江漢運河龍洲垸船閘啟閉系統檢修技術方案

彭興無 劉意

摘 要：本文主要針對龍洲垸船閘液壓油缸滲漏問題，對其滲漏機理進行研究分析，通過理論、實踐的方式對啟閉機檢修及油缸更換的技術方案進行論述，為類似工程問題提供參考。

關鍵詞：船閘;液壓啟閉機;油缸滲漏;檢修

中圖分類號：TV91? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）05-0156-04

1船閘概況

江漢運河是新中國成立后第一條人工運河，進口位于長江中游荊州市龍洲垸，途經荊門市沙洋縣，在潛江市高石碑鎮匯入漢江，全長67.22公里。龍洲垸船閘位于運河入口，設計為單線單級千噸級船閘。船閘采用可承受雙向水頭的鋼質弧形三角門，上游閘門高約19.50m，重約450噸，是目前國內最大的三角閘門。其中船閘閘閥門采用鋼質提升平板門，采用短廊道集中輸水。

上、下閘首每側邊墩工作閘門和閥門啟閉機共用一套液壓泵站，采用比例泵控制技術，三級安全保護設計，確保設備在船閘不同工況下能正常運行。船閘閘閥門運行由立臥式擺動雙作用液壓啟閉機作用，液壓泵站采用分散式布置。

2 啟閉機運行現狀

經多年運行，龍洲垸船閘上游左側閥門油缸發生滲漏故障，運行時出現異響、不保壓自落及爬行等異常情況，無法保障船閘安全生產，為恢復船閘原有技術狀況，保證船閘安全運行，亟需進行檢修。

3 龍洲垸船閘液壓油缸滲漏問題的探究

3.1 關于滲漏問題的理論研究

3.1.1滲漏的分類

概括來講，船閘油缸滲漏主要分為外滲漏和內滲漏兩種。液壓油缸的內滲漏指雙作用油缸的活塞頭密封出現泄漏現象，泄漏發生在內部;外滲漏指不論雙作用還是單作用油缸，缸口與柱塞桿間以及導套與缸體間的密封出現泄漏現象，液壓油泄漏到了外面。

3.1.2內滲漏的危害及原因

作為液壓系統的執行元件，嚴格控制內泄漏量對油缸極其重要。當發生內泄漏時，如果在伸縮運動過程中，輕則會影響其工作效率，重則直接導致整機無法正常工作;而如果是在保壓過程時，輕則會導致活塞桿緩慢回縮，嚴重時會造成如吊重急落、主機傾翻等重大事故。

影響液壓缸內泄漏的因素是多方面的，如由于磨損、變形等造成的密封間隙的改變，密封件的磨損老化，氣體、水及顆粒狀雜質對液壓油的污染，液壓缸工作溫度和密封兩端壓力差的極化，結構設計的合程度以及零部件的加工裝配精度等等。

3.1.3外滲漏的危害及原因

液壓油泄漏到環境中，除了造成的經濟損失及對環境和機器本身的污染外，更嚴重的是使既定的控制動作受到影響，出現閘門飄移、閥門自墜、無法建立系統壓力等故障，影響液壓系統的正常工作，造成系統癱瘓甚至人身事故。外滲漏產生的主要原因主要有以下兩點：

（1）油污染。據統計，在油缸外滲漏故障中，有75%以上都是由于液壓油選擇不當或油液污染引起。液壓油被污染后會形成微小的固體顆粒，這些顆粒會加速相對滑動的元器件表面的磨損，加速了活塞桿自身和密封元件的磨損、劃傷，而最終導致出現滲漏。

（2）系統自身沖擊和震動。系統工作的溫度、濕度及疲勞程度等工作環境一定程度上影響了系統內部壓力變化。當系統壓力發生突變時，整個系統動作速度也會隨之變化，并在此過程中產生較大的自身沖擊和震動，促使管路接口松動，并在液壓油瞬間形成的高壓力峰值作用下出現滲漏。

由此可見，磨損、變形、油液污染、裂紋、壓力過大、密封不好等都是造成油缸內、外滲漏的主要原因。對龍洲垸船閘油缸滲漏機理進行分析，發現船閘液壓系統滲漏的原因所在并尋求有效的解決措施十分緊迫。

3.2 龍洲垸船閘液壓油缸滲漏類型的研究

3.2.1確定滲漏類型

龍洲垸船閘出現閥門油缸異響、不保壓自落及爬行故障后，經現場系統檢查及研究，排除油缸外滲漏故障可能性。

為明確滲漏故障，進行如下計算校驗：

根據流體在環形縫隙中流量的計算公式，內泄漏量：

（1）

式中：為缸筒內徑;為液壓油動力粘度;活塞密封長度;為活塞與缸筒同軸時的單側間隙值;為偏心比;為偏心距;為密封兩端壓力差;為活塞與缸筒的相對速度。查詢圖紙及技術文件參數計算得出：

