排漂孔液壓缸活塞桿與密封更換處理

楊健鋒

摘 要：飛來峽水利樞紐位于清遠(yuǎn)市東北約40公里的北江河段上，是廣東省目前最大的綜合性水利樞紐工程。飛來峽水利樞紐主要建筑物由攔河大壩、船閘、發(fā)電廠房和變電站組成。它的主要作用是以防洪為主，同時(shí)兼有發(fā)電、航運(yùn)、供水和改善生態(tài)環(huán)境等作用，是北江流域綜合治理的關(guān)鍵工程。飛來峽樞紐與北江大堤聯(lián)合組成北江中下游防洪體系，水庫可以起到滯洪調(diào)峰作用。該文主要介紹了飛來峽水利樞紐排漂孔液壓缸活塞桿與密封更換處理的完整方案。

關(guān)鍵詞：飛來峽水利樞紐 施工方案

中圖分類號：TH137 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（c）-0065-03

1 工程概況

1.1 工程概述

飛來峽水利樞紐溢流壩排漂孔孔口寬14 m，排漂孔弧形閘門選用2×1 000 kN液壓啟閉機(jī)，左右布置各一條液壓缸是排漂孔液壓啟閉機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，液壓啟閉機(jī)擔(dān)負(fù)排漂孔弧形門的開啟和關(guān)閉動(dòng)作任務(wù)。經(jīng)過十多年的運(yùn)行，近期發(fā)現(xiàn)兩側(cè)液壓缸存在前端蓋活塞桿密封滲油、活塞桿鍍鉻層脫落等現(xiàn)象，為保證排漂孔弧形閘門的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需對其二條液壓缸進(jìn)行前端蓋活塞桿密封更換與活塞桿修復(fù)處理。

1.2 液壓缸主要技術(shù)特征

最大啟門力：1 000 kN；

液壓缸全行程：8 600 mm；

液壓缸工作行程：8 400 mm；

液壓缸內(nèi)徑：340 mm；

活塞桿直徑：200 mm（長9 828 mm重2 367 kg）；

液壓缸總重：7 097.5 kg。

液壓缸總重：11.7 m

1.3 檢修依據(jù)

（1）廠方提供技術(shù)圖紙；

（2）《水利水電工程啟閉機(jī)制造、安裝及驗(yàn)收規(guī)范（DL/T5 019）》；

（3）《陶瓷涂層活塞桿技術(shù)條件（NB/T35 017-2 013）》；

（4）《大型液壓式啟閉機(jī)》；

2 液壓缸吊裝總體思路

經(jīng)現(xiàn)場實(shí)地勘測、由于受施工場地條件限制，汽車吊等大型起重設(shè)備無法進(jìn)入現(xiàn)場施工，綜合考慮決定、該吊裝方法采用獨(dú)腳拔桿進(jìn)行吊裝，拔桿現(xiàn)場設(shè)計(jì)制作。

利用2#壩頂門機(jī)下端連接梁做 “生根點(diǎn)”，立一條拔桿。起吊和爬臂采用2臺(tái)5噸卷揚(yáng)機(jī)控制。液壓缸拆出壩面后用1#壩頂門機(jī)裝車運(yùn)至安裝間進(jìn)行解體。

3 主要施工機(jī)械設(shè)備計(jì)劃

如表1。

4 液壓缸拆除與安裝流程

如圖1。

5 主要項(xiàng)目施工方法

5.1 獨(dú)腳拔桿制作與安裝

（1）將2#壩頂門機(jī)停放在排漂孔位置、投入抱閘鎖定住，并在輪子下塞上楔子板，防止其走動(dòng)。

（2）在門機(jī)下端連接梁上用30 mm厚的鐵板焊一個(gè)拔桿鉸座基礎(chǔ)架。

（3）拔桿采用2條273*10 mm無縫鋼管焊接而成、長度為18m。一端用20 mm厚的鐵板焊上兩個(gè)吊耳。另一端用30 mm厚的鐵板制作鉸座，連接銷采用Φ60 mm長度為400 mm的圓鋼。

（4）在拔桿中間段用兩條6 m長的10#槽鋼焊接加固。

（5）在壩面選好位置用膨脹螺絲固定好兩臺(tái)5 t卷揚(yáng)機(jī)，一臺(tái)為主吊點(diǎn)、另一臺(tái)控制纜風(fēng)繩、2組10 t三輪滑輪組連接。如圖2所示。

（6）鉸座制作圖如圖3。

5.2 鉸座側(cè)視圖

5.3 連接銷拆除、活塞桿縮回加固、液壓缸排油

（1）用氣刨將活塞桿已閘門連接的銷釘拆除。

（2）操作液壓系統(tǒng)控制、將活塞桿回縮。

（3）用鋼絲繩和3 t手拉葫蘆將活塞桿鎖住，防止其在起吊的過程中下滑。

（4）將液壓缸上的開關(guān)腔油管及行程開關(guān)拆除。準(zhǔn)備好足夠空油桶，排油孔連上一段軟管，打開進(jìn)氣閥將缸體內(nèi)的油排空。注意：排油時(shí)必須時(shí)時(shí)監(jiān)控，杜絕液壓油泄漏。

