西泉眼水庫閘門液壓啟閉機(jī)應(yīng)用簡述

關(guān)萬彬

(哈爾濱市西泉眼水庫管護(hù)中心，哈爾濱150300)

水庫閘門型式多樣，一般有平板閘門、弧形閘門及其它型式閘門；相配套的閘門啟閉設(shè)備型式也是多種多樣，常用的有卷揚(yáng)式、螺桿式、液壓式。其中，液壓啟閉機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、運(yùn)行平穩(wěn)、便于實(shí)現(xiàn)自動化、經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)，近年來在水庫閘門啟閉設(shè)備中應(yīng)用越來越廣泛。

本文通過對某水庫閘門液壓啟閉機(jī)改造情況、維護(hù)注意事項(xiàng)的簡要闡述，為水工閘門啟閉設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)行管理提供有益的參考。

1 液壓啟閉系統(tǒng)概述

某水庫工作閘門包括溢洪道弧形工作閘門、輸水洞進(jìn)口平面工作閘門、輸水洞出口弧形工作閘門。溢洪道工作閘門為2孔8×11.3 m弧形鋼閘門，門頁總重為2×40.5 t，啟閉方式為動水啟閉，原啟閉機(jī)為QH-2×225 kN卷揚(yáng)式啟閉機(jī)；輸水洞進(jìn)口工作閘門為1孔3×4 m平板鋼閘門，門頁重為12 t，啟閉方式為動水啟閉，原啟閉機(jī)為2×400 kN卷揚(yáng)式啟閉機(jī)；輸水洞出口尾水工作門為1孔3×3.6 m弧形鋼閘門，門頁重為14 t，啟閉方式為動水啟閉，原啟閉機(jī)為2×200 kN遙擺式螺桿啟閉機(jī)。本次改造將現(xiàn)有啟閉機(jī)全部改造更換為液壓啟閉機(jī)，閘門液壓啟閉系統(tǒng)由3站4孔組成。

溢洪道弧形工作閘門液壓系統(tǒng)由1套泵站、4只液壓油缸組成，液壓泵站控制2孔溢洪道弧形工作閘門。輸水洞進(jìn)口平面閘門液壓系統(tǒng)由1套泵站、1只液壓油缸組成，液壓泵站控制1孔輸水洞進(jìn)口平面工作閘門。輸水洞出口弧形工作閘門液壓系統(tǒng)由1套泵站、2只液壓油缸組成，液壓泵站控制1孔輸水洞出口弧形工作閘門。溢洪道及輸水洞工作閘門液壓啟閉機(jī)平面布置見圖1。

圖1 溢洪道及輸水洞工作閘門液壓啟閉機(jī)平面布置圖

按照《水利水電工程啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 41-2018)，溢洪道弧形工作閘門液壓系統(tǒng)選擇的最大系統(tǒng)工作壓力為19.1 MPa；輸水洞進(jìn)口平面閘門液壓系統(tǒng)選擇的最大系統(tǒng)工作壓力為19.5 MPa；輸水洞出口弧形工作閘門液壓系統(tǒng)選擇的最大系統(tǒng)工作壓力為14.5 MPa。

2 液壓泵站

每套液壓泵站由油箱、濾油器、油泵及控制閥塊等組成。

2.1 油 箱

油箱由鋼板制成。為了便于油液維護(hù)，在油箱的最低位置配置一個放油閥，這樣容易放凈油箱中的剩油，易拆型孔蓋的設(shè)計(jì)，使得維護(hù)人員對油箱內(nèi)部的清潔很方便。當(dāng)加油時，裝有細(xì)濾網(wǎng)的加油口可以防止污染物的侵入，吸油管道口與回油管道口距離盡可能相隔遠(yuǎn)一些，以使外來物能沉淀于油箱底部，并且使液壓油能得到較充分的消泡以排出溶入的空氣。油箱上裝備有油位計(jì)，以便觀察其工作狀態(tài)。

2.2 濾油器

通過回油濾油器來保持液壓油的清潔。一旦發(fā)生濾油阻塞，警告燈會發(fā)出警示。吸濕式空氣濾清器在油被排回或吸出油箱時，可以保證吸入油箱內(nèi)的空氣干燥，并可保持油箱內(nèi)與大氣壓強(qiáng)平衡。

2.3 油泵組件

兩個可變排量軸向柱塞油泵以并聯(lián)的方式連接，確保系統(tǒng)的工作可靠性。在正常的操作過程中，僅可啟動一臺油泵，即當(dāng)一臺泵工作時，另一臺為備用狀態(tài)。

2.4 控制閥塊

控制閥塊與壓力表被安裝在油箱的頂部，此整個閥組固定在油箱的頂部。液壓元件的布局具有較好的開敞性，這樣可使所有的閥件均便于裝拆與調(diào)節(jié)。控制閥塊具備以下功能：控制油缸的速度、方向及力；監(jiān)控系統(tǒng)油壓，以防止超壓引起軟管爆裂；控制兩油缸的同步。液壓啟閉機(jī)參數(shù)見表1。

