水电站进水口拦污栅设备安全运行现状分析.docx

机电安装工程

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水电站进水口拦污栅设备安全运行现状分析

●袁久峡张小康/(中国水利水电第三工程局有限公司)

【摘要】拦污栅安全运行方面的故障有其共同的特点：拦污栅的使用年限较同期投入使用的闸门类设备使用年限短且运行故障多，有些拦污栅在投入使用不到1年的时间内就出现栅体严重变形和栅条的大面积脱落；对拦污栅的安全使用和拦污栅对整个电站系统的重要性缺乏足够的认识，以及拦污栅设备在操作管理上的制度缺失等。

【关键词】拦污栅安全状况栅体结构质量控制

1拦污栅设备运行现状

对使用中的拦污栅设备实地调查结果表明，水电站拦污栅的安全使用状况不容忽视，拦污栅设备使用年限短，栅体主框架变形或栅条已发生断裂的设备仍在使用，拦污栅抵御洪汛期的拦污能力低，且部分拦污栅长期存在安全隐患的状况未有大的改变。造成这种状况的原因：一方面是拦污栅设备在水电站中的使用工况条件较闸门类设备有着较大的差异性，承担着阻拦河流漂浮物、半沉木对水电站的安全威胁，在洪汛期间其工况条件十分恶劣；另一方面则在拦污栅的结构设计方面需要深层次的科技力量的投入和拦污栅产品制造质量的提高；其次是对水电站拦污栅设备安全运行重要性缺乏足够的认识，一些新建水电站在初期规划中重工程造价方面的因素多，且认为拦污栅是水电站的辅助设备。由于重视程度的偏颇，使其设计荷载较实际荷载偏小或存在设计强度不足，简化拦污栅前的清污设施或取消清污机设备。

2影响拦污栅安全运行的主要因素

拦污栅在结构上缺乏与水电站所在江河流域抵御水流污物冲击相适应的结构特点。拦污栅设备的主要结构

形式或特点近乎雷同，产品的科技含量低。目前已有个别水电站拦污栅在结构设计上为了降低水流损失和减少拦污栅水阻荷载，或是便于今后对拦污栅设备的维护，进行了小范围的结构改进，但拦污栅设备使用周期短的状况没有发生根本性的改变。

拦污栅的制造质量有待提高，特别是在拦污栅的焊接工序上应注重工序质量的控制。对水电站的事故拦污栅现场观察情况和相关的资料表明，拦污栅主体框架的变形、梁系结合部位的焊缝开裂，以及栅条焊接部位在短期内出现大量裂纹的状况等无不与材料的焊接质量有关。

水电站引水系统的进水口规划布局方面的问题。现运行中的部分水电站将引水系统中进水口的孔口位置设计成面向来流方向，导致漂流污物直接冲击拦污栅而造成拦污栅结构的过早损坏。

拦污栅运行管理和设备安全操作规章制度有待进一步完善。曾有一水电站在落成初期，引水系统设有进水口主拦污栅(工作栅)和副拦污栅(检修栅),将主、副两拦污栅同期放入栅槽充水发电。因紧靠进水口的副拦污栅比在其上游一定距离的主拦污栅的水流状态更为复杂和运行环境更为恶劣，且在第一年的洪汛期内，因无专用的清污设备而直接提起主栅依靠人工打捞的方法来进行污物清理，这一过程中又导致上

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水利水电施工2013·第3期总第138期

游大量堆积的漂浮物、潜移质流过主栅孔后冲撞副拦污栅，造成副拦污栅上已存在疲劳裂纹的栅条出现了多处断裂。

综上所述，拦污栅的栅体结构模式陈旧和拦污栅存在材料、焊接质量方面的问题，是影响拦污栅设备安全运行的主要因素。

3注重拦污栅结构的科技含量和产品质量的提升

技术的应用等各个方面。

拦污栅产品在制造过程中应严格执行工序质量控制程序，从拦污栅设计图纸的审核、制造工艺方案的制定、主材及焊接材料的采购、零件毛坯的下料、主要构件的拼装焊、附件的机械加工、组件的安装、结构件的防腐等，贯穿拦污栅产品制造的各个生产工序，其中拦污栅主要结构件的焊接为关键生产工序。

4拦污栅主要结构件的焊接

就目前对拦污栅结构的失稳和损毁问题的研究成果看，拦污栅在使用中出现的结构破坏与栅体的振动有关。拦污栅的振动破坏分为两种：一是涡激振动，二是共振。其中，涡激振动是拦污栅破坏的主要原因。水流在通过拦污栅时，栅条尾部脱流产生的卡门涡街引起横向激振力，该激振力的频率随流速的增大而增加。当拦污栅表面作用力的频率与拦污栅固有频率一致或接近时，将引起拦污栅的共振，从而导致拦污栅的结构破坏。栅条的自振频率主要取决于栅条的几何尺寸、形状和连接方式。

拦污栅结构形式的确定，应满足所在电站的具体工况条件要求和对栅体结构进行优化设计。使拦污栅设备能够适应水电站的工况条件和使用需求，尽可能地减小拦污栅的水流阻力和提高其抗振性、耐久性能是一项系统工程，涉及流体与振动理论的研究领域和新材料、新

4.1拦污栅主要结构件焊接工艺

拦污栅的主梁、边梁制作焊接：依照拦污栅设计图纸和拦污栅制造相关规范要求，拦污栅结构的主要材质为Q345B,其主梁与边梁均为工字形截面结构，主梁和边梁的结构件作为单个构件制