液壓啟閉機原理結構分析與應用選擇探討

陳爭軍

（陜西省涇惠渠管理局 陜西 三原 713800）

1 概況

液壓啟閉機作為水工閘門的啟閉設備已在很多大中型灌區水利設施中得到廣泛應用。如從上世紀九十年代開始，在陜西涇惠渠灌區改造中由灌區所屬機械廠設計制作，相繼把渠首樞紐底孔排沙閘、總干2#排沙閘、山西莊分水閘、楊府分水閘、西郊水庫聯合閘等十多處分、配水閘點的螺桿式啟閉機更換成液壓啟閉機，并在2005年和2006年灌區信息化建設中，對各閘點液壓啟閉機進行了技術改造，經過技術改造后的液壓啟閉機不僅運行更安全可靠而且實現了水量調度、控制遠程化，使之滿足了現代水利工程管理的需要,液壓啟閉機作為水利工程閘門的啟閉設備以其環保、節能、操作維修方便等諸多優點已在涇惠渠灌區分、配水設施上得到廣泛應用。

2 液壓啟閉機原理結構分析

液壓啟閉機是以液壓油作為介質來傳遞動能，通過活塞和液壓缸的相對運動，實現閘門的開啟和閉合，一臺液壓啟閉機一般由控制系統（液壓操作系統和電器操作系統）和液壓缸組成，液壓缸內活塞體和液壓缸的相對直線往復運動帶動連接在活塞桿上的閘門作直線（或弧線）運動，從而達到閘門開啟和關閉的目的。

2.1 液壓啟閉機以液壓油作為介質既傳遞動能同時也是各運動部件之間的潤滑介質

機械零部件之間運動必須有潤滑，潤滑充分,零部件之間的磨損就會減小，相應嚙合噪音小，能量損失小，零件之間相對運動就會平穩，設備的使用壽命就會延長，液壓啟閉機以液壓油作為介質在密封空間反復循環既傳遞動能同時也是各運動部件之間的潤滑劑，所以液壓啟閉機相對螺桿式啟閉機和卷揚式啟閉機在潤滑方面更為充分，各運動部件之間的磨損以及能量損耗更小。

2.2 液壓啟閉機的啟、閉動作通過相對獨立的部件來執行

液壓啟閉機啟、閉閘門通過它另外一個相對獨立的部件——液壓缸來完成，當液壓油通過液壓系統傳輸到液壓缸后，又通過活塞（桿）將壓力傳遞到閘門上，用活塞受力面積的大小和相應的油缸直徑來確定啟閉噸位，通過活塞和缸體的相對軸線運動來帶動閘門完成開啟和閉合。這種原理和結構要比螺桿式啟閉機通過變速箱改變扭矩、通過絲母和絲桿的相對旋轉，帶動絲杠延軸線運動來實現閘門的啟閉要簡單。液壓啟閉機運動簡單也便于操作，所以故障率就低，后期的維修、養護也相對方便。

2.3 液壓啟閉機工況控制系統制作過程相對復雜，但原理和結構科學簡單

液壓啟閉機的工作狀況由控制系統來完成：控制系統包括液壓控制系統（液壓泵站）和電器操作系統（配電柜）兩大部分組成；

（1）液壓控制系統一般由：電動機、液壓泵、手壓泵、換向閥、溢流閥、調速閥、集成閥、同步閥、單向閥、液控單向閥以及輔助裝置（如：油箱、油管、管接頭、壓力表、濾油器、散熱器、壓力補償器）等這些基本液壓元件組成，簡稱液壓泵站。根據液壓元件性能和功能的不同，所組成的液壓泵站就會實現不同的控制功能和控制效果，有人工操作、半人工操作和全自動遠程控制。這些液壓元件在功能實現上有一個共同點：通過小流量、微電流、小能量、小元件控制大元件實現大流量、大能量的改變和轉換，起到四兩撥千斤的效果，這些液壓元件目前已全部實現了標準化、系列化、通用化、相關元件集成化，維修和更換簡單，很方便于液壓泵站的功能升級。

（2）電氣操作系統（配電柜），這和螺桿式啟閉機、卷揚式啟閉機相同,是操作人員直接進行控制、操縱啟閉機的平臺，但是它的內部結構要比螺桿式啟閉機、卷揚式啟閉機相對復雜，它不僅要控制主電動元件——電動機，還要控制各液壓元件的電磁部分（如：電磁換向閥、電磁溢流調壓閥、電磁節流調速閥等），來實現這些閥件的電動控制功能。

