液壓啟閉機在沿海矸閘應用中的問題分析

樂豪峰(北侖區(qū)河道管理處，浙江 寧波 315803)

液壓啟閉機在沿海矸閘應用中的問題分析

樂豪峰
(北侖區(qū)河道管理處，浙江 寧波 315803)

以我國沿海部分液壓式啟閉機矸閘在十幾年的運行管理中的適用情況為例，認為液壓啟閉機相對機械式啟閉機具有操作簡單、運行能力強、運行相對穩(wěn)定，啟閉房布局也相對簡潔、干凈、大氣等優(yōu)點.進而分析了液壓啟閉機矸閘因技術要求偏高、管理水平跟不上、日常保養(yǎng)能力有限等原因下出現(xiàn)的問題，認為液壓式啟閉機在沿海矸閘中替代卷揚式、螺桿式啟閉機將成為趨勢，但目前我國沿海部分地區(qū)矸閘選擇液壓式啟閉機還需綜合考慮當?shù)氐沫h(huán)境適應、管理水平、維保能力等因素.

液壓；啟閉機；矸閘

液壓設備作為傳動裝置在各領域及日常生活中的應用，越來越顯示出它的優(yōu)勢和功能，正所謂“以液制動”普遍的被世人所喜愛并應用，液壓啟閉機作為新一代的啟閉設備也同樣的被廣泛的應用在船閘、矸閘、水庫閘門等水利工程設施方面[1].東部沿海河流入?？谔幍膿醭遍l，其啟閉機一般可分為卷揚式、螺桿式和液壓式，其中液壓啟閉機按結構形式又有：活塞式、柱塞式和擺動式[2].六七十年代的矸閘都以螺桿、卷揚為主，2000年初期慢慢引入新型的液壓式啟閉機.隨著科技的日新月異，目前的液壓矸閘具有的新思路、新技術、新工藝，能更好地發(fā)揮液壓啟閉設備啟閉能力大、效率高的優(yōu)勢，大型吊機的配套也省去了以往設備(特別是備用閘門板)過重過大，人為搬動過難的問題.

沒有螺桿式與卷揚式啟閉機的排架結構，也沒有長螺桿和鋼絞線等傳動裝置，只有簡單的油缸與其擁有強大啟閉力配上的大型鋼閘門板，整個閘室布置緊湊，體積小，重量輕，看起來整潔、寬敞、大氣、現(xiàn)代化，比較符合新時代水利設施的特色[3].

1 液壓啟閉機在沿海矸閘的應用

液壓啟閉機水閘不僅有干凈的整體設施，在閘門啟閉上也尤為出色.液壓矸閘動力裝置主要部分有：PLC房、電磁閥區(qū)、油箱區(qū)、傳動油路、油缸動力區(qū).配套的也可設置遠程操控室進行遠程控制與監(jiān)視，不需特設啟閉機房.閘門板直接連接動力油缸，人員可直接在操作控制室輸入指令，指令通過PLC傳達到電磁閥對液壓油箱調(diào)運液壓油進出油缸進行啟閉動作，取代以往電力線路的是一道道油管.以柱塞式液壓啟閉機為例：當油缸工作時，左右兩缸升降高度實時反饋于PLC，通過設定，左右升降高差一般不超過3 mm，一旦超過，高起一側電磁閥直接關閉，等另一側的高度達到相同數(shù)值時，電磁閥再打開繼續(xù)升降，達到閘門板兩側穩(wěn)定同步升降的效果；一旦自動糾偏故障，通過設定兩側高差臨界值，限制功能會開啟(一般兩側超過6 mm，油泵就會跳停后進行人為調(diào)整)當然限制功能也能限制最高開啟高度與安全開啟高度，防止誤操作導致的設備損壞.通過強大的糾偏功能與限制功能，比起傳統(tǒng)的機械啟閉液壓啟閉顯得更為穩(wěn)定和安全，防止人為誤操作開啟超高損壞設備.

當下建設的中大型矸閘基本建議以液壓啟閉機為主，除了保養(yǎng)、故障、維修外的日常運行相對機械啟閉機就大大簡便的多，特別是操作上，螺桿式與卷揚式啟閉機矸閘一般不設專有操作室，需要依次打開電機，若無限高設備，還需觀測具體開度或閉合度人工關閉電機.如遇閘孔數(shù)較多，閘室橫向距離較長，值班人員較少的情況下，一次全閘開啟所花時間就相對較多，這在暴雨臺風天的急需泄洪的情況下略顯不利，液壓啟閉水閘的集中化操控平臺及強大的自控能力就有效的避免了這個問題.總之，液壓啟閉機與傳統(tǒng)啟閉機相比，具有運行可靠、管理方便、設計理念新穎等優(yōu)點[4].

