表孔弧門(mén)增加潤(rùn)滑水系統(tǒng)的實(shí)施方法和應(yīng)用效果探究

周占文

（廣東水電云南投資有限公司，云南 紅河 661100）

0 前言

某水電站工程壩址位于云南省境內(nèi)，壩址以上集水面積為31356 m2，多年平均流量為302 m3/s， 水庫(kù)總庫(kù)容為5.51 億 m3， 電站總裝機(jī)容量288MW。電站水庫(kù)正常蓄水位217 m，死水位199 m；正常蓄水位以下庫(kù)容4.82 億 m3，死庫(kù)容2.22 億 m3，屬不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)。工程為二等大⑵型工程，樞紐工程主要由擋水建筑物、泄水建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)和開(kāi)關(guān)站等組成。泄水建筑物包括泄洪表孔（4 孔15 m×17 m）、泄洪排沙底孔（2 孔5 m×7 m）和沖沙孔（1 孔5 m×4 m）。

1 概況

某水電站大壩共設(shè)有4 扇表孔弧門(mén)，如圖1所示，其弧門(mén)采用復(fù)合橡膠水封（以下簡(jiǎn)稱水封）與弧門(mén)預(yù)埋件配合止水?；￠T(mén)在啟閉過(guò)程中，水封與側(cè)軌完全接觸并產(chǎn)生摩擦，破壞水封密封性能，降低水封使用壽命，從而出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。同時(shí)弧門(mén)在啟閉過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)作用力增大的情況，這容易導(dǎo)致密封錯(cuò)位，偏離位置，當(dāng)閘門(mén)左右接力器在啟閉過(guò)程中偏差較大時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)糾偏，由于摩擦力的增大會(huì)促使閘門(mén)頻繁糾偏，從而造成動(dòng)作可靠性下降。為此，廣東水電云南投資有限公司進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)、研究，設(shè)計(jì)了一套符合實(shí)際的潤(rùn)滑水自動(dòng)噴淋系統(tǒng)，來(lái)解決閘門(mén)側(cè)水封的潤(rùn)滑。在閘門(mén)啟閉操作前開(kāi)啟噴淋系統(tǒng)，對(duì)閘門(mén)兩側(cè)軌道和水封進(jìn)行噴淋潤(rùn)滑，以減小摩擦延長(zhǎng)水封壽命，從而提升弧形閘門(mén)止水的密封效果。

圖1 某水電站大壩

2 處理方案

系統(tǒng)組成：潤(rùn)滑水自動(dòng)噴淋系統(tǒng)由供水部分、管路部分、電氣控制部分組成，采用自動(dòng)噴淋方式對(duì)弧門(mén)啟閉過(guò)程中的水封與側(cè)軌進(jìn)行噴淋，此次項(xiàng)目主要有4 道泄洪表孔弧門(mén)，現(xiàn)以#1 弧門(mén)為例，繪制出潤(rùn)滑水自動(dòng)噴淋系統(tǒng)，如圖2 所示。

圖2 潤(rùn)滑水自動(dòng)噴淋系統(tǒng)示意圖

2.1 供水部分

2.1.1 水箱容積的確定

液壓?jiǎn)㈤]弧門(mén)由全關(guān)提至全開(kāi)行程為16 m，用時(shí)約20 min，全開(kāi)到全關(guān)用時(shí)約15 min，單個(gè)噴頭噴水量約為0.2 L/s。表孔弧門(mén)由2 個(gè)接力器同時(shí)控制操作，全行程開(kāi)關(guān)一次的耗水量為：V（單孔）=2×0.2×（tk+tg）=0.84 m3。

4 個(gè)表孔弧門(mén)同時(shí)全行程開(kāi)關(guān)一次的耗水量為V=KnV單孔=1.2×4×0.84=4.032 m3；

其中：K為水量?jī)?chǔ)備系數(shù)，取K=1.2；n為表孔弧門(mén)數(shù)量，取n=4。

由此得出，水箱的理論容積V=4.032 m3。

2.1.2 水箱安裝位置及水源

在大壩配電房屋頂（高程234 m）安裝一個(gè)尺寸為4 m×2 m×1 m 的304 不銹鋼水箱，可存水約8 m3。直接從大壩壩頂消防水池取水，壩頂消防水池長(zhǎng)5 m× 深8 m× 寬4 m=160 m3，最少存水量130 m3，水量滿足要求。壩頂消防水池中的水采用大壩滲漏水，水質(zhì)滿足要求。

