液壓啟閉機(jī)在頭屯河水庫除險加固工程中的應(yīng)用

閭東杰

(新疆水利廳頭屯河流域管理處，新疆昌吉 831100)

1 工程概述

頭屯河水庫于1965年開始修建，1981年主體工程基本完成，水庫原設(shè)計總庫容2 030萬m3，由于頭屯河水庫是“三邊”工程，設(shè)計、施工均存在一定的問題，使水庫長期帶病運行，不能正常使用。鑒于頭屯河水庫存在的安全隱患，2007年9月完成頭屯河水庫大壩安全鑒定工作，放水涵洞及泄水隧洞工作閘門及啟閉設(shè)備超過使用年限，金屬結(jié)構(gòu)安全綜合評價為C級，已影響大壩正常安全運行。因此，為了保證水庫安全運行，確保水庫功能的全部實現(xiàn)，頭屯河水庫閘門及啟閉設(shè)備型式的改造被確定為除險加固工程的重要內(nèi)容之一。

2 閘門啟閉設(shè)備的選擇

頭屯河水庫原輸水涵洞、泄水隧洞工作閘門和啟閉設(shè)備設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低，采用手、電兩用螺桿式啟閉機(jī)操作，均已運行30 a以上，啟閉機(jī)設(shè)備老化、操作困難，已超過使用年限，存在著嚴(yán)重的安全隱患。根據(jù)《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報廢標(biāo)準(zhǔn)》L 226—98，結(jié)合頭屯河水庫閘門實際情況，除險加固設(shè)計按更換閘門啟閉機(jī)考慮。更新改造后，可消除金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備陳舊、操作困難及滲漏水等事故隱患，提高水庫運行的安全性和可靠性。

在設(shè)計中對螺桿啟閉機(jī)和液壓啟閉機(jī)兩種形式進(jìn)行了方案比較，螺桿啟閉機(jī)對工作的環(huán)境要求不高，造價低，在早期水電工程中應(yīng)用較多，但啟閉速度慢、運行維護(hù)人員勞動強(qiáng)度大、操作控制性差;液壓啟閉機(jī)操作運行方便、安全可靠，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程和現(xiàn)地兩種控制方式，能提高金屬結(jié)構(gòu)自動化水平，減輕運行人員的勞動強(qiáng)度，提高水資源的使用效率。

與其它型式相比，液壓啟閉機(jī)具有以下優(yōu)點:①結(jié)構(gòu)簡單，布置緊湊，體積小，重量輕;②承載能力大，并能夠遠(yuǎn)距離傳遞動力;③緩沖性能好，傳動平穩(wěn)，調(diào)速和換向方便;④液壓傳動與電氣控制相結(jié)合，便于實現(xiàn)自動化;⑤液壓元件已經(jīng)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計簡單，制造周期短;⑥液壓元件可以自行潤滑，經(jīng)久耐用;⑦易于防止過載，工作安全可靠。

因此，頭屯河水庫放水涵洞啟閉設(shè)備選用單吊點搖擺式液壓啟閉機(jī)，啟閉容量為800 kN(拉)/400 kN(壓)，行程5.5 m。泄水隧洞啟閉設(shè)備選用單吊點搖擺式液壓啟閉機(jī)，啟閉容量為400 kN(拉)/320 kN(壓)，行程3.0 m。

3 液壓啟閉機(jī)在頭屯河水庫得以運用

放水涵洞、泄水隧洞工作閘門啟閉設(shè)備均使用液壓啟閉機(jī)進(jìn)行啟閉運行，它們各由一套液壓泵站、一只液壓油缸組成，可實現(xiàn)閘門開啟、關(guān)閉兩種運行方式，并配置了必須的控制及安全裝置［1］。

3.1 液壓啟閉機(jī)設(shè)備構(gòu)成

3.1.1 液壓啟閉機(jī)的基本組成

液壓缸總成;液壓泵站(一套)包含有兩套互為備用的油泵電機(jī)組，油箱一只，主控制閥組一套，油管及附件、液壓油等;液壓管道系統(tǒng)(一套)包含有液壓站至油缸總成的液壓管道、管夾、埋件等。

3.1.2 液壓啟閉機(jī)電氣控制系統(tǒng)

包括電氣控制柜、開度傳感器、閥組以及油泵電機(jī)等部件，采用控制器PLC+觸摸屏控制，柜體控制一個閘門的啟門、停門、閉門3種狀態(tài)以及一個液壓站，通過觸摸屏顯示閘門的各種工作狀態(tài)和液壓站的工作狀態(tài)。

