工业滤水器，手动工业滤水器水电站机组技术供水系统堵塞问题分析 

      工业滤水器，手动工业滤水器水电站机组技术供水系统堵塞问题分析。水电站机组技术供水方式为蜗壳取水的自流减压供水。由于发电用水中含有较多的垃圾物，电站存在技术供水系统工业滤水器易堵塞的问题。先后对电站全部4台机组实施了解决工业滤水器易堵塞问题的技术改造。改造后，工业滤水器没有发生过堵塞情况，改造取得了令人满意的效果，彻底解决了长时间困扰电站的工业滤水器易堵塞问题。改造方案为，在机组技术供水系统的蜗壳取水口处安装门设计的取水口拦污罩取代原有的网状拦污栅。该改造方案具有改造费用低、易于实施、改造效果好的特点，可以推广应用于类似水电站，有较高的实用价值。
1机组技术供水系统介绍
     水电站，电站装机容量4×40MW，于2010年投产发电。水电站为引水式电站，水库调节类型为日调节。水电站的水轮机额定流量32.5m3/s，额定水头136.5m，大水头152.3m，小水头132.7m。
     机组技术供水方式为蜗壳取水的自流减压供水(见图1)。4台机组的技术供水为单元供水方式，无其他备用供水方式。机组技术供水取水口位于水轮机进水蝶阀后端和蜗壳前端的压力钢管上，该段压力钢管直径为2.4m。技术供水取水管的规格为。219mm×6mm，机组技术供水的理论流量约为300m3/h。
2技术供水系统工业滤水器，手动工业滤水器易堵塞的问题
     水电站水库库容小且水中的木头、塑料袋等垃圾物较多，加之发电引水隧洞进水口的结构问题，造成了大量的垃圾物集中附着在进水口拦污栅下段(拦污栅由上、中、下3段组成)，这些垃圾物终会淤积到几乎堵塞整个下段拦污栅，由于拦污栅前的进水口在水下，水流正好正面冲击淤堵的下段拦污栅，这样就造成了下段拦污栅的局部栅条受压扭曲变形甚至形成孔洞，一些尺寸较大的木头等垃圾物会因此进入发电引水隧洞。发电用水中含有较多的垃圾物导致了水电站机组技术供水系统工业滤水器存在易堵塞的问题。
图1水电站机组技术供水系统简图
     2017年12月至2018年4月，电站4台机组相继完成检修，在此检修期间对每台机组工业滤水器都进行过彻底的清理。但是，自2018年2月开始，完成检修不久的工业滤水器发生了堵塞情况，工业滤水器，手动工业滤水器后端压力降至约0.3MPa，工业滤水器，手动工业滤水器排污系统(有上排污和下排污)已不能解决堵塞问题，只有停止机组运行进行工业滤水器人工清污。至2018年底，4台机组的工业滤水器均发生过堵塞情况，其中堵塞次数多的2号机组工业滤水器，共堵塞和清理了4次。清理工业滤水器时发现，工业滤水器内的5个小滤筒均被木块、塑料瓶、塑料包装袋和塑料膜等垃圾物塞满。工业滤水器前端管路上的手动蝶阀经常被垃圾物堵塞导致该阀门不能关闭。工业滤水器堵塞严重时还导致一些小片的塑料膜等垃圾物进入机组轴承冷却器和空气冷却器，每年机组检修时都要拆解空气冷却器进行清污。
     水电站机组技术供水系统工业滤水器易堵塞造成机组被迫停机(进行工业滤水器拆解清污)和检修工作量增多。该问题困扰电站检修和运行人员多年，长时间内都没有合适的解决办法。
3解决工业滤水器，手动工业滤水器易堵塞问题的技术改造方案
     水电站工业滤水器易堵塞问题曾经是水电站难于解决的棘手问题。电站检修人员以前考虑过采取2种解决方案:
     ①将工业滤水器更换为排污效果更好的工业滤水器;
     ②将技术供水方式改造为密闭循环冷却水供水方式。这2种方案一直没有实施是因为前者存在着不能彻底解决所有的堵塞问题;后者存在着增加供水水泵后设备和管路布置困难并且改造费用高的问题。
     2019年3月，作者提出了解决工业滤水器易堵塞问题的构想，要从根本上解决问题，就要从两点着手:
     ①尽量减少垃圾物从水库进入电站发电引水隧洞;
     ②尽量减少垃圾物从压力钢管进入技术供水取水管。
相应采取的措施为:
     ①加强对电站发电引水隧洞进水口拦污栅的检修，对破损的拦污栅条及时修补。拦污栅前淤积的垃圾物过多时要及时清除。
     ②对技术供水系统蜗壳取水口拦污栅进行改造，用门设计的拦污栅取代原有的拦污栅，以减少垃圾物进入蜗壳取水口。其中，蜗壳拦污栅的改造是解决工业滤水器堵塞问题的关键。
     电站原先的技术供水系统蜗壳取水口拦污栅是用钢筋焊接制成的半球形网状拦污栅。电站投运后，水中漂浮物会缠绕在拦污栅的钢筋栅条上堵塞拦污栅，堵塞严重时因压差太大导致拦污栅的钢筋栅条被压断。改造之前，因钢筋制作的拦污栅被压断已有3台机组的拦污栅被割除并取消了蜗壳取水口拦污栅。
