表孔弧門增加潤滑水系統(tǒng)的實施方法和應(yīng)用效果探究

周占文

（廣東水電云南投資有限公司，云南 紅河 661100）

0 前言

某水電站工程壩址位于云南省境內(nèi)，壩址以上集水面積為31356 m2，多年平均流量為302 m3/s， 水庫總庫容為5.51 億 m3， 電站總裝機(jī)容量288MW。電站水庫正常蓄水位217 m，死水位199 m；正常蓄水位以下庫容4.82 億 m3，死庫容2.22 億 m3，屬不完全年調(diào)節(jié)水庫。工程為二等大⑵型工程，樞紐工程主要由擋水建筑物、泄水建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)和開關(guān)站等組成。泄水建筑物包括泄洪表孔（4 孔15 m×17 m）、泄洪排沙底孔（2 孔5 m×7 m）和沖沙孔（1 孔5 m×4 m）。

1 概況

某水電站大壩共設(shè)有4 扇表孔弧門，如圖1所示，其弧門采用復(fù)合橡膠水封（以下簡稱水封）與弧門預(yù)埋件配合止水。弧門在啟閉過程中，水封與側(cè)軌完全接觸并產(chǎn)生摩擦，破壞水封密封性能，降低水封使用壽命，從而出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。同時弧門在啟閉過程中會出現(xiàn)作用力增大的情況，這容易導(dǎo)致密封錯位，偏離位置，當(dāng)閘門左右接力器在啟閉過程中偏差較大時，控制系統(tǒng)就會糾偏，由于摩擦力的增大會促使閘門頻繁糾偏，從而造成動作可靠性下降。為此，廣東水電云南投資有限公司進(jìn)行現(xiàn)場勘測、研究，設(shè)計了一套符合實際的潤滑水自動噴淋系統(tǒng)，來解決閘門側(cè)水封的潤滑。在閘門啟閉操作前開啟噴淋系統(tǒng)，對閘門兩側(cè)軌道和水封進(jìn)行噴淋潤滑，以減小摩擦延長水封壽命，從而提升弧形閘門止水的密封效果。

圖1 某水電站大壩

2 處理方案

系統(tǒng)組成：潤滑水自動噴淋系統(tǒng)由供水部分、管路部分、電氣控制部分組成，采用自動噴淋方式對弧門啟閉過程中的水封與側(cè)軌進(jìn)行噴淋，此次項目主要有4 道泄洪表孔弧門，現(xiàn)以#1 弧門為例，繪制出潤滑水自動噴淋系統(tǒng)，如圖2 所示。

圖2 潤滑水自動噴淋系統(tǒng)示意圖

2.1 供水部分

2.1.1 水箱容積的確定

液壓啟閉弧門由全關(guān)提至全開行程為16 m，用時約20 min，全開到全關(guān)用時約15 min，單個噴頭噴水量約為0.2 L/s。表孔弧門由2 個接力器同時控制操作，全行程開關(guān)一次的耗水量為：V（單孔）=2×0.2×（tk+tg）=0.84 m3。

4 個表孔弧門同時全行程開關(guān)一次的耗水量為V=KnV單孔=1.2×4×0.84=4.032 m3；

其中：K為水量儲備系數(shù)，取K=1.2；n為表孔弧門數(shù)量，取n=4。

由此得出，水箱的理論容積V=4.032 m3。

2.1.2 水箱安裝位置及水源

在大壩配電房屋頂（高程234 m）安裝一個尺寸為4 m×2 m×1 m 的304 不銹鋼水箱，可存水約8 m3。直接從大壩壩頂消防水池取水，壩頂消防水池長5 m× 深8 m× 寬4 m=160 m3，最少存水量130 m3，水量滿足要求。壩頂消防水池中的水采用大壩滲漏水，水質(zhì)滿足要求。

2.1.3 潛水泵選型

1）潛水泵的流量按潛水泵能在30 min 內(nèi)貯滿水箱的要求，水箱可用容積為V=6.0 m3，所以潛水泵流量應(yīng)達(dá)到12 m3/h。

2）潛水泵的揚程根據(jù)需要的注水量和所選的管徑，經(jīng)對供水系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的水力計算，大壩消防水池水面高程為214.0 m，根據(jù)水泵和水箱的安裝高程，可以確定潛水泵的靜揚程至少為H=234.00 m+1.00 m-214.00 m=21.0 m。

3）水泵功率確定：根據(jù)市面上的潛水泵選擇適用于揚程和流量要求的水泵。選水泵型號為QY15-36-3，流量為15 m3/h，揚程為36 m，均有一定的余量，可滿足要求。

