排漂孔液壓缸活塞桿與密封更換處理

楊健鋒

摘 要：飛來峽水利樞紐位于清遠市東北約40公里的北江河段上，是廣東省目前最大的綜合性水利樞紐工程。飛來峽水利樞紐主要建筑物由攔河大壩、船閘、發電廠房和變電站組成。它的主要作用是以防洪為主，同時兼有發電、航運、供水和改善生態環境等作用，是北江流域綜合治理的關鍵工程。飛來峽樞紐與北江大堤聯合組成北江中下游防洪體系，水庫可以起到滯洪調峰作用。該文主要介紹了飛來峽水利樞紐排漂孔液壓缸活塞桿與密封更換處理的完整方案。

關鍵詞：飛來峽水利樞紐 施工方案

中圖分類號：TH137 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（c）-0065-03

1 工程概況

1.1 工程概述

飛來峽水利樞紐溢流壩排漂孔孔口寬14 m，排漂孔弧形閘門選用2×1 000 kN液壓啟閉機，左右布置各一條液壓缸是排漂孔液壓啟閉機的執行機構，液壓啟閉機擔負排漂孔弧形門的開啟和關閉動作任務。經過十多年的運行，近期發現兩側液壓缸存在前端蓋活塞桿密封滲油、活塞桿鍍鉻層脫落等現象，為保證排漂孔弧形閘門的安全穩定運行，需對其二條液壓缸進行前端蓋活塞桿密封更換與活塞桿修復處理。

1.2 液壓缸主要技術特征

最大啟門力：1 000 kN；

液壓缸全行程：8 600 mm；

液壓缸工作行程：8 400 mm；

液壓缸內徑：340 mm；

活塞桿直徑：200 mm（長9 828 mm重2 367 kg）；

液壓缸總重：7 097.5 kg。

液壓缸總重：11.7 m

1.3 檢修依據

（1）廠方提供技術圖紙；

（2）《水利水電工程啟閉機制造、安裝及驗收規范（DL/T5 019）》；

（3）《陶瓷涂層活塞桿技術條件（NB/T35 017-2 013）》；

（4）《大型液壓式啟閉機》；

2 液壓缸吊裝總體思路

經現場實地勘測、由于受施工場地條件限制，汽車吊等大型起重設備無法進入現場施工，綜合考慮決定、該吊裝方法采用獨腳拔桿進行吊裝，拔桿現場設計制作。

利用2#壩頂門機下端連接梁做 “生根點”，立一條拔桿。起吊和爬臂采用2臺5噸卷揚機控制。液壓缸拆出壩面后用1#壩頂門機裝車運至安裝間進行解體。

3 主要施工機械設備計劃

如表1。

4 液壓缸拆除與安裝流程

如圖1。

5 主要項目施工方法

5.1 獨腳拔桿制作與安裝

（1）將2#壩頂門機停放在排漂孔位置、投入抱閘鎖定住，并在輪子下塞上楔子板，防止其走動。

（2）在門機下端連接梁上用30 mm厚的鐵板焊一個拔桿鉸座基礎架。

（3）拔桿采用2條273*10 mm無縫鋼管焊接而成、長度為18m。一端用20 mm厚的鐵板焊上兩個吊耳。另一端用30 mm厚的鐵板制作鉸座，連接銷采用Φ60 mm長度為400 mm的圓鋼。

