金灣閘液壓啟閉機(jī)回油管路真空破壞閥增設(shè)技術(shù)路線和措施探討

萬 泉 冷 明

(江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚(yáng)州 225200)

1 概 述

水閘是水利工程體系中重要的控制性建筑物，是科學(xué)管理和調(diào)度洪水、保障水資源供給的主要手段之一。江蘇省是全國水閘工程最多、門類最全的省份之一[1]。在我省眾多水閘工程中，液壓式啟閉機(jī)雖不如卷揚(yáng)式、螺桿式啟閉機(jī)運(yùn)用廣泛，但也較為普遍。在日常輸油管路檢修維護(hù)過程中，檢修人員經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在回油管路閥組接頭、三通等處出現(xiàn)滲漏油，拆開回油管路時，管內(nèi)存在大量積油外溢現(xiàn)象，造成管路檢修維護(hù)困難，進(jìn)而給水閘的安全運(yùn)行帶來較為嚴(yán)重的危害。如何有效解決上述問題，避免液壓油的無故滲漏，保障液壓輸油設(shè)備檢修維護(hù)的順利實(shí)施，一直是工程管理者認(rèn)真思考和亟需解決的問題。本文以江蘇省江都水利工程管理處唯一一座采用液壓啟閉方式的大型水閘——金灣閘液壓系統(tǒng)為例，探討了在其油箱頂部液壓系統(tǒng)回油母管上增設(shè)真空破壞閥、阻斷虹吸現(xiàn)象產(chǎn)生的技術(shù)路線和實(shí)施方案。

2 工程概況

淮河入江水道金灣閘位于揚(yáng)州市生態(tài)科技新城與江都區(qū)交界的金灣河上，系淮河入江水道控制工程之一，它與萬福閘、太平閘共同構(gòu)成淮河入江水道最后一級控制性建筑物。金灣閘共22孔，每孔凈寬6m，閘室總寬為157.2m，設(shè)計流量3200m3/s，屬于大(2)型水閘、2級建筑物，具有排洪、蓄水、引潮等方面綜合效益[2]。該閘采用22臺套液壓式啟閉機(jī)(油缸型號：QPPYⅡ-2×36t/2×22.5t)、3只儲油油箱、9臺油泵電機(jī)(型號：160SCY14-1B)，以及輸油管道(進(jìn)、回油管路)、控制閥組、干式變壓器、高低壓開關(guān)柜等液壓及變配電系統(tǒng)設(shè)備。液壓啟閉機(jī)管路布置見圖1，油箱管路俯視見圖2。

圖1 金灣閘液壓啟閉機(jī)管路布置

圖2 金灣閘油箱管路俯視

3 造成液壓系統(tǒng)回油管路檢修維護(hù)困難的危害和原因分析

3.1 危害

自2004年金灣閘液壓系統(tǒng)改造后，因回油管路檢修功能未優(yōu)化設(shè)計，檢修人員更換回油管路密封圈，對管路進(jìn)行檢修維護(hù)時，都因回油管伸入油箱內(nèi)部過深，一旦拆開低位管路閥組接頭和三通，管內(nèi)大量液壓油外溢，造成回油管路檢修維護(hù)困難，給工程的正常運(yùn)行帶來較為嚴(yán)重的危害和安全隱患：液壓油外溢造成油箱內(nèi)儲油量大幅減少，若低于下限油位，直接影響液壓啟閉機(jī)的正常啟閉；滲漏油的部位易附著灰塵、黏附油污，極大影響設(shè)備外觀，給檢修人員的檢修維護(hù)帶來困難；滲漏的液壓油造成較大經(jīng)濟(jì)損失和浪費(fèi)，對河道水體及周邊環(huán)境帶來較為嚴(yán)重的污染。

3.2 原因分析

運(yùn)行管理單位技術(shù)人員針對這一情況，認(rèn)真分析產(chǎn)生回油管路滲漏油、管內(nèi)積油外溢進(jìn)而造成檢修困難的原因：由于油箱內(nèi)液壓油液面高于回油管路內(nèi)液壓油液面，存在一定高度差(約1.5m)，管內(nèi)最高點(diǎn)液壓油在重力作用下往低位管口處移動，在回油管內(nèi)部形成負(fù)壓真空，導(dǎo)致油箱內(nèi)的液壓油被吸進(jìn)回油管內(nèi)，產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象[3](見圖3)。

4 處置液壓系統(tǒng)回油管路檢修維護(hù)困難的技術(shù)路線

第一種技術(shù)路線：檢修人員在檢修維護(hù)液壓系統(tǒng)回油管路時，在回油母管、支路管道閥組接頭和三通下放置接油盆，拆開各回油管路接頭、三通，人為直接破壞管內(nèi)負(fù)壓真空，讓管內(nèi)積壓的液壓油自然溢出。待液壓油流淌干凈后，再行對液壓系統(tǒng)各回油管路進(jìn)行檢修。這種方法費(fèi)時費(fèi)力，且釋放管內(nèi)積壓的液壓油時，需要檢修人員精神高度集中，小心謹(jǐn)慎地拆卸接頭和三通，防止管內(nèi)積壓的油液猛然噴出，造成液壓油的大量浪費(fèi)，并給檢修人員的身體健康帶來不利影響，污染周邊環(huán)境。