2.1.3 潛水泵選型

1）潛水泵的流量按潛水泵能在30 min 內(nèi)貯滿水箱的要求，水箱可用容積為V=6.0 m3，所以潛水泵流量應(yīng)達(dá)到12 m3/h。

2）潛水泵的揚(yáng)程根據(jù)需要的注水量和所選的管徑，經(jīng)對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的水力計(jì)算，大壩消防水池水面高程為214.0 m，根據(jù)水泵和水箱的安裝高程，可以確定潛水泵的靜揚(yáng)程至少為H=234.00 m+1.00 m-214.00 m=21.0 m。

3）水泵功率確定：根據(jù)市面上的潛水泵選擇適用于揚(yáng)程和流量要求的水泵。選水泵型號(hào)為QY15-36-3，流量為15 m3/h，揚(yáng)程為36 m，均有一定的余量，可滿足要求。

2.2 管路部分

管路部分由4 個(gè)閥門(mén)、8 個(gè)供水支管、萬(wàn)向噴頭組成，手動(dòng)球閥用于電動(dòng)球閥檢修及噴頭更換。管路長(zhǎng)度及管徑選擇：管路選用DN25鍍鋅鋼管，水箱出水管直接與潤(rùn)滑管路相連，引至每扇弧門(mén)兩側(cè)。水箱距最遠(yuǎn)的弧門(mén)主管長(zhǎng)度約130 m 左右，離第一孔弧門(mén)距離約30 m，離第二孔弧門(mén)距離約53 m。由于水箱安裝位置與萬(wàn)向噴頭安裝位置高差為15 m，根據(jù)弧門(mén)開(kāi)啟流程不是多道弧門(mén)同時(shí)操作且萬(wàn)向噴頭噴嘴口徑僅為5 mm，萬(wàn)向分頭可以根據(jù)水壓進(jìn)行調(diào)整，壓力損失忽略不計(jì)。

2.3 電氣控制部分

2.3.1 抽水泵控制

抽水泵安裝控制電路如圖3 所示，不銹鋼水箱中的水位可以實(shí)現(xiàn)控制自動(dòng)。當(dāng)不銹鋼水箱水位降低至下限位時(shí)數(shù)顯水位控制儀a3 動(dòng)作，自動(dòng)控回路接通，使運(yùn)行回路通路，接觸器KM 閉合，水泵向水箱供水。水位升上限位時(shí)數(shù)顯水位控制儀a2 動(dòng)作打開(kāi)，自控回路斷開(kāi)，接觸器KM 回路斷開(kāi)，水泵停止抽水?？刂葡到y(tǒng)具有手自動(dòng)切換功能，當(dāng)控制方式切為”手動(dòng)”時(shí)，水泵啟動(dòng)按鈕為SB2，停止抽水按鈕為SB1?？刂扑渌坏臄?shù)顯液位控制儀可以設(shè)備水位過(guò)高液位接點(diǎn)用來(lái)閉鎖水泵運(yùn)行電路。水泵主回路安裝一只熱繼電器RJ 用來(lái)保護(hù)水泵電動(dòng)機(jī)。A1 為大壩壩頂水池低水位信號(hào)。

圖3 抽水泵控制電路圖

2.3.2 噴淋控制邏輯

噴淋控制電路分別布置在四個(gè)液壓控制柜內(nèi)，在液壓控制柜內(nèi)取#1 油泵和#2 油泵的軟啟啟動(dòng)信號(hào)，當(dāng)泄洪表孔弧門(mén)液壓控制系統(tǒng)收到閘門(mén)啟閉信號(hào)時(shí)會(huì)首先啟動(dòng)液壓油泵，同時(shí)對(duì)應(yīng)的弧門(mén)噴淋球閥隨油泵啟動(dòng)信號(hào)開(kāi)啟對(duì)預(yù)先調(diào)整好的位置（弧門(mén)預(yù)埋件側(cè)軌）進(jìn)行噴水使其滿足潤(rùn)滑條件，液壓油泵的軟啟動(dòng)器啟動(dòng)延時(shí)6 秒后油泵接觸器合閘，此時(shí)油泵啟動(dòng)正常，弧門(mén)液壓控制系統(tǒng)輸出高壓油操作閘門(mén)啟閉。此方式控制比較簡(jiǎn)單實(shí)用，現(xiàn)場(chǎng)施工較為方便不占用其他位置，投入費(fèi)用少，在弧門(mén)動(dòng)作前就會(huì)對(duì)閘門(mén)水封和側(cè)軌進(jìn)行噴水潤(rùn)滑，能有效減少閘門(mén)密封損害?？刂七壿嬋鐖D4 所示。

