水電站進水口攔污柵清污機改造設計

黃能聰

摘? 要：水電站進水口攔污柵柵前常有污物堆積造成攔污柵堵塞，柵體前后形成較大的水位差，影響發電機組的出力和經濟效益，常在攔污柵前設置反抓式懸吊清污機用于攔污柵柵前清污，但由于清污機抓斗張合控制工作方式的限制導致清污效果不佳。本文結合雍口電站進水口清污機技術改造，論述將反抓式懸吊清污機清污爪的鋼絲繩傳動控制改造為液壓傳動控制從而提高清污機清污效率的方法和要點。

關鍵詞：反抓式懸吊清污機;技術改造;液壓傳動

一、工程概述

雍口電站位于福建尤溪下游，于1998年投產。常有大量樹枝、雜物、生活垃圾從上游流入壩區，積聚在進水口攔污柵柵前造成攔污柵堵塞，影響機組出力和大壩安全，故于2006年在進水口攔污柵前增設一臺反抓式懸吊清污機用于攔污柵柵前清污，清污機由上機架、下機架和清污爪組成。

二、存在問題

雍口電站進水口攔污柵清污機為反抓式懸吊清污機，清污機通過鋼絲繩牽引下爪、上爪自重下落實現清污爪閉合操作，通過鋼絲繩牽引上爪、下爪自重下落實現清污爪張開操作。此清污爪張合控制方式存在閉合力矩不足、無自保持易受外力影響改變自身狀態的問題，導致清污機清污能力有限、效率低下。

三、改造思路及預期效果

清污機存在的問題均由清污爪通過鋼絲繩傳動控制張合的方式引起，對清污機清污爪張合控制方式進行改造，提高清污機的清污能力和清污效率。

利用液壓系統壓力大、保壓能力強的特點，將原清污機清污爪張合控制方式由鋼絲繩傳動控制改造為液壓控制張合，不僅能增大清污爪閉合力矩，還能有效保持清污爪狀態不受外力影響而改變狀態。

四、改造方案設計

1.清污機液壓系統工作原理

進行清污爪張合操作時，油泵電機通電運轉帶動同軸液壓油泵轉動，產生壓力油儲存于液壓油缸中，同時油路上的三位四通電磁換向閥對應電磁閥動作，可控制液壓油送油、回油方向，液壓油作用于液壓推桿內活塞桿使其移動，并通過傳動機構作用于清污機抓斗，從而實現抓斗張合。

圖1 液壓油系統工作原理示意圖

2.液壓系統主要元件布置及功能

（1）組合式液壓站

組合式液壓站是液壓控制系統的動力源，安裝于下機架平臺。組合式液壓站將油泵電機、齒輪油泵、油箱、壓油缸等部件組合安裝于一體，可節省現場空間，減少人工維護量。

進行清污機張合操作時，油泵電機得電運行帶動油泵旋轉，泵從油箱中吸油后打油，將機械能轉化為液壓油的壓力能，為清污爪張合動作提供動力。

（2）液壓閥組

液壓閥組安裝于組合式液壓站進出口處，由一個三位四通M型電磁換向閥和一個可調溢流閥組成。

三位四通M型電磁換向閥有三個工作位，自然狀態下處在中間截止位，進行清污機張合操作時，不同電磁閥動作，可切換閥塊工作位而改變油路方向，從而實現清污爪張合;可調溢流閥可通過調節旋鈕調整油路過油量從而控制液壓油壓力，當液壓油壓力大于溢流閥調整值時，多余的液壓油會經溢流閥流回油箱，保證液壓系統的安全工作。

（3）液壓推桿

液壓推桿是液壓系統的執行器，為防止清污爪容積受到影響，兩個液壓推桿分別裝設在清污機抓斗兩側。

單個液壓推桿的最大力矩為8t，通過連接桿分別與清污爪上、下爪臂連接，液壓推桿有上下油腔，通過電磁換向閥改變液壓油進出油方向，使液壓推桿一側油腔進油、另一側油腔回油以控制液壓推桿內活塞桿上下移動，活塞桿通過傳動機構帶動上下爪臂完成相應動作從而實現清污爪張合。

（4）高壓油管及卷管裝置

高壓油管用于組合式液壓站和液壓推桿之間傳輸液壓油，因組合式液壓站設置于下機架、液壓推桿裝于清污爪兩側需下到水下25米處，故設置兩根30米長的高壓油管用于送油和回油。

為保證高壓油管隨清污爪升降正常收放，在下機架平臺兩側各設置一個卷管盤用于油管收納。卷管盤可實現收放油管的同時不影響液壓油的傳輸;在卷管盤的旋轉軸一端上裝設同步電機組（含電機、渦輪減速機、偶合器）作為動力源帶動其轉動，清污機抓斗上升時，電機運行通過減速機帶動卷管盤旋轉，將油管卷入盤中;抓斗下降時，電機不動作，油管由清污爪通過細鋼絲繩牽引下放。

同步發電機組中渦輪減速機具有減速、增大轉矩的功能，通過一定減速比得到同步轉速，實現油管與清污爪的同步上升;偶合器可優化電機起動性能，也可在油管卡阻時防止電機過載。

3.電氣控制回路設置

（1）油泵電機控制

油泵電機為單向運轉，進行清污爪張合操作時運轉帶動油泵旋轉產生壓力油，因此需確認好油泵正常運行方向時的電源相序（正序），將清污機清污爪張合控制接觸器上端以正相序并聯接入電源，下端同相序并聯接至油泵電機，即可實現進行清污爪張合操作時，油泵電機均可以正常運行。

（2）電磁換向閥控制

電磁換向閥不同電磁閥動作可改變油路方向，最終實現清污爪張、合操作。分別將清污爪張、合控制接觸器的動合觸點（常開觸點）與對應的電磁閥線圈串聯，即在進行清污爪張合操作時，對應電磁閥動作，油路按正確方向導通。

（3）卷管盤同步電機控制

同步電機在清污爪上升時運轉帶動卷管盤旋轉對油管進行同步收納，故新增一個交流接觸器用于同步電機控制，接觸器線圈控制回路與清污爪上升控制接觸器的動合觸點串聯，即清污機上升時，該接觸器線圈同時得電、主回路接通，同步電機動作。

五、結語

反抓式電動懸吊清污機因其工作方式局限性導致清污效果不佳，雍口電站清污機改造后有效增大其清污爪閉合力矩、爪臂狀態自保持能力，在小范圍改造的情況下提高清污機性能、提升清污效率，對裝有該種形式清污機的水電站具有借鑒意義。