第二種技術(shù)路線：針對人工拆卸管路釋放液壓油、直接破壞管內(nèi)負(fù)壓真空這一技術(shù)路線的缺點(diǎn)和帶來的不利因素，技術(shù)人員考慮到回油管路為低壓管道，擬在回油母管上方段設(shè)置截止閥，依靠閥杠壓力，使閥瓣密封面與閥座密封面緊密貼合，阻止介質(zhì)(液壓油)回流。但經(jīng)仔細(xì)分析后，發(fā)現(xiàn)如要設(shè)置截止閥，必須采用截斷直徑102mm的回油母管、焊端連接截止閥這一技術(shù)路線，該技術(shù)路線對原回油管路的改動破壞較大，焊端連接施工工藝相對復(fù)雜(焊端連接需對焊接部位進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理)，對施工人員的焊接技術(shù)提出較高要求(焊縫嚴(yán)密，避免脫焊、漏焊)。

第三種技術(shù)路線：綜合比較以上兩種技術(shù)路線，技術(shù)人員經(jīng)理論研究、查閱工程圖紙、多方調(diào)研，最終確定了“在油箱頂端液壓系統(tǒng)回油母管駝峰上方增設(shè)結(jié)構(gòu)較為緊湊的真空破壞閥(對回油管路的改動較小)，阻斷虹吸現(xiàn)象產(chǎn)生”技術(shù)路線，采取相應(yīng)措施，有效地解決了上述問題。

5 處置液壓系統(tǒng)回油管路檢修維護(hù)困難的技術(shù)措施

5.1 真空破壞閥原理

發(fā)生虹吸現(xiàn)象時，由于回油管內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓真空，面臨液壓油反流風(fēng)險。通過增設(shè)真空破壞閥，打開閥門密封件，將外界大氣引入回油管，由于外界大氣壓與回油管內(nèi)部壓力存在壓差作用，外界空氣的介入讓回油管內(nèi)部壓強(qiáng)升高，迫使管內(nèi)液壓油斷開，重新壓入油箱內(nèi)，進(jìn)而破壞了虹吸現(xiàn)象。

5.2 真空破壞閥選型

真空破壞閥是阻斷虹吸現(xiàn)象產(chǎn)生的核心部件。它是一種能自動消除給水(油)管道內(nèi)真空、有效防止虹吸回流的裝置，分為大氣型、壓力型和軟管型[4]。大氣型真空破壞閥，一種可在給水(油)管內(nèi)壓力小于大氣壓時導(dǎo)入大氣的閥體，適用于其下游管道上不設(shè)置可關(guān)斷閥門且出口無回壓可能的場所；壓力型真空破壞閥，一種在給水(油)管道內(nèi)失壓至某一設(shè)定壓力時先行斷流，繼后產(chǎn)生真空時導(dǎo)入大氣防止虹吸回流的閥體，適用于連續(xù)壓力工況；軟管型真空破壞閥，一種專用連接軟管的閥體，適用于下游專門連接軟管且可能產(chǎn)生虹吸回流和低背壓回流的場所。

由于金灣閘回油管道內(nèi)部與外界大氣壓存在壓差，需一定壓力介入回油管內(nèi)，迫使管內(nèi)液壓油斷開，破壞管內(nèi)虹吸，因此排除大氣型真空破壞閥，而軟管型真空破壞閥適合設(shè)置在給水(油)管道出口連接的柔性管道上，不適合連接在硬質(zhì)管路上，所以此次技術(shù)改造選擇壓力型真空破壞閥，綜合考慮成本因素，優(yōu)化選擇Q11F-16P DN20低壓球閥，其主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 Q11F-16P DN20低壓球閥主要技術(shù)參數(shù)

5.3 真空破壞閥增設(shè)措施

分別拆卸下三只油箱頂部液壓系統(tǒng)回油母管，在管道駝峰上方(最高點(diǎn))鉆開直徑16mm的孔洞(對回油母管的破壞較小，且易于焊接操作)、焊接底座，纏繞生膠帶后，螺接安裝三只真空破壞閥(低壓球閥，型號：Q11F-16P DN20)。檢修人員隨后在對回油管路進(jìn)行檢修前，打開閥門密封件，將外界大氣壓力引入管內(nèi)，破壞負(fù)壓真空，阻斷虹吸現(xiàn)象的產(chǎn)生，其安裝見圖4。

圖4 金灣閘回油管路真空破壞閥增設(shè)示意圖(圖中虛線方框內(nèi)為真空破壞閥增設(shè)位置)

6 結(jié) 語

經(jīng)檢修人員多次試驗與現(xiàn)場檢查，通過在油箱頂端液壓系統(tǒng)回油母管駝峰上方增設(shè)真空破壞閥，有效阻斷虹吸現(xiàn)象產(chǎn)生，回油管路閥組接頭、三通等處無滲漏，管內(nèi)積油外溢現(xiàn)象徹底消除，實(shí)現(xiàn)了此次技改的目標(biāo)和初衷。該技術(shù)路線和措施技術(shù)成熟、使用可靠、故障率低、經(jīng)濟(jì)適用，適合于直升式平面閘門、弧形閘門、翻板閘門、橫拉閘門等閘門型式的液壓式啟閉機(jī)的安全運(yùn)行和系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)；不僅可以在水閘啟閉機(jī)械中推廣運(yùn)用，還可應(yīng)用于升降機(jī)、鑿巖機(jī)、甲板起重絞車等其他工程領(lǐng)域裝配有液壓傳動裝置的機(jī)械設(shè)備。下一步，將根據(jù)該裝置在金灣閘工程的實(shí)際使用情況，進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗，不斷完善優(yōu)化，努力提升工程設(shè)備維養(yǎng)水平，確保工程運(yùn)行安全。