正常運(yùn)行條件下的南通節(jié)制閘液壓啟閉系統(tǒng)改造方法

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(南通市節(jié)制閘管理所, 江蘇 南通 226005)

1 水閘概況

南通節(jié)制閘為通呂運(yùn)河引江口門，共23孔、每孔凈寬4m，是一座大Ⅱ型感潮節(jié)制閘，承擔(dān)著引水、排澇、擋潮,兼顧調(diào)節(jié)內(nèi)河航運(yùn)水位和改善內(nèi)河水質(zhì)的重要任務(wù)。該閘引灌范圍有啟東、海門、通州三市(區(qū))及南通市城區(qū)，受益面積18.2萬hm2農(nóng)田，占全市總耕地面積的35.6%； 排澇范圍有通州、海門兩市及南通市郊區(qū)等部分地區(qū)，排澇面積約4.27萬hm2。年啟閉閘門約320潮次，年均引水約8.0億m3，為南通地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展發(fā)揮著重要作用。因此，節(jié)制閘在液壓系統(tǒng)改造過程中，仍需保證引排水工作正常進(jìn)行。

2 液壓系統(tǒng)改造前工況

2.1 系統(tǒng)組成

改造前節(jié)制閘原閘門啟閉液壓系統(tǒng)由泵站系統(tǒng)、油缸系統(tǒng)及不銹鋼高低壓供回油主管路組成。泵站系統(tǒng)主要包括：3臺SCY14-1B軸向柱塞式液壓泵及3臺75kW三相異步電動(dòng)機(jī)(兩用一備)、溢流閥、單向閥、節(jié)流閥、油液濾清器、空氣濾濕器、2臺1.5m3油箱以及服務(wù)于計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的測量、傳感等元件。油缸系統(tǒng)由23臺單作用柱塞式液壓啟閉機(jī)、三位四通電磁換向閥、支油管路、單向閥、節(jié)流閥、機(jī)架、滑輪組成。23臺液壓機(jī)均順?biāo)鞣较蛩讲贾?，一臺液壓機(jī)獨(dú)立控制一孔閘門(“一機(jī)啟一孔”)。因1999年節(jié)制閘公路橋拓寬需要，泵站系統(tǒng)布置在離閘較遠(yuǎn)的監(jiān)控樓內(nèi)，油缸系統(tǒng)布置在閘上，由中間油管連接。

2.2 存在問題

液壓泵站及主供回油管路運(yùn)行正常； 液壓機(jī)(油缸及機(jī)架)安裝于公路橋下層的工作橋上且懸掛于工作橋頂，油缸系統(tǒng)完全暴露于室外自然環(huán)境中。長期以來，由于外界灰塵侵入、油液腐蝕、密封圈老化，以及因機(jī)架安裝緊貼公路橋底面無法精確調(diào)試，導(dǎo)致出現(xiàn)柱塞桿偏載等問題，絕大多數(shù)油缸出現(xiàn)滲油甚至跑油現(xiàn)象，從而影響了液壓啟閉系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性及水閘引排水工作。此外，由于油缸安裝位置不當(dāng)，無法保證經(jīng)常維修的需要，因此，興建啟閉機(jī)房、更換液壓機(jī)、更換泵站部分元件、重新布置液壓管路及系統(tǒng)控制線路十分必要。

3 新液壓系統(tǒng)組成

設(shè)計(jì)新液壓系統(tǒng)的液壓機(jī)工作壓力由原來的7.1MPa調(diào)為14.4MPa，液壓泵站仍利用，泵站系統(tǒng)的各種元器件經(jīng)核算均滿足要求，僅更換壓力表增大量程，主要對閘上油缸組成部分進(jìn)行改造。1～22號閘孔，液壓機(jī)由原順?biāo)鞣较?“一機(jī)啟一孔”形式更換為垂直水流方向“一機(jī)啟兩孔”形式，23號閘孔為垂直水流方向“一機(jī)啟一孔”形式； 原液壓泵站以外所有進(jìn)回油主管路、支管路、電磁閥組更換并重新布置。

4 液壓系統(tǒng)改造方法

4.1 系統(tǒng)原器件設(shè)計(jì)承壓能力的校核

根據(jù)新液壓系統(tǒng)組成，我們首先校核了老液壓泵站及管路各節(jié)點(diǎn)壓力工作值是否滿足新系統(tǒng)要求，更換不滿足壓力要求的部分液壓元件(見表1)，使系統(tǒng)元件滿足改造后設(shè)計(jì)壓力要求。因此，老液壓系統(tǒng)主管路可在新老液壓機(jī)單獨(dú)或同時(shí)啟用的整個(gè)過渡階段繼續(xù)使用，待12臺新液壓機(jī)和新供回油主管路全部安裝完成并達(dá)到運(yùn)行條件后，再拆除老液壓系統(tǒng)主管路和安裝新液壓系統(tǒng)供回油主管路。

