氣力提升法在水電站淤沙清理中的運(yùn)用

1、    氣力提升法在水電站淤沙清理中的運(yùn)用    熊明俊+付勁松+王保儉摘 要：隨著人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響加劇，河流推移質(zhì)和懸移質(zhì)的泥沙不斷增多，在建或已建的水電站經(jīng)常遇到水庫或尾水渠泥沙淤積的情況。大量的泥沙淤積將導(dǎo)致大壩沖砂閘或尾水渠檢修閘無法正常開啟或關(guān)閉，對(duì)水電站運(yùn)行安全會(huì)帶來嚴(yán)重影響，該文旨在介紹一種已在實(shí)踐中得到成功應(yīng)用的氣力提升法，它是一種安全、快捷、高效淤沙處理方法，建議有條件的工程加以應(yīng)用與推廣。關(guān)鍵詞：水電站 泥沙淤積 氣力提升法 運(yùn)用實(shí)踐：tm62 ：a ：1672-3791（2014）12（c）-0020-02隨著人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影

2、響的不斷加劇，河流推移質(zhì)和懸移質(zhì)的泥沙逐漸增多，在建或已建的各型水電站經(jīng)常遭遇到水庫和尾水渠泥沙淤積的情況。大量的泥沙淤積可導(dǎo)致大壩沖砂閘或尾水渠檢修閘被掩埋，無法正常開啟或關(guān)閉，嚴(yán)重影響水電站的運(yùn)行安全。如何安全、快捷、高效地處理泥沙淤積，保證閘門正常啟閉，成了水電站運(yùn)行和管理的一大難題。筆者從港口和航道疏浚中得到啟發(fā)，將氣力提升法運(yùn)用至水電站泥沙淤積處理上，并取得了成功?，F(xiàn)將該方法的原理和實(shí)踐運(yùn)用情況加以系統(tǒng)的介紹和總結(jié)，希望能在類似問題處理上得到應(yīng)用和推廣。1 氣力提升法原理與主要設(shè)備1.1 氣力提升法原理氣力提升法普遍用于港口和航道疏浚，是利用氣流在管道中高速運(yùn)動(dòng)從而在管口附近產(chǎn)生負(fù)壓

3、，將管口周圍的水體和泥沙吸入吸沙管中，隨之在高速氣流的帶動(dòng)下垂直和水平移動(dòng)，最后在遠(yuǎn)離清淤點(diǎn)的排沙管出口排出，達(dá)到清理淤沙的目的。氣力提升法原理如圖1。1.2 氣力提升法主要設(shè)備氣力提升法清理組成設(shè)備（每套）如下。（1）移動(dòng)式空壓機(jī)：額定功率50 kw以上，風(fēng)壓不小于1.0 mpa，具體配置可根據(jù)清淤量調(diào)整；（2）高壓氣管：內(nèi)徑不小于25 mm鋼絲軟管和末端u型彎頭；（3）吸沙管、彎管和排沙管：采用薄壁鋼管制作，管徑250 mm，壁厚6 mm；（4）浮桶或其它浮運(yùn)結(jié)構(gòu)，用于保持排沙管段浮出水面見圖1；（5）5 t手動(dòng)葫蘆：用于調(diào)整管路高程，保持吸沙管口與沙面近乎接觸；（6）15 kw高壓潛水泵

4、：用于擾動(dòng)淤積時(shí)間長，已經(jīng)板結(jié)的沙層。2 設(shè)備制作安裝、抽沙運(yùn)行與注意事項(xiàng)2.1 設(shè)備制作安裝首先制作吸沙管、彎管和排沙管。吸沙管、彎管和排沙管宜用管徑250 mm、壁厚6 mm薄壁鋼管制作，管壁太厚或管徑太大會(huì)導(dǎo)致整套管路過重，難以在水中提升或水平移動(dòng)；吸沙管加工成長度為11.5 m左右的管節(jié)，以便隨沙面變化處調(diào)整長度；彎管采用同直徑的鋼絲軟管或鋼管，如采用鋼管應(yīng)加工成95°左右彎管，彎管分節(jié)數(shù)5節(jié)，節(jié)數(shù)太少不利于水流和泥沙平順通過，彎管容易磨損。推薦采用鋼絲軟管，便于調(diào)整吸沙管管口高度。排沙管可加工成3 m左右的管節(jié)，排沙管與浮桶或其他浮運(yùn)結(jié)構(gòu)綁扎，保持排沙管露出水面，排沙管水面