2 矸閘運行中存在的問題

液壓啟閉設備較之機械啟閉設備優(yōu)點眾多，但在外海矸閘的運行中也存在些弊端，這里主要介紹在甬江出海口液壓擋潮矸閘運行十多年中出現(xiàn)的一些問題.

2.1 設備安裝與部件配套要求較高

水利工程設施混凝土大體積施工往往不可能像機械制造那樣精準、誤差小，且會因施工準確、地質影響、安裝偏差、長期運行中的沉降不穩(wěn)定等因素影響閘門正常運行，其中關鍵的控制電子原件受咸潮氣候侵蝕受潮發(fā)霉較易損壞，導致系統(tǒng)無法正常工作.一些金屬部件即便時常清潔、上漆也會在咸潮水汽中日久銹蝕[4].這對液壓啟閉機矸閘的施工質量與設備的耐腐蝕性、密封性、日常保養(yǎng)提出了較高的要求.

2.2 日常檢修保養(yǎng)專業(yè)性強

相對發(fā)生故障概率較低的卷揚、螺桿啟閉機，液壓啟閉設備的故障就較多[3]，諸多儀器儀表、液壓元件、電磁閥、管路、密封件、甚至缸體柱塞都有可能是故障元兇，非專業(yè)人員難以短時間修復，安全隱患大.就液壓設備三個運行周期而言：運行初期(磨合期)可能會有鐵沫毛刺堵塞油路，容易引起設備故障造成矸閘不能正常運行；運行后期又會因部件磨損密封性能降低，引起滲油導致壓力不足，二端油缸升、降不同步造成閘板卡住等問題，此類故障、隱患普通人在外觀上很難判定.甬江入海口段兩座矸閘(王家洋閘、浹水大閘)故障次數(shù)統(tǒng)計(見圖1).

圖1 甬江入?？诙蝺勺烽l(王家洋閘、浹水大閘)故障次數(shù)統(tǒng)計表

日常的養(yǎng)護中，管理人員一般定期檢查緊固管道接頭、固定支架及螺栓；定期補充液壓油[5]；定期清洗液壓操作平臺及液壓啟閉機長期使用后管道的接口和液壓油缸與空氣接觸部分的殘留臟物；定期油漆管道，對于外露連接部件還可進行涂脂、包裹、調(diào)頭、防塵維護[6]；定期檢查壓力表等儀表是否正常等；另外平時還要注意液壓設備使用的細節(jié)，如應等到液壓泵運行平穩(wěn)后再啟閉，閘門啟閉運行結束后應及時停機等.相對深層次的保養(yǎng)維護如更換液壓油、檢查更換密封設備、檢查調(diào)校電氣系統(tǒng)(主要是電磁閥工作是否正常)等工作，則需專技人員.日常運行維護不當或不及時，則故障率會大大提高，可靠性、安全性自然會降低，甚至會引發(fā)工程運行事故，因此對液壓啟閉機進行科學的維護不能忽視.

2.3 設備更新?lián)Q代較快

啟閉設備的更新?lián)Q代取決于科技的發(fā)展速度，近年來隨著液壓技術、設備的不斷完善，信息技術的不斷加入使得老舊設備淘汰尤為快速.投入運行沒幾年相關部件就可能配套困難存在報廢風險，第一批在沿海建造的液壓矸閘基本面臨市場少配件甚至無配件的現(xiàn)象，對于此批設備最終面臨不是選擇更新升級、就是改造重建.

設備的是否要更新?lián)Q代不是幾個人能決定的，這是市場的規(guī)律.但在采購上就要考慮采用老代設備在投資上雖會比較經(jīng)濟，但對將來的維修、更換部件帶來一定的難度，因為矸閘運行不是只考慮近2～3 a，而是要考慮5～10 a甚至更久的運管.所以選擇合適的設備不僅要從泄洪、受力、結構等方面著手，還要考慮長期的運管.

2.4 運行受外部因素影響較大

外海矸閘功能以擋潮排澇為主，受潮位落差及風浪影響，閘板晃動變位現(xiàn)象相對頻繁，這對設備產(chǎn)生巨大的影響，尤其是密封系統(tǒng).如果是豎直啟閉的，在閘門板晃動中，密封圈會在上下游方向劇烈磨損、變形甚至斷裂.密封系統(tǒng)破壞，液壓油會溢出油缸造成壓力失衡，傳動不能的故障，所以在外海液壓矸閘發(fā)現(xiàn)油缸溢油較多時，就應及時檢查更換密封系統(tǒng)了.當然，長期的閘門晃動變位最后將導致油缸偏心位移，最終兩側升降難達一致性.