（3）液壓啟閉機的控制系統相對其它形式的啟閉機要復雜些，但是這些控制作用的實現都是通過已經成為標準件的控制元件來實現的，這些元件可組合可分開，相互之間可用電線、及油管連接，和其它形式的機械傳動相比能量的傳輸不受空間約束，而且很方便的實現一個泵站控制多個油缸（閘門），這種一站多缸及遠距液控的結構既節省動力資源又便于操作控制。

（4）隨著機電一體化技術的發展和成熟，液壓閥件已發展成模塊化、智能化，其電氣接口、動力接口、機械接口已經系列化、標準化、通用化，靠手動調節旋鈕改變壓力和流速的溢流閥和調速閥現已被電磁換向閥、電磁溢流調壓閥、電磁節流調速閥替代，實現了自動控制或遠程調控。

3 液壓啟閉機的應用選擇

水利設施在設計和建設時都是根據地形地貌，因地制宜的進行選址、建設，這就給配套的啟閉設施設計和選擇帶來諸多不便，隨著對水利工程管理要求的提高，液壓啟閉機被廣泛應用于現代水利設施中，它在應用選擇時應從一下幾個方面進行設計選擇：

3.1 有環保、節能要求設施的應用選擇

靠近水源就必須遠離污染，農業灌溉還是人畜飲水工程設施都必須以環保為前提。液壓啟閉機密封性能好、環保、節能，設備在運行過程中避免了潤滑油脂與水源的接觸。所以，在涇惠渠灌區、寶雞峽灌區許多樞紐閘點以及銅川新區供水的豹村水庫、寶雞市供水的馮家山水庫、西安市灃惠渠渠首進、排水閘等在最初設計和后期改造時都選擇使用了液壓啟閉機。

3.2 要求操作、養護、維修方便的設施的應用選擇

水利設施普遍存在著無專人看管、無專業人員操作、養護，無專業人員維修的情況，這種狀況給設備的正常使用埋下質量隱患，液壓啟閉機操作簡單、養護方便、故障率低正適合于農業灌區及水庫樞紐工程放水閘門運行管理，也是目前各灌區和病險水庫加固工程中啟閉設施改造時設計選擇的首要出發點。

3.3 要求實現自動化、遠程化控制設施的應用選擇

現代水利（水電）工程管理要求水閘運行不僅要安全可靠而且便于調度、控制。2005年涇惠渠灌區在信息化建設中，通過在渠首排沙閘、山西莊分水閘、楊府分水閘等閘點的液壓泵站上加裝數顯裝置以及流量和壓力控制裝置，通過改造使液壓啟閉機在設定負荷和速度下遠程操控、安全運行，避免了由于慣性、過壓、過載損壞設備和設施。依據現代液壓技術的發展，對原液壓泵站所用的（手動）溢流閥和（手動）調速閥更換成電磁溢流閥和電磁調速閥，經過簡單改造后很方便實現水閘遠程、自動化安全操控。

3.4 兩孔及多孔閘門、聯合閘的應用選擇

取水樞紐閘門、聯合閘門多根據地形布置，閘門的平面布局和運行狀況相對復雜，如采用螺桿式或卷揚式啟閉機就需要多套動力源，不便于操作管理，而液壓啟閉機的動力傳輸不受空間限制，一個泵站可同時控制多個液壓缸（閘門），并能夠使各液壓缸相對獨立的完成復雜的工況。西安灃惠渠渠首樞紐聯合閘、涇惠渠渠首底孔排沙閘、涇惠渠總干渠2#排沙、節制閘、山西莊分水閘、北干渠楊府分水閘和寶雞峽孝母分水閘等液壓啟閉機在設計制作上都是采用一站多缸；涇惠灌區黨家堡抽水站進、排水閘為一站三缸并成功實現兩閘門間距500m的遠距液壓控制。液壓啟閉機的應用選擇使多孔閘、聯合閘，許多運行狀況相對復雜的閘點在結構上變得簡單，在使用操作上變得方便。

4 液壓啟閉機的應用效果

目前涇惠渠灌區、寶雞峽灌區（部分）以及西安灃惠渠渠首、馮家山水庫樞紐等已廣泛采用了液壓啟閉機。液壓啟閉機替代螺桿式啟閉機和卷揚式啟閉機，改變了“兩層油”（行水水面一層油、停水設備養護一層油）；解決了“三難”（工人操作難、上級監控難、更新改造養護難）的狀況；在涇惠渠灌區經過對液壓啟閉機技術改造，成功實施了相關分、配水閘點閘門遠程控制。為灌區水量統一調度、自動控制運行改造提供了經驗借鑒。

5 結語

科技在發展、社會在進步，液壓啟閉機作為閘門啟閉設施以其環保、節能、操控簡單、更新改造方便、便于實現自動化控制等優點，能夠適應現代水利工程運行管理的需要，將會在水利設施特別是灌區建設中會得到更為廣泛的應用。陜西水利