正常運行條件下的南通節制閘液壓啟閉系統改造方法

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(南通市節制閘管理所, 江蘇 南通 226005)

1 水閘概況

南通節制閘為通呂運河引江口門，共23孔、每孔凈寬4m，是一座大Ⅱ型感潮節制閘，承擔著引水、排澇、擋潮,兼顧調節內河航運水位和改善內河水質的重要任務。該閘引灌范圍有啟東、海門、通州三市(區)及南通市城區，受益面積18.2萬hm2農田，占全市總耕地面積的35.6%； 排澇范圍有通州、海門兩市及南通市郊區等部分地區，排澇面積約4.27萬hm2。年啟閉閘門約320潮次，年均引水約8.0億m3，為南通地區經濟社會發展發揮著重要作用。因此，節制閘在液壓系統改造過程中，仍需保證引排水工作正常進行。

2 液壓系統改造前工況

2.1 系統組成

改造前節制閘原閘門啟閉液壓系統由泵站系統、油缸系統及不銹鋼高低壓供回油主管路組成。泵站系統主要包括：3臺SCY14-1B軸向柱塞式液壓泵及3臺75kW三相異步電動機(兩用一備)、溢流閥、單向閥、節流閥、油液濾清器、空氣濾濕器、2臺1.5m3油箱以及服務于計算機自動控制的測量、傳感等元件。油缸系統由23臺單作用柱塞式液壓啟閉機、三位四通電磁換向閥、支油管路、單向閥、節流閥、機架、滑輪組成。23臺液壓機均順水流方向水平布置，一臺液壓機獨立控制一孔閘門(“一機啟一孔”)。因1999年節制閘公路橋拓寬需要，泵站系統布置在離閘較遠的監控樓內，油缸系統布置在閘上，由中間油管連接。

2.2 存在問題

液壓泵站及主供回油管路運行正常； 液壓機(油缸及機架)安裝于公路橋下層的工作橋上且懸掛于工作橋頂，油缸系統完全暴露于室外自然環境中。長期以來，由于外界灰塵侵入、油液腐蝕、密封圈老化，以及因機架安裝緊貼公路橋底面無法精確調試，導致出現柱塞桿偏載等問題，絕大多數油缸出現滲油甚至跑油現象，從而影響了液壓啟閉系統運行穩定性及水閘引排水工作。此外，由于油缸安裝位置不當，無法保證經常維修的需要，因此，興建啟閉機房、更換液壓機、更換泵站部分元件、重新布置液壓管路及系統控制線路十分必要。

3 新液壓系統組成

設計新液壓系統的液壓機工作壓力由原來的7.1MPa調為14.4MPa，液壓泵站仍利用，泵站系統的各種元器件經核算均滿足要求，僅更換壓力表增大量程，主要對閘上油缸組成部分進行改造。1～22號閘孔，液壓機由原順水流方向 “一機啟一孔”形式更換為垂直水流方向“一機啟兩孔”形式，23號閘孔為垂直水流方向“一機啟一孔”形式； 原液壓泵站以外所有進回油主管路、支管路、電磁閥組更換并重新布置。

4 液壓系統改造方法

4.1 系統原器件設計承壓能力的校核

根據新液壓系統組成，我們首先校核了老液壓泵站及管路各節點壓力工作值是否滿足新系統要求，更換不滿足壓力要求的部分液壓元件(見表1)，使系統元件滿足改造后設計壓力要求。因此，老液壓系統主管路可在新老液壓機單獨或同時啟用的整個過渡階段繼續使用，待12臺新液壓機和新供回油主管路全部安裝完成并達到運行條件后，再拆除老液壓系統主管路和安裝新液壓系統供回油主管路。

表1 老液壓系統各節點壓力校核、更換主要元部件情況

4.2 改造時間節點的控制

2010年2～7月，進行改造施工，歷時5個多月。改造時間的合理安排是整個液壓系統改造的重點。液壓系統改造與閘土建改造二項工作緊密銜接，土建工程改造必須給液壓系統的安裝提供充裕的安裝時間與空間。液壓系統停運與改造安裝時段安排在無法自流引水的非主汛期的農歷小潮期間，并且應避開農田插秧用水高峰時段，把水閘改造活動對引水、用水工作的影響，減小到最低程度。

4.3 施工工序的合理安排

該次改造主要分為對液壓油缸和支承部分的更換及主控油管路的更換，最為復雜的是對液壓油缸及支承部分的更換，它與土建改造、電氣控制的改造必須同步進行。新供回油主管路利用不具備引水條件的農歷小潮時段快速、一次性安裝完成。

為使內河穩定在合理水位，必須保證系統在整個改造過程中至少有1/2的閘門能正常啟閉。同時，為了減小閘孔不對稱運行對上下游河床沖刷的影響，液壓機更新先后順序分為如下三個階段實施：第一階段僅停運更換16～23孔，1～15孔仍利用老系統管路正常運行； 第二階段僅停運更換8～15孔，1～7孔與16～23孔仍利用老系統管路正常運行； 第三階段僅停運更換1～7孔，8～23孔仍利用老系統管路正常運行。以上每一階段中，運行段閘孔啟閉時，均編制閘門啟閉程序，控制好閘門開度與啟門順序，一般近閘中心的閘門開高宜在4～5m，在更換閘兩側液壓機時，近邊孔閘門開度宜在2m，以免引起水流對上游兩岸的沖刷。為避免不對稱開閘對上游引起沖刷或淤積，對上游河床定期進行測量，根據水下地形測量報告及時調整開閘方法，嚴密控制不規則水流流態對河床的影響。

4.4 閘門運行的科學調度

由于新老液壓油缸工作壓力要求不同，改造過程中，采用“一機啟一孔”啟門方式的老液壓啟閉機在開啟閘門時，油缸的工作壓力仍為7.1MPa，設定液壓系統運行時額定壓力仍為8MPa； 采用“一機啟兩孔”啟門方式的新液壓啟閉機在開啟閘門時，油缸工作壓力為14.4MPa，設定液壓系統運行時額定壓力為16MPa。

為滿足新老液壓啟閉機能在相應工作壓力作用下開啟閘門，考慮將系統設定兩種工作壓力，1號與2號油泵及溢流閥壓力設為16MPa，3號油泵及溢流閥壓力仍保持8MPa。以液壓機更新的第二階段為例：首先，開啟3號油泵，通過強電手動控制方式將1～7孔閘門開啟到指定開度，關閉3號油泵； 其次，開啟1號與2號油泵，將16～23孔閘門開啟到指定開度，關閉1號與2號油泵(液壓機更新過程中三個階段的具體運用方式見表2)。

表2 啟閉系統改造過渡階段新老啟閉機結合運用方式

注第23孔液壓機更新后，以14.4MPa的工作壓力開啟閘門。

通過選擇合理的施工時間、精確的施工部署和科學合理的運行調度，很好地解決了液壓系統改造過程期間，閘引排水工作不間斷相矛盾的難題。

5 結 語

南通節制閘液壓系統改造期間共引水132潮次，引水量達1.6億m3，上游水位始終保持在正常水位2.0～2.4m之間，確保了受益范圍內生產生活正常進行。本工程施工方法為液壓啟閉機數量眾多且改造過程中需兼顧引排水工作的大型水閘工程改造提供了參考和借鑒。