飛來峽二、三線船閘人字門及閥門原型調(diào)試研究

陳景祥

摘 要：飛來峽二、三線船閘是目前廣東省內(nèi)最大船閘，為保證船閘人字門和輸水工作閥門正常安全高效工作，同時(shí)更好地積累大型船閘金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對飛來峽二、三線船閘人字門和輸水工作閥門運(yùn)行特性進(jìn)行調(diào)試研究，結(jié)果表明：人字門采用三階段加減速啟閉過程，液壓啟閉機(jī)油壓過程線較為平穩(wěn)，油壓值和壓力值均遠(yuǎn)小于液壓啟閉機(jī)設(shè)計(jì)額定值，能滿足液壓啟閉機(jī)安全運(yùn)行要求;工作閥門啟閉過程中，油缸有桿腔最大壓力基本已接近或超過設(shè)計(jì)值，運(yùn)行過程需重點(diǎn)調(diào)試;工作閥門在開啟過程中各向加速度值均較小，振動(dòng)強(qiáng)度小，運(yùn)行較平穩(wěn)。

關(guān)鍵詞：人字門 工作閥門 啟閉特性

1.引言

國內(nèi)外對船閘原型調(diào)試工作十分重視，國外船閘中，如美國老邦納維爾船閘、約翰德船閘、冰港船閘、灣泉船閘及新威爾遜船閘等，通過調(diào)試改變閥門開啟方式為間歇開啟，改善了閥門工作條件，減小了閘室水面比降、紊動(dòng)和旋渦，減小了船舶系纜力和閘室的超灌和超泄。

國內(nèi)的三峽船閘，進(jìn)行了為期長達(dá)12個(gè)月的原型調(diào)試（不包括設(shè)備安裝調(diào)試）及12個(gè)月的試通航，通過原型調(diào)試和調(diào)試，一方面綜合論證船閘輸水系統(tǒng)性能及閘閥門工作條件;另一方面又根據(jù)原型情況，優(yōu)化和調(diào)整船閘運(yùn)行方式，提出各項(xiàng)措施及時(shí)解決了調(diào)試中的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題，找到最優(yōu)的運(yùn)行調(diào)度方案。此外，我國近年來還對如渠江金盤子船閘、嘉陵江草街船閘、涪江潼南船閘、大化船閘、長洲船閘、清遠(yuǎn)二線、濛浬二線、白石窯二線等船閘進(jìn)行了原型調(diào)試，解決了船閘運(yùn)行過程中問題，保證了船閘和過閘船舶的安全運(yùn)行，提供了船閘運(yùn)行效率。

從國內(nèi)外實(shí)際原型調(diào)試成果表明，通過原型調(diào)試和調(diào)試的船閘，及時(shí)解決船閘在運(yùn)行初期存在的問題，使其船閘的性能可以達(dá)到較佳的狀態(tài)，過閘船舶及船閘設(shè)備的安全也得到保證，船閘的航運(yùn)效益十分顯著。

飛來峽二、三線船閘尺度均較大，各項(xiàng)水力指標(biāo)高，且隨著新技術(shù)新設(shè)備的應(yīng)用，其性能除設(shè)計(jì)時(shí)需充分論證外，都需在船閘建成后進(jìn)行反復(fù)的原型調(diào)試，以發(fā)現(xiàn)和解決其存在的問題，確保船閘安全高效運(yùn)行。

2.工程概況

飛來峽二、三船閘是目前廣東省內(nèi)最大船閘位于北江干流中游飛來峽區(qū)黃洞村旁彎曲河段，下與清遠(yuǎn)船閘銜接，上與白石窯、濛浬、孟州壩三座船閘銜接，實(shí)現(xiàn)飛來峽至韶關(guān)165km的渠化，是航道等級提高的重要節(jié)點(diǎn)工程。

二、三線船閘規(guī)模相同，船閘級別為Ⅲ級（1000噸級），閘室有效尺寸（長×寬×水深）200m×34m×4.5m。船閘的通航凈空均為10m。船閘上游最高通航水位為24.81m，相應(yīng)的下游通航水位為10.37m;上游最低通航水位為18.81m，下游通航水位為16.86m;上游正常蓄水位為24.81m。閘室上游檢修水位為24.81m，下游檢修水位為14.31m。上游設(shè)計(jì)洪水位31.98（0.20%），上游校核洪水位33.98（0.01%）。上閘首底檻高程14.31m;下閘首底檻高程5.87m。

