[发明专利]用于高过栅流速的拦污栅结构及其设计方法

说明书

本发明公开了一种用于高过栅流速的拦污栅结构及其设计方法，属于水利水电工程技术领域，提供一种可用于高过栅流速的拦污栅结构，以解决高过栅流速下拦污栅的容易损坏问题。本发明所述的拦污栅结构，通过改进设置主梁和栅条连接系从上游侧至下游侧沿水流方向倾斜，以及设置拦污栅过水面均为流线型结构，可有效降低水流对拦污栅结构的冲击振动作用，改善拦污栅的水流形态，进而减少拦污栅在高过栅流速下振动损坏的情况，提高使用寿命。而本发明所述的设计方法，通过结合有限元分析，可为不同流道、高过栅流速下的拦污栅的设计提供一种新的方法，并能够有效地减小拦污栅在高过栅流速下振动损坏的频率，降低拦污栅破坏对水电站安全运行的风险。

技术领域

本发明涉及水利水电工程技术领域，尤其涉及一种用于高过栅流速的拦污栅结构及其设计方法。

背景技术

按照拦污栅的相关设计规范要求，推荐的过栅流速为0.8m/s～1.2m/s，拦污栅在超过上述范围的较高的过栅流速下运行，容易导致拦污栅栅条因振动而疲劳破坏，引发栅条断裂，容易导致大量污物进入引水发电流道，对流道产生冲蚀和破坏，较大的污物甚至可能影响机组导叶关闭，带来严重的后果。

由于种种原因，某些水电站拦污栅过栅流速较高，拦污栅频繁损坏，且由于拦污栅长期水下运行，拦污栅的破坏往往具有隐蔽性，给水电站的安全运行带来较大的威胁。为保障机组安全运行，往往采取频繁停机检查、频繁对损坏的拦污栅进行修补来应对上述问题，造成较大的经济损失。并且，拦污栅的修补维护周期往往会占用水电站发电的直线周期，同时造成发电效益的损失。

拦污栅的安全运行对水电站正常发电起着至关重要的作用，而高过栅流速下拦污栅的容易损坏问题，难以通过提升拦污栅本身结构设计以外的方法加以解决。如何解决较高过栅流速下拦污栅的设计和技术改造问题，是困扰部分水电站运行维护人员以及相关设计人员的一大难题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种可用于高过栅流速的拦污栅结构，以解决高过栅流速下拦污栅的容易损坏问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用于高过栅流速的拦污栅结构，包括栅框结构和栅排结构，所述栅框结构包括主梁、边梁和纵向连接系，所述栅排结构包括栅条及栅条连接系；所述的主梁和所述的栅条连接系沿上游侧至下游侧呈向下倾斜的设置。

进一步的是：所述的主梁和所述的栅条连接系的倾斜方向与过栅的水流方向一致。

进一步的是：所述拦污栅栅条为流线型结构，且拦污栅栅条的上游侧和下游侧均设置为圆弧倒角结构。

进一步的是：所述栅条连接系为流线型结构，且栅条连接系的上游侧和下游侧均设置为圆弧倒角结构。

进一步的是：所述主梁为由上腹板、下腹板、前翼缘和后翼缘组成的呈上游大、下游小的鱼腹型结构，并且主梁的前翼缘和后翼缘均设置为圆弧形过渡结构。

进一步的是：所述栅条连接系与边梁焊接连接。

进一步的是：所述栅条连接系与纵向连接系焊接连接。

本发明的拦污栅结构的有益效果是：通过设置主梁和栅条连接系沿上游侧至下游侧呈向下倾斜的设置，使其大致沿水流方向倾斜设置，这样可有效地降低水流对拦污栅结构的冲击振动作用，改善拦污栅的水流形态，进而减少拦污栅在高过栅流速下发生振动损坏的情况，提高使用寿命。另外，通过进一步优化栅条连接系以及主梁的结构，可进一步减少水流对拦污栅的冲击作用，进一步改善水流形态，提高拦污栅的使用寿命。

另外，本发明还提供一种用于设计上述本发明所述的用于高过栅流速的拦污栅结构的设计方法，其包括如下步骤：

步骤一、根据水工型体结构建立机组单元结构的流道三维模型，并采用多相流VOF模型进行流道流场有限元分析，根据分析结果获得需安装拦污栅结构对应位置处的流道的流速和流向；