虞曉峰

(杭州經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)江堤河道監(jiān)管中心,浙江 杭州 310000)

1 問題的提出

下沙排澇站工程位于杭州經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)2 850河與錢塘江交匯處,是目前下沙開發(fā)區(qū)內(nèi)最大的排澇水利工程。排澇站分閘站和泵站2部分,閘站設(shè)4孔,凈寬28 m,最大排澇流量290 m3/s;泵站配有6臺1 400ZDB-135+2型立式潛水軸流泵,最大排澇流量40 m3/s。工程于2008年 5月通過完工驗收投入試運行,該工程的建成投入運行,使杭州經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)的排澇標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到20 a一遇標(biāo)準(zhǔn)。

下沙排澇站投入試運行至今,累計開閘排水748孔時、開泵排水452臺時,共計排澇3 600萬m3,極大的降低了下沙地區(qū)河道的防洪排澇壓力。尤其在2008年梅汛的持續(xù)強降雨和2009年的 “莫拉克”臺風(fēng)等特殊災(zāi)害性天氣過程中,通過下沙排澇站的及時有效的運行,較大的緩解了洪澇對河道帶來的壓力,確保了下沙開發(fā)區(qū)不發(fā)生內(nèi)澇,保證了人民生命財產(chǎn)的安全。但在泵站試運行過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題:例如作為水泵的配套設(shè)備——清污機,滿足不了實際運行要求,大型污物運轉(zhuǎn)不上岸,造成河面垃圾堵塞于水泵進水口,降低了水泵的運行效率,確保不了水泵安全運行。

2 現(xiàn)有清污機基本情況

(1)清污機共計6臺,上下游各裝3臺。用于清除在水泵運行中河道較大型污物,污物種類較復(fù)雜,多為生活垃圾,樹枝,水草等,甚至于舊家俱、死豬等大型污物。

(2)清污機設(shè)計尺寸3.1 m×5.5 m-75°(洞口尺寸寬為3.2 m,垂直高度為5.5m),柵體采用鋼板組焊框架結(jié)構(gòu),清污齒耙和支撐管間隔布置。

(3)清污機柵體采用腹式梁結(jié)構(gòu),邊梁為10 mm鋼板,橫梁為10號槽鋼,由節(jié)距為100 mm板式滾子鏈(尼龍輪)帶動齒耙(φ 60不銹鋼管及4鋼板組焊)繞柵體回轉(zhuǎn)清除附著在柵體上的污物。

(4)傳動系統(tǒng):動力為3.0 kW擺線針輪減速機,減速比1/319。齒耙牽引為不銹鋼套筒滾子鏈,節(jié)距100,滾子材質(zhì)尼龍。主軸為滾動軸承支撐,軸承座與軸承為組合件。

3 清污機存在的部分問題分析

(1)清污機底部無固定攔污柵,在長時間的運轉(zhuǎn)中底部有淤泥沉積,清污齒耙不能通過,使清污機不能正常工作。

(2)軸承支撐:強度較小,清污機工作時出現(xiàn)軸承座斷裂問題。

(3)清污齒耙設(shè)計剛度不足,耙齒強度不夠,耙齒管直徑小、數(shù)量少,長度和密度不夠。由于河道垃圾組成復(fù)雜,在暴雨期間,污物量驟然加大的情況下,單道齒耙剛度不足引起齒耙局部變形,造成回轉(zhuǎn)鏈條脫軌,引起故障。

(4)清污機的導(dǎo)軌下端采用的是導(dǎo)向輪,在污物多的情況下,很容易卡輪,鏈條不能正常運行,造成負(fù)載過載,使清污機不能正常運轉(zhuǎn)工作。

(5)牽引鏈條:牽引鏈條在突發(fā)大污物量的工況下,結(jié)構(gòu)較輕,鏈板薄,滾子小,強度低,易脫軌和斷開。其安全系數(shù)低。

(6)整機輸出效率低:由于結(jié)構(gòu)有些問題,牽引鏈條磨擦力大,造成清污效率低,甚至空車運轉(zhuǎn)時也存在因過載安全銷斷裂現(xiàn)象。

(7)清污機整體剛度和強度不夠,抗過載能力差,多處部位容易出現(xiàn)故障,導(dǎo)致清污機不能正常運轉(zhuǎn)。材質(zhì)防腐有問題,電機缺少安全蓋。