船閘金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備有上閘首上游檢修閘門、上閘首人字門、下閘首人字門、下閘首下游檢修閘門;充水廊道進(jìn)口攔污柵，充、泄水廊道工作閘門，充、泄水廊道上、下游檢修門;人字門的廊道工作閥門均采用液壓啟閉設(shè)備。人字門門高19.7m，單扇閘門寬20.2 m;工作閥門尺寸尺寸5.0×4.5m（寬×高），凈水頭14.44m。

3.人字門及工作閥門原型調(diào)試的目的

船閘人字門及工作閥門原型調(diào)試是一項(xiàng)重要基礎(chǔ)性技術(shù)工作。原型調(diào)試前，已在設(shè)備制造廠完成了上、下閘首人字門及其液壓啟閉機(jī)整體預(yù)拼裝及設(shè)備組裝試驗(yàn)，輸水廊道工作閥門及其液壓啟閉機(jī)整體預(yù)拼裝及設(shè)備組裝試驗(yàn)和各單項(xiàng)設(shè)備出廠試驗(yàn)等調(diào)試及測試工作，對各機(jī)械設(shè)備和電氣系統(tǒng)的主要功能進(jìn)行了測試，對各設(shè)備主要系統(tǒng)性能指標(biāo)進(jìn)行了調(diào)試和預(yù)整定。在此基礎(chǔ)之上，按照現(xiàn)場實(shí)際條件，通過機(jī)電設(shè)備聯(lián)合調(diào)試，達(dá)到以下目標(biāo)：

（1）船閘人字閘門運(yùn)行過程中，考慮有水作用下，調(diào)試人字門運(yùn)行特性，繪制油缸壓力變化過程線、閘門啟閉速度、行程曲線，分析啟閉力變化規(guī)律、人字門啟閉特性與同步特性，測定人字門的同步運(yùn)行偏差，進(jìn)一步優(yōu)化人字門調(diào)度方案。

（2）船閘閘室充、泄水過程中，繪制閘室水位升降速度、人字門前后水位變化過程和閥門井水位變化過程曲線，測定充（泄）水末期閘室水位慣性超高和超降值，分析人字門前后水位差對閘門啟閉的影響，分析船閘輸水系統(tǒng)水動(dòng)力特性 。

（3）船閘輸水閥門運(yùn)行過程中，考慮有水作用下，調(diào)試船閘輸水閥門單、雙邊運(yùn)行特性，繪制閥門油缸壓力變化過程線、閥門啟閉速度、行程曲線，分析啟閉力變化規(guī)律、閥門啟閉特性與同步特性，進(jìn)一步優(yōu)化閥門運(yùn)行方式。

4.人字門及工作閥門原型調(diào)試方法

人字門、工作閥門啟閉力的測量手段為在人字閘門啟閉機(jī)有桿腔和無桿腔上分別布置了油壓傳感器，測量油壓變化過程，并計(jì)算閘門啟閉力。

為了提高同步性測量的手段，并兼顧測量啟閉速度、啟閉行程等參量，采用動(dòng)態(tài)激光測距傳感器對啟閉機(jī)的同步性進(jìn)行調(diào)試。在人字門及工作閥門上分別安裝兩個(gè)激光測距傳感器，在啟閉過程中，激光測距傳感器實(shí)時(shí)測量其行程，通過對行程曲線進(jìn)行分析處理，得到啟閉機(jī)啟閉過程線，通過對兩路激光器輸出數(shù)據(jù)的比較分析，分析其同步特性。

采用三向振動(dòng)加速度傳感器，測試閥門開啟過程中的振動(dòng)頻率曲線，監(jiān)測輸水閥門運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)特性，能直觀的反應(yīng)閥門的震動(dòng)特性，加速度傳感器安裝在最后一節(jié)吊桿上，能有效的反應(yīng)出閥門在啟閉過程中的振動(dòng)情況。

5.人字門及工作閥門原型調(diào)試結(jié)果

5.1人字門運(yùn)行特性

為了解有水運(yùn)行工況下人字門啟閉過程同步性，人字門液壓啟閉機(jī)油壓穩(wěn)定性及啟閉力大小，原型調(diào)試對上、下閘首人字門運(yùn)行軌跡進(jìn)行了測量，并對油缸數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集，并根據(jù)啟閉機(jī)油缸油壓計(jì)算得到了人字門啟門力變化過程線，見圖1～2.

