無電液控應(yīng)急操作器在鄭州引黃灌溉龍湖調(diào)蓄工程的應(yīng)用

杜軍虎，王 斌，姜 達(dá)

（1.鄭州引黃灌溉龍湖調(diào)蓄工程建設(shè)管理處，河南 鄭州，450008；2.北京世紀(jì)合興起重科技有限公司，北京，102627）

0 引言

為了保證啟閉機(jī)供電電源可靠，目前水電站和水庫大壩大多配有二次電源和柴油發(fā)電機(jī)作為電源供應(yīng)備份，可一旦出現(xiàn)電動機(jī)故障、電氣控制系統(tǒng)故障、液壓泵站故障、液壓元件故障及其他不可預(yù)知的突發(fā)性事件時，仍可能導(dǎo)致啟閉機(jī)無法正常工作，擋泄水閘門運(yùn)行安全存在風(fēng)險隱患。如何將小概率事件變?yōu)榱愀怕?，提前做好防范，確保水利水電工程閘門啟閉機(jī)的運(yùn)行安全，始終是工程建設(shè)和運(yùn)行管理單位關(guān)注的重點(diǎn)。

1 液壓啟閉機(jī)現(xiàn)狀

泄洪設(shè)施的擋水設(shè)備為閘門設(shè)備，操作設(shè)備為啟閉機(jī)設(shè)備。SL 74—2019《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》、NB/T 10341.1—2019《水電工程啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》第1部分：固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范、NB/T 10341.2—2019《水電工程啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》第2 部分：移動式啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范、NB/T 10341.3—2019《水電工程啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》第3部分：螺桿式啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范、DL/T 5313—2014《水電站大壩運(yùn)行安全評價導(dǎo)則》均對泄洪設(shè)施的啟閉機(jī)設(shè)備提出了更高的要求，并作出了有關(guān)運(yùn)行可靠性的規(guī)定。

液壓啟閉機(jī)也叫閘門液壓啟閉機(jī)，一般靠液體壓力來傳遞能量，控制閘門的開或關(guān)。液壓啟閉機(jī)主要包括液壓傳動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)，一般由液壓泵組、液壓閥組、液壓缸、油箱及其附件、電氣柜及操作臺五個部分組成。

液壓系統(tǒng)控制液壓缸內(nèi)的活塞體內(nèi)壁做軸向往復(fù)運(yùn)動，從而帶動連接在活塞上的連桿和閘門做直線運(yùn)動，通過該運(yùn)轉(zhuǎn)方式開啟和關(guān)閉孔口。

啟閉機(jī)設(shè)備包括機(jī)械和電氣兩部分[1]。機(jī)械部分運(yùn)行的可靠性一般較高，出現(xiàn)故障的可能性較??；電氣部分受各種因素（如溫度、濕度、程序和電網(wǎng)穩(wěn)定性等）影響較大，可能出現(xiàn)故障的環(huán)節(jié)較多。對于引水調(diào)蓄工程設(shè)施的啟閉機(jī)設(shè)備，常規(guī)提高其運(yùn)行可靠性的措施為提供備用電源，從提高電源可靠性方面來提高啟閉機(jī)運(yùn)行的可靠性。但電源只是啟閉機(jī)設(shè)備運(yùn)行的要素之一，若啟閉機(jī)電動機(jī)、電氣元器件、液壓泵站和液壓元件、電氣控制系統(tǒng)等出現(xiàn)故障，即使供電電源正常，啟閉機(jī)也不能正常工作。

2 啟閉機(jī)無電液控應(yīng)急操作器

北京世紀(jì)合興起重科技有限公司研發(fā)的MQHGTD系列卷揚(yáng)啟閉機(jī)無電液控應(yīng)急操作器、MQHGYD系列液壓啟閉機(jī)應(yīng)急操作器和MQHGKD系列螺桿啟閉機(jī)應(yīng)急操作器于2011年獲得國家發(fā)明專利。啟閉機(jī)應(yīng)急操作器能在啟閉機(jī)電源及備用電源、柴油發(fā)電設(shè)備、電動機(jī)、電氣元器件、電氣控制系統(tǒng)、液壓元器件出現(xiàn)故障，或極端天氣、自然災(zāi)害造成大面積設(shè)備損壞等情況下應(yīng)急操作啟閉機(jī)設(shè)備，可使啟閉機(jī)設(shè)備運(yùn)行可靠性提高到一個全新的層面，是水利水電工程的重要安全保障。應(yīng)急操作器平時與啟閉機(jī)處于脫離狀態(tài)，對啟閉機(jī)的正常運(yùn)行無任何影響，需要應(yīng)急操作時，連接啟閉機(jī)進(jìn)行操作。無電液控應(yīng)急操作器經(jīng)過了國家權(quán)威機(jī)構(gòu)的性能檢測，不僅是電源供應(yīng)備份，還是閘門啟閉設(shè)備的操作備份。