5、水平段總長不宜>15 m，否則容易堵管。所有管節(jié)兩端均采用法蘭連接，以便拆卸。吸沙管、彎管和排沙管安裝好后，通過手動(dòng)葫蘆懸掛于上部支架上或直接置于浮桶上，并用手動(dòng)葫蘆調(diào)整整套管路與沙面和水面的距離，保持吸沙管口與沙面近乎接觸。高壓氣管一端與空壓機(jī)出風(fēng)口連接，另一端與制作成u型的彎頭連接，用鋼絲綁扎固定在吸沙管口。u型彎頭應(yīng)伸入吸沙管口內(nèi)約40 cm，為加大風(fēng)管口壓力，可將u型彎管口變徑縮小。2.2 抽沙運(yùn)行整套管路和設(shè)備安裝就位后，啟動(dòng)空壓機(jī)，向吸沙管內(nèi)送入高壓氣流，通過手動(dòng)葫蘆調(diào)整吸沙管口與沙面距離，保證吸沙管口與沙面近乎接觸，控制管口距離沙面5 cm或稍小一些，但管口不能埋入沙面，否

6、則會(huì)導(dǎo)致堵管。高壓氣流推動(dòng)吸沙管內(nèi)水流垂直和水平運(yùn)動(dòng)，在吸沙管口周圍產(chǎn)生負(fù)壓，將淤沙吸入管內(nèi)，隨水流排至預(yù)定地點(diǎn)。在吸沙過程中，由于沙面不斷降低，應(yīng)通過葫蘆或浮桶調(diào)整吸沙管口高程，始終保持吸沙管口與沙面近乎接觸，如沙面降低較多，則需增加吸沙管長度。如泥沙淤積時(shí)間較長或含有較多粘粒，泥沙層可能板結(jié)，此時(shí)可用高壓潛水泵產(chǎn)生的高壓水流沖擊吸沙管周圍沙層，將淤積沙層松動(dòng)，這樣再吸沙，其效果會(huì)更加顯著。為減少風(fēng)壓損失，排沙管不能離開水面過高，一般保持在00.5 m，管口不沒入水中即可。在抽沙過程中，應(yīng)隨時(shí)注意觀察，如抽出的沙礫較多，則需稍微提升吸沙管管口，避免堵管，如抽出的沙礫較少，則需稍微降低吸沙管管

7、口，保持管口與沙面近乎接觸，保證抽沙效率。2.3 使用注意事項(xiàng)從上述介紹可知，氣力提升法抽沙主要運(yùn)用于水下抽沙。由于吸沙過程中需要利用高壓氣流推動(dòng)周圍水流流動(dòng)，因此水面和沙面應(yīng)有一定距離，一般宜保持有1 m以上的水深。如在抽砂位置的水深不足，可以直接用高壓氣流吹向沙面，在該部位形成一個(gè)具有一定水深的沙坑，即可繼續(xù)抽砂。另外隨著沙面降低，水深加深，水壓將抵消高壓氣管出口的氣壓，因此，超過一定水深后，應(yīng)換用額定風(fēng)壓更高的空壓機(jī)，以保證抽砂效果。3 氣力提升法在工程實(shí)踐中的運(yùn)用氣力提升法首先在云南德宏州大盈江三級(jí)水電站中得到了成功運(yùn)用。大盈江三級(jí)水電站汛期河水泥沙含量大，且當(dāng)年電站在汛期未正常發(fā)電，

8、缺少尾水頂托，大量泥沙、塊石、樹根在汛期內(nèi)進(jìn)入尾水渠，導(dǎo)致尾水檢修閘門全部掩埋在泥沙和其他雜物下。經(jīng)查探，閘門頂上泥沙掩埋深度竟達(dá)5 m，大大超過了尾水檢修閘門正常開啟條件。為開啟閘門，必須對(duì)閘門上淤積的泥沙等雜物進(jìn)行清除。2007年8月24日，為保證閘門正常開啟和水電站正常發(fā)電創(chuàng)造必要條件，筆者受命負(fù)責(zé)清除大盈江三級(jí)水電站尾水渠1#4#尾水閘門淤沙。首先安排有關(guān)單位準(zhǔn)備好相應(yīng)管路、空壓機(jī)、潛水泵和5t手動(dòng)葫蘆等設(shè)備，然后委托?？茲撍?duì)對(duì)尾水渠泥沙淤積情況進(jìn)行了查探。發(fā)現(xiàn)尾水渠內(nèi)樹根、石塊較多，同時(shí)由于淤積時(shí)間長，淤沙板結(jié)情況嚴(yán)重，因此決定由潛水隊(duì)進(jìn)行水下作業(yè)配合，確保順利清除尾水閘門附近淤積

