淜頭水電站工程溢洪道液壓機(jī)設(shè)計(jì)分析

王曉斌

（山西省水土保持科學(xué)研究所，山西 太原 030013）

1 概述

淜頭水電站工程位于山西省長(zhǎng)治市平順縣北耽車鄉(xiāng)北耽車村上游約400 m的濁漳河干流上，控制流域面積10458 km2。本工程的任務(wù)主要是控制上游水庫(kù)的棄水量和區(qū)間來(lái)水量，對(duì)上游來(lái)水量的時(shí)空分布進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，充分利用蓄水水頭，增加平順縣小水電的裝機(jī)容量，同時(shí)對(duì)下游14座已建徑流式電站進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)，提高發(fā)電量。工程建成后，每年可向工業(yè)供水1300萬(wàn)m3，年均發(fā)電量437萬(wàn)kW·h。電站裝機(jī)容量1200 kW。

工程溢洪道弧形工作閘門的啟閉機(jī)選用QHLY2×630 kN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)。根據(jù)《水利水電工程啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》，液壓機(jī)設(shè)計(jì)方案力求優(yōu)良、先進(jìn)經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行可靠、維護(hù)簡(jiǎn)便。

2 液壓缸

2.1 主要參數(shù)

液壓缸主要參數(shù)為:啟閉力2×630 kN、閉門力2×50 kN、工作行程5.0 m、最大行程5.2 m、油缸內(nèi)徑280 mm、活塞桿直徑160 mm、啟門速度0.5 m/min可調(diào)、閉門速度0.5 m/min可調(diào)、啟閉工作壓力15.2 MPa。

液壓缸缸筒壁厚和缸筒強(qiáng)度：缸筒材料為45號(hào)無(wú)縫鋼管，許用應(yīng)力-120 MPa，油缸內(nèi)徑280 mm，根據(jù)鋼管尺寸系列，選用鋼管外徑325 mm，鋼管壁厚22.5mm，缸筒縱向應(yīng)力29.5MPa，環(huán)形應(yīng)力102.2MPa，油缸壁厚22.5 mm。

2.2 安裝形式

液壓缸布置于閘門下游，采用兩端部耳環(huán)鉸座安裝形式，液壓缸下端吊耳與閘門連接處采用自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承，上端吊耳與預(yù)埋在孔口兩側(cè)閘墻的支鉸采用自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承連接。

考慮到土建、閘門制造安裝以及液壓缸安裝可能存在的誤差，液壓缸安裝的球面自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承，內(nèi)圈采用GCr15鋼淬火，球形表面鍍硬鉻，拋光；外圈基體材料采用GCr15鋼，其球形工作表面為自潤(rùn)滑材料（聚四氟乙烯鋼背復(fù)合材料）。該材料具有自動(dòng)調(diào)心、對(duì)偏斜不敏感、軸承受力均勻、承載能力高，可同時(shí)承受徑向和軸向載荷等諸多優(yōu)點(diǎn)，可適量補(bǔ)償閘門及油缸安裝時(shí)產(chǎn)生的誤差。此種軸承具有良好的自潤(rùn)滑功能，特別是在有潤(rùn)滑劑的條件下，性能會(huì)有較大提高。因此在油缸上下支鉸設(shè)計(jì)時(shí)，關(guān)節(jié)軸承軸孔處均設(shè)有壓入式油杯，便于加油，以改善潤(rùn)滑條件，延長(zhǎng)使用壽命。同時(shí)潤(rùn)滑脂的存在還可提高密封和防腐性能。

2.3 液壓缸密封與防塵

根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和本液壓機(jī)技術(shù)要求，液壓缸密封件使用壽命可達(dá)15~20年，內(nèi)泄漏量遠(yuǎn)低于《水電水利工程啟閉機(jī)制造、安裝及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，可確保液壓缸持門下沉降量不大于80 mm/48 h，在高壓和低壓時(shí)均有良好的密封性能和較低的啟動(dòng)壓力。同時(shí)，合理密封件型號(hào)，可使油缸在低速工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生“爬行現(xiàn)象”。

在活塞桿出口處設(shè)置刮污圈，除去活塞桿雜物，保護(hù)防塵圈與密封圈，與活塞桿采用間隙配合。

2.4 液壓缸活塞和活塞桿導(dǎo)向

組合式活塞，有桿腔、無(wú)桿腔密封件盡量靠攏，采用寬帶填充聚四氟乙烯導(dǎo)向密封環(huán)，活塞的外表面與缸筒內(nèi)壁不接觸，裝拆維修簡(jiǎn)便。

桿用支承和導(dǎo)向?yàn)殡p道組合，桿用密封件內(nèi)道采用青銅或填充聚四氟，外道采用復(fù)合材料自潤(rùn)軸襯，且裝配結(jié)構(gòu)上應(yīng)方便維修和換件。

2.5 液壓缸排氣

在液壓缸上下端設(shè)置新型排氣測(cè)壓接點(diǎn)，用于液壓缸安裝時(shí)上腔和下腔排氣及液壓缸的充油和壓力測(cè)量。

2.6 液壓缸防腐

因液壓缸露天布置，工作時(shí)受洪水沖擊，因此防腐非常重要。活塞桿采用鍍鉻防腐，第一層鍍?nèi)榘足t0.05 mm，第二層鍍硬鉻0.05 mm。液壓缸外露非配合表面預(yù)處理和涂料防腐按照《水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范》進(jìn)行防護(hù)涂裝。