3 啟閉機(jī)無電液控應(yīng)急操作器特點(diǎn)

啟閉機(jī)無電液控應(yīng)急操作器主要有以下特點(diǎn)：

（1）無需電源，以柴油機(jī)為動力，通過油路循環(huán)實(shí)現(xiàn)啟閉功能；

（2）啟閉速度快，完美替代手搖機(jī)構(gòu)（額定速度的1/2～1/5）；

（3）不使用時與啟閉機(jī)處于完全分離狀態(tài)，互不干擾；

（4）使用時連接迅速、簡單（卷揚(yáng)花鍵離合、液壓開關(guān)閥組）；

（5）液壓應(yīng)急操作器有液壓鎖功能，閘門可長時間保持在某一位置；

（6）卷揚(yáng)應(yīng)急操作器動力單元可一對多閘門，實(shí)現(xiàn)逐一起升功能，可連續(xù)作業(yè)；

（7）低轉(zhuǎn)速、大扭矩，最大限度地對現(xiàn)有啟閉機(jī)進(jìn)行擴(kuò)容，應(yīng)急起升閘門；

（8）無電操作，無漏電風(fēng)險，可避免突發(fā)事件來臨時電源導(dǎo)致的二次安全事故。

MQHGYD 系列液壓啟閉機(jī)應(yīng)急操作器是液壓啟閉機(jī)失效時，使油缸正常工作的應(yīng)急設(shè)備。使用時，通過高壓軟管將各接頭與相應(yīng)控制管道連接，即可對閘門進(jìn)行啟閉操作。

MQHGYD 系列液壓啟閉機(jī)應(yīng)急操作器執(zhí)行開門或閉門操作時無需電源，通過軟管及閥組連接液壓啟閉機(jī)的執(zhí)行油缸和油箱，通過燃油機(jī)帶動液壓泵組，與液壓調(diào)控模塊配合，從而在液壓啟閉機(jī)電源或電機(jī)出現(xiàn)故障時，應(yīng)急控制執(zhí)行油缸動作，進(jìn)行閘門的開門和閉門操作，減少因無電及其他故障導(dǎo)致閘門不能開關(guān)造成的損失。

4 液壓啟閉機(jī)無電液控應(yīng)急操作器在工程中的應(yīng)用

4.1 工程概況

鄭州引黃灌溉龍湖調(diào)蓄工程位于鄭東新區(qū)，湖面水域?qū)⑴c流經(jīng)老城區(qū)的金水河、熊兒河、賈魯河、東風(fēng)渠和人工運(yùn)河連為一體，構(gòu)成完整的城市生態(tài)水系景觀。工程主要由水源及引水工程、龍湖調(diào)蓄池工程和灌區(qū)工程等組成。工程建成后，水域面積約5.6 萬km2，總庫容2 680 萬m3，具有調(diào)蓄、灌溉、景觀、氣候調(diào)節(jié)等多種功能，充分體現(xiàn)了鄭東新區(qū)“生態(tài)城市”、“共生城市”的綠色城市可持續(xù)發(fā)展理念[2]。

龍湖1～3號出口閘均采用臥倒門，雙吊點(diǎn)液壓啟閉機(jī)。每個出口閘共3孔，3扇閘門，閘門孔口凈寬28.0 m，孔高5.2 m。1號閘底檻高程82.7 m，支鉸中心高程82.25 m；2 號閘底檻高程82.5 m，支鉸中心高程82.05 m；3 號閘底檻高程82.2 m，支鉸中心高程81.75 m。

閘門支鉸安裝在閘門底部大梁和閘底板預(yù)埋件之間，使閘門與閘底板保持鉸接狀態(tài)。在閘門兩側(cè)靠近閘墻處設(shè)兩個支臂，啟閉設(shè)備通過驅(qū)動支臂，使支臂帶動閘門繞支鉸軸線轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)啟閉閘門的功能。閘門的操作設(shè)備采用液壓啟閉機(jī)，油缸活塞桿吊頭與閘門支臂鉸接，油缸中部鉸點(diǎn)布置在河道閘墻上，1～3 號出口控制閘分別設(shè)3 套液壓系統(tǒng)，一門一機(jī)布置。液壓泵站集中布置在一側(cè)邊墩的液壓泵站房內(nèi)。

每套液壓泵站設(shè)備包括1 套油箱、2 套油泵電動機(jī)組（一主一備）、1 套操作液壓缸所必須的電氣控制部分，油箱、油泵電動機(jī)組和電氣控制部分放置在兩側(cè)管理房內(nèi)，一側(cè)管理房布置1 套泵站，另一側(cè)布置2 套泵站。油管路通過閘下廊道連接至每扇閘門的液壓油缸，液壓啟閉機(jī)具有現(xiàn)地控制和遠(yuǎn)方集中控制功能。