(8)皮帶輸送機寬度和兩側(cè)擋板高度不夠,垃圾容易翻出皮帶輸送機。

(9)皮帶輸送機材質(zhì)的防腐有問題,輸出功率是否太小需驗證。

(10)清污機和輸送機現(xiàn)地控制柜材質(zhì)防腐和強度不夠。

4 改造原則

充分利用原清污機和皮帶輸送機等設(shè)備,解決原清污機存在的底部易淤死、清污能力運轉(zhuǎn)不足、結(jié)構(gòu)剛度不夠、原材質(zhì)防腐不到位等問題,最后達(dá)到安全可靠、滿足實際運行的目的。

5 針對性的設(shè)備改造方案

5.1 清污機

將所有設(shè)備與固定基礎(chǔ)分離后,運到改造加工車間,對原主柵體進行除銹防腐繼續(xù)使用,對傳動系統(tǒng)進行改造、替換并增加部分附加設(shè)施。

(1)在原柵體的基礎(chǔ)上,將清污機回轉(zhuǎn)部分上移1 m,避免底部沙泥淤積對齒耙回轉(zhuǎn)造成影響,上提齒耙回轉(zhuǎn)高度,下段設(shè)置固定攔污柵。

(2)在下端齒耙轉(zhuǎn)向時,去除原有的導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu),使用圓弧軌道,使清污結(jié)構(gòu)更合理。

(3)采取加強齒耙剛度方法,用φ 89×8無縫鋼管(20#)代替原設(shè)計。耙齒加厚加長,耙齒板材厚8 mm,耙齒長度20 cm,耙齒間距6 cm,齒耙數(shù)量加密到1.5 m一道。

83×5不銹鋼無縫管與89×8無縫管齒耙性能對比如表1。

表1 83×5不銹鋼無縫管與89×8無縫管齒耙性能對比表 (長度2.8 m計算)

(4)將原節(jié)距為100 mm的牽引鏈條改換為滾子直徑60 mm、節(jié)距125 mm、鏈板厚5 mm的全不銹鋼板式滾子鏈條。

(5)更換牽引鏈輪,更改鏈條導(dǎo)軌以適應(yīng)新鏈條。

(6)將傳動系統(tǒng),包括主軸、軸承支架、軸承座、張緊裝置等全部更換配套產(chǎn)品,滿足改造后運行要求,以保障傳動精度,提高輸出效率。

(7)改造機械過載保護裝置,在傳動鏈輪中設(shè)安全銷,在過載情況下瞬間切斷動力輸出,預(yù)防傳動件被破壞。

(8)將減速機上移,加固電機座板、清污機頂端側(cè)板,加設(shè)電機防水罩,使清污機機頭強度提高,同時實現(xiàn)無障礙回轉(zhuǎn)。

5.2 皮帶輸送機

以舊換新,原皮帶輸送機無法滿足使用要求,全部進行更換。①皮帶輸送機的機架在廠內(nèi)進行除銹防腐處理。②加高皮帶輸送機兩側(cè)擋板的高度,滿足改造后清污機的清污強度和實際垃圾在皮帶上堆放和輸送要求,防止過多的垃圾溢出擋料槽。

5.2.1 原皮帶機寬度論證

原皮帶機寬度過窄無法滿足要求,進行論證。

原皮帶機帶寬:0.5 m

輸送物料:漂浮物及懸浮物,γ≤1.0 t/m3,動堆積角ρ≈20°(查表16);

設(shè)計輸送能力:Q≥90 m3/h;(單臺清污機設(shè)計清污能力≥30 m3/h)

從以上計算可知,原皮帶機帶寬0.5 m不能滿足要求,理論上要達(dá)到設(shè)計輸送量并有一定裕度,皮帶機帶寬至少大于0.53 m,因此選擇更換為帶寬650 mm皮帶機代替原設(shè)備。

5.2.2 清污機和皮帶輸送機現(xiàn)地控制柜

清污機和皮帶輸送機現(xiàn)地控制柜柜體更換成不銹鋼材質(zhì),相關(guān)電氣元器件更新,重新安裝調(diào)試運行。

由TD75帶式輸送機選型手冊可知

查表17,斷面系數(shù)K=320;

查表18,傾角系數(shù)C=1.0;

查表19,ξ=1.0。

將以上各數(shù)值代入計算公式,得:B=

6 設(shè)備的結(jié)構(gòu)改造工藝

(1)現(xiàn)場拆除全部設(shè)備,運至車間改造。

(2)重新加工牽引鏈輪;牽引鏈條,節(jié)距T125,鏈板厚5 mm,滾子直徑60 mm。主軸承支架,軸承座和張緊裝置;清污機齒耙。

(3)將清污機底部柵體進行改造,以適應(yīng)改造后的專用傳動系統(tǒng)安裝需求。

(4)將原傳動系統(tǒng)拆除,更換為專用傳動裝置。

(5)固定減速機安裝在機座上,并與傳動裝置聯(lián)接。

(6)廠內(nèi)調(diào)試試運行8 h以上。

(7)調(diào)試后整體進行噴砂除銹,按要求涂漆顏色。

(8)皮帶輸送機按650 mm制作,防腐同清污機,增加擋料槽板。

(9)清污機設(shè)備改造完畢后保證達(dá)到正常的清污效果。

(10)制作安裝自動清污設(shè)備(清污機和輸送機)現(xiàn)地控制柜,并引出電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及故障信號開關(guān)量,調(diào)試滿足操作。

