倒虹吸清污机的运行方式

2014-09-05弋昭媛

黑龙江水利科技 2014年12期

关键词：阻水通水明渠

弋昭媛

(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，乌鲁木齐 830001)

倒虹吸清污机的运行方式

弋昭媛

(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，乌鲁木齐 830001)

文章将以某供水工程倒虹吸进口安装的清污机在通水运行期间的实际运行情况为例，通过对清污机运行方式的改变，影响进口闸门的过流能力及提高安全供水系数，希望对设有清污机的工程的运行提供参考依据。

清污机；倒虹吸；运行方式；改造

随着大规模的引水调水工程的兴建，输水流量大、过水断面大、管身长、落差大的大型倒虹吸不断出现。在该工程中的倒虹吸全长11 km，最大工作静水压力1.6 MPa，最大水头损失28.6 m，单管引用流量为17.5 m3/s。工程采用了预应力钢筒混凝土管道(PCCP管)与钢管组方案，平行双线布置。内水压力<1.4 MPa以下采用PCCP管，单线管长为7385.27 m，内径为2.8 m；内水压力>1.4 MPa以上采用钢管，单管管长为3 181 m内径为2.7 m。倒虹吸首部连接戈壁明渠。尾部连接沙漠明渠，经过9 a的运行，总结了一套较完整的倒虹吸运行经验，本文仅针对倒虹吸进口安装的清污机在实际通水运行过程中的运行方式进行了一些尝试和试验，具有较好的借鉴意义。

倒虹吸工程于2005年竣工试通水，管道按一期一步设计铺设两条管道，进出口建筑物按一期二步一次建成。进口布置节制闸3孔，每孔闸前配备一台回转式清污机，运行期为5—9月份，清除的主要垃圾是沿线长距离明渠中的杂草(风的影响)、牛羊等动物及人为垃圾，其中5月份清污量较大，最多时可达每天约5 t；后4个月清污量很少。清污机底栅是固定式的，耙齿无法清除，拦污后形成阻水面抬高了明渠水位，影响了倒虹吸过水能力。于是在2008年将清污机底栅割去，缓解了明渠水位和倒虹吸过水流量的矛盾。

但在近几年的运行中发现，体积较大的垃圾可以被耙齿卷上，但小型垃圾挂在栅条上，很难被耙齿清除，必须人工清理，即危险又增加工作量。为能够进一步研究和提高倒虹吸过水能力，减少人员和设施的安全隐患，尝试在不改变清污机结构和功能的情况下，按照工程环境气候、清污的特点和时段，改变原有的运行方式。通水初期集中清污；流量加大或不需清污时抬起清污机，增大闸孔过流断面，再次校核倒虹吸的过水能力，为今后的设计和工程建设提供参考数据。

1 清污机存在的问题

1.1 维修抢险难度大、损失严重

清污机的构造决定了耙齿不能有效清理挂在栅条上的杂草，导致阻水面积加大，从而使清污机超载运行，最终结果是剪断销断裂、链条变形脱轨，如果不及时抢修后果不堪设想。运行期如果出现类似故障，就不能在水中进行维修作业，必须采取停水或退水措施[1]。这样就会造成巨大的经济损失，对上下游渠道的安全运行也很不利。

1.2 严重阻碍渠道来流顺利通过闸孔

严重阻碍渠道来流顺利通过闸孔，降低倒虹吸过水能力，导致上游渠道水位抬升。清污机由于自身的结构和杂草附着在栅条上形成的阻水面，严重的束缚闸孔的过流量。进口闸单孔过流量与水位统计见表1。

表1 进口闸单孔过流量与水位统计(出口闸门全开)

测算：闸门单孔净宽5 m，当Q=23.26 m3/s时，清污机后的水深h=1.36 m，可得流速v=3.42 m/s。此时清污机前水深为2.86 m，阻水高度达2.86-1.36=1.5 m。如果深井水位达到一期最高值576.23 m，那么清污机前水位就要达到577.8 m以上，也就是渠道水深要达到4.68 m(渠道渠深4.4 m)。

高程备注：沉砂池底板571.27 m，闸底板573.12 m，深井底板558 m，深井最小淹没水位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为例来计算清污机阻水面积：

耙齿：轴0.125×5×*2个=1.25m2。

齿 46个×0.008×0.18×2组=0.132 m2。

工字钢：0.23×5=1.15 m2。

角钢：0.055×5=0.275 m2。

槽钢：0.19×5×2个=1.9 m2。

链轨：0.09×2×2个=0.36 m2。

栅条：47个×0.008×2=0.752 m2。

链轴：2个×0.02×0.31=0.0124 m2。

三角体：4个×0.1×0.05=0.02 m2。

合计：5.852 m2(实际测得数据)。

清污机2.2 m以下结构阻水面积约5.852 m2，如果假设挂在栅条上的杂物的挡水面积约0.148 m2，那总挡水面积为6 m2，约占2.2 m以下单孔过水净面积的55%，严重阻碍水流通过。

2 清污机改造

2.1 一期改造

不改变结构，调整运行方式。在通水初期小流量运行、渠道杂草较多时使用清污机；后期杂草较少、流量加大时拉起清污机，解决阻水问题。这样可增大过流断面，确保深井水位基本不变的情况下，减少闸前雍水，通过试验重新校核明渠开始雍水时倒虹吸最大过水能力。

将清污机底部整体吊起，清污机底部净孔高度为2.48 m(实际测得数据)，过水净孔断面为S=12.4 m2，闸孔断面增加67.7 %。完全可以满足深井水深达到一期最高水位576.23 m时对闸孔过流面积(15.6 m2)的要求，而闸前不雍水。

一期清污机改造方案：①在每孔检修闸槽设置固定卷扬机1 台；②在每孔检修闸槽设置保险链2条；③在每孔清污机底拦栅焊接吊耳2个。结构详见图1。

图1 吊起清污机剖面图1∶1 清污机剖面图1∶1

2.2 二期改造

二期清污机改造方案：①清污机整体抬高40 cm，将支角移位；②清污机栅条延长0.44 m；③在每孔检修闸槽设置固定卷扬机1 台；④在每孔检修闸槽设置保险链2条。

目前，仅进行了一期改造，通过2 a通水运行期的检验，改造后的清污机基本解决了前期存在的3个主要问题：①集中时段进行清污解决了清污机耙齿不能有效清理挂在栅条上的杂草，导致阻水面积加大，从而使清污机超载运行，最终结果是剪断销断裂、链条变形脱轨的安全隐患，大大提高了安全通水保障率；②污物较少时吊起清污机，消除了清污机前后因阻水形成的水位差，加大了进口过流断面，避免了上游渠道水位抬升，增大了进口过流能力；③为运管人员减少了工作量，解决了运行期间清污机需24 h值班的问题。