對(duì)于泵站、水電站進(jìn)水口的攔污柵，其過柵流速可參考：采用人工清污時(shí)，宜取0.6m/s?0.8m/s；采用機(jī)械清污時(shí)宜取0.8m/s?1.0m/s；不考慮清污時(shí)宜取0.5m/s。對(duì)于高水頭壩后式水電站，攔污柵一般布置在水下較深處，通常沒有水下清污要求，與低水頭電站相比，其過柵水頭損失在總水頭中所占比例較小，因而可適當(dāng)選用較高的過柵流速。4水工建筑物攔污柵的設(shè)計(jì)1）攔污柵柵條間距：攔污柵柵條間距不宜過大，過大則會(huì)通過有害污物，起不到保護(hù)機(jī)組的作用；也不宜過小，過小則易于堵塞，加大水頭損失。因此柵條的間距應(yīng)根據(jù)水泵、水輪機(jī)的形式及轉(zhuǎn)輪直徑以及污物性質(zhì)、數(shù)量等選擇最大允許值。攔污柵柵條間距一般大于50mm，小于200mm。一般大型混流式和軸流式水輪機(jī)的導(dǎo)葉間隙較大，較大的污物可以通過；而小型的，尤其是沖擊式水輪機(jī)，只有細(xì)小的污物才能穿行。泵站進(jìn)水口的攔污柵柵條間距：對(duì)于軸流泵，可取D/20；對(duì)于混流泵和離心泵，可取D/30；2）攔污柵的結(jié)構(gòu)計(jì)算：作用在攔污柵上的荷載包括：作用在柵面上的水壓力，流水及原木對(duì)柵面的撞擊力，機(jī)械清污機(jī)具作用在柵面上的附加荷載，以及攔污柵的自重等。攔污柵設(shè)計(jì)荷載主要決定于柵面的水壓差。在正常工作狀態(tài)下，作用在攔污柵上的荷載是水流通過攔污柵時(shí)所形成的上下游水位差，其數(shù)值常為幾厘米至幾十厘米。如果存在污物，則壓差將增加。當(dāng)攔污柵被污物和冰凍完全封堵時(shí)，攔污柵將承受單方向的全部水頭。這在電站運(yùn)行上及攔污柵受力上是不允許的。所以必須采取有效的清污及防凍措施，來保證攔污柵不被完全封堵。引水發(fā)電系統(tǒng)的攔污柵的設(shè)計(jì)荷載，應(yīng)按柵面局部堵塞考慮，設(shè)計(jì)水位差一般采用2m?4m。對(duì)于河床式和引水式電站的攔污柵，一般可選取較大的水頭差；高水頭壩后式電站的攔污柵，則可選取較小的壓差。5結(jié)論工程實(shí)踐為水工建筑物攔污柵的設(shè)計(jì)在現(xiàn)代設(shè)備及材料和現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用方面提供了難能可貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。作為具有現(xiàn)代知