表1 西泉眼水庫閘門液壓啟閉機(jī)參數(shù)表

3 帶行程測量系統(tǒng)液壓油缸

3.1 液壓油缸

溢洪道工作閘門液壓啟閉機(jī)、輸水洞出口工作閘門液壓啟閉機(jī)油缸為傾斜式布置，輸水洞進(jìn)口平面工作閘門啟閉機(jī)采用垂直布置。油缸兩端鉸接連接，并且在油缸的上下端吊頭內(nèi)均裝有優(yōu)質(zhì)自潤滑球面滑動軸承，能滿足油缸自由擺動，并可以消除啟閉機(jī)或閘門由于安裝等誤差對油缸造成的不利影響。另外，油缸與管路之間采用高壓軟管連接，保證油缸的自由擺動。

3.2 陶瓷活塞桿

活塞桿表面噴涂陶瓷，達(dá)到的質(zhì)量指標(biāo)見表2。

表2 陶瓷表面涂層TCT1.0主要性能參數(shù)表

液壓啟閉機(jī)開度測量(油缸行程檢測)裝置采用陶瓷桿配套CPMS行程檢測裝置。陶瓷活塞桿的內(nèi)置式行程檢測裝置(CPMS)是采用產(chǎn)生序列脈沖信號的傳感器對基體上加工了溝槽的活塞桿進(jìn)行行程檢測。CPMS集成于陶瓷活塞桿上，直接檢測出活塞桿的位移，不需轉(zhuǎn)換，也不存在累積誤差，其檢測長度不受行程限制。CPMS檢測精度為±1 mm，采用不銹鋼防護(hù)罩和Ο型圈徑向密封，其防護(hù)等級達(dá)到IP68。

4 電氣控制系統(tǒng)

4.1 電氣系統(tǒng)配置

閘門均通過液壓泵站對閘門啟閉進(jìn)行控制。每套液壓泵站配置一套電氣控制系統(tǒng)。電氣柜內(nèi)裝有斷路器、接觸器、熱繼電器、開關(guān)電源、PLC、操作按鈕開關(guān)、指示燈、中間繼電器、溫濕度控制器及其它控制元件，柜面上裝有電流表、電壓表、顯示器、閘門控制開關(guān)按鈕、切換開關(guān)及油泵電機(jī)啟動/停止按鈕開關(guān)。PLC用于采集閘門位置信號、閘門開度信號、油泵電機(jī)信號、液壓系統(tǒng)信號等，并輸出油泵電機(jī)、閘門等控制信號，自動控制閘門的運(yùn)行。

4.2 電氣控制方式

電氣控制方式分為“現(xiàn)地手動/現(xiàn)地自動/遠(yuǎn)方集控”方式，每種控制方式互為閉鎖；油泵設(shè)置一個選擇開關(guān)，這樣可以較方便實(shí)現(xiàn)油泵、閘門的單步手動操作和閘門自動操作控制。

4.2.1 手動控制功能

在設(shè)備調(diào)試、檢修階段以及在自動操作失靈的緊急情況下，將控制開關(guān)打在“手動”位，所需油泵電機(jī)選擇開關(guān)打在“手動”位，采用手動操作方式，可實(shí)現(xiàn)閘門的單步啟閉門控制。在手動方式下，自動操作無效。

4.2.2 自動控制功能

在設(shè)備調(diào)試正常后，將閘門控制開關(guān)打在“自動”方式時，采用PLC自動操作方式。由PLC采集液壓系統(tǒng)、閘門開度位置等信號，根據(jù)操作運(yùn)行要求，實(shí)現(xiàn)閘門的啟閉控制。

1) 開門：按開門鈕，則油泵電機(jī)啟動運(yùn)行，電磁閥通電，閘門開啟；至全開位時，閘門和油泵電機(jī)自動停止。

2) 關(guān)門：按關(guān)門鈕，則油泵電機(jī)啟動運(yùn)行，電磁閥通電，閘門關(guān)閉；至全關(guān)位時，閘門和油泵電機(jī)自動停止。

4.2.3 遠(yuǎn)方控制功能

將控制開關(guān)打在“遠(yuǎn)方”位，系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通訊接口與遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊并接受控制。

4.3 閘門雙缸同步

在閘門開啟過程中，對于溢洪道弧形工作閘門和輸水洞出口弧形工作閘門雙缸雙吊點(diǎn)閘門，閘門開度及行程控制裝置全程連續(xù)檢測2只液壓缸的行程偏差。當(dāng)偏差值≥10 mm時，電磁換向閥得電，調(diào)整相應(yīng)液壓缸有桿腔進(jìn)油量，使閘門同步。當(dāng)兩只液壓缸的行程偏差值≥50 mm時，液壓系統(tǒng)自動停機(jī)并發(fā)出報警信號。