2.2 管路部分

管路部分由4 個閥門、8 個供水支管、萬向噴頭組成，手動球閥用于電動球閥檢修及噴頭更換。管路長度及管徑選擇：管路選用DN25鍍鋅鋼管，水箱出水管直接與潤滑管路相連，引至每扇弧門兩側(cè)。水箱距最遠(yuǎn)的弧門主管長度約130 m 左右，離第一孔弧門距離約30 m，離第二孔弧門距離約53 m。由于水箱安裝位置與萬向噴頭安裝位置高差為15 m，根據(jù)弧門開啟流程不是多道弧門同時操作且萬向噴頭噴嘴口徑僅為5 mm，萬向分頭可以根據(jù)水壓進(jìn)行調(diào)整，壓力損失忽略不計。

2.3 電氣控制部分

2.3.1 抽水泵控制

抽水泵安裝控制電路如圖3 所示，不銹鋼水箱中的水位可以實現(xiàn)控制自動。當(dāng)不銹鋼水箱水位降低至下限位時數(shù)顯水位控制儀a3 動作，自動控回路接通，使運行回路通路，接觸器KM 閉合，水泵向水箱供水。水位升上限位時數(shù)顯水位控制儀a2 動作打開，自控回路斷開，接觸器KM 回路斷開，水泵停止抽水。控制系統(tǒng)具有手自動切換功能，當(dāng)控制方式切為”手動”時，水泵啟動按鈕為SB2，停止抽水按鈕為SB1。控制水箱水位的數(shù)顯液位控制儀可以設(shè)備水位過高液位接點用來閉鎖水泵運行電路。水泵主回路安裝一只熱繼電器RJ 用來保護(hù)水泵電動機(jī)。A1 為大壩壩頂水池低水位信號。

圖3 抽水泵控制電路圖

2.3.2 噴淋控制邏輯

噴淋控制電路分別布置在四個液壓控制柜內(nèi)，在液壓控制柜內(nèi)取#1 油泵和#2 油泵的軟啟啟動信號，當(dāng)泄洪表孔弧門液壓控制系統(tǒng)收到閘門啟閉信號時會首先啟動液壓油泵，同時對應(yīng)的弧門噴淋球閥隨油泵啟動信號開啟對預(yù)先調(diào)整好的位置（弧門預(yù)埋件側(cè)軌）進(jìn)行噴水使其滿足潤滑條件，液壓油泵的軟啟動器啟動延時6 秒后油泵接觸器合閘，此時油泵啟動正常，弧門液壓控制系統(tǒng)輸出高壓油操作閘門啟閉。此方式控制比較簡單實用，現(xiàn)場施工較為方便不占用其他位置，投入費用少，在弧門動作前就會對閘門水封和側(cè)軌進(jìn)行噴水潤滑，能有效減少閘門密封損害。控制邏輯如圖4 所示。

圖4 噴淋控制邏輯圖

2.3.3 自動潤滑水控制

在四個閘門液壓操作室內(nèi)控制柜空余位置分別加裝控制回路如圖5 所示，根據(jù)閘門啟閉控制邏輯，將#1、#2 液壓油泵軟動器啟動信號(KA1、KA2) 擴(kuò)展備用接點控制閘門水封潤滑水的開啟信號，閘門潤滑水自動開啟流程是在閘門液壓控制柜內(nèi)PLC 收到站內(nèi)中控室監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作或人為現(xiàn)地操作啟閉閘門的信號時會首先啟動液壓油泵的軟啟動器，當(dāng)某一臺液壓油泵啟動的同時接通繼電器K3 回路，K1 為自保持，K3 動作接通兩側(cè)潤滑水噴淋電動球閥電機(jī)開啟回路，噴水管路內(nèi)滿水，萬向噴頭就會對預(yù)先調(diào)整好的位置（弧門水封和側(cè)軌）進(jìn)行噴水使其濕潤滿足潤滑條件，液壓油泵軟啟動器啟動延時6 s 后液壓油泵接觸器合閘，此時液壓油泵啟動正常，閘門液壓控制系統(tǒng)才輸出高壓油操作油啟閉閘門，這里設(shè)置繼電器KT 即是為了躲過液壓油泵軟起啟動到接觸器合閘期間的延時又可以在閘門提落動作前對閘門水封和側(cè)軌進(jìn)行噴水潤滑。閘門潤滑水關(guān)閉信號取自液壓油泵接觸器（KM1、KM2）的常閉輔助觸點，當(dāng)兩臺液壓油泵均停止時繼電器K2 動作接通電動球閥的關(guān)閉回路，關(guān)閉兩側(cè)潤滑水電動球閥。電動球閥自帶電氣、機(jī)械二重限位。