（4）在拔桿中間段用兩條6 m長的10#槽鋼焊接加固。

（5）在壩面選好位置用膨脹螺絲固定好兩臺5 t卷揚機，一臺為主吊點、另一臺控制纜風繩、2組10 t三輪滑輪組連接。如圖2所示。

（6）鉸座制作圖如圖3。

5.2 鉸座側視圖

5.3 連接銷拆除、活塞桿縮回加固、液壓缸排油

（1）用氣刨將活塞桿已閘門連接的銷釘拆除。

（2）操作液壓系統控制、將活塞桿回縮。

（3）用鋼絲繩和3 t手拉葫蘆將活塞桿鎖住，防止其在起吊的過程中下滑。

（4）將液壓缸上的開關腔油管及行程開關拆除。準備好足夠空油桶，排油孔連上一段軟管，打開進氣閥將缸體內的油排空。注意：排油時必須時時監控，杜絕液壓油泄漏。

5.4 液壓缸拆除、倒運

（1）將廠房靠排漂孔邊的玻璃窗拆除兩塊。廠房橋機開至4#機末端處，投入抱閘并用楔子板塞住輪子防止其走動。

（2）在橋機主梁上捆兩條鋼絲繩，掛上兩個10 t手拉葫蘆。葫蘆與液壓缸連接。用于保證油缸拆除吊裝過程中的安全。

（3）操作卷揚機、將拔桿吊點對準油缸中心位置，用兩個10 t葫蘆和鋼絲繩連接。調節至鋼絲繩剛好受力。

（4）將液壓缸鉸座端蓋拆除、用20 t液壓千斤頂將油缸慢慢定出。

（5）用手拉葫蘆將液壓缸調平，如圖4。

（6）操作卷揚機將液壓缸起升至高出壩面200 mm。在壩面鋪好滾筒，用葫蘆斜拉將液壓缸座在滾筒上，如圖5。

（7）將液壓缸運至1#壩頂門機回轉吊可吊范圍內，用回轉吊裝車將液壓缸運至安裝間內指定位置。

5.5 液壓缸耐壓、內滲漏試驗及行程測量

液壓缸處理完成后更換所有密封，并進行開關腔動作、耐壓及內滲漏試驗、并測量開腔關腔全行程是否符合設計要求。該步驟在安裝間內進行。

（1）試運行：在無負荷下、油缸全行程往復運行二次。在排氣后，運行中不得有外部滲油等不正常現象。

（2）最低啟動壓力：在不加負荷情況下，使系統加壓，測量最低啟動壓力，其值不得超過0.5 MPa。

（3）最低穩定速度：在額定負荷下、油缸以設計速度全行程往復運行二次以上、不得有爬行等不正常現象。

（4）內泄漏：在額定壓力下、檢查活塞桿在兩端及中間位置的內泄漏量，其值不得超過8 mL/min。

（5）外泄漏：在額定負荷下、活塞全行程往復運行二次，活塞桿密封處不得有外滲漏。endprint

（6）耐壓試驗。

①試驗壓力：有桿腔為21.05 Mpa，無桿腔為6 Mpa；

②試驗時間：t≥10 min；

③要求：不允許有外泄漏，活塞內泄量小于5mL/min，各零件無異常。

（7）全行程檢驗：活塞分別停在油缸兩端、測量的全行程長度應符合設計要求。

液壓缸試驗合格后方可進行回裝。

5.6 新液壓缸安裝與調試

（1）安裝前應檢查活塞桿有否變形，在活塞桿豎直狀態下，其垂直度不應大于 0.5/1 000，且全長不超過桿長的1/4 000，并檢查油缸內壁有無碰傷和拉毛現象。

（2）吊裝前，應將活塞桿全部縮進，并將吊頭適當固定，以防活塞桿外伸。

（3）吊裝捆扎應加防護墊層，以避免損傷外表油漆。

（4）保持油缸干凈。為避免損壞和過早磨損，油缸必須在沒有張力尤其是沒有徑向力產生的情況下運行。

（5）參照類似于液壓缸拆除的反序步驟將新液壓缸回裝。

（6）新液壓缸吊裝就位后管路和行程開關回裝。

（7）接入電源進行空載調試。

（8）液壓啟閉機與閘門連接后進行閘門升降試驗。

6 拔桿受力計算

6.1 拔桿設計概況及受力情況

如圖6：拔桿長度為18 m、夾角為56°、液壓缸重量為7 100 kg。

拔桿校核時，不考慮鋼管自重、纜風繩自重的影響，通過控制“強度/應力比”保證拔桿受力安全。

