桃源水電站右河槽液壓啟閉機油缸異響分析及處理

(中國水電工程顧問集團有限公司， 北京 100101)

桃源水電站地處湖南省桃源縣城區(qū)，是沅水最末級水電站。電站樞紐主要建筑物從左至右依次為左岸接頭土石壩、左河槽14孔泄洪閘、雙洲土石副壩、船閘、發(fā)站廠房、右河槽11孔泄洪閘、右岸接頭土石壩等。按照電站布置情況，采用分期導(dǎo)流方式，先期進行右河槽施工。右河槽泄洪閘弧形閘門及液壓啟閉機聯(lián)動調(diào)試時，1號、5號、7號泄洪閘液壓啟閉機油缸均不同程度出現(xiàn)異常聲響，電站參建各方及時組織力量進行了分析，并研究解決方案。

1 概 述

桃源水電站正常蓄水位39.50m，右河槽共布置11孔泄洪閘，泄洪閘孔口寬度20m，每孔泄洪閘設(shè)置1扇弧形閘門，每孔弧門由1套2×2600kN擺動式液壓啟閉機操作。

1.1 設(shè)備主要參數(shù)

1.1.1 弧門主要參數(shù)

?閘門結(jié)構(gòu)型式：露頂式；?孔口寬度：20m；?閘門高度：14m；?支鉸軸承：自潤滑球面滑動軸承；?閘門吊點型式：底部雙吊點；?閘門操作條件：動水啟閉。

1.1.2 液壓啟閉機主要特征及參數(shù)

a.泄洪閘弧形工作閘門2×2600kN液壓啟閉機。啟閉機總體布置型式為雙吊點，缸體中部鉸支承，搖擺式油缸，兩支油缸分別懸掛在左右閘墩側(cè)墻上的懸臂支鉸座上，懸臂鉸支承由固定座與活動座組成，活動座隨油缸一起擺動，支鉸座安裝高程49.20m。

b.液壓啟閉機主要參數(shù)：?額定啟閉力：2×2600kN；?額定閉門力：閘門自重泵控下門；?行程：12.25m/12.35m；?最大擺角：75°；?啟閉速度：約0.7m/min(可調(diào)) 。

c.液壓啟閉機中間支鉸主要特征。桃源水電站液壓啟閉機油缸支鉸采用Ⅱ型布置，液壓缸為中部雙向可轉(zhuǎn)動鉸支承結(jié)構(gòu)型式。Ⅱ型布置可有效加大啟閉機的力臂，降低啟閉容量，并且大量減少水工建筑物結(jié)構(gòu)工程量。

1.2 異常現(xiàn)象描述

桃源水電站右河槽11套弧門及液壓啟閉機于2012年6月上旬基本安裝完畢，設(shè)備運行初期運轉(zhuǎn)正常，但經(jīng)過一段時間的運行后，各孔泄洪閘液壓啟閉機基本都出現(xiàn)了不同程度的異響，對于比較典型的異?，F(xiàn)象描述如下：

a.1號液壓啟閉機。右側(cè)油缸的異響比較明顯，左側(cè)油缸響聲較小、油缸有輕微爬行現(xiàn)象。

b.5號液壓啟閉機。左右兩只油缸在啟門及關(guān)門過程中均發(fā)出異響并伴有油缸的輕微抖動，兩只缸的異響不同步發(fā)出。

c.7號液壓啟閉機。左右兩只油缸在啟門及關(guān)門過程中均發(fā)出異響，右側(cè)油缸響聲間隔時間較長，幾乎是左側(cè)的2倍。在左右側(cè)油缸中間支鉸座下方近距離觀察，發(fā)現(xiàn)啟門及關(guān)門過程中，油缸支鉸轉(zhuǎn)動不靈活，有卡滯現(xiàn)象，當(dāng)啟門臨近極限位置(活塞桿收回)時，異響最小、間隔時間最短，支鉸相對轉(zhuǎn)動最為靈活；當(dāng)關(guān)門臨近到達極限位置(活塞桿伸出極限)時，異響最大、間隔時間最長，支鉸相對轉(zhuǎn)動最不靈活。

