液壓啟閉機在頭屯河水庫除險加固工程中的應用

閭東杰

(新疆水利廳頭屯河流域管理處，新疆昌吉 831100)

1 工程概述

頭屯河水庫于1965年開始修建，1981年主體工程基本完成，水庫原設計總庫容2 030萬m3，由于頭屯河水庫是“三邊”工程，設計、施工均存在一定的問題，使水庫長期帶病運行，不能正常使用。鑒于頭屯河水庫存在的安全隱患，2007年9月完成頭屯河水庫大壩安全鑒定工作，放水涵洞及泄水隧洞工作閘門及啟閉設備超過使用年限，金屬結構安全綜合評價為C級，已影響大壩正常安全運行。因此，為了保證水庫安全運行，確保水庫功能的全部實現，頭屯河水庫閘門及啟閉設備型式的改造被確定為除險加固工程的重要內容之一。

2 閘門啟閉設備的選擇

頭屯河水庫原輸水涵洞、泄水隧洞工作閘門和啟閉設備設計標準偏低，采用手、電兩用螺桿式啟閉機操作，均已運行30 a以上，啟閉機設備老化、操作困難，已超過使用年限，存在著嚴重的安全隱患。根據《水利水電工程金屬結構報廢標準》L 226—98，結合頭屯河水庫閘門實際情況，除險加固設計按更換閘門啟閉機考慮。更新改造后，可消除金屬結構設備陳舊、操作困難及滲漏水等事故隱患，提高水庫運行的安全性和可靠性。

在設計中對螺桿啟閉機和液壓啟閉機兩種形式進行了方案比較，螺桿啟閉機對工作的環境要求不高，造價低，在早期水電工程中應用較多，但啟閉速度慢、運行維護人員勞動強度大、操作控制性差;液壓啟閉機操作運行方便、安全可靠，可實現遠程和現地兩種控制方式，能提高金屬結構自動化水平，減輕運行人員的勞動強度，提高水資源的使用效率。

與其它型式相比，液壓啟閉機具有以下優點:①結構簡單，布置緊湊，體積小，重量輕;②承載能力大，并能夠遠距離傳遞動力;③緩沖性能好，傳動平穩，調速和換向方便;④液壓傳動與電氣控制相結合，便于實現自動化;⑤液壓元件已經系列化、標準化，設計簡單，制造周期短;⑥液壓元件可以自行潤滑，經久耐用;⑦易于防止過載，工作安全可靠。

因此，頭屯河水庫放水涵洞啟閉設備選用單吊點搖擺式液壓啟閉機，啟閉容量為800 kN(拉)/400 kN(壓)，行程5.5 m。泄水隧洞啟閉設備選用單吊點搖擺式液壓啟閉機，啟閉容量為400 kN(拉)/320 kN(壓)，行程3.0 m。

3 液壓啟閉機在頭屯河水庫得以運用

放水涵洞、泄水隧洞工作閘門啟閉設備均使用液壓啟閉機進行啟閉運行，它們各由一套液壓泵站、一只液壓油缸組成，可實現閘門開啟、關閉兩種運行方式，并配置了必須的控制及安全裝置［1］。

3.1 液壓啟閉機設備構成

3.1.1 液壓啟閉機的基本組成

液壓缸總成;液壓泵站(一套)包含有兩套互為備用的油泵電機組，油箱一只，主控制閥組一套，油管及附件、液壓油等;液壓管道系統(一套)包含有液壓站至油缸總成的液壓管道、管夾、埋件等。

3.1.2 液壓啟閉機電氣控制系統

包括電氣控制柜、開度傳感器、閥組以及油泵電機等部件，采用控制器PLC+觸摸屏控制，柜體控制一個閘門的啟門、停門、閉門3種狀態以及一個液壓站，通過觸摸屏顯示閘門的各種工作狀態和液壓站的工作狀態。

電氣控制系統由一面控制柜組成，控制柜內裝設有進線總斷路器、分級斷路器，具有過載、短路保護功能的熱繼電器與接觸器;音響報警器、保護裝置;電流表、電壓表;PLC、智能人機界面、直流電源裝置等設備。

3.2 液壓系統電氣設備控制與保護功能

3.2.1 油泵電機控制

整個液壓系統中包含有2個油泵電機，一用一備，通過控制柜上的按鈕開關進行控制，在自動方式下，所選擇的油泵自動啟動和停止，其中一個泵出現故障后，另一個泵可投入使用。在手動方式下，將由1#泵或2#泵按鈕開關控制。

3.2.2 閘門控制

在自動工況下，把旋鈕旋至自動檔，然后選擇要按啟門或閉門按鈕即可。啟動油泵，延時5～8 s后，系統便會自動完成閘門啟或閉，待閘門到達全開或全關位時，閘門啟或閉停止。也可以在閘門運動過程中，按一下“停止”按鈕將閘門停留在您所需要的位置上。在手動工況下，待油泵運行5～8 s后，按下“啟門”或“閉門”按鈕則閘門上升或下降，停門時只要按停門按鈕即可。

3.2.3 保護功能

系統在控制過程中能自動識別故障信號和事故信號，當系統檢測到故障信號時，可以提醒操作人，進行檢修。

1)電氣系統缺相、失壓、過載和過流、短路保護，聲光報警。

2)液壓系統的超壓、欠壓，液位過高，液位過低，系統自動停門停泵，聲光報警。

3)回油過濾器堵塞報警顯示，待系統停止后更換或者清洗濾油器。

3.2.4 其它控制功能

1)緊急停止:在任何工況下，當系統出現不可預知的緊急情況時，現地按緊急停止按鈕，系統停機;