3 液壓控制系統(tǒng)

3.1 主要參數(shù)

液壓控制系統(tǒng)主要參數(shù)為：油泵A 3 H 37-F R 01 K K、排量37 mL/r、油泵電機(jī)組YX3-160M4-B35/15kW、啟門回油流量 2×20.7 L/min、啟門進(jìn)油流量 2×30.8 L/min、油管通徑（有桿腔/無(wú)桿腔）22/28 mm、油箱容積2 m3。

3.2 工作原理

3.2.1 啟閉門原理

啟門時(shí)，啟動(dòng)油泵電機(jī)組，形成啟門壓力，當(dāng)閘門開(kāi)啟到位時(shí)，兩套直線位移傳感器均發(fā)出信號(hào)后，電磁鐵斷開(kāi)，啟門動(dòng)作完成。閉門時(shí)，啟動(dòng)油泵電機(jī)組，方向控制閥組電磁閥YV3的電，形成差動(dòng)回路，當(dāng)閘門閉門到位時(shí)，兩套開(kāi)度儀全部發(fā)出信號(hào)后，電磁鐵斷開(kāi)，閉門動(dòng)作完成。

為滿足安裝和檢修需要，系統(tǒng)設(shè)安裝和檢修回路，安裝檢修設(shè)定壓力0.8 MPa。

3.2.2 液壓同步糾偏

啟門時(shí)，采用旁路閉環(huán)同步糾偏，保證雙缸同步精度在不同工況及氣候條件下有效控制在15 mm以內(nèi)。在兩液壓缸有桿腔分別設(shè)一組調(diào)速閥，對(duì)閘門運(yùn)行進(jìn)行初控。安裝在液壓缸上的位移傳感器分別對(duì)液壓缸的行程檢測(cè)，并對(duì)行程檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)模擬信號(hào)傳至現(xiàn)地控制柜PLC。待雙缸不同步差值超過(guò)5 mm（可調(diào)）時(shí)，現(xiàn)地控制柜PLC輸給開(kāi)關(guān)量，位置高一側(cè)電磁閥旁路卸油，從而調(diào)整液壓缸運(yùn)行速度，保證雙杠同步。閉門時(shí)，采用閉環(huán)同步糾偏，保證雙缸同步精度在不同工況及氣候條件下有效控制在15 mm以內(nèi)。安裝在液壓缸上的位移傳感器分別對(duì)液壓缸的行程檢測(cè)，并對(duì)行程檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)模擬信號(hào)傳至現(xiàn)地控制柜PLC。待雙缸不同步差值超過(guò)5 mm（可調(diào)）時(shí)，現(xiàn)地控制柜PLC輸給開(kāi)關(guān)量，位置高一側(cè)電磁閥旁路卸油，從而調(diào)整液壓缸運(yùn)行速度，保證雙杠同步。

3.2.3 液壓電控系統(tǒng)

淜頭水電站工程溢洪道弧形工作閘門共7套，七臺(tái)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)采用兩套液壓站，每套液壓站設(shè)兩套油泵電機(jī)組，一套備用。為確保系統(tǒng)各部壓力正常，在油泵出口、液壓缸下腔設(shè)置過(guò)壓保護(hù)用的壓力繼電器。通過(guò)電控系統(tǒng)的控制，閘門在上、下極限位置時(shí)能自動(dòng)停機(jī)，可進(jìn)行閘門開(kāi)度預(yù)置，待閘門達(dá)到該開(kāi)度時(shí)，自動(dòng)停機(jī)。另外在正常內(nèi)泄露時(shí)，閘門自上極限位置或預(yù)設(shè)定位置下滑100 mm時(shí)報(bào)警，油泵電機(jī)組自動(dòng)投入運(yùn)行，將閘門提升到原位。如下滑100 mm時(shí)，油泵電機(jī)組未能啟動(dòng)，則閘門繼續(xù)下滑，待下滑量達(dá)到150 mm時(shí)，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)自動(dòng)接通另一組備用油泵電機(jī)組，將閘門提升至全開(kāi)位置，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

4 液壓站閥組結(jié)構(gòu)

液壓站通過(guò)方向控制閥組控制每臺(tái)啟閉機(jī)，液壓站設(shè)在啟閉機(jī)機(jī)房，控制閥組設(shè)在油箱頂部，液壓站包括不銹鋼油箱、油泵電機(jī)組2套、閥組、儀表盤、電氣端子箱、壓力控制裝置和其他液壓件。每套分控閥組含插裝閥座、換向閥和其他液壓件。

5 液壓油

考慮工程當(dāng)?shù)貧夂驐l件，綜合液壓油的性能指標(biāo)，選用L-HV46抗磨液壓油。該品種液壓油具有適度的黏度、良好的黏溫性、抗氧化、無(wú)腐蝕作用、抗燃燒、不易乳化、無(wú)毒，有一定消泡的能力。

6 結(jié)論

目前，淜頭水電站已完工，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)在水電站運(yùn)行情況基本良好，說(shuō)明液壓?jiǎn)㈤]機(jī)選型合理，滿足設(shè)計(jì)要求。