圖5 自動潤滑水控制電路圖

3 系統(tǒng)操作

將潛水泵的控制方式切為“手動”，合上大壩配電房APD 配電柜抽水泵控制箱總電源抽屜開關(guān)CTKG，合上水泵控制箱內(nèi)控制電源空氣開關(guān)QF1 和動力電源空氣開關(guān)QF2。手動操作水泵啟動抽水正常后，將手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)切至“自動”位置，分別合上#1-#4 閘門控制柜內(nèi)自動潤滑水控制電源空氣開關(guān)QF5。閘門啟閉運行時，閘門液壓啟閉機(jī)油泵啟動隨即閘門兩側(cè)自動噴淋電動球閥就會打開對兩側(cè)水封及側(cè)軌進(jìn)行噴水潤滑。

4 閘門水封潤滑水系統(tǒng)的特點

1）結(jié)構(gòu)清晰、操作簡便。本閘門水封潤滑水自動噴淋系統(tǒng)僅由供水、配水及電氣3 部分組成，相對分開，結(jié)構(gòu)清晰明了。自動運行情況下不需要現(xiàn)地手動操作，實現(xiàn)自動化，操作簡便。

2）運行安全、穩(wěn)定、可靠。閘門水封潤滑水自動噴淋系統(tǒng)抽水泵能有效保證儲水箱內(nèi)水量充足，在閘門兩側(cè)上方安裝了萬向噴頭，噴水時閘門水封與側(cè)軌潤滑全面，避免了干磨擦，防止了摩擦面出現(xiàn)明顯的磨痕和毛刺，閘門開啟、關(guān)閉、開度調(diào)整時無瞬間滯停、振動和轟鳴聲音。潤滑系統(tǒng)數(shù)顯液位控制儀能準(zhǔn)確顯示出水箱水位便于觀察，并能根據(jù)水位要求設(shè)置電接點動作輸出起泵、停泵、高水位報警信號，有效控制抽水泵的啟停，實現(xiàn)了自動控制與保護(hù)，能夠在30 min 內(nèi)貯滿水箱。閘門潤滑水開關(guān)時間能與閘門運行時間較好配合，運行穩(wěn)定、安全、可靠。

3）具有一定的經(jīng)濟(jì)性，閘門水封潤滑水自動噴淋系統(tǒng)投入費用約￥2.0 萬元，閘門潤滑水系統(tǒng)正常情況下只在汛期水庫泄洪和閘門檢修時操作，系統(tǒng)年利用小時數(shù)較小，折舊率較少。閘門水封潤滑水自動噴淋系統(tǒng)安裝投運后在閘門運行時對水封橡膠皮有較好的保護(hù)作用，從而延長了水封橡膠皮的使用壽命，減少更換橡膠皮次數(shù)以及檢修費用。

5 結(jié)束語

1）閘門水封潤滑水自動噴淋系統(tǒng)的實施進(jìn)一步完善了大壩表孔閘門控制部分的組成，有效解決了人工灑水潤滑水封時的人身安全威脅，提高的水封潤滑的質(zhì)量，解決了潤滑質(zhì)量較差的問題，減少了作業(yè)量和作業(yè)強(qiáng)度，提高了工作效率。

2）供水部分的可靠程度可以提高，建議后期增設(shè)l 臺潛水泵，與現(xiàn)有水泵互為備用，能有效提高供水的可靠性。

3）潤滑水的動作信號是擴(kuò)展油泵啟動信號繼電器，后期改建時可在閘門控制柜內(nèi)增加PLC 開出點，將電動球閥控制信號納入啟閉機(jī)PLC 系統(tǒng)中，由PLC 輸出信號。

4）各供水控制閥采用普通的鑄鐵球閥閥體，大壩壩面長期高溫濕潤，可能容易生銹腐朽。后期換成不銹鋼閥門或電磁閥，可靠性和效率更高。

5）本潤滑水系統(tǒng)雖然實現(xiàn)了自動化控制，但各信號均未接入遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)。后期將信號接入大壩監(jiān)控系統(tǒng)LCU，便于在中控室實時監(jiān)視潛水泵和閘門水封潤滑水自動噴淋系統(tǒng)的動作信號。

6）效果驗證與社會效益及推廣，泄洪閘門水封的自動潤滑水系統(tǒng)于2022 年1 月在某水電廠應(yīng)用，安裝調(diào)試完成后隨即投入使用，在近1年的使用過程中泄洪表孔閘門經(jīng)過了檢修時的大幅度啟閉操作和主汛期泄洪時的閘門多次啟閉，閘門水封均無損壞，封水嚴(yán)密，閘門無漏水現(xiàn)象，處理方法取得了預(yù)期的效果。提升了閘門的工作密封的使用使用壽命，提升了大壩的安全防洪度汛的可靠性，保證了下游人民群眾的生命財產(chǎn)安全。在同類型閘門潤滑水系統(tǒng)改造，具有一定的借鑒作用。