淺談水電站閘門(mén)啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及維護(hù)

余德沙，周 益，毛延翩，賈 鑫，周 揚(yáng)，董萬(wàn)里

(中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司溪洛渡水力發(fā)電廠，云南 永善 657300)

水電站水工金屬結(jié)構(gòu)是水利水電工程的重要組成部分，是保證大壩和工程安全的重要設(shè)施。某水電站水工金屬結(jié)構(gòu)具有設(shè)備種類(lèi)多、噸位規(guī)模大、閘門(mén)尺寸大和運(yùn)行水頭高等特點(diǎn)，主要由泄洪系統(tǒng)、引水系統(tǒng)及尾水系統(tǒng)等建筑物的閘門(mén)(攔污柵)、啟閉機(jī)、埋件以及各種附件等組成[1]，其中液壓?jiǎn)㈤]機(jī)閘門(mén)共38扇，液壓式啟閉機(jī)共49臺(tái)。電站液壓?jiǎn)㈤]機(jī)2013年投入運(yùn)行，至今已使用7年時(shí)間，本文以該工程液壓?jiǎn)㈤]機(jī)調(diào)試、維護(hù)為例，總結(jié)出水電站金屬閘門(mén)啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)保養(yǎng)方法，為國(guó)內(nèi)外水電站水工金屬結(jié)構(gòu)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行維護(hù)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

某水電站泄洪深孔、溢流表孔、泄洪洞進(jìn)水口快速事故閘門(mén)和交通洞防洪閘門(mén)均是依靠液壓式啟閉機(jī)完成啟閉工作。由于孔口寬度較大，溢流表孔和泄洪洞工作弧門(mén)采用雙吊點(diǎn)雙油缸同步運(yùn)行方式；泄洪深孔進(jìn)水口快速事故閘門(mén)和交通洞防洪閘門(mén)采用單吊點(diǎn)單油缸運(yùn)行方式。

對(duì)于水工金屬閘門(mén)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，其液壓系統(tǒng)均采用開(kāi)放式液壓回路，即液壓回路中設(shè)置油箱，回油和吸油均需要通過(guò)油箱，油箱與大氣相連通。其基本結(jié)構(gòu)是由泵源回路、壓力控制回路、方向控制回路、同步回路(雙吊點(diǎn)形式)、鎖緊回路、差動(dòng)快速回路(快速門(mén))等基本回路所組成?；净芈返慕M成、功能及特點(diǎn)，液壓傳動(dòng)的相關(guān)教材上有詳盡的講解，這里不再贅述。以一臺(tái)液壓系統(tǒng)為例，水工金屬閘門(mén)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)液壓系統(tǒng)基本回路的組合方式基本是由以下順序組合，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)閘門(mén)的啟閉功能：電能→泵源回路→壓力控制回路→方向控制回路→同步回路(雙吊點(diǎn)形式)→鎖緊回路→油缸(執(zhí)行機(jī)構(gòu))，見(jiàn)圖1。由于各式閘門(mén)的工況有所不同，液壓式啟閉機(jī)也會(huì)根據(jù)閘門(mén)的不同工況設(shè)計(jì)使用不同功能形式的基本回路。

圖1 水工閘門(mén)液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)回路組成示意圖

2 液壓系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)要點(diǎn)

液壓系統(tǒng)的調(diào)試工作是指液壓系統(tǒng)完成廠家生產(chǎn)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)安裝、管路現(xiàn)場(chǎng)配管焊接、管路酸洗處理完成且驗(yàn)收合格后，所進(jìn)行的系統(tǒng)功能試驗(yàn)和參數(shù)調(diào)整工作[2]。