5.4 液壓缸拆除、倒運(yùn)

（1）將廠房靠排漂孔邊的玻璃窗拆除兩塊。廠房橋機(jī)開至4#機(jī)末端處，投入抱閘并用楔子板塞住輪子防止其走動(dòng)。

（2）在橋機(jī)主梁上捆兩條鋼絲繩，掛上兩個(gè)10 t手拉葫蘆。葫蘆與液壓缸連接。用于保證油缸拆除吊裝過程中的安全。

（3）操作卷揚(yáng)機(jī)、將拔桿吊點(diǎn)對準(zhǔn)油缸中心位置，用兩個(gè)10 t葫蘆和鋼絲繩連接。調(diào)節(jié)至鋼絲繩剛好受力。

（4）將液壓缸鉸座端蓋拆除、用20 t液壓千斤頂將油缸慢慢定出。

（5）用手拉葫蘆將液壓缸調(diào)平，如圖4。

（6）操作卷揚(yáng)機(jī)將液壓缸起升至高出壩面200 mm。在壩面鋪好滾筒，用葫蘆斜拉將液壓缸座在滾筒上，如圖5。

（7）將液壓缸運(yùn)至1#壩頂門機(jī)回轉(zhuǎn)吊可吊范圍內(nèi)，用回轉(zhuǎn)吊裝車將液壓缸運(yùn)至安裝間內(nèi)指定位置。

5.5 液壓缸耐壓、內(nèi)滲漏試驗(yàn)及行程測量

液壓缸處理完成后更換所有密封，并進(jìn)行開關(guān)腔動(dòng)作、耐壓及內(nèi)滲漏試驗(yàn)、并測量開腔關(guān)腔全行程是否符合設(shè)計(jì)要求。該步驟在安裝間內(nèi)進(jìn)行。

（1）試運(yùn)行：在無負(fù)荷下、油缸全行程往復(fù)運(yùn)行二次。在排氣后，運(yùn)行中不得有外部滲油等不正常現(xiàn)象。

（2）最低啟動(dòng)壓力：在不加負(fù)荷情況下，使系統(tǒng)加壓，測量最低啟動(dòng)壓力，其值不得超過0.5 MPa。

（3）最低穩(wěn)定速度：在額定負(fù)荷下、油缸以設(shè)計(jì)速度全行程往復(fù)運(yùn)行二次以上、不得有爬行等不正?，F(xiàn)象。

（4）內(nèi)泄漏：在額定壓力下、檢查活塞桿在兩端及中間位置的內(nèi)泄漏量，其值不得超過8 mL/min。

（5）外泄漏：在額定負(fù)荷下、活塞全行程往復(fù)運(yùn)行二次，活塞桿密封處不得有外滲漏。endprint

（6）耐壓試驗(yàn)。

①試驗(yàn)壓力：有桿腔為21.05 Mpa，無桿腔為6 Mpa；

②試驗(yàn)時(shí)間：t≥10 min；

③要求：不允許有外泄漏，活塞內(nèi)泄量小于5mL/min，各零件無異常。

（7）全行程檢驗(yàn)：活塞分別停在油缸兩端、測量的全行程長度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

液壓缸試驗(yàn)合格后方可進(jìn)行回裝。

5.6 新液壓缸安裝與調(diào)試

（1）安裝前應(yīng)檢查活塞桿有否變形，在活塞桿豎直狀態(tài)下，其垂直度不應(yīng)大于 0.5/1 000，且全長不超過桿長的1/4 000，并檢查油缸內(nèi)壁有無碰傷和拉毛現(xiàn)象。

（2）吊裝前，應(yīng)將活塞桿全部縮進(jìn)，并將吊頭適當(dāng)固定，以防活塞桿外伸。

（3）吊裝捆扎應(yīng)加防護(hù)墊層，以避免損傷外表油漆。

（4）保持油缸干凈。為避免損壞和過早磨損，油缸必須在沒有張力尤其是沒有徑向力產(chǎn)生的情況下運(yùn)行。

（5）參照類似于液壓缸拆除的反序步驟將新液壓缸回裝。

（6）新液壓缸吊裝就位后管路和行程開關(guān)回裝。

（7）接入電源進(jìn)行空載調(diào)試。

（8）液壓啟閉機(jī)與閘門連接后進(jìn)行閘門升降試驗(yàn)。

6 拔桿受力計(jì)算

6.1 拔桿設(shè)計(jì)概況及受力情況

如圖6：拔桿長度為18 m、夾角為56°、液壓缸重量為7 100 kg。

拔桿校核時(shí)，不考慮鋼管自重、纜風(fēng)繩自重的影響，通過控制“強(qiáng)度/應(yīng)力比”保證拔桿受力安全。

G、T、N三力共點(diǎn)，滿足“力平行四邊形法則”，G=71 kN。

即：N=G/sin56=71/0.83=85.6 kN

T=G/tan56=71/1.483=47.9 kN

6.2 校核

6.2.1 纜風(fēng)繩及吊點(diǎn)校核

纜風(fēng)繩拉力T為47.9 kN，吊點(diǎn)的最大拉力G為液壓缸重量71 kN。纜風(fēng)繩拉力和吊點(diǎn)拉力均為一臺(tái)5噸卷揚(yáng)機(jī)提供，連上一組三輪滑輪組。