G、T、N三力共點，滿足“力平行四邊形法則”，G=71 kN。

即：N=G/sin56=71/0.83=85.6 kN

T=G/tan56=71/1.483=47.9 kN

6.2 校核

6.2.1 纜風繩及吊點校核

纜風繩拉力T為47.9 kN，吊點的最大拉力G為液壓缸重量71 kN。纜風繩拉力和吊點拉力均為一臺5噸卷揚機提供，連上一組三輪滑輪組。

最大拉力F=50 kN*5=250 kN遠大于纜風繩受的最大拉力機液壓缸的重量。故滿足要求。

6.2.2 拔桿立柱校核

拔桿立柱簡化成“軸心受壓構件”進行校核，軸心壓力N=85.6 kN。

Φ273×10無縫鋼管（材質Q235B）截面參數：（見表2）。

穩定性驗算：

式中：N——軸心壓力85.6 kN。

Φ——軸心受壓構件的穩定系數，根據受壓構件長細比、鋼材屈服強度和截面類型確定；

A——構件毛截面面積82.62 cm2；

f——鋼材的抗彎強度設計值215 N/mm2。

λ——軸心受壓構件的長細比，按兩端鉸支考慮，λ=L/i；

λ=1 800÷9.31=193

查《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）（附錄第35頁）附表C-1，

得Φ=0.213。

f=N/ΦA=85.6*1 000÷（0.213* 82.62*100）=48.64<215 N/mm2（設計值）

強度/應力比=48.64÷215×100%= 23%。符合要求。

6.3 拔桿吊耳驗算

拔桿吊耳的剪力V=G=71 kN，吊耳采用20 mm厚的鐵板制作。

抗剪截面面積A=20 mm×200 mm= 4000 mm2。

V/A=（71*1 000）÷4 000=17.75<215 N/mm2（設計值）。滿足要求。

6.4 拔桿柱腳銷軸驗算

銷軸受到的剪力V=N=85.6 kN，銷軸的直徑為60 mm的圓鋼、長度為400 mm。

抗剪截面總面積：A=3.14*30*30= 2 826 mm2。

V/A=（85.6*1 000）÷2 826=30.3<215 N/mm2（設計值）。滿足要求。

6.5 壩頂門機受力驗算

如圖7所示：在液壓缸起吊過程中的受力為G1，最大值為71 t。

力臂L1=10 m。

門機重量G2=430 t，力臂L2=3 m。

根據力矩平衡公式：G1*L1=G2*L2

G1=430*3/10=129 t>71 t。

故起吊過程門機的穩定性符合要求。

7 質量控制

（1）安裝依據：施工圖紙、《水利水電工程啟閉機制造、安裝及驗收規范》（SL 381-2007）。

（2）根據圖紙、施工規范執行三檢制。現場施工人員為一檢，施工組長為二檢，技術員為三檢。驗收執行管理處的三級驗收制度。

（3）填好相關安裝紀錄表格，報管理處申請現場驗收。

（4）安裝標準：

①安裝前應檢查活塞桿是否變形，在活塞桿豎直狀態下，其垂直度不應大于 0.5/1 000，且全長不超過桿長的1/4 000。

②吊裝油缸時，應根據油缸直徑、長度和重量決定支點或吊點個數，以防止變形。

③活塞桿與閘門（或拉桿）吊耳連接時，當閘門下放到底坎位置，在活塞與油缸下端蓋之間應留有50 mm左右的間隙，以保證閘門能嚴密關閉。

參考文獻

[1] 王雪峰.液壓缸活塞桿密封泄漏原因分析與措施[J].液壓氣動與密封，2012（4）：4-6.

[2] 周志鴻，張康雷.工程機械液壓缸活塞桿密封的進展[J].工程機械，2005（11）：52-57.

[3] 王召巖.液壓缸往復密封數值分析和試驗研究[D].青島：青島理工大學，2014.endprint