浅谈小水电站外置式拦污栅的优势及设计方法

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1、浅谈小水电站外置式拦污栅的优势及设计方法【摘要】一些低水头小水电站，因垃圾来量集中或单块垃圾重量太大，而威胁拦污栅的过流能力和安全，影响电站机组的正常运行。采用外置式拦污栅，能够经济有效地解决这个问题。　　【关键词】小水电站；外置式拦污栅；优势；设计方法　　Smallhydropoeloallhydropoountofuchjunkorasingleblock,aloperationofpo.　　【Keyallhydropo/s以上，且流速分布不均匀，靠近流道口处的过栅流速更大，清污困难。　　外置式的布置特点是：所有的机组共

2、用一道拦污栅，拦污栅总面积大，深度小，过栅流速较小，一般在0.8m/s以下，尤其是电站不满发时，过栅流速更小，且流速分布较为均匀，清污方便容易。　　2.外置式拦污栅的设计方法　　外置式拦污栅的设计由两部分组成——栅座及栅叶设计，由于拦污栅所受的荷载不大，故栅叶的强度设计易满足要求，但要做到结构简单、运行安全、经济实用的设计目的也不易。带来困难的不是计算方法，而是一些计算参数的确定，这些参数直接影响拦污栅的经济及安全性，这些参数是过栅流速、设计水头及栅座抗倾安全系数K。下面就这几个重要参数的计算和取值进行计算分析。　　2.1过

3、栅流速的计算及确定。　　过栅流速是指水流在拦污栅内的流速，用公式表达为：V=Q/A，Q——通过拦污栅的流量，A——水面以下的拦污栅面积，需要扣除拦污栅的主次梁框架面积（可按孔口的15%计算），但栅片的面积不扣除。过栅流速太大，则水头损失较大，漂浮物的冲击力也比较大；过栅流速太小，水头损失很小，但栅面积就较大，造价较高。　　笔者通过对设计过程中理论上的不同流速的经济比较，及建成后实际运行效果比较，认为过栅流速V=0.6~0.8m/s较为合适。通过调整拦污栅的底坎高程，改变拦污栅高度，或调整拦污栅平面轴线与电站进水方向的夹角，改

4、变拦污栅总长，都可以调整过栅流速的大小。　　2.2拦污栅设计水头的选择。　　拦污栅设计水头是指电站满发，拦污栅正常工作时，拦污栅前后可能出现的最大的水位差。这个参数目前没有可靠的计算方法，它是随时都会变化的，与水位、流量及栅上的垃圾附着量等多种因素有关。一些设计手册认为拦污栅的设计水头取2~4m较合适，但目前不少低水头电站，设计水头在5m以下，最低的只有2m多，故拦污栅设计水头取2~4m，显然太高了，据此设计的拦污栅造价必然很高，故应该具体问题具体分析。　　笔者认为根据过栅水深及河流垃圾情况，来确定拦污栅的设计水头较为合理。

5、据实际经验，低水头电站过栅流速的拦污栅设计水头取0.5~0.8m已足够了。通过计算可以知道：当拦污栅实际水头达0.5m时，在此水头作用下的过栅流速为2.3m，在过流量不变的前提下，此时拦污栅被堵的面积约2/3。而这种情况在实际运行时是不会出现的，原因是：河面垃圾是以漂浮物为主，当过栅流速较小时，拦污栅前垃圾会积成片，上部是堵住了，但中下部是畅通的。故选择拦污栅设计水头时，过栅水深大、垃圾多的取大值，过栅水深小、垃圾少的取小值，垃圾多少可大致按电站上游流域面积来判断。　　2.3栅座抗倾稳定系数K的计算。　　栅座抗倾稳定系数K，

6、是栅座的抵抗转动弯矩MG与转动弯矩MF的比值，即K=MG/MF，是衡量栅座抗倾稳定性的参数。栅座承受的荷载来自于拦污栅，拦污栅的主要的荷载是动水压力，这是一个均布的面积力，其大小为p=γh，γ是水容重，大小为9.8KN/m2，h是拦污栅的设计水头，按上面的分析进行选择。代入h计算可以知道，拦污栅的荷载并不大，只有5~8KN/m2，故栅座的结构强度和抗滑稳定性容易满足要求。正是由于荷载小，栅座的结构尺寸比较小，这使得抗倾稳定成了栅座是否安全的控制条件。实际设计中要考虑到计算误差和不可预见的不利因素，要求达到K≥2，同时，为

7、了保证栅座结构的经济性，K值也不宜取太大，以K<3为好。　　K值计算中要注意的两个易出错的地方：一是转动中心的确定，计算假设基础承载力是足够的，故当栅座发生转动时，一定是绕着底板下游立面最低点转动的，这点就是弯矩计算的转动中心点；二是计算结构自重时，水下部分结构要用浮容重计算。注意了这些易出错的地方，K值就计算准确了。　　3.外置式拦污栅的优点　　3.1对垃圾适应性强　　拦污栅外置后，它的面积大幅度增加，过栅流速大幅度降低，这增强了对不规则垃圾的适应性。故外置拦污栅能较好地消除成片垃圾，或大块的垃圾对电站正常运行的影响，提高

8、了拦污效果。　　当漂浮的成片垃圾随水来时，会在水面以下约1m深的范围内被拦污栅挡住，漂浮垃圾一般不会被吸入水下，拦污栅的中下部还是畅通无阻，但过栅流速及水头损失均有所增加，拦污栅过流能力能满足要求，电站发电出力有所下降，但不致于停机清污。而当上吨重的大块垃圾冲向拦污栅时，由于物体的动能与速