電氣控制系統(tǒng)由一面控制柜組成，控制柜內(nèi)裝設(shè)有進(jìn)線總斷路器、分級斷路器，具有過載、短路保護(hù)功能的熱繼電器與接觸器;音響報警器、保護(hù)裝置;電流表、電壓表;PLC、智能人機(jī)界面、直流電源裝置等設(shè)備。

3.2 液壓系統(tǒng)電氣設(shè)備控制與保護(hù)功能

3.2.1 油泵電機(jī)控制

整個液壓系統(tǒng)中包含有2個油泵電機(jī)，一用一備，通過控制柜上的按鈕開關(guān)進(jìn)行控制，在自動方式下，所選擇的油泵自動啟動和停止，其中一個泵出現(xiàn)故障后，另一個泵可投入使用。在手動方式下，將由1#泵或2#泵按鈕開關(guān)控制。

3.2.2 閘門控制

在自動工況下，把旋鈕旋至自動檔，然后選擇要按啟門或閉門按鈕即可。啟動油泵，延時5～8 s后，系統(tǒng)便會自動完成閘門啟或閉，待閘門到達(dá)全開或全關(guān)位時，閘門啟或閉停止。也可以在閘門運動過程中，按一下“停止”按鈕將閘門停留在您所需要的位置上。在手動工況下，待油泵運行5～8 s后，按下“啟門”或“閉門”按鈕則閘門上升或下降，停門時只要按停門按鈕即可。

3.2.3 保護(hù)功能

系統(tǒng)在控制過程中能自動識別故障信號和事故信號，當(dāng)系統(tǒng)檢測到故障信號時，可以提醒操作人，進(jìn)行檢修。

1)電氣系統(tǒng)缺相、失壓、過載和過流、短路保護(hù)，聲光報警。

2)液壓系統(tǒng)的超壓、欠壓，液位過高，液位過低，系統(tǒng)自動停門停泵，聲光報警。

3)回油過濾器堵塞報警顯示，待系統(tǒng)停止后更換或者清洗濾油器。

3.2.4 其它控制功能

1)緊急停止:在任何工況下，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)不可預(yù)知的緊急情況時，現(xiàn)地按緊急停止按鈕，系統(tǒng)停機(jī);

2)啟閉門互鎖控制:當(dāng)閘門正處于開門過程中，該閘門的閉門操作無效;同理，當(dāng)閘門處于閉門過程中，該閘門的開門操作無效。

3)下滑回升功能:油泵根據(jù)實際工況投入運行，在自動或遠(yuǎn)控工況下，當(dāng)閘門長期置于全開狀態(tài)，閘門可能會有滲油現(xiàn)象(正?，F(xiàn)象)，導(dǎo)致閘門下滑，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的下滑值時，閘門會自動提升。

3.3 液壓系統(tǒng)電氣設(shè)備預(yù)防性維護(hù)

1)點動的辦法檢查電動機(jī)轉(zhuǎn)向是否與油泵旋轉(zhuǎn)方向相同，禁止反向轉(zhuǎn)動。

2)油泵進(jìn)油閥必須打開。

3)壓力繼電器有超壓保護(hù)功能，因此不允許隨意改變其調(diào)定壓力。

4)經(jīng)常檢查油箱內(nèi)油面高度和油質(zhì)情況，發(fā)現(xiàn)油液過臟，油面過低，氣泡過多，乳化變質(zhì)等應(yīng)及時更換。

5)設(shè)備投入使用180 d后應(yīng)將油箱中的油全部放出，經(jīng)過重新濾清再加入使用，以后每隔2～3 a更換一次。

6)液壓系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)常運行，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，確保液壓啟閉機(jī)運行安全可靠。

7)為保證系統(tǒng)正常工作，應(yīng)經(jīng)常注意放氣。

8)用兆歐表測量線路絕緣電阻，各電機(jī)繞組間以及繞組對地的絕緣電阻應(yīng)＞1 M。

4 液壓啟閉機(jī)運行中存在的問題及原因分析

頭屯河水庫液壓啟閉機(jī)，經(jīng)過2～3 a的運行，基本情況良好，基本上體現(xiàn)了液壓啟閉機(jī)的優(yōu)點。但是由于各種原因，也出現(xiàn)過一些問題，從所出現(xiàn)的問題的原因分析看，這些問題并非液壓啟閉機(jī)本身所固有的，只要從設(shè)計、安裝和運行管理等各個環(huán)節(jié)上嚴(yán)格把關(guān)，是完全可以避免的。

