基于X流道泵站快速斷流系統(tǒng)的運行分析與改進

陳 飛，潘雯璽，錢立君，王亞乒，陸 昊

（江蘇省常州市長江堤防工程管理處，江蘇 常州 213127）

1 工程概況

江蘇省常州市魏村水利樞紐工程是治太湖骨干工程中湖西高片地區(qū)的主要引排工程，1991年12月開工建設(shè)，1996年3月建成。工程位于太湖流域湖西片距離德勝河口下游650 m處，距離長江口1.6 km，具有流域防洪、排澇、灌溉、航運、水環(huán)境保護等多種功能。工程由60 m3/s（4臺×15 m3/s機組）的引排雙向泵站和3孔×24.0 m（凈寬）設(shè)計流量300 m3/s的節(jié)制閘及160.0 m×12.0 m×2.5 m套閘組成。

2 X流道泵站快速斷流裝置結(jié)構(gòu)原理分析

魏村泵站采用全調(diào)節(jié)軸流泵（2000 ZLQ15-2.8），單機流量為15 m3/s，功率為800 kW，電壓為6 kV。閘門采用直立式雙油缸啟閉，油缸為單作用缸，閘門開啟時靠液壓系統(tǒng)壓力，關(guān)閉時靠閘門自重泄壓，油缸上腔通過油箱自然吸油排油，由三位四通閥a和液控單向閥b組合構(gòu)成1組控制閥組控制閘門的雙油缸[1]，液壓系統(tǒng)原理見圖1。三位四通閥a使用的是中間泄壓式三位四通閥，閥組電磁線圈在不通電（停止位）時ABT和油箱互通，為泄壓狀態(tài)，不能起到鎖定油缸回路和回路保壓作用，需利用液控單向閥b順向流通反向截止實現(xiàn)油缸保壓、回路鎖定。如果直接使用電磁換向滑閥組合，只能在輕載負(fù)荷系統(tǒng)中使用。當(dāng)油缸運行突然停止，油缸液壓油受閘門自重壓力，對閥芯產(chǎn)生很大沖擊，導(dǎo)致閥組的閥芯磨損變形，出現(xiàn)閥組間隙泄漏現(xiàn)象，油缸活塞桿下滑，所以將液控單向閥b串接于油缸下腔的油路，起到鎖定系統(tǒng)回路，保護三位四通閥組的作用。

圖1 原液壓原理圖

閘門開時，三位四通閥a右側(cè)電磁線圈得電動作，閥芯滑向右側(cè)，PB和TA導(dǎo)通，液壓油從油泵M經(jīng)PB，通過單向液控閥b順向進入油缸（K口是控制口，內(nèi)部不相通，液壓油不會回流）驅(qū)動活塞桿。閘門停止時，閥組a失電，閥芯復(fù)位到停止?fàn)顟B(tài)，ABT聯(lián)通和油箱直通，閥組a泄壓，液控單向閥b反向截止，鎖定油缸回路，閘門保持靜止。閘門關(guān)閉時，閥組a左側(cè)電磁線圈得電，閥芯滑向左側(cè)，PA、TB導(dǎo)通，需要啟動油泵，液壓油經(jīng)油泵到閥組PA進入液控單向閥b的驅(qū)動入口K，液控單向閥打開，油缸里的液壓油通過閘門自重反向回流，經(jīng)BT流入油箱。

3 運行安全分析

從圖1中可以看出，液控單向閥需從控制口K加壓力后，閥才能打開，使液壓油回流，當(dāng)閘門關(guān)閉時需要啟動油泵給液控單向閥驅(qū)動壓力，才能實現(xiàn)快速關(guān)閘斷流。當(dāng)泵站機組在運行過程中出現(xiàn)線路故障全站突然停電時，自動化控制系統(tǒng)就不能實現(xiàn)對閘門快速關(guān)閉，導(dǎo)致液控單向閥b無控制壓力源，閘門不能快速關(guān)閉斷流。如魏村泵站由于地理位置在長江口，泵站流道兩側(cè)產(chǎn)生較大的水位差，若遇到供電線路突發(fā)停電，導(dǎo)致閘門不能第一時間關(guān)閉，不能快速斷流，機組葉輪會受水位差的影響而倒轉(zhuǎn)，當(dāng)達到飛逸轉(zhuǎn)速時，輕則振動嚴(yán)重，重則葉輪飛裂、泵解體，帶來嚴(yán)重的安全隱患。