7 設(shè)備的技術(shù)改進和功能增加

7.1 齒耙說明

針對不同種類的污物,配套使用多種混裝齒耙以有效清除積聚在格柵上的不同種類污物。如梳齒加勺型齒耙能清理袋狀物及白色垃圾,針對大型單體污物采用長齒鉤型耙;對于細(xì)小污物采用勺式漏型耙;對于雜草采用梳型耙等,螺母采用不銹鋼六角開槽螺母,防止長期運行過程中,齒耙固定螺母脫落。具體見圖1、圖2所示。

7.2 過載保護裝置說明

回轉(zhuǎn)式清污機設(shè)有機械過載保護裝置。專利清污機專用機械過載保護裝置(專利號ZL 2006 2 0161513.1)是在傳動鏈輪中設(shè)有安全銷,能在過載情況下瞬間切斷動力輸出,預(yù)防傳動件被損壞。機械過載保護裝置結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠準(zhǔn)確、維護方便。

圖1 清理白色垃圾專用梳齒加勺型齒耙圖

圖2 鋸齒形自動定位梳污齒耙圖

7.3 新型設(shè)計減少安全銷更換時間

研制5孔中鏈輪與6孔中鏈輪輪轂,這樣即減輕了傳動系統(tǒng)的重量,又不影響傳動系統(tǒng)的強度,所有孔均為同樣的公差配合,具有良好的互換性,這樣做的好處是大大節(jié)省更換安全銷時間,安全銷斷開后,傳動系統(tǒng)被切斷,多孔過載保護方便調(diào)整、對孔,更換安全銷時間大大縮短,這給防洪防汛期間因設(shè)備過載造成的停機檢修帶來了極大的便利,防洪關(guān)鍵時刻,檢修時間的縮短無疑將給泵站運行帶來很大的效益。

7.4 開、停時間自由設(shè)定

根據(jù)多年的設(shè)備運行經(jīng)驗和實際需求,將清污機控制柜設(shè)有定時開關(guān)機功能。

由于回轉(zhuǎn)式清污機清污效率極高,在正常來污情況下,往往清污機齒耙只需要繞柵體回轉(zhuǎn)2圈,就可清除90%以上的附著在攔污柵上的污物,而繞柵2圈一般只需3～5 min時間,然后設(shè)備基本處于空載運行,而設(shè)備電機一般功率選擇較大,長此以往,設(shè)備磨損、電力空耗,給泵站運行帶來很大的浪費。因此定時開關(guān)機,即節(jié)約了人力,達(dá)到了節(jié)能目的,又能減少因污物過于集中導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障。

通過控制柜內(nèi)增加時間繼電器,清污機可在0～9 h之間自由設(shè)定開停時間,方便根據(jù)水量、污物量等情況及時調(diào)整運行時間,防止污物過于集中導(dǎo)致工作過載;人工控制減少空運行時間,以達(dá)到節(jié)能目的;清污機自動運行狀態(tài),大大節(jié)約人力。

7.5 皮帶輸送機設(shè)有防止污物纏繞托錕的擋板

擋板與膠帶接觸面為優(yōu)質(zhì)橡膠皮,即能保證輸送槽的封閉效果,防止污物撒落,又能保證減少接觸面磨擦損耗,見圖3。固定擋板膠皮用的螺栓全部使用不銹鋼圓頭螺栓,長期使用不會銹蝕,圓頭螺栓也可防止污物纏繞。擋板上邊緣使用30mm不銹鋼無縫管作為護手,圓滑的過渡即防止污物纏繞,又能防止操作者被劃傷。

圖3 皮帶輸送機圖

8 結(jié) 語

下沙排澇站回轉(zhuǎn)式清污機通過以上結(jié)構(gòu)改造和技術(shù)改進,達(dá)到了預(yù)想的效果,改善了機組外觀面貌,加強了設(shè)備的結(jié)構(gòu)強度和運行安全性,大大提高清污能力,節(jié)省了人力。通過此次回轉(zhuǎn)式清污機設(shè)備改造,為泵站機組的穩(wěn)定運行和安全生產(chǎn)帶來強有力的保證。