2.1 調(diào)試的方法步驟

液壓系統(tǒng)的調(diào)試工作主要包含以下內(nèi)容：①調(diào)試前的準(zhǔn)備，檢查電控設(shè)備、壓力變送器等各傳感器情況；檢查閥件初始位置狀態(tài)、手動(dòng)閥門(mén)的初始位置狀態(tài)；完成油泵、油箱和油缸內(nèi)液壓油的注入；②泵源試機(jī)，檢查電機(jī)正反轉(zhuǎn)，聽(tīng)泵運(yùn)行的聲音，響聲應(yīng)均勻平穩(wěn)，沒(méi)有沖擊振動(dòng)；③閥件功能試驗(yàn)，電磁閥閥件動(dòng)作和反饋正常，閥件無(wú)卡阻動(dòng)作靈活；④系統(tǒng)排氣，適當(dāng)提高系統(tǒng)溢流閥的壓力，打開(kāi)系統(tǒng)管路、油缸、閥塊上的排氣閥盡可能將氣體排出；⑤耐壓試驗(yàn)，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《NB/T 35051-2015水電工程啟閉機(jī)制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》要求，額定壓力小于等于16 MPa時(shí)，試驗(yàn)壓力為額定壓力的1.5倍；額定壓力大于16 MPa小于等于19.2 MPa時(shí)，試驗(yàn)壓力24 MPa；額定壓力大于19.2 MPa時(shí)，試驗(yàn)壓力為額定壓力的1.25倍，試驗(yàn)壓力保壓2 min[3]；⑥無(wú)水聯(lián)調(diào)，在閘門(mén)非浸泡或非擋水狀態(tài)下，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)行閘門(mén)的啟閉和閘門(mén)下滑試驗(yàn)，過(guò)程中分別對(duì)系統(tǒng)的壓力、流量、運(yùn)行速度、行程檢測(cè)、各傳感器參數(shù)，電控系統(tǒng)程序、遠(yuǎn)控?cái)?shù)據(jù)和命令傳輸?shù)冗M(jìn)行調(diào)整、設(shè)定和檢驗(yàn)；⑦有水試驗(yàn)，在閘門(mén)靜水和動(dòng)水條件下進(jìn)行啟閉試驗(yàn)，驗(yàn)證啟閉機(jī)壓力、速度、行程等技術(shù)參數(shù)是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求[4]。

2.2 調(diào)試過(guò)程中的注意事項(xiàng)

1)調(diào)試工作前，調(diào)試人員應(yīng)認(rèn)真閱讀系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)、液壓系統(tǒng)原理圖、電控系統(tǒng)原理圖、控制程序邏輯圖、調(diào)試大綱等文件。

2)液壓油注入前建議對(duì)油箱、油缸、管路的內(nèi)部進(jìn)行檢查，難以檢查的部位可借助工業(yè)內(nèi)窺鏡進(jìn)行，確認(rèn)內(nèi)部整潔干凈且無(wú)雜物后，方可注油。

3)油泵電機(jī)啟動(dòng)前，應(yīng)當(dāng)檢查電機(jī)和電纜對(duì)地、相間的絕緣性；檢查油泵注油孔內(nèi)是否已預(yù)先注滿(mǎn)液壓油；檢查各手動(dòng)閥門(mén)的狀態(tài)是否達(dá)到可調(diào)試運(yùn)行的初始狀態(tài)；控制系統(tǒng)壓力的溢流閥調(diào)至最低壓力位置；系統(tǒng)流量控制閥調(diào)至小開(kāi)度位置；檢查電磁換向閥等閥件的手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)是否釋放。

4)啟動(dòng)電機(jī)時(shí)先進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)操作，檢查電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向是否正確。

5)系統(tǒng)排氣時(shí)，使用系統(tǒng)測(cè)壓接頭連接測(cè)壓軟管的方式進(jìn)行排氣，可將軟管放置于油桶內(nèi)油液液面以下，并在油桶上覆蓋抹布等物，防止油霧擴(kuò)散。

6)耐壓試驗(yàn)升高系統(tǒng)壓力時(shí)不可一次性達(dá)到試驗(yàn)壓力，必須從低到高逐漸分級(jí)進(jìn)行，每升高一級(jí)，保持至少2 min，并檢查管路和各接頭處是否滲漏，如發(fā)現(xiàn)滲漏，立刻停止試驗(yàn)，泄壓后處理滲漏部位，處理完畢后，耐壓試驗(yàn)重新從低到高逐漸升壓進(jìn)行。