其次外海矸閘一般為河道的最下游出口，特別是開閘泄水時各種漂浮物匯聚相對較多，一旦進入閘槽，閘板容易被異物卡住，或因設備故障二端壓力不平衝導致閘板卡槽(往往是漲潮關閘時發(fā)生較多)，短時間內(nèi)又較難排除故障，如遇臺風天氣造成潮水倒灌轄區(qū)受淹，后果不堪設想.

2.5 對管理員專業(yè)素質要求高

目前一般矸閘管理員都存在年齡結構偏大，文化素質又較低的現(xiàn)象.這類管理員責任心較強，且潮汛水文經(jīng)驗豐富，能吃苦耐勞，適合管理矸閘這種枯燥而又責任重大的工作，且對于機械結構啟閉機熟悉又有經(jīng)驗，是管理矸閘的主要力量.矸閘為液壓設備系統(tǒng)時，涉及液壓、電子等知識領域，這些管理員在學習運用中較難適應，即便專業(yè)機電運行工也需經(jīng)培訓或長久接觸才能熟悉這些專業(yè)的各類儀表儀器，油路電閥操作系統(tǒng)，所以有時啟閉機不能正常工作，也有不少是人為因素誤操作造成.當然通過招聘專業(yè)人才可以解決人員專業(yè)能力較低問題，但又要面對工作不安心、責任心不強、水汛經(jīng)驗缺乏等缺點，故液壓矸閘對選擇管理員上也有一定的難度.

2.6 維修力量相對緊缺

液壓維修單位相對機械維修單位要少且技術相對更為專業(yè)，不僅牽涉液壓還涉及電氣部分，有時維修需要兩類工程師配套而來.江浙溫地區(qū)的液壓設備多數(shù)來自江蘇，所以專業(yè)維修也多依靠供貨單位來專業(yè)維修，一旦發(fā)生故障會出現(xiàn)短時間內(nèi)技修人員無法到場排除故障的問題，如遇臺風天氣則尤為危險.

液壓啟閉機在水流相對靜止，沒有擋潮要求且配備專業(yè)管理人員的內(nèi)河節(jié)制閘上應用，其先進性是無可非議的，但從目前早建的那批液壓啟閉矸閘與傳統(tǒng)的螺桿式、卷揚式啟閉矸閘運行對比來看，部分地區(qū)外海擋潮矸閘釆用卷揚機式或螺桿式啟閉機反而相對比較安全可靠，設備較之液壓啟閉機管理簡便，故障少維修容易且運行成本低.圖2為2010—2015年兩座沿海矸閘的故障次數(shù)比例分析可以看出機械式啟閉機管理人員自行解決問題能力較強，液壓矸閘則更依賴專技人員維修.

圖2 不同啟閉機矸閘故障次數(shù)比例分析

有些液壓矸閘在擴建或者改造過程中迫于后期管理壓力仍用回機械式啟閉機，主要原因還是因為機械設備故障發(fā)現(xiàn)容易，排除相對簡單，一般管理員很多能自己解決，而液壓設備故障較少先兆，修復困難，且維修費用高.

3 建設與運行液壓啟閉機的沿海矸閘應注意的問題

3.1 保證建設期工程質量

采用液壓式啟閉機的矸閘，建設期的工程質量是精確安裝與運行液壓設備的基礎，特別是地基處理，遇到不良地質不能滿足設計規(guī)范要求的，可采用拋石擠壓、打松木樁、高壓旋噴樁等方式進行地基處理[7]，確保不均勻沉降得到較好的控制使液壓設備在安裝與運行過程中不會變形或移位.

3.2 選擇匹配的液壓啟閉機

不同的工程環(huán)境有不同的選擇，要正確的選擇液壓啟閉機的型號，使其參數(shù)符合現(xiàn)場實際使用要求，特別是額定負載，即啟門力、閉門力、持住力均應符合現(xiàn)場實際要求[2].油缸、活塞、密閉材料的性能滿足相對應的力學強度，避免日后運行中因不適合導致設備損壞或老化加劇現(xiàn)象，最后要注意設備的抗腐蝕能力(沿海地區(qū)主要是耐咸濕水汽腐蝕能力).

