低水头径流式小水电站外置式拦污栅的优势及设计方法

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1、低水头径流式小水电站外置式拦污栅的优势及设计方法-工程设计低水头径流式小水电站（以下简称电站）的站址一般处于某个流域的中下游河段，站址以上集雨面积大，流经人类聚居点多，这些河段的河水往往具有流量大、垃圾多的特点。每当雨季来时，河流的中上游，都有大量的垃圾被冲入河中，随河水流走，给中下游的电站的正常运行造成严重的威胁。据了解，大部分的电站都遭遇过垃圾带来的麻烦。垃圾的影响一般来自于两种情况：一种是大块的垃圾，如枯木、树根等，这样的垃圾撞击拦污栅，轻则使栅条变形，重则撞破拦污栅，威胁机组的安全，这种垃圾很难清除，若不及时清除会影响电站出力；另一种是成片的漂浮垃圾，由

2、于种种原因，河面漂浮垃圾容易集中连成片，当大片的漂浮垃圾进入电站流道时，在水流的推动下紧紧附着在拦污栅上，在短短的几秒钟内，拦污栅的过流能力迅速降低，需要紧急停机清污，严重的会损坏机组或电气控制设备。对于这个问题，目前最为有效的解决办法是把拦污栅移出电站外，设于进水渠口，这样就能扩大拦污栅面积，降低过栅流速，消除垃圾的不利影响。下面对外置式拦污栅的特点、设计方法及优点等进行详细的论述。一、电站拦污栅的布置特点电站拦污栅布置一般有2种方式：一种是内置式，拦污栅就布置在电站厂房前部，栅墩属于厂房的一部分，拦污栅一般设一个倾角，后面是机组检修闸门；另一种是外置式，拦污

3、栅布置在电站进水渠口，离开厂房有一定的距离，栅墩是独立于厂房的砼结构，与厂房砼结构没有联系，栅叶立面布置一般设75°倾角，拦污栅底坎与拦砂坎结合设计，以降低土建投资。内置式的布置特点是：每台机组具有独立的拦污栅，栅面积小，深度大，过栅流速较大，一般达到1.5m/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。二、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

4、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。1、过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

5、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，改变拦污栅总长，都可以调整过栅流速的大小。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

6、，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。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

7、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。3、栅座抗倾稳定系数K的计算。栅座抗倾稳定系数K，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/m2，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/m2，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

8、使得抗倾稳定成了栅座是否