在閘門關(guān)閉過程中，閘門開度及行程控制裝置全程連續(xù)檢測2只液壓缸的行程偏差。當(dāng)偏差值≥10 mm時，電磁換向閥得電，調(diào)整相應(yīng)液壓缸有桿腔進(jìn)油量，使閘門同步。當(dāng)2只液壓缸的行程偏差值≥50 mm時，液壓系統(tǒng)自動停機(jī)并發(fā)出報警信號。

4.4 閘門自動復(fù)位

閘門在全開位置或局部開啟位置因液壓系統(tǒng)泄漏使活塞桿下滑50 mm時，行程控制裝置指令液壓泵電動機(jī)組啟動，自動將閘門提升至工作位置；如活塞桿下滑超過50 mm時，液壓泵電動機(jī)組未能啟動，則活塞桿繼續(xù)下滑；當(dāng)下滑量達(dá)到80 mm時，行程控制裝置指令備用液壓泵電動機(jī)組啟動，提升閘門至工作位置，同時發(fā)出報警信號。

5 液壓管路

液壓管全部采用不銹鋼無縫鋼管現(xiàn)場惰性氣體保護(hù)焊、電弧焊，所有彎頭現(xiàn)場彎管機(jī)冷彎制作，彎曲半徑不小于3倍管子外徑，并在潔凈條件下裝配，以免污染。管路系統(tǒng)安裝以后，要用回路裝有過濾度為10 μm過濾器的液壓油在管路系統(tǒng)中高速循環(huán)沖洗。

6 溢洪道弧形工作閘門泵站與輸水洞進(jìn)口平面閘門泵站互為備用

在設(shè)計(jì)時，將溢洪道弧形工作閘門和輸水洞進(jìn)口平面閘門液壓泵站工作壓力分別設(shè)計(jì)為19.1和19.5 MPa，壓力非常接近，當(dāng)兩套泵站中的其中一套泵站動力系統(tǒng)發(fā)生故障時，可以啟動另一套泵站(備用泵站)提供動力。在啟動另一套泵站(備用泵站)之前，將輸水洞進(jìn)口平面閘門和溢洪道弧形工作閘門高壓油管之間連通管和油箱之間連通管上的兩只常閉球閥打開，同時需要關(guān)閉有故障泵站上的一只常開球閥。這樣就可以用溢洪道弧形工作閘門泵站控制輸水洞進(jìn)口平面閘門啟閉，或是用輸水洞進(jìn)口平面閘門泵站控制溢洪道弧形工作閘門啟閉，實(shí)現(xiàn)兩個液壓泵站互為備用，大大提高了液壓啟閉系統(tǒng)啟閉閘門的可靠性、安全性。

7 液壓系統(tǒng)維護(hù)

7.1 液壓系統(tǒng)的基本維護(hù)

基本維護(hù)限定于對濾油器的更換和對液壓油的維護(hù)。對于間歇式工作的油缸與液壓系統(tǒng)，當(dāng)閑停時間較長時，應(yīng)對油缸和液壓系統(tǒng)補(bǔ)充排氣工作，這樣有利于設(shè)備的正常工作。

7.2 液壓元件檢查

檢查管路所有螺紋、法蘭或焊接連接處，以及油箱的焊接點(diǎn)是否存在泄漏。及時作標(biāo)記并修理泄漏處。

檢查管路振動與換向液壓沖擊。檢查運(yùn)動溫度與壓力。按正常工作條件與安全要求檢查管路支承、導(dǎo)管及基礎(chǔ)板，如果需要，更換不合格的支承。在運(yùn)行過程中檢查主油箱油面指示器的油面讀數(shù)是否在正常范圍。當(dāng)閥在運(yùn)行狀態(tài)時，檢查在法蘭連接、疊層接口、螺紋連接、閥桿密封蓋等處的泄漏。檢查電器與電纜連接的松動，以防損壞。檢查壓力表的損壞。如果有讀數(shù)不正確的情況，關(guān)閉此壓力表的開關(guān)。拆下壓力表并重新校準(zhǔn)，或用備用表更換，然后重新連接壓力表。檢查壓力表開關(guān)與接頭的泄漏。檢查噪聲是否非常高。檢查泵殼是否泄漏，并用手感觸摸來檢查回油管的溫升。

7.3 液壓油檢查

液壓油定期取樣檢查其品質(zhì)。若需要，更換成合格產(chǎn)品。檢查周期由工作狀況與工作環(huán)境而定。灌入系統(tǒng)的液壓油應(yīng)與系統(tǒng)中已有的液壓油相同，并且新油也必須經(jīng)過過濾干凈方可使用。

8 結(jié) 語

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對水利工程管理自動化程度要求越來越高，水工閘門啟閉方式也從原來的手動模式逐步向自動化轉(zhuǎn)變。從本工程液壓啟閉設(shè)備應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，帶行程檢測的陶磁桿液壓啟閉機(jī)以其運(yùn)行安全穩(wěn)定、啟閉開度精準(zhǔn)、耐腐耐磨優(yōu)越、易于實(shí)現(xiàn)自動化的優(yōu)點(diǎn)，在水工閘門啟閉機(jī)應(yīng)用中取得了較好的效果，提高了水利工程管理水平。