9、物。endprint正式抽沙前，首先由潛水隊(duì)員對(duì)閘門附近進(jìn)行清理。利用手動(dòng)葫蘆將較大的塊石、大樹根等雜物移走或吊出水面，然后安裝浮桶和管路，并將管路通過手動(dòng)葫蘆懸掛在上部支架上，同時(shí)控制管路好高度，保持吸沙管口與沙面近乎接觸，隨后開啟高壓潛水泵，再由潛水員在水下將高壓水流對(duì)管口周圍板結(jié)的淤沙進(jìn)行擾動(dòng)。當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒后，開啟空壓機(jī)，向吸沙管內(nèi)送高壓風(fēng)，隨著高壓氣流通過管路，大量沙礫也隨著水流被抽起排至尾水渠外。該工程整體抽沙系統(tǒng)運(yùn)作十分成功，吸沙效率非常高，約有半管的泥沙隨著水流排到河床中，拳頭大的石塊也被吸出，隨河水流向下游。隨著抽沙持續(xù)進(jìn)行，吸沙管口周圍很快就形成一個(gè)深坑，抽出的泥沙也明顯減

10、少，這時(shí)再通過手動(dòng)葫蘆降低吸沙管口高程，繼續(xù)保持吸沙管口與沙面接觸。潛水員則在水下繼續(xù)用高壓潛水泵產(chǎn)生的高壓水流對(duì)深坑周圍的沙層進(jìn)行擾動(dòng)，讓沙礫與水流混合后進(jìn)入吸沙管，吸沙管又恢復(fù)到高效率狀態(tài)；隨著抽沙持續(xù)進(jìn)行，沙面不斷降低，單靠手動(dòng)葫蘆牽引彎管段升降已無法保持吸沙管口與沙面接觸，這時(shí)將管路系統(tǒng)提升出水面，吸沙管增加一個(gè)管節(jié)，調(diào)整至合適長度后放入水中繼續(xù)進(jìn)行抽沙。該工程經(jīng)過7 d的連續(xù)抽沙，1#尾水閘門附近的淤沙基本清除，閘門也順利開啟提至尾水檢修平臺(tái)。2#4#閘門也采用同樣的方法很快順利開啟，為水電站正常發(fā)電創(chuàng)造了條件。解決閘門開啟難題后，又遭遇了閘門下放的難題。由于當(dāng)年只有1#2#臺(tái)機(jī)組同

11、時(shí)投入運(yùn)行，尾水在暫未發(fā)電機(jī)組一側(cè)產(chǎn)生漩渦，導(dǎo)致河床內(nèi)泥沙又被帶入，尾水閘門門槽底檻附近又淤積了一定厚度的泥沙，閘門無法正常下放關(guān)閉。此時(shí)氣力提升法抽沙系統(tǒng)再次派上了用場，根據(jù)水深和沙面安裝合適的管節(jié)后，潛水員直接將吸沙管固定在閘門門槽底檻附近抽沙。經(jīng)過3 d連續(xù)抽沙，門槽底檻附近的沙已經(jīng)全部抽完，潛水員再下水進(jìn)行檢查，確認(rèn)門槽和底檻沒有任何沙礫和雜物后，最后下放閘門，順利到位，閘門后滲水量也很小，取得了完全成功。4 結(jié)語從大盈江三級(jí)水電站歷次清理淤沙情況看，氣力提升法系統(tǒng)抽沙十分成功。該工程在使用氣力提升法系統(tǒng)前，曾多次采用潛水抽沙泵、離心抽沙泵進(jìn)行現(xiàn)場抽沙試驗(yàn)，結(jié)果并不成功。抽沙泵則只能抽

12、01 cm顆粒，且只能抽淤積均勻的沙層，對(duì)水庫和尾水渠這類受洪水影響較大，沙礫淤積極不均勻的情況則根本不適用；挖泥船等大型設(shè)備雖然可以挖除各種淤沙，但成本較高和山區(qū)運(yùn)輸?shù)葪l件限制，不能應(yīng)用于尾水渠等場所。相比之下，氣力提升法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單可靠，制作安裝成本較低，抽沙粒徑范圍很大，從015 cm沙礫乃至石塊和其他雜物均可以順利抽出，抽沙效率很高，設(shè)備正常運(yùn)行，每天可抽沙2 000 m3甚至更多。而且由于管內(nèi)無任何機(jī)械結(jié)構(gòu)，不容易堵管，即便有堵塞現(xiàn)象處理也很簡單，只需用手動(dòng)葫蘆將管路升高一點(diǎn)，提離沙面即可。總之，和其他清淤方式相比，氣力提升法系統(tǒng)比較適合山區(qū)水電站的水庫和尾水渠等地點(diǎn)清淤，方法簡單經(jīng)

13、濟(jì)，值得推廣。參考文獻(xiàn)1 fujimoto h，nagatani t.effect of local pipe bends on pump performance of a small air-lift system in transporting solid particlesj.international journal of heat and fluid flow，2004，25（6）：996-1005.2 yoshinaga t，sato y.performance of an air-lift pump for conveying coarse particlesj.international journal of multiphase flow，1996，22（2）：223-238.3 khalil mf，elshorbagy ka，kassab sz，et al.