表1 老液壓系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)壓力校核、更換主要元部件情況

4.2 改造時(shí)間節(jié)點(diǎn)的控制

2010年2～7月，進(jìn)行改造施工，歷時(shí)5個(gè)多月。改造時(shí)間的合理安排是整個(gè)液壓系統(tǒng)改造的重點(diǎn)。液壓系統(tǒng)改造與閘土建改造二項(xiàng)工作緊密銜接，土建工程改造必須給液壓系統(tǒng)的安裝提供充裕的安裝時(shí)間與空間。液壓系統(tǒng)停運(yùn)與改造安裝時(shí)段安排在無法自流引水的非主汛期的農(nóng)歷小潮期間，并且應(yīng)避開農(nóng)田插秧用水高峰時(shí)段，把水閘改造活動(dòng)對引水、用水工作的影響，減小到最低程度。

4.3 施工工序的合理安排

該次改造主要分為對液壓油缸和支承部分的更換及主控油管路的更換，最為復(fù)雜的是對液壓油缸及支承部分的更換，它與土建改造、電氣控制的改造必須同步進(jìn)行。新供回油主管路利用不具備引水條件的農(nóng)歷小潮時(shí)段快速、一次性安裝完成。

為使內(nèi)河穩(wěn)定在合理水位，必須保證系統(tǒng)在整個(gè)改造過程中至少有1/2的閘門能正常啟閉。同時(shí)，為了減小閘孔不對稱運(yùn)行對上下游河床沖刷的影響，液壓機(jī)更新先后順序分為如下三個(gè)階段實(shí)施：第一階段僅停運(yùn)更換16～23孔，1～15孔仍利用老系統(tǒng)管路正常運(yùn)行； 第二階段僅停運(yùn)更換8～15孔，1～7孔與16～23孔仍利用老系統(tǒng)管路正常運(yùn)行； 第三階段僅停運(yùn)更換1～7孔，8～23孔仍利用老系統(tǒng)管路正常運(yùn)行。以上每一階段中，運(yùn)行段閘孔啟閉時(shí)，均編制閘門啟閉程序，控制好閘門開度與啟門順序，一般近閘中心的閘門開高宜在4～5m，在更換閘兩側(cè)液壓機(jī)時(shí)，近邊孔閘門開度宜在2m，以免引起水流對上游兩岸的沖刷。為避免不對稱開閘對上游引起沖刷或淤積，對上游河床定期進(jìn)行測量，根據(jù)水下地形測量報(bào)告及時(shí)調(diào)整開閘方法，嚴(yán)密控制不規(guī)則水流流態(tài)對河床的影響。

4.4 閘門運(yùn)行的科學(xué)調(diào)度

由于新老液壓油缸工作壓力要求不同，改造過程中，采用“一機(jī)啟一孔”啟門方式的老液壓啟閉機(jī)在開啟閘門時(shí)，油缸的工作壓力仍為7.1MPa，設(shè)定液壓系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)額定壓力仍為8MPa； 采用“一機(jī)啟兩孔”啟門方式的新液壓啟閉機(jī)在開啟閘門時(shí)，油缸工作壓力為14.4MPa，設(shè)定液壓系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)額定壓力為16MPa。

為滿足新老液壓啟閉機(jī)能在相應(yīng)工作壓力作用下開啟閘門，考慮將系統(tǒng)設(shè)定兩種工作壓力，1號與2號油泵及溢流閥壓力設(shè)為16MPa，3號油泵及溢流閥壓力仍保持8MPa。以液壓機(jī)更新的第二階段為例：首先，開啟3號油泵，通過強(qiáng)電手動(dòng)控制方式將1～7孔閘門開啟到指定開度，關(guān)閉3號油泵； 其次，開啟1號與2號油泵，將16～23孔閘門開啟到指定開度，關(guān)閉1號與2號油泵(液壓機(jī)更新過程中三個(gè)階段的具體運(yùn)用方式見表2)。

表2 啟閉系統(tǒng)改造過渡階段新老啟閉機(jī)結(jié)合運(yùn)用方式

注第23孔液壓機(jī)更新后，以14.4MPa的工作壓力開啟閘門。

通過選擇合理的施工時(shí)間、精確的施工部署和科學(xué)合理的運(yùn)行調(diào)度，很好地解決了液壓系統(tǒng)改造過程期間，閘引排水工作不間斷相矛盾的難題。

5 結(jié) 語

南通節(jié)制閘液壓系統(tǒng)改造期間共引水132潮次，引水量達(dá)1.6億m3，上游水位始終保持在正常水位2.0～2.4m之間，確保了受益范圍內(nèi)生產(chǎn)生活正常進(jìn)行。本工程施工方法為液壓啟閉機(jī)數(shù)量眾多且改造過程中需兼顧引排水工作的大型水閘工程改造提供了參考和借鑒。