     本次的技术改造，就是要设计制作并安装一种自身不易被堵塞且能够明显减少水中漂浮物进入蜗壳取水口的拦污栅。经过作者的设计，终确定的拦污栅由壳体结构的拦污罩和4根扁钢制成的导流格栅组成(见图2，3)。
     拦污罩的作用:当木块、塑料瓶等坚硬漂浮物随水流接近蜗壳取水口时，因与拦污罩发生撞击而脱离取水口;当塑料膜等柔软的漂浮物接近蜗壳取水口时，会在拦污罩下游的漩涡中漂离蜗壳取水口。
     导流格栅的作用:降低漩涡强度、稳定水流(不起拦污的作用)。蜗壳取水口拦污罩的外形设计需要考虑拦污罩附近的流场分布情况，与拦污罩制作和安装有关的几何参数中主要有2个:拦污罩进水断面面积、拦污罩进水断面与发电水流之间的夹角。水电站安装的拦污罩，其进水断面面积为取水钢管进水断面面积的1.8倍;拦污罩进水断面与发电水流之间夹角为50°。水电站蜗壳取水口拦污罩制作安装的几何参数是根据设计者个人经验确定的，设计时要根据电站的具体情况考虑水力学因素，力求使拦污罩外形满足以下要求:既能使木块等硬物撞击拦污罩脱离取水口，又能使塑料膜等柔软的漂浮物在拦污罩下游侧的漩涡中漂离取水口。
4蜗壳取水口拦污栅改造的实施
     安装蜗壳取水口拦污罩需要满足2个适用条件:
     ①为了防止加装拦污罩后影响到水轮机稳定运行，拦污罩造成的压力钢管总过流断面面积的减少量要小，建议不超过1.5%;
     ②压力钢管内壁焊拦污罩不应造成压力钢管受力结构显著降低。
     为水电站设计的拦污罩造成的压力钢管总过流断面减少量为0.95%，可以认为不会影响到水轮机稳定运行。水电站蜗壳取水口段的压力钢管用厚30mm的16MnR钢板制造，在压力钢管外壁环绕取水钢管还焊有圆环形的加强板，分析后认为焊接蜗壳取水口拦污罩不会显著降低压力钢管的受力情况。
     水电站蜗壳取水口拦污栅改造分2个阶段实施:2019年汛前，对3，4号机组技术供水取水口拦污栅进行改造;2010年汛前，对1，2号机组技术供水取水口拦污栅进行改造。在2019年的汛期，对改造的机组和未改造的机组进行运行对比，用实际运行情况验证改造效果。
     改造工作的具体操作步骤为:进行计算和图纸绘制;按照图纸对无缝钢管进行放样、切割和打磨，制成拦污罩;将拦污罩焊接在压力钢管内壁的蜗壳取水口上方;焊接拦污栅条;打磨拦污罩与压力钢管间的焊缝至平顺过渡;刷防锈漆。
     安装蜗壳取水口拦污罩时的注意事项:拦污罩焊接前要打磨好焊接坡口;控制好焊接质量，用直径3.2mm焊条多层焊接，降低焊接电流以减小压力钢管的热影响区，严禁出现咬边的焊接缺陷;位于拦污罩外侧的焊缝终需要打磨至平顺过渡以使水流顺畅。
5蜗壳取水口拦污栅改造后的效果
     2019年汛后，实施了蜗壳取水口拦污栅改造的3，4号机组与未进行改造的1，2号机组的运行情况对比:1，2号机组工业滤水器，手动工业滤水器堵塞均超过2次;3，4号机组没有发生过工业滤水器堵塞情况，也没有发生过工业滤水器后端压力明显降低情况。
     在2010年和2011年的汛期，进入电站发电引水系统的垃圾物仍然较多，多次发生过因水中有尺寸较大的木头引起水轮机剪断销剪断的设备故障。尽管发电用水中垃圾物很多，经过改造的4台机组的技术供水工业滤水器一直没有发生过堵塞情况，并且在检修时打开工业滤水器没有明显的垃圾物积存。
     自改造以来近3a的运行情况可以确认，水电站通过加装门设计的蜗壳取水口拦污罩可以彻底解决工业滤水器易堵塞问题，并且不会影响到水轮机的稳定运行，改造取得了理想的效果。虽然加装蜗壳取水口拦污罩能够使绝大部分的垃圾物不能进入蜗壳取水口，但是不可避免地会有一些小片的塑料膜等进入蜗壳取水口，尤其是在机组开停机过程期间，由于拦污罩下游侧没有形成合适的漩涡，一些垃圾物会被吸入蜗壳取水口。因此，需要保持工业滤水器自动定期排污功能以排除少量的垃圾物。
     通过对机组技术供水系统的蜗壳取水口拦污栅进行技术改造，解决了水电站工业滤水器，手动工业滤水器易堵塞的问题，即用门设计的蜗壳取水口拦污罩取代传统的蜗壳取水口拦污栅，更有效地阻挡水中漂浮物进入技术供水系统管路和工业滤水器，改造非常成功，能够彻底解决水电站工业滤水器易堵塞的问题。该技术改造方案具有改造费用低、改造效果好和易于实施的优点。此项技术具有很强的实用性和很好的推广使用价值，可以推广应用于类似情况的电站。