以頭屯河水庫除險加固后液壓啟閉機(jī)的運用為例:

1)設(shè)計方面:廠家設(shè)計時疏忽了一點，即泄水工作門在啟閉操作停門后，有緩慢自行下滑現(xiàn)象，后來廠家在液壓缸無桿腔油管處增設(shè)一個液控單向閥即解決問題;

2)安裝方面:部分油路管線鋪設(shè)不規(guī)范，導(dǎo)致油路不暢;個別油路軟管有滲油，密封圈因國產(chǎn)原材料質(zhì)量不過關(guān)，出現(xiàn)老化現(xiàn)象，這些問題已由施工單位、廠家更換處理;

3)運行維護(hù)管理方面:這是一個比較薄弱的環(huán)節(jié)，液壓啟閉機(jī)所出現(xiàn)的問題有相當(dāng)部分是由于這個環(huán)節(jié)引起的。例如:①液壓啟閉機(jī)在一段時間運行后，閘門自行下滑的現(xiàn)象，原因:液控單向閥閥心上密封圈損壞，處理:閘門在全關(guān)位拆除液控單向閥閥心，更換密封圈;②閘門在某開度不降只能升，原因:由于負(fù)載的變化，使作用在油缸上的力較大，油缸下腔壓力瞬間達(dá)到系統(tǒng)低壓報警值，處理:在保證設(shè)備正常運行的前提下，根據(jù)現(xiàn)場實際整定閘門的低壓報警值，重新調(diào)整壓力繼電器動作值;③油缸行程已至0位，由于閘門止水或雜物影響使漏水較大，應(yīng)將閘門重新提起小開度后再落下。

液壓啟閉機(jī)運行管理中還應(yīng)注意的問題:

1)要保持液壓系統(tǒng)工作表面和液壓油的清潔，注入油箱內(nèi)的新油應(yīng)經(jīng)過濾油車過濾，并應(yīng)定期檢查油質(zhì)。油箱中的高壓濾油器和回油濾油器的濾心要定期清洗、更換，防止機(jī)械顆粒磨損油缸內(nèi)壁和破壞油封密封圈，造成控制閥芯的阻塞、缸和系統(tǒng)高壓油泄漏，造成控制失靈。

2)在運行中需注意檢查電磁閥，壓力繼電器，電磁溢流閥是否動作靈活正確，嚴(yán)禁調(diào)整壓力溢流閥等安全保護(hù)裝置。當(dāng)液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)發(fā)生故障時，應(yīng)立即停機(jī)并切斷電源，只有在查明原因并排除故障后，才能恢復(fù)運行。

3)液壓啟閉機(jī)系統(tǒng)在每年訊前應(yīng)當(dāng)進(jìn)行全面檢查維修，并進(jìn)行閘門啟閉試驗。日常要做好活塞桿表面的保護(hù)，高壓軟管接頭要經(jīng)常檢查擰緊，防止高壓油泄漏。在遠(yuǎn)程控制啟閉閘門時，現(xiàn)場應(yīng)有人監(jiān)視閘門啟閉過程。

運行管理人員只要嚴(yán)格按照安全運行管理制度，定時進(jìn)行檢查、維護(hù)、保養(yǎng)，一些小問題就不會愈演愈大，甚至釀成事故。為此，應(yīng)提高運行管理人員的業(yè)務(wù)水平和素質(zhì)，把設(shè)備的維護(hù)、保養(yǎng)和管理制度落到實處［2］。

5 結(jié)語

液壓啟閉機(jī)與傳統(tǒng)的卷揚式、螺桿式相比有著諸多的優(yōu)點，具有操作簡便、造價較低、起重力大、啟閉速度快，能夠局部開啟，便于集中控制和自動化操作的特點，隨著我國水利工程技術(shù)的發(fā)展，液壓啟閉機(jī)得到了廣泛地應(yīng)用，頭屯河水庫除險加固后液壓啟閉機(jī)的運用，也將為液壓啟閉機(jī)在新疆地區(qū)水利工程中的應(yīng)用積累經(jīng)驗。

［1］袁田琴.高壓定噴灌漿防滲技術(shù)在時淠排澇站除險加固中的應(yīng)用［J］.科學(xué)與財富，2010(08):134－135.

［2］管萬凱.李杖子水庫除險加固工程設(shè)計［J］.中國科技信息，2012(13):71.

［3］唐永祥，劉井鵬.塑性混凝土防滲墻技術(shù)在南掌水庫除險加固工程中的應(yīng)用［J］.湖南水利水電，2012(03):24－26.