圖4 噴淋控制邏輯圖

2.3.3 自動(dòng)潤(rùn)滑水控制

在四個(gè)閘門(mén)液壓操作室內(nèi)控制柜空余位置分別加裝控制回路如圖5 所示，根據(jù)閘門(mén)啟閉控制邏輯，將#1、#2 液壓油泵軟動(dòng)器啟動(dòng)信號(hào)(KA1、KA2) 擴(kuò)展備用接點(diǎn)控制閘門(mén)水封潤(rùn)滑水的開(kāi)啟信號(hào)，閘門(mén)潤(rùn)滑水自動(dòng)開(kāi)啟流程是在閘門(mén)液壓控制柜內(nèi)PLC 收到站內(nèi)中控室監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作或人為現(xiàn)地操作啟閉閘門(mén)的信號(hào)時(shí)會(huì)首先啟動(dòng)液壓油泵的軟啟動(dòng)器，當(dāng)某一臺(tái)液壓油泵啟動(dòng)的同時(shí)接通繼電器K3 回路，K1 為自保持，K3 動(dòng)作接通兩側(cè)潤(rùn)滑水噴淋電動(dòng)球閥電機(jī)開(kāi)啟回路，噴水管路內(nèi)滿水，萬(wàn)向噴頭就會(huì)對(duì)預(yù)先調(diào)整好的位置（弧門(mén)水封和側(cè)軌）進(jìn)行噴水使其濕潤(rùn)滿足潤(rùn)滑條件，液壓油泵軟啟動(dòng)器啟動(dòng)延時(shí)6 s 后液壓油泵接觸器合閘，此時(shí)液壓油泵啟動(dòng)正常，閘門(mén)液壓控制系統(tǒng)才輸出高壓油操作油啟閉閘門(mén)，這里設(shè)置繼電器KT 即是為了躲過(guò)液壓油泵軟起啟動(dòng)到接觸器合閘期間的延時(shí)又可以在閘門(mén)提落動(dòng)作前對(duì)閘門(mén)水封和側(cè)軌進(jìn)行噴水潤(rùn)滑。閘門(mén)潤(rùn)滑水關(guān)閉信號(hào)取自液壓油泵接觸器（KM1、KM2）的常閉輔助觸點(diǎn)，當(dāng)兩臺(tái)液壓油泵均停止時(shí)繼電器K2 動(dòng)作接通電動(dòng)球閥的關(guān)閉回路，關(guān)閉兩側(cè)潤(rùn)滑水電動(dòng)球閥。電動(dòng)球閥自帶電氣、機(jī)械二重限位。

圖5 自動(dòng)潤(rùn)滑水控制電路圖

3 系統(tǒng)操作

將潛水泵的控制方式切為“手動(dòng)”，合上大壩配電房APD 配電柜抽水泵控制箱總電源抽屜開(kāi)關(guān)CTKG，合上水泵控制箱內(nèi)控制電源空氣開(kāi)關(guān)QF1 和動(dòng)力電源空氣開(kāi)關(guān)QF2。手動(dòng)操作水泵啟動(dòng)抽水正常后，將手自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切至“自動(dòng)”位置，分別合上#1-#4 閘門(mén)控制柜內(nèi)自動(dòng)潤(rùn)滑水控制電源空氣開(kāi)關(guān)QF5。閘門(mén)啟閉運(yùn)行時(shí)，閘門(mén)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油泵啟動(dòng)隨即閘門(mén)兩側(cè)自動(dòng)噴淋電動(dòng)球閥就會(huì)打開(kāi)對(duì)兩側(cè)水封及側(cè)軌進(jìn)行噴水潤(rùn)滑。

4 閘門(mén)水封潤(rùn)滑水系統(tǒng)的特點(diǎn)

1）結(jié)構(gòu)清晰、操作簡(jiǎn)便。本閘門(mén)水封潤(rùn)滑水自動(dòng)噴淋系統(tǒng)僅由供水、配水及電氣3 部分組成，相對(duì)分開(kāi)，結(jié)構(gòu)清晰明了。自動(dòng)運(yùn)行情況下不需要現(xiàn)地手動(dòng)操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操作簡(jiǎn)便。