4 X流道泵站快速斷流裝置技術(shù)改進

針對運行安全問題，采取閥組更改措施，使用二位四通閥d、二位二通閥e和液控單向閥b組合控制（見圖2）。閘門開啟時，油泵啟動，閥組d的電磁線圈得電，閥芯動作PA導(dǎo)通，液壓油通過液控單向閥b順向?qū)ㄟM入油缸，閘門開啟。閘門停止時，閥組d 失電閥芯復(fù)位，PA通路切斷，AT導(dǎo)通，閥組d通過AT向油箱泄壓，由于閥組e不動作，XZ不導(dǎo)通，液控閥b控制口K無壓力，此時液控閥b反向截，支撐閘門負(fù)荷，切斷油路保持閘門靜止。閘門關(guān)閉時，閥組e電磁線圈得電，閥芯動作XZ導(dǎo)通，通過閘門的自重，油缸下腔產(chǎn)生的壓力油經(jīng)閥組e的XZ通路進入液控單向閥b的控制口K，打開液控單向閥，使得油缸液壓油通過液控單向閥b經(jīng)閥組d 的AT通路進入油箱，油缸泄壓，閘門快速關(guān)閉。整個關(guān)閘過程不需啟動油泵，只要使閥組e得電動作，利用油缸下腔回路壓力油經(jīng)XZ驅(qū)動液控單向閥組d即可 ，停止時閥組e失電，YZ導(dǎo)通，單向液控閥b的K口壓力經(jīng)YZ到油箱泄壓而截止，閥組e電磁線圈驅(qū)動電源是直流24 V，引至泵站直流系統(tǒng)。所以即使在失電的情況下，泵站直流蓄電池也能投入運行，控制系統(tǒng)能正?？焖訇P(guān)閉閘門封閉流道保護機組，從而解決通過啟動油泵才能快速關(guān)閉閘門的問題，確保泵站機組安全。

圖2 改進后液壓原理圖

5 X流道泵站快速斷流控制系統(tǒng)的問題

5.1 液壓系統(tǒng)內(nèi)部泄漏

在機組運行過程中由于液壓系統(tǒng)內(nèi)部泄漏導(dǎo)致閘門下滑，流道會被強迫關(guān)閉或者遮擋，一方面水泵產(chǎn)生大量氣蝕毀壞葉輪，另一方面加大機組負(fù)荷引起超負(fù)荷損壞電機。圖2中主要發(fā)生泄漏點為液控單向閥b，由于液控單向閥b起到承載保壓作用，只要油缸泄漏就會失壓，導(dǎo)致閘門下滑。產(chǎn)生泄漏的原因及處理方法：①液壓油有雜物，卡住液控單向閥錐芯，導(dǎo)致錐芯關(guān)閉不嚴(yán)密，可拆下清洗；②液控閥內(nèi)彈簧損壞，錐芯無力，須更換閥組；③液控閥錐面與閥座錐面接觸不均勻，須更換閥組[3]。

5.2 油缸活塞桿

由于泵站流道是X流道，進水流道在底下層，底下層流道閘門啟閉機活塞桿常年浸泡在水中，對活塞桿產(chǎn)生腐蝕、氣蝕以及水中雜物撞擊等作用，導(dǎo)致活塞桿表面受損，破壞油缸端口防塵圈以及密封件，導(dǎo)致液壓油外泄，出現(xiàn)安全隱患，因此平時需定期對活塞桿進行檢查、維護。

5.3 液壓油

由于閘門活塞桿長期浸泡在水中以及油箱容積大，泵站液壓啟閉機液壓油易臟，導(dǎo)致液壓油黏度降低、潤滑性能變差，與空氣長時間接觸后，液壓油會氧化產(chǎn)生酸性物質(zhì)、油泥、漆膜等副產(chǎn)物，導(dǎo)致系統(tǒng)堵閥、卡閥、泄漏等情況發(fā)生[4]，需定期對液壓油進行過濾、檢驗、更換。

6 結(jié) 語

泵站斷流的控制形式需根據(jù)現(xiàn)場條件、地理位置、運行工況等科學(xué)合理地選擇控制系統(tǒng)的組合方式，以免對后期系統(tǒng)運行帶來安全隱患，同時泵站管理人員要加強對液壓控制系統(tǒng)的維護，定期檢查、維護、檢測。本文結(jié)合液壓系統(tǒng)控制理論，分析魏村泵站閘門液壓啟閉系統(tǒng)的運行及技術(shù)改進，提出對泵站閘門液壓控制系統(tǒng)的注意事項及管理要求，為X流道泵站閘門液壓啟閉系統(tǒng)提供技術(shù)借鑒。