最大拉力F=50 kN*5=250 kN遠(yuǎn)大于纜風(fēng)繩受的最大拉力機(jī)液壓缸的重量。故滿足要求。

6.2.2 拔桿立柱校核

拔桿立柱簡化成“軸心受壓構(gòu)件”進(jìn)行校核，軸心壓力N=85.6 kN。

Φ273×10無縫鋼管（材質(zhì)Q235B）截面參數(shù)：（見表2）。

穩(wěn)定性驗(yàn)算：

式中：N——軸心壓力85.6 kN。

Φ——軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)受壓構(gòu)件長細(xì)比、鋼材屈服強(qiáng)度和截面類型確定；

A——構(gòu)件毛截面面積82.62 cm2；

f——鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215 N/mm2。

λ——軸心受壓構(gòu)件的長細(xì)比，按兩端鉸支考慮，λ=L/i；

λ=1 800÷9.31=193

查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）（附錄第35頁）附表C-1，

得Φ=0.213。

f=N/ΦA(chǔ)=85.6*1 000÷（0.213* 82.62*100）=48.64<215 N/mm2（設(shè)計(jì)值）

強(qiáng)度/應(yīng)力比=48.64÷215×100%= 23%。符合要求。

6.3 拔桿吊耳驗(yàn)算

拔桿吊耳的剪力V=G=71 kN，吊耳采用20 mm厚的鐵板制作。

抗剪截面面積A=20 mm×200 mm= 4000 mm2。

V/A=（71*1 000）÷4 000=17.75<215 N/mm2（設(shè)計(jì)值）。滿足要求。

6.4 拔桿柱腳銷軸驗(yàn)算

銷軸受到的剪力V=N=85.6 kN，銷軸的直徑為60 mm的圓鋼、長度為400 mm。

抗剪截面總面積：A=3.14*30*30= 2 826 mm2。

V/A=（85.6*1 000）÷2 826=30.3<215 N/mm2（設(shè)計(jì)值）。滿足要求。

6.5 壩頂門機(jī)受力驗(yàn)算

如圖7所示：在液壓缸起吊過程中的受力為G1，最大值為71 t。

力臂L1=10 m。

門機(jī)重量G2=430 t，力臂L2=3 m。

根據(jù)力矩平衡公式：G1*L1=G2*L2

G1=430*3/10=129 t>71 t。

故起吊過程門機(jī)的穩(wěn)定性符合要求。

7 質(zhì)量控制

（1）安裝依據(jù)：施工圖紙、《水利水電工程啟閉機(jī)制造、安裝及驗(yàn)收規(guī)范》（SL 381-2007）。

（2）根據(jù)圖紙、施工規(guī)范執(zhí)行三檢制?，F(xiàn)場施工人員為一檢，施工組長為二檢，技術(shù)員為三檢。驗(yàn)收執(zhí)行管理處的三級驗(yàn)收制度。

（3）填好相關(guān)安裝紀(jì)錄表格，報(bào)管理處申請現(xiàn)場驗(yàn)收。

（4）安裝標(biāo)準(zhǔn)：

①安裝前應(yīng)檢查活塞桿是否變形，在活塞桿豎直狀態(tài)下，其垂直度不應(yīng)大于 0.5/1 000，且全長不超過桿長的1/4 000。

②吊裝油缸時(shí)，應(yīng)根據(jù)油缸直徑、長度和重量決定支點(diǎn)或吊點(diǎn)個(gè)數(shù)，以防止變形。

③活塞桿與閘門（或拉桿）吊耳連接時(shí)，當(dāng)閘門下放到底坎位置，在活塞與油缸下端蓋之間應(yīng)留有50 mm左右的間隙，以保證閘門能嚴(yán)密關(guān)閉。

參考文獻(xiàn)

[1] 王雪峰.液壓缸活塞桿密封泄漏原因分析與措施[J].液壓氣動(dòng)與密封，2012（4）：4-6.

[2] 周志鴻，張康雷.工程機(jī)械液壓缸活塞桿密封的進(jìn)展[J].工程機(jī)械，2005（11）：52-57.

[3] 王召巖.液壓缸往復(fù)密封數(shù)值分析和試驗(yàn)研究[D].青島：青島理工大學(xué)，2014.endprint