2）運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠。閘門(mén)水封潤(rùn)滑水自動(dòng)噴淋系統(tǒng)抽水泵能有效保證儲(chǔ)水箱內(nèi)水量充足，在閘門(mén)兩側(cè)上方安裝了萬(wàn)向噴頭，噴水時(shí)閘門(mén)水封與側(cè)軌潤(rùn)滑全面，避免了干磨擦，防止了摩擦面出現(xiàn)明顯的磨痕和毛刺，閘門(mén)開(kāi)啟、關(guān)閉、開(kāi)度調(diào)整時(shí)無(wú)瞬間滯停、振動(dòng)和轟鳴聲音。潤(rùn)滑系統(tǒng)數(shù)顯液位控制儀能準(zhǔn)確顯示出水箱水位便于觀察，并能根據(jù)水位要求設(shè)置電接點(diǎn)動(dòng)作輸出起泵、停泵、高水位報(bào)警信號(hào)，有效控制抽水泵的啟停，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制與保護(hù)，能夠在30 min 內(nèi)貯滿水箱。閘門(mén)潤(rùn)滑水開(kāi)關(guān)時(shí)間能與閘門(mén)運(yùn)行時(shí)間較好配合，運(yùn)行穩(wěn)定、安全、可靠。

3）具有一定的經(jīng)濟(jì)性，閘門(mén)水封潤(rùn)滑水自動(dòng)噴淋系統(tǒng)投入費(fèi)用約￥2.0 萬(wàn)元，閘門(mén)潤(rùn)滑水系統(tǒng)正常情況下只在汛期水庫(kù)泄洪和閘門(mén)檢修時(shí)操作，系統(tǒng)年利用小時(shí)數(shù)較小，折舊率較少。閘門(mén)水封潤(rùn)滑水自動(dòng)噴淋系統(tǒng)安裝投運(yùn)后在閘門(mén)運(yùn)行時(shí)對(duì)水封橡膠皮有較好的保護(hù)作用，從而延長(zhǎng)了水封橡膠皮的使用壽命，減少更換橡膠皮次數(shù)以及檢修費(fèi)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

1）閘門(mén)水封潤(rùn)滑水自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的實(shí)施進(jìn)一步完善了大壩表孔閘門(mén)控制部分的組成，有效解決了人工灑水潤(rùn)滑水封時(shí)的人身安全威脅，提高的水封潤(rùn)滑的質(zhì)量，解決了潤(rùn)滑質(zhì)量較差的問(wèn)題，減少了作業(yè)量和作業(yè)強(qiáng)度，提高了工作效率。

2）供水部分的可靠程度可以提高，建議后期增設(shè)l 臺(tái)潛水泵，與現(xiàn)有水泵互為備用，能有效提高供水的可靠性。

3）潤(rùn)滑水的動(dòng)作信號(hào)是擴(kuò)展油泵啟動(dòng)信號(hào)繼電器，后期改建時(shí)可在閘門(mén)控制柜內(nèi)增加PLC 開(kāi)出點(diǎn)，將電動(dòng)球閥控制信號(hào)納入啟閉機(jī)PLC 系統(tǒng)中，由PLC 輸出信號(hào)。

4）各供水控制閥采用普通的鑄鐵球閥閥體，大壩壩面長(zhǎng)期高溫濕潤(rùn)，可能容易生銹腐朽。后期換成不銹鋼閥門(mén)或電磁閥，可靠性和效率更高。

5）本潤(rùn)滑水系統(tǒng)雖然實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，但各信號(hào)均未接入遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)。后期將信號(hào)接入大壩監(jiān)控系統(tǒng)LCU，便于在中控室實(shí)時(shí)監(jiān)視潛水泵和閘門(mén)水封潤(rùn)滑水自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的動(dòng)作信號(hào)。

6）效果驗(yàn)證與社會(huì)效益及推廣，泄洪閘門(mén)水封的自動(dòng)潤(rùn)滑水系統(tǒng)于2022 年1 月在某水電廠應(yīng)用，安裝調(diào)試完成后隨即投入使用，在近1年的使用過(guò)程中泄洪表孔閘門(mén)經(jīng)過(guò)了檢修時(shí)的大幅度啟閉操作和主汛期泄洪時(shí)的閘門(mén)多次啟閉，閘門(mén)水封均無(wú)損壞，封水嚴(yán)密，閘門(mén)無(wú)漏水現(xiàn)象，處理方法取得了預(yù)期的效果。提升了閘門(mén)的工作密封的使用使用壽命，提升了大壩的安全防洪度汛的可靠性，保證了下游人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。在同類型閘門(mén)潤(rùn)滑水系統(tǒng)改造，具有一定的借鑒作用。