卡魯瑪水電站弧門振動和異響問題分析與處理

劉 濤

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

1 引言

卡魯瑪水電站位于烏干達基奧加尼羅河上，電站是以發電為主要任務的水電樞紐工程，總裝機容量600 MW。電站正常蓄水位1030.00 m，正常蓄水位下庫容7987萬 m3。大壩由重力式擋水壩段、泄洪閘壩段、沖砂閘壩段、生態流量泄放孔壩段和魚道等組成，最大壩高約為14 m，壩頂長度約為314.44 m，壩頂高程為1032.00 m。最低運行水位為1028.00 m，尾水位高程約為960.00 m，電站額定水頭約為60 m，單機引用流量為188 m3/s。

生態流量泄放孔安裝有1套弧形閘門，弧門由支鉸座、支臂、門葉、水封組成，弧門寬10 m，弧門門葉弧長5.66 m，支鉸座中心至弧門門葉距離為7 m，弧門重約22.75t?；￠T控制系統由控制盤柜、液壓泵站、液壓油缸組成。

2 弧門振動和噪音問題的出現

2019年12月，弧門及其控制系統安裝完成后開始進行無水調試，弧門在啟閉過程中出現異響且弧門門葉伴有振動[1]。經過多次啟閉弧門，發現弧門在開啟過程產生的異響及振動要大于弧門關閉過程產生的異響及振動，且異響主要集中在右岸支臂位置。

3 可能導致弧門產生振動和異響的原因分析

3.1 液壓系統中存在空氣

液壓系統中如果存在空氣，會造成壓力傳遞介質的不均勻，使壓力傳遞發生波動，導致液壓油缸動作時產生振動，進而引起弧門的振動[2]。

3.2 液壓油中有雜質

液壓油如果含有雜質，例如壓力管路焊接后未清掃干凈，管路內部焊縫的氧化渣未打磨徹底，液壓油本身顆粒度超標等，這些問題都可能使液壓系統的壓力傳遞出現波動，導致液壓油缸動作時產生振動，進而引起弧門的振動。

3.3 支鉸座發卡

如果支鉸座動作不靈活，關節軸承有發卡現象，將直接導致弧門在啟閉過程出現卡頓現場，進而引起弧門的振動和異響[3]。

3.4 閘門安裝尺寸偏差過大

如果支鉸座的安裝高程、中心偏差過大，或是弧形閘門傾斜、變形導致弧門面板與側軌的間隙不一致，安裝側水封后不同位置的側水封受力不一致，亦或是安裝支臂時，弧門位置調整的不準確，導致支臂與弧門連接后存在較大的內應力。上述這些原因都可能導致弧門在啟閉過程發生振動進而引起異響[4]。

4 對可能的原因進行逐一排查

針對上述可能導致弧門產生振動和異響的原因，現場通過如下方法進行逐一排查。

(1)打開液壓油缸上的排氣閥，分離液壓油缸與弧門，多次動作液壓油缸，最大程度地排出液壓系統中的空氣[5]。

(2)利用濾油機對液壓油進行多次循環過濾，保證液壓油的潔凈度和顆粒度符合廠家要求。

(3)分離支鉸座和支臂，用汽車吊單獨動作支鉸座，檢查支鉸座是否發卡，關節軸承動作是否靈活。

(4)利用全站儀和電子水準儀復核支鉸座的安裝高程、里程，檢查各項數據的偏差是否符合設計要求。

(5)分離支臂與弧門，重新調整、檢查弧門位置，檢查弧門面板與側軌的間隙是否均勻。

通過以上方法對各種可能導致弧門產生振動和異響的原因進行逐一排查后，再次動作弧門，發現弧門仍然存在振動和異響。

5 確定振動源

通過逐一排查各種可能導致弧門產生振動和異響的原因后，弧門的振動和異響并沒有消失，于是決定把兩個液壓油缸的位置進行互換，互換后發現弧門的異響從右岸轉移至左岸，初步確定引起弧門振動和異響的根源就是液壓油缸[6]。

為繼續論證這一猜測，現場對液壓油缸和弧門進行了分離，然后利用70 t汽車吊緩慢提升弧門，發現弧門的啟閉過程平穩、正常，并未出現任何振動與異響。接著，單獨動作液壓油缸，并派人仔細觀察液壓油缸的動作情況，發現液壓油缸在動作過程，活塞桿有頻率較高的輕微振動，并伴隨有輕微的異響。至此，已經可以確定是由于液壓油缸的高頻輕微振動導致弧門的振動，進而產生異響。

6 振動和異響問題的解決

根據液壓系統技術理論并結合以往類似工程的經驗，引起液壓系統振動的主要因素有液壓系統缺陷、液壓系統有空氣、液壓油污染、運動部位摩擦等。

對液壓油缸的設計圖紙進行分析，發現液壓缸下端蓋的V型組合密封有6圈，總尺寸為125 mm×145 mm×32 mm，活塞與缸體之間的V型組合密封有3圈，總尺寸為180 mm×150 mm×31.5 mm。這樣，與活塞和活塞桿接觸的密封寬度就達到了63.5 m。這樣設計的目的是為了達到更好的密封效果，減少兩腔之間的壓力損失。但是，由于密封寬度大，導致整個密封的剛性相對偏大，這樣液壓油很難通過活塞在兩個腔體間滲漏。同時，油缸內壁和活塞桿外表的光潔度高、粗糙度底，這樣油缸內壁和活塞桿外表容納液壓油的空間就非常小。當液壓油缸動作時，活塞與油缸內壁間、活塞桿與油缸下端蓋間不能形成平滑運動所需要的潤滑油膜。活塞和活塞桿在缺少潤滑油膜的情況下動作，就會出現干摩擦的現場，這樣就會出現高頻輕微振動和異響(圖1、圖2)。

根據上述分析，通過與武進廠家的設計人員進行溝通，決定對V型組合密封進行如下處理。

拆除液壓油缸并轉運至倉庫，對液壓油缸進行解體。

圖1 液壓油缸下端蓋與活塞桿之間的V型組合密封

圖2 液壓油缸與活塞之間的V型組合密封

(1)把液壓油缸下端蓋與活塞桿之間的V型組合密封由6圈減少為4圈，并加工一個墊環來代替減少的V型組合密封；

(2)把液壓油缸與活塞之間的V型組合密封由3圈減少為2圈，并加工一個墊環來代替減少的V型組合密封。

通過上述改進，重新安裝液壓油缸并動作弧門，弧門的振動和異響基本得到消除，并順利完成了弧門的無水調試工作。

7 結語

本文針對卡魯瑪水電站弧門出現振動和異響的問題，進行了較為全面的原因分析與排查，最終找到引起振動和異響的根本原因，并結合相關理論知識和以往經驗，解決了弧門振動及異響這一問題，可為今后類似工程施工提供借鑒。