（2）

由（1）式分析，易知，對于基本參數已定的液壓缸來說，影響其內泄量的主要因素有間隙δ、液壓油動力粘度μ、壓差Δp以及相對速度u0，其中以間隙δ影響最大。查文獻得知如下內泄露量標準，詳見表1。

查技術文件得知：龍洲垸船閘閥門油缸內徑300mm，對照內泄露量標準表，明確其故障為內泄露。

3.2.2內滲漏的原因分析

（1）密封老化。經拆卸檢查發現油缸內部多處密封老化變形，失去基本密封作用。其老化部位主要集中在O形圈（3、16）、V形圈（5）、防塵圈（19）等處。如圖1、圖2所示。

（2）油液污染。經專業油液檢測公司取樣檢測發現，油缸內部液壓油受到一定程度的污染。

4 龍洲垸船閘啟閉機系統檢修

通過上述理論研究及故障分析，明確因油缸內壁損傷引起內滲漏從而導致出現異響、不保壓自落及爬行現象。結合龍洲垸船閘上游左側閥門油缸運行現狀，針對啟閉機進行檢修及油缸更換。

4.1 新油缸制作

4.1.1理論探究

通過上述理論分析，根據滲漏量與各主要影響因素之間的關系，從而提出以下幾方面的改善措施：

（1）適當地減小密封設計間隙或者加大缸筒壁厚;

（2）缸筒材料的選擇，在考慮生產能力及經濟成本的前提下，盡量提高材料的彈性模量;

（3）選擇液壓油時，不僅要考慮液壓缸工作時的溫度范圍，還要增加排氣孔等裝置，嚴格控制液壓油的含氣量及水分;

（4）減少液壓系統的沖擊和振動。在允許的范圍內，延長閘閥門開關以及運動部件變向的時間。盡可能增加、改善緩沖裝置，減緩速度變化強度，尤其是對動作頻繁的液壓油缸，以此減小其沖擊造成的壓力增大;

（5）必須要求合理地設計和加工密封件溝槽。粗糙程度過高或過低都會造成磨損和劃傷，導致滲漏;

（6）在裝配密封圈時方法要正確，過程中應嚴格小心。

4.1.2技術要求

（1）液壓啟閉機所有零部件的加工嚴格按照各有關圖紙上的技術要求執行;

（2）活塞桿、缸體毛坯選擇整段無縫鋼管;

（3）活塞桿、缸體按照各有關圖紙上的技術要求進行熱處理，以提高其綜合機械性能;

（4）由于密封件密封溝槽的加工精度及表面粗糙度要求很高，因此特別注意零件上該部位的加工;

（5）啟閉機活塞桿與連接頭的螺紋連接處做防水處理，以防銹蝕;

（6）檢驗技術要求根據GB/T10205-2000中的有關條款執行;

（7）使用要求、試驗項目與方法符合《水運工程質量檢驗標準》（JTS257-2008）中的有關內容。

4.2 閥門檢修工程

根據龍洲垸船閘設備特點采用以下施工流程：閥門井蓋板拆除→拆除閥門吊桿→舊閥門吊出門槽→閥門軌道鑲面板檢查和磨損檢測→閥門主側滾輪磨損檢測→閥門止水橡皮檢查或更換→閥門防腐→昂落閥門→閥門吊桿安裝→試門調整→恢復閥門井蓋板。

4.2.1閥門吊桿拆除及吊出閥門

拆除門限位，將閥門提升到最高位置，打開閥門井蓋板，操作工下到閥門二層平臺頂部，在機房吊點位置懸掛兩只5t電動葫蘆，在閥門兩側裝上卸扣，通過千斤與電動葫蘆連接，用2t手拉葫蘆及鋼絲繩捆綁住最下一節吊桿作保險裝置，用扳手拆除閥門最下一節吊桿與上一節吊桿的連接，然后拆除最下一節吊桿與閥門吊座的聯接，收緊兩葫蘆使最下一節吊桿移出閥門槽，此時閥門吊座與吊桿不聯接，啟動閥門井處的兩只5t的電動葫蘆，把閥門緩慢上提，直至閥門底部高出檢修平臺，用方木或工字鋼放置在閥門槽檢修平臺處，通過電動葫蘆讓閥門緩慢降落置在方木或工字鋼上，抄平抄穩閥門，采用拆除第一節吊桿的方法用2t手拉葫蘆拆除閥門其它吊桿，為安全起見，閥門頂部兩側的5t葫蘆不拆除，用作保險。