d.每只油缸支鉸旋轉(zhuǎn)體擋板處均有明顯的轉(zhuǎn)動劃痕。

2 異響原因分析

2.1 異響產(chǎn)生原因的初步分析

由于閘門啟閉過程中，右岸泄洪閘幾乎全部液壓啟閉機均產(chǎn)生不同程度的抖動、異響現(xiàn)象，一般認為是由于安裝問題引起的，主要表現(xiàn)在液壓系統(tǒng)左右桿腔不同步、系統(tǒng)未排氣或者液壓缸支鉸與弧門支鉸的空間位置不平行等問題。

2.1.1 系統(tǒng)左右桿腔不同步

該套液壓系統(tǒng)使用比例流量閥進行閘門同步控制，在閘門行程檢測裝置全行程連續(xù)檢測兩只液壓缸的行程偏差大于10mm時，系統(tǒng)即進入糾偏模式，當(dāng)雙缸同步偏差小于5mm時，停止糾偏。在實際應(yīng)用中該套系統(tǒng)糾偏功能可以實現(xiàn)，因此不存在系統(tǒng)左右桿腔不同步的問題。

2.1.2 系統(tǒng)未排氣

從該套液壓系統(tǒng)原理上可以看出，在落門過程中有桿腔的液壓油向無桿腔補油；啟門過程中系統(tǒng)向有桿腔進行油液輸出，無桿腔的油液回流進入油箱，也就是說，在液壓系統(tǒng)安裝完成以后空負荷試運轉(zhuǎn)可以使兩只油缸空氣排空，即使有殘留的空氣，在設(shè)備多次運行以后也可以實現(xiàn)兩只油缸內(nèi)空氣的排空，因此，關(guān)于系統(tǒng)未排氣的原因也可以排除。

2.1.3 液壓缸支鉸與弧門支鉸的空間位置不平行

液壓缸支鉸為懸臂梁結(jié)構(gòu)型式，其旋轉(zhuǎn)體與油缸為十字鉸配合，油缸能夠?qū)卓谥行淖笥覕[動，弧門支鉸軸承為自潤滑球面滑動軸承，從設(shè)計理念上考慮，油缸支鉸與弧門支鉸的空間位置偏差不能作為設(shè)備異常的主要影響因素進行考慮?，F(xiàn)場重新對液壓缸支鉸與弧門支鉸的空間位置進行校核，其不平行度滿足設(shè)計文件及相關(guān)規(guī)范要求。

2.2 異響產(chǎn)生原因的進一步分析

綜合現(xiàn)場實際情況，從異響存在的部位進一步進行考量。異響主要從液壓啟閉機中間支鉸處傳出來，應(yīng)重點分析中間支鉸的力學(xué)結(jié)構(gòu)、支鉸附件的影響、支鉸制造公差、支鉸的潤滑等因素。

2.2.1 支鉸的力學(xué)結(jié)構(gòu)

由設(shè)計制造單位分別對支鉸旋轉(zhuǎn)體中間支點、端部支點以及液壓缸支撐梁(工字型梁)進行彎應(yīng)力、彎曲剪應(yīng)力、軸承承壓應(yīng)力計算，計算結(jié)果滿足規(guī)范要求。復(fù)核旋轉(zhuǎn)體撓度計算，計算值小于許用值。因此，支鉸力學(xué)計算上均滿足規(guī)范要求，不是異響產(chǎn)生的誘因。