從人字門啟閉門力過程線可以看出船閘人字門啟門力峰值在-758KN～-872KN 之間，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)額定啟門力 2000KN，富余度也較大。船閘人字門閉門力峰值-1102KN～-1200KN 之間，小于設(shè)計(jì)額定啟門力 2000KN，富余度也較大。值得注意的是，啟閉力峰值均為負(fù)值，活塞桿受壓，無桿腔內(nèi)壓力較高，引起這一現(xiàn)象則猶如前文分析的情況相同，人字門加速和減速段較短，走完設(shè)計(jì)行程后，受速度慣性影響，左右兩側(cè)人字門擠壓太緊。以上原型調(diào)試成果表明，在閘門啟閉過程中，人字門閘門液壓啟閉機(jī)油缸壓力和輸出壓力，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)額定值，能保證液壓啟閉機(jī)安全運(yùn)行要求。

5.2工作閥門運(yùn)行特性

對輸水工作閥門運(yùn)行特性進(jìn)行調(diào)試，測量工作閥門啟閉程的啟閉力，測量成果見圖3。

從啟門力方面看，工作閥門最大啟門力 921KN～1021KN 之間，啟門力已接近甚至超過設(shè)計(jì)值，液壓設(shè)備已處于極限運(yùn)行狀態(tài)。因此，建議在后續(xù)運(yùn)行中，重點(diǎn)對設(shè)計(jì)水頭，工作閥門液壓啟閉機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)試，并復(fù)核設(shè)計(jì)水頭下啟閉力的大小，復(fù)核液壓啟閉機(jī)額定啟閉力及壓力值，以便應(yīng)對啟閉力超設(shè)計(jì)情況，評估閥門在此種工作況下對活塞桿、液壓設(shè)備、吊桿等設(shè)備的影響。

5.3工作閥門振動(dòng)特性

為對輸水閥門振動(dòng)特性進(jìn)行監(jiān)測，在工作閥門最下一節(jié)吊桿上安裝了三向振動(dòng)加速度傳感器，監(jiān)測閥門啟閉過程中的振動(dòng)特性，振動(dòng)特性圖見圖4。

由原型調(diào)試得到的工作閥門振動(dòng)過程曲線可知：在各工況下，閥門振動(dòng)加速度值均較小，說明動(dòng)水啟門過程中，水流對閥門的影響較小，門槽與導(dǎo)向輪貼合較好。閉門時(shí)各閘首工作閥門加速度值較啟門時(shí)更小，說明閥門振動(dòng)對閥門及液壓設(shè)備影響小。

6.結(jié)語

（1）人字門采用三階段加減速啟閉過程，液壓啟閉機(jī)油壓過程線較為平穩(wěn)，油壓值和壓力值均遠(yuǎn)小于液壓啟閉機(jī)設(shè)計(jì)額定值，能滿足液壓啟閉機(jī)安全運(yùn)行要求。啟門過程在加速段，加速行程較短，加速度較大，閉門過程則為在減速段，減速行程較短，使人字門在達(dá)到位置的時(shí)候兩扇閘門間有明顯碰撞，實(shí)際行程稍大于設(shè)計(jì)行程，無桿腔油壓激增，腔內(nèi)壓力增大，建議人字門增加加速度及減速度行程，使運(yùn)行更加科學(xué)合理。

（2）工作閥門啟閉過程中，油缸有桿腔最大壓力基本已接近或超過設(shè)計(jì)值，啟閉力也同樣存在超過設(shè)計(jì)值的問題，該種水頭下，還未達(dá)到最大設(shè)計(jì)水頭，建議重點(diǎn)調(diào)試設(shè)計(jì)水頭下閥門動(dòng)水啟門啟閉力，并進(jìn)一步核實(shí)液壓啟閉機(jī)額定啟門力及壓力值，以便應(yīng)對啟閉力超設(shè)計(jì)情況，評估閥門在此種工作況下對活塞桿、液壓設(shè)備、吊桿等設(shè)備的影響。

（3）線船閘工作閥門在開啟過程中各向加速度值均較小，振動(dòng)強(qiáng)度小，運(yùn)行較平穩(wěn)。