4.2 液壓啟閉機(jī)無電液控應(yīng)急操作器選型計(jì)算

鄭州引黃灌溉龍湖調(diào)蓄工程2 號閘臥倒門采用2×1 600 kN-62 m 液壓啟閉機(jī)啟閉，其參數(shù)見表1。

表1 液壓啟閉機(jī)參數(shù)Table 1 Hydraulic hoist parameters

計(jì)算數(shù)據(jù)如下：起升時工作需油量=（油缸內(nèi)截面積-油缸桿截面積）×工作行程=（132 025 mm2-45 239 mm2）×6 005 mm≈521 L；下降時工作需油量=油缸內(nèi)截面積×工作行程=132 025 mm2×6 005 mm≈793 L。即工作時2個油缸的總用油量約1 042 L。

不同型號液壓應(yīng)急操作器完全提起閘門所需時間見表2。選用機(jī)型為HGYD-40-1 型液壓啟閉機(jī)應(yīng)急操作器。

表2 不同型號液壓應(yīng)急操作器完全提起閘門所需時間Table 2 Time required for different hydraulic emergency manipulators to fully lift the gate

4.3 現(xiàn)場操作

4.3.1 開啟操作

（1）關(guān)閉液壓站與油缸有桿腔間管路上的球閥，將換向閥調(diào)整到“0”位；

（2）將有桿腔1 球閥、有桿腔2 球閥、無桿腔球閥和控制球閥全部打開；

（3）確認(rèn)所有管路連接正確，打開吸油球閥、回油球閥，確認(rèn)吸油、回油管路暢通；

（4）啟動柴油機(jī)，確認(rèn)柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常、加油提速正常；

（5）觀察所有壓力表（表值小于5 MPa）；

（6）將換向閥調(diào)整到“起升”位；

（7）加大油門，觀察油缸運(yùn)行狀態(tài)及壓力；

（8）待油缸運(yùn)行到位，減小柴油機(jī)油門，同時將換向閥調(diào)到“0”位，關(guān)閉有桿腔1 球閥、有桿腔2 球閥、無桿腔球閥和控制球閥；

（9）觀察油缸是否處于靜止?fàn)顟B(tài)；

（10）使柴油機(jī)熄火；

（11）關(guān)閉吸油球閥、回油球閥及油缸與應(yīng)急設(shè)備間的球閥；

（12）打開液壓站與油缸有桿腔、無桿腔間管路上的球閥。

4.3.2 關(guān)閉操作

（1）關(guān)閉液壓站與油缸有桿腔間管路上的球閥，將換向閥調(diào)整到“0”位；

（2）將有桿腔1 球閥、有桿腔2 球閥、無桿腔球閥和控制球閥全部打開；

（3）確認(rèn)所有管路連接正確，打開吸油球閥、回油球閥，確認(rèn)吸油、回油管路暢通；

（4）啟動柴油機(jī)，確認(rèn)柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常、加油提速正常；

（5）觀察所有壓力表（表值小于5 MPa）；

（6）將換向閥調(diào)整到“下降”位；

（7）加大油門，觀察油缸運(yùn)行狀態(tài)及壓力；

（8）待油缸運(yùn)行到位，減小柴油機(jī)油門，同時將換向閥調(diào)到“0”位，關(guān)閉有桿腔1 球閥、有桿腔2 球閥、無桿腔球閥和控制球閥；

（9）觀察油缸是否處于靜止?fàn)顟B(tài)；

（10）使柴油機(jī)熄火；

（11）關(guān)閉吸油球閥、回油球閥及油缸與應(yīng)急設(shè)備間的球閥；

（12）打開液壓站與油缸有桿腔、無桿腔間管路上的球閥。

4.4 小結(jié)

龍湖2 號出口閘臥倒門啟閉機(jī)為2×1 000 kN液壓啟閉機(jī)，成功通過應(yīng)急操作器兩次起降閘門，順利關(guān)閉閘門，達(dá)到了止水效果，說明MQHGYD系列液壓啟閉機(jī)無電液控應(yīng)急操作器具有高度運(yùn)行可靠性和實(shí)用性。實(shí)踐證明，應(yīng)急操作器為龍湖2號出口閘臥倒門運(yùn)行提供了更高一層的安全保障，特別是在無法提供正常電源及控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，可為其他類似工程提供借鑒。

5 結(jié)語

液壓啟閉機(jī)無電液控應(yīng)急操作器在鄭州引黃灌溉龍湖調(diào)蓄工程的成功應(yīng)用，說明應(yīng)急操作器具有很高的實(shí)用性、廣泛性和通用性。啟閉機(jī)應(yīng)急操作器占啟閉機(jī)設(shè)備投資比例非常小，同時應(yīng)急操作器與啟閉機(jī)平時處于脫離狀態(tài)，對啟閉機(jī)的正常運(yùn)行無任何影響，且緊急情況下操作快捷、簡單，維護(hù)方便，可將啟閉機(jī)設(shè)備運(yùn)行可靠性提高到一個全新的層面，社會、經(jīng)濟(jì)效益突出，具有廣泛的推廣應(yīng)用意義?！?/p>