4.2.2吊落閥門及調試

落門前，全面清理打掃門槽周圍及止水埋件表面，不得有任何妨礙閥門運行的障礙物，同時對起吊設備及止水橡皮螺栓的緊固程度進行全面檢查，確認條件均具備時方可進行落閥，吊落閥門時，啟動電動葫蘆，牽引閥門下落，門槽兩側站人扶正閥門，開始進槽時注意門上止水不能與胸墻及軌道相碰，始終保持閥門垂直下落，注意左右側方向及間距，閥門主滾輪進槽接近到軌道時后，應緩慢下落，用撬棍找正閥門，讓滾輪順著軌道自由下落，控制好電動葫蘆速度，閥門落到位后，檢查頂、底、側止水與止水埋件的間隙，用塞尺檢查間隙的尺寸，止水過緊或間隙過大，需把閥門重新提升至門槽頂進行橡皮調整，重新再落閥門檢查止水間隙，直至止水橡皮與止水件間隙在技術標準范圍內。

隨后將閥門落至清理干凈的底止水槽鋼上，從底到頂的順序把閥門吊桿安裝好，使閥門與啟閉機聯接，用啟閉機對閥門上下運行進行全面調試，全行程開關閥門運行不少于3次，主要檢查閥門主側滾輪運轉靈活，無異常響聲及振動，閥門上下起落平穩。限位開關動作靈敏準確，閥門開關到位正確，各止水橡皮壓縮量及間隙符合要求，止水橡皮在起落過程中無損傷及撕裂現象，調試結束后，對所有部件如吊耳、鉸點、止水螺栓緊固情況進行全面檢查應符合要求。

4.3 啟閉機檢修工程

4.3.1龍洲垸船閘上游左側油缸拆卸方案設計

（1）技術難點分析。龍洲垸船閘故障油缸布置于船閘上游左側機房內部。機房設計為5面封閉式混凝土結構。限于現場環境約束，考慮施工經濟成本，不可拆除機房墻面或屋頂將油缸運出。

（2）方案措施。利用啟閉機房頂吊環，使用葫蘆將油缸起吊，側面利用鋼絲繩將油缸橫拉放倒，拆除機房北面窗戶，汽吊吊出。

4.3.2龍洲垸船閘上游左側油缸拆卸具體步驟

（1）啟閉機房閥門油缸頂處主梁頂吊環切除。拆除內置式開度儀并做好防護。主梁與褸板接合部開孔，鋼絲繩環箍主梁并固定，將手動葫蘆懸撲在鋼絲繩上。打入膨脹螺栓并固定鋼板，在鋼板上焊接U型環，用于固定鋼絲繩及手動葫蘆;

（2）將閥門關閉至全關位，將吊桿系統與啟閉機脫離并固定。將啟閉機開至最大開度位，并將活塞桿與油缸通過細鋼絲繩綁定，便于拆卸吊裝;

（3）拉緊手動葫蘆、鋼絲繩等安全保障設施，切斷電源并拆除控釗線路。清點檢查吊裝機具，將5t平車移到合適位置，并墊上枕木;

（4）拆除與啟閉機油缸相聯結的各種元器件（油管及電線等）;

（5）拆除啟閉機支架與預埋件的連接螺栓，并通過懸掛在主梁鋼絲繩上的兩個手動葫蘆將啟閉機油缸、活塞桿及支架整體吊出啟閉機地面高程;

（6）通過地面上U型環及手動葫蘆將整體結構臥倒在地面5t平車的枕木上并將支架結構與油缸活塞桿等脫離;

（7）將啟閉機油缸及活塞桿固定在平車上，通過平車移動出房外（窗戶位置以拆除），用50t汽車吊吊離。

4.4 新油缸安裝及試運行

（1）油缸安裝應符合《水運工程質量檢驗標準》（JTS257-2008）的有關規定，并嚴格按總體布置圖上的尺寸進行;

（2）焊縫采用間斷貼角焊，加筋板遇交叉焊縫時切角，焊縫高度為6mm;

（3）機架頂、底面應平整，無翹曲變形;

（4）中心位置允許偏差為2mm;

（5）表面涂漆防腐處理;

（6）啟閉機裝配前用汽油把零件清洗干凈，上下法蘭的緊固螺栓的螺紋沒有凹陷和斷裂，局部微小的崩扣不超過兩處;裝配時無碰傷、擦毛零件表面，各緊固件對稱擰緊。裝配后保證各部位運轉靈活，無卡阻和爬行現象。

5 結語

本文結合江漢運河龍洲垸船閘啟閉機檢修工作實際，針對船閘啟閉機檢修及油缸更換等具體工作展開論述，對相關技術方案及要點進行探索。龍洲垸船閘大修通航以來，液壓啟閉機系統運行安全可靠，信號準確，工況良好，經受住了實踐考驗，對其它船閘液壓啟閉機檢修具有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]胡新民，鄧朝.三峽永久船閘液壓啟閉機設備及安裝[J].水利水電技術，2004，35（5）：65-67，70.

[2]胡慶華.京杭運河淮安三線船閘閘室設計介紹[J].水運工程，2002，（7）：10-12.

[3]楊曉旻.船閘液壓啟閉機故障分析與解決[J].華東科技（學術版），2012，（003）：22.

[4]唐永.關于船閘啟閉機的管理與維護措施應用研究[J].大技，2018，（3）：165-166.