江漢運河龍洲垸船閘啟閉系統(tǒng)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(zhèn)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(xiàn)狀

經多年運行，龍洲垸船閘上游左側閥門油缸發(fā)生滲漏故障，運行時出現(xiàn)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(xiàn)泄漏現(xiàn)象，泄漏發(fā)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(xiàn)泄漏現(xiàn)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(tǒng)的執(zhí)行元件，嚴格控制內泄漏量對油缸極其重要。當發(fā)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(huán)境中，除了造成的經濟損失及對環(huán)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(xiàn)閘門飄移、閥門自墜、無法建立系統(tǒng)壓力等故障，影響液壓系統(tǒng)的正常工作，造成系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)滲漏。

（2）系統(tǒng)自身沖擊和震動。系統(tǒng)工作的溫度、濕度及疲勞程度等工作環(huán)境一定程度上影響了系統(tǒng)內部壓力變化。當系統(tǒng)壓力發(fā)生突變時，整個系統(tǒng)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)船閘液壓系統(tǒng)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(xiàn)閥門油缸異響、不保壓自落及爬行故障后，經現(xiàn)場系統(tǒng)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(huán)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(shù)計算得出：

（2）

由（1）式分析，易知，對于基本參數(shù)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(fā)現(xiàn)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(yè)油液檢測公司取樣檢測發(fā)現(xiàn)，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(tǒng)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(xiàn)異響、不保壓自落及爬行現(xiàn)象。結合龍洲垸船閘上游左側閥門油缸運行現(xiàn)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?shù)販p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(tǒng)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(zhí)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(zhí)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(jié)吊桿作保險裝置，用扳手拆除閥門最下一節(jié)吊桿與上一節(jié)吊桿的連接，然后拆除最下一節(jié)吊桿與閥門吊座的聯(lián)接，收緊兩葫蘆使最下一節(jié)吊桿移出閥門槽，此時閥門吊座與吊桿不聯(lián)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(wěn)閥門，采用拆除第一節(jié)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?shù)捻樞虬验y門吊桿安裝好，使閥門與啟閉機聯(lián)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(wěn)。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(xiàn)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(xiàn)場環(huán)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?shù)醐h(huán)，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?shù)醐h(huán)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(huán)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(huán)，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(tǒng)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(lián)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(huán)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(guī)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(xiàn)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(tǒng)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。

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