2.2.2 支鉸附件的影響

從現(xiàn)場檢查的實際可以看出，每個支鉸轉(zhuǎn)動體在圓周方向均布4個防止轉(zhuǎn)動體軸向串動的擋板，每個擋板都不同程度地有劃痕。擋板材料為鋼板貼HQ-1復(fù)合材料，劃傷部分為復(fù)合材料表面，最嚴重部分劃痕深度約1mm，主要來自設(shè)備外部混凝土雜物以及旋轉(zhuǎn)體配合部位端部未倒角的刮擦；內(nèi)側(cè)貼板與轉(zhuǎn)動體軸肩未見明顯刮蹭。將旋轉(zhuǎn)體擋板拆除，針對旋轉(zhuǎn)體擋板受損較為嚴重的現(xiàn)象進行試驗性檢測，支鉸部位異響無明顯改變，旋轉(zhuǎn)體擋板刮蹭不是支鉸異響的影響因素。

2.2.3 支鉸制造公差

現(xiàn)場拆除7號液壓啟閉機右側(cè)支鉸轉(zhuǎn)動體，分別對中間支承(大端)、端部支承(小端)的制造公差進行復(fù)核。轉(zhuǎn)動體大端支承表面公差超出圖紙約-0.3mm，轉(zhuǎn)動體小端支承表面公差超出圖紙約-0.4mm。軸承孔偏差大、小端均偏大，軸與孔極限累計偏差近1mm。造成轉(zhuǎn)動體旋轉(zhuǎn)時，軸與軸承接觸部位的接觸面積或有不足，導(dǎo)致滑動摩擦力增大。

2.2.4 支鉸的潤滑

現(xiàn)場拆除7號液壓啟閉機右側(cè)支鉸轉(zhuǎn)動體，將支鉸旋轉(zhuǎn)體拆除后現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，支鉸整體結(jié)構(gòu)完好，軸承完好，結(jié)合面無深度摩擦劃痕，但上游方向有明顯的受力摩擦痕跡(軸向方向有間隔摩擦條紋)，下游方向未見摩擦跡象，旋轉(zhuǎn)體的小端受力摩擦方向與大端相反，大端軸承自潤滑材料在受力部位有滲出跡象。分析結(jié)果為：由于工作條件限制，旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速低，不能對軸承進行良好的熱傳導(dǎo)，不能使軸承自潤滑材料很好地析出，潤滑效果不佳，支鉸轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)動時需要克服的摩擦阻力增大，造成支鉸轉(zhuǎn)動體不靈活。支鉸的潤滑效果不佳是支鉸異音的決定性影響因素。

3 處理方案

3.1 桃源水電站左河槽液壓啟閉機支鉸潤滑處理方案

根據(jù)桃源水電站水工建筑物布置情況，總結(jié)右河槽液壓啟閉機運行經(jīng)驗，左河槽14套弧門液壓啟閉機油缸支鉸軸承可采用潤滑條件更為良好的材料代替現(xiàn)有銅基復(fù)合材料或者采用滾動軸承等方案，綜合考慮工程長期運行安全、工程造價等因素，優(yōu)選復(fù)合材料滑動軸承，例如高分子尼龍材料。

3.2 桃源水電站右河槽液壓啟閉機支鉸潤滑處理方案

改造液壓啟閉機支鉸轉(zhuǎn)動體軸類部位制造工藝：原支鉸轉(zhuǎn)動體結(jié)構(gòu)的軸是鋼板卷制后，貼焊不銹鋼板，然后進行精加工，改為鋼板卷制軸加工后，由不銹鋼焊絲堆焊成型，然后上車床進行精加工，切削過程應(yīng)保證環(huán)境溫度、切削速度、構(gòu)件溫度等，加工完成后軸表面光潔度應(yīng)為▽6。

4 結(jié) 語

綜上所述，桃源水電站右河槽液壓啟閉機異響來源于支鉸部位，支鉸的安裝對異響不構(gòu)成主要影響，支鉸結(jié)構(gòu)及工作原理正確，強度滿足要求，主要是轉(zhuǎn)動體結(jié)合面間隙過大、旋轉(zhuǎn)體的潤滑條件不佳所致，設(shè)備在后續(xù)使用中應(yīng)加強觀測，擇機有針對性地對存在問題進行處理。

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