2)啟閉門互鎖控制:當閘門正處于開門過程中，該閘門的閉門操作無效;同理，當閘門處于閉門過程中，該閘門的開門操作無效。

3)下滑回升功能:油泵根據實際工況投入運行，在自動或遠控工況下，當閘門長期置于全開狀態，閘門可能會有滲油現象(正常現象)，導致閘門下滑，當達到設定的下滑值時，閘門會自動提升。

3.3 液壓系統電氣設備預防性維護

1)點動的辦法檢查電動機轉向是否與油泵旋轉方向相同，禁止反向轉動。

2)油泵進油閥必須打開。

3)壓力繼電器有超壓保護功能，因此不允許隨意改變其調定壓力。

4)經常檢查油箱內油面高度和油質情況，發現油液過臟，油面過低，氣泡過多，乳化變質等應及時更換。

5)設備投入使用180 d后應將油箱中的油全部放出，經過重新濾清再加入使用，以后每隔2～3 a更換一次。

6)液壓系統應經常運行，以便及時發現問題，確保液壓啟閉機運行安全可靠。

7)為保證系統正常工作，應經常注意放氣。

8)用兆歐表測量線路絕緣電阻，各電機繞組間以及繞組對地的絕緣電阻應＞1 M。

4 液壓啟閉機運行中存在的問題及原因分析

頭屯河水庫液壓啟閉機，經過2～3 a的運行，基本情況良好，基本上體現了液壓啟閉機的優點。但是由于各種原因，也出現過一些問題，從所出現的問題的原因分析看，這些問題并非液壓啟閉機本身所固有的，只要從設計、安裝和運行管理等各個環節上嚴格把關，是完全可以避免的。

以頭屯河水庫除險加固后液壓啟閉機的運用為例:

1)設計方面:廠家設計時疏忽了一點，即泄水工作門在啟閉操作停門后，有緩慢自行下滑現象，后來廠家在液壓缸無桿腔油管處增設一個液控單向閥即解決問題;

2)安裝方面:部分油路管線鋪設不規范，導致油路不暢;個別油路軟管有滲油，密封圈因國產原材料質量不過關，出現老化現象，這些問題已由施工單位、廠家更換處理;

3)運行維護管理方面:這是一個比較薄弱的環節，液壓啟閉機所出現的問題有相當部分是由于這個環節引起的。例如:①液壓啟閉機在一段時間運行后，閘門自行下滑的現象，原因:液控單向閥閥心上密封圈損壞，處理:閘門在全關位拆除液控單向閥閥心，更換密封圈;②閘門在某開度不降只能升，原因:由于負載的變化，使作用在油缸上的力較大，油缸下腔壓力瞬間達到系統低壓報警值，處理:在保證設備正常運行的前提下，根據現場實際整定閘門的低壓報警值，重新調整壓力繼電器動作值;③油缸行程已至0位，由于閘門止水或雜物影響使漏水較大，應將閘門重新提起小開度后再落下。

液壓啟閉機運行管理中還應注意的問題:

1)要保持液壓系統工作表面和液壓油的清潔，注入油箱內的新油應經過濾油車過濾，并應定期檢查油質。油箱中的高壓濾油器和回油濾油器的濾心要定期清洗、更換，防止機械顆粒磨損油缸內壁和破壞油封密封圈，造成控制閥芯的阻塞、缸和系統高壓油泄漏，造成控制失靈。

2)在運行中需注意檢查電磁閥，壓力繼電器，電磁溢流閥是否動作靈活正確，嚴禁調整壓力溢流閥等安全保護裝置。當液壓系統和電氣系統發生故障時，應立即停機并切斷電源，只有在查明原因并排除故障后，才能恢復運行。

3)液壓啟閉機系統在每年訊前應當進行全面檢查維修，并進行閘門啟閉試驗。日常要做好活塞桿表面的保護，高壓軟管接頭要經常檢查擰緊，防止高壓油泄漏。在遠程控制啟閉閘門時，現場應有人監視閘門啟閉過程。

運行管理人員只要嚴格按照安全運行管理制度，定時進行檢查、維護、保養，一些小問題就不會愈演愈大，甚至釀成事故。為此，應提高運行管理人員的業務水平和素質，把設備的維護、保養和管理制度落到實處［2］。

5 結語

液壓啟閉機與傳統的卷揚式、螺桿式相比有著諸多的優點，具有操作簡便、造價較低、起重力大、啟閉速度快，能夠局部開啟，便于集中控制和自動化操作的特點，隨著我國水利工程技術的發展，液壓啟閉機得到了廣泛地應用，頭屯河水庫除險加固后液壓啟閉機的運用，也將為液壓啟閉機在新疆地區水利工程中的應用積累經驗。

［1］袁田琴.高壓定噴灌漿防滲技術在時淠排澇站除險加固中的應用［J］.科學與財富，2010(08):134－135.

［2］管萬凱.李杖子水庫除險加固工程設計［J］.中國科技信息，2012(13):71.

［3］唐永祥，劉井鵬.塑性混凝土防滲墻技術在南掌水庫除險加固工程中的應用［J］.湖南水利水電，2012(03):24－26.