3.3 科學的啟閉液壓設備

矸閘閘門一般在動水流中啟閉，水流在同一時間閘門開啟不同情況下的流態(tài)與沖擊力是不同的[8]，故在實際運行操作中，一般閘門按對稱、先中間后兩邊的開啟，水流對閘門和液壓油缸的沖擊力較小，對設備的穩(wěn)定運行有利.

3.4 加強維修保養(yǎng)能力建設

啟閉設備是矸閘運行的重要組成部分，設備的檢修與維護是工程管理的重要組成部分.在工程管理中應建立起一套切合實際的設備檢修與維護保障體系：平時注意維護保養(yǎng)(特別是觀察油料密封系統(tǒng)的摩擦阻力、有無粘著、老化狀況)，定期的維護使液壓啟閉機一直處于最優(yōu)工況，增加其工作的可靠性、靈敏度，避免發(fā)生惡性運行事故并延長啟閉機使用壽命[9]；在應急情況下能夠及時的安排人員進行設備修復，從而保障矸閘的正常運行.在強化設備檢修與維護管理上做積極有益的探索，大力推進管養(yǎng)分離，有效合理的利用第三方的維修、技術能力來解決實際問題.

3.5 提高管理員的專業(yè)素養(yǎng)

一切設備管理人是關鍵，只有發(fā)揮人的主觀能動性才能保證設備正常運行與維護保養(yǎng)取得成效.這就需要管理人員與時俱進，不斷的增強自身的專業(yè)素養(yǎng)，通過培訓拓寬專業(yè)知識面，提高專業(yè)知識水平，進一步提高管理能力，最終保證矸閘安全高效可靠的運行.

4 結 論

液壓啟閉的矸閘造價相對較高、管理上要求更嚴，隨著液壓技術的不斷發(fā)展和先進管理理念的引進，憑借高強度、精管理、現(xiàn)代化等優(yōu)勢在外海矸閘中液壓啟閉機替代傳統(tǒng)的螺桿式及卷揚式啟閉機將會成為趨勢，屆時相應的管理人員專業(yè)素質、維修保養(yǎng)能力、監(jiān)控應急水平都相應提高并與之相配套，避免出現(xiàn)平時操作、管理簡單，一旦故障，只能專業(yè)人員來維修的尷尬局面.

[1] 熊紹鈞.水利水電液壓設備的發(fā)展現(xiàn)狀[J].液壓與氣動，1997(3)：11-14.

[2] 張波濤，許麗娜.液壓啟閉機原理及日常維護[J].機電信息，2010(24)：175-184.

[3] 張 芹，周云鐲.液壓式啟閉機與卷揚式啟閉機性能的比較[J].河北水利，2010(7):10-11.

[4] 劉明華.液壓啟閉機在水閘工程中的應用優(yōu)勢[J].治淮，2009(10)：20-21.

[5] 鄭加雨.淺述水閘工程啟閉機的檢修與維護[C]//建筑科技與管理學術交流會論文集，2013:126-128.

[6] 潘志富.試談水閘工程啟閉機的管理與維護[J].水電站設計，2008(2)：118-120.

[7] 裘華鋒.匯潭前方閘地基處理方案的分析[J].浙江水利水電學院學報，2014,3(26)：45-47.

[8] 梁佰軍，李東風，張紅武.瓜渚湖直江引水對通航影響的數(shù)值計算和分析[J].浙江水利水電學院學報，2013，4(25)：1-3.

[9] 朱亞東.淺談水閘液壓啟閉機的日常維護[J].液壓與氣動，2006(2)：70-72.

Application of Hydraulic Hoist in Coastal Sluices

YUE Hao-feng

(River Management Office in Beilun, Ningbo 315803, China)

A research is conducted on the operation and management of the hydraulic hoist in the coastal parts in resent 10 years, and the advantages of the hydraulic hoist are enumerated. Compared with the mechanical lifting device, the hydraulic hoist has the advantages of simple operation, strong and steady running as well as the relatively tidy and clean layout of the equipment room. An analysis of the emerging problems about the application of the hydraulic hoist is conducted due to the high technical requirements, the poor operating management and the limited daily maintenance. The comprehensive application of hydraulic hoist has shown that with the advance of the science technology, the continuous improvement of the hydraulic equipment and technology, the application of the hydraulic hoist instead of winding and screw hoists in the coastal sluices will become a trend. However, parts of the coastal areas on choosing to use the hydraulic hoist still need to consider the various factors, such as the adjustment of local environment, the level of management and the ability of maintenance.

hydraulic pressure; hoist; sluice

2016-04-07

樂豪峰(1983-)，男，浙江寧波人，工程師，從事水利工程管理工作.

TV664

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1008-536X(2016)08-0040-04