藏木電廠溢洪道液壓控制系統分析

張澤明

(藏木水電廠生技部,西藏自治區山南地區 856400)

藏木電廠溢洪道液壓控制系統分析

張澤明

(藏木水電廠生技部,西藏自治區山南地區 856400)

液壓啟閉機是一種專門用來啟閉閘門的起重機械,一般由液壓系統和液壓缸組成。本文對藏木水電廠液壓控制系統中的核心部件柱塞變量泵及比例流量閥進行了系統的原理分析,并同以往電站普遍使用的恒壓泵進行了性能比較。同時,對藏木水電廠溢洪道液壓啟閉機的其它優點作了簡單介紹。

液壓控制 變量恒壓泵 比例流量閥

華能西藏發電有限公司藏木水電站是雅魯藏布江干流中游桑日至加查峽谷段規劃五級電站中的第四級，為壩式開放電站，多年平均流量1010m3/s，水庫總容量0．93億m3，正常蓄水位3310m3，額定水頭53．5m，藏木電站為大(2)型工程。藏木水電廠泄水系統包括六孔溢洪道，一孔左沖砂底孔，一孔右沖砂底孔和六孔沖砂廊道。溢洪道弧形閘門2x1600KN液壓啟閉機啟閉。液壓系統泵站、油缸均由博世力士樂(常州)生產，活塞桿由博世力士樂(荷蘭)生產，采用表面噴涂陶瓷工藝技術。因為W(功率)=P(壓力)xQ(流量)/60，液壓系統的壓力由負載決定，在閘門開啟或關閉的過程中由于閘門面板水壓力和其它因素影響，負載壓力不是一個固定參數。從控制的角度出發，液壓系統的控制更多的體現在了對油液流量的控制上。該液壓控制系統的核心部件是其使用的柱塞變量泵和比例流量閥，泵控和閥控相結合的方式對液壓系統的流量控制有了更精確的掌控。

1 柱塞變量泵分析

藏木電廠溢洪道液壓系統采用A4VSO型直軸斜盤柱塞變量泵，該泵具體參數Vg=71cm3，n=1500/min，P(max)=350bar。該泵的Q-P曲線和工作原理圖如圖1、圖2所示。

圖1

圖2

從圖中可得知，該泵變量調節機構屬于閥控缸式液壓動力機構，實現了無級調節泵輸出液壓恒壓值，在變量設定點以下保持流量最大。當泵輸出壓力小于調壓彈簧壓力時，控制滑閥不能推動閥芯右移，液壓泵全排量輸出液壓油，即定量輸出；當泵輸出壓力增大到大于調壓彈簧壓力時，控制滑閥推動閥芯右移動，控制油進入控制油缸，推動活塞桿左移，從而帶動連桿左移，泵的變量機構動作，進而改變斜盤傾角，同時改變了油泵柱塞工作行程，此時泵的排量減少，流量也隨之減少(見下列公式1)。當控制滑閥左端的液壓力等于彈簧力時，控制油缸停止動作，變量過程結束，泵的工作壓力重新穩定在彈簧調定值附近，這樣實現了對流量的控制。

V泵排量 d柱塞直徑

D柱塞孔分布圓直徑 y斜盤傾角

2 比例流量閥分析

藏木水電廠使用的2FRM 型比例流量閥。該比例閥的實質是一個減壓閥和節流閥的組合(圖3)。

圖3

主要構成部件包括帶感應式位移傳感器的電磁鐵，檢測節流閥，壓力補償器，行程限位器和單向閥。當沒有油液通過時，液壓閥處于開啟狀態；當有油液通過時，油液經過阻尼孔將減壓閥頂起，到平衡位置時停止。當A口壓力升高，減壓閥芯向上移動，彈簧力增加，從而保持A、B兩點的壓差保持為一定值，進而保持流量穩定(參見公式2)。

Qf-液壓閥流量 Cq系數 A閥開度

△P液壓閥兩端壓差 ρ油液密度

該比例流量閥的突出性能是實現了負載反饋功能，即油路主回路糾偏功能，與普通的旁路糾偏功能相比較，B端的壓力反饋將直接參與控制減壓閥的動作，避免了閘門在啟閉過程中因為閘門本身質量較輕導致左右缸壓差較小無法糾偏的死區，提高了系統安全性。

當閘門在運行過程中雙缸出現不同步現象，液壓系統可通過自動和手動兩種方式進行糾偏調節，在手動模式下，全開手動管路的球閥，直接旋轉比例流量閥上旋鈕，調節閥門開度即可實現比例閥對左缸或右缸的流量控制。在自動運行模式下，整個閘門啟閉過程中系統采用閉環控制，在閘門正常運行情況下，弧形門開啟速度設定為0．5m/min，根據比例流量閥的選型參數，放大板輸出給位移傳感器8．8V糾偏電壓(參見公式3)。

Q-流量閥每分鐘過流量 D-油缸內徑

d-活塞桿直徑 V-弧形門開啟速度

系統設定的左右雙缸糾偏起始值是10mm，當出現左右缸不同步，需要系統糾偏時，位于油缸端部的CIMS(精度1/1647cm)傳感器首先檢測到偏差信號，上傳至PLC，PLC提供給比例放大板一個0-10V的某一定值的電壓信號，放大板的輸出端連接著流量閥的位移傳感器，位移傳感器根據電壓信號動作閥芯控制流量，以滿足系統要求的流量響應。在糾偏過程中，藏木水電廠啟閉機液壓系統采用了降低電壓等級，即減少閥門過流量的方法來調節。

3 結語

作為防洪渡汛的液壓啟閉設備，最重要的是設備的可靠性、安全性、靈敏性。藏木水電廠溢洪道液壓系統具有良好的流量控制性能，基本可以消除液壓系統中常見的前沖現象。并具有糾偏靈敏精度高，測壓接頭多監測、檢修方便，在主回路糾偏系統響應時間快等優點。為藏木水電廠防汛安全奠定了良好的基礎。

張澤明(1985—),男,四川綿陽人,本科,工程師,研究方向:液壓傳動與控制。