7)油泵流量的調(diào)整決定了執(zhí)行機(jī)構(gòu)(油缸)的運(yùn)行速度，手動(dòng)變量泵可通過(guò)操作油泵上的手柄或整定螺桿進(jìn)行調(diào)整，如果泵出口管路安裝有PQT檢測(cè)裝置，可直接將檢測(cè)儀器接入讀取流量值Q，如果沒(méi)有安裝PQT檢測(cè)裝置或其他高壓流量檢測(cè)計(jì)，在調(diào)試時(shí)往往會(huì)在回油管路上臨時(shí)使用低壓的流量檢測(cè)計(jì)，由于液壓油存在一定的可壓縮性和溫度的影響，泵出口流量Q泵和實(shí)際測(cè)量出的流量Q會(huì)有所偏差，此時(shí)可通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單公式進(jìn)行修正：Q泵=Q回[1-C(P泵-P回)+α(t泵-t回)]，其中：C為油液可壓縮率；α為油液的膨脹系數(shù)；P為油液壓力；t為油液溫度[5]。

3 日常維護(hù)與常見(jiàn)故障處理

3.1 液壓系統(tǒng)的日常維護(hù)

液壓系統(tǒng)的日常維護(hù)保養(yǎng)是提高水利工程質(zhì)量，確保其可靠運(yùn)行、延長(zhǎng)其使用壽命的必備條件，分為日常巡檢、定期維護(hù)保養(yǎng)兩種方式。

1)日常巡檢是指不操作設(shè)備的情況下按規(guī)定的流程和項(xiàng)目進(jìn)行的一種巡視和檢查，目的是及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障、缺陷[6-7]，一般一周一次。巡檢內(nèi)容為：檢查油缸行程是否在合理的范圍內(nèi)；檢查油溫是否在正常工作區(qū)域；檢查油位是否在正常范圍內(nèi)；檢查油缸、油管、閥塊等結(jié)合面是否有滲油現(xiàn)象；下滑提升的次數(shù)記錄和分析；記錄和處理PLC操作面板內(nèi)各種故障信息；檢查油箱頂部的空氣濾清器中變色硅膠是否需要更換等。

2)定期維護(hù)保養(yǎng)是指根據(jù)設(shè)備本身特性所要求的局部或單項(xiàng)維護(hù)周期規(guī)定所進(jìn)行的檢查、維護(hù)、更換配件等工作，一般一年一次。維護(hù)保養(yǎng)內(nèi)容為：①電機(jī)試驗(yàn)：檢查絕緣、啟?？刂萍稗D(zhuǎn)向和運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)；②液壓系統(tǒng)壓力繼電器的功能試驗(yàn)：檢查系統(tǒng)超壓保護(hù)、啟門(mén)超壓保護(hù)、啟門(mén)失壓保護(hù)、閉門(mén)超壓保護(hù)；③液壓?jiǎn)㈤]機(jī)試驗(yàn)、液壓設(shè)備和電控設(shè)備檢查、清掃、壓力整定；④液壓?jiǎn)㈤]機(jī)試驗(yàn)、液壓設(shè)備和電控設(shè)備檢查、清掃、壓力整定。

3.2 常見(jiàn)故障診斷和排除

在水工金屬閘門(mén)啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)中，常見(jiàn)的液壓閥如：溢流閥、減壓閥、順序閥、換向閥、單向閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥、插裝閥、平衡閥等，以及較為復(fù)雜并加入電控裝置的伺服閥、比例閥等，雖然液壓閥件形式多樣，但組成液壓閥的元件主要都由外殼、彈簧、閥芯、電磁鐵、閥芯位置檢測(cè)裝置、手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)、密封件等部分組成，較為復(fù)雜的閥件如先導(dǎo)式液動(dòng)換向閥、先導(dǎo)式溢流閥、調(diào)速閥等也均是由多個(gè)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的閥件疊加組成，以滿(mǎn)足特定流量或壓力的控制要求。下面對(duì)常用閥件可能出現(xiàn)的故障類(lèi)型、原因及處理的方法，做一個(gè)簡(jiǎn)單的歸納，以供參考：原因及處理方法見(jiàn)表1。

表1 常見(jiàn)液壓閥件故障類(lèi)型、原因及處理方法

續(xù)表1

4 結(jié) 語(yǔ)

液壓?jiǎn)㈤]機(jī)作為重要的水利水電大型液壓機(jī)械，與其他機(jī)械式啟閉機(jī)相比，擁有傳動(dòng)效率高、故障率低、運(yùn)行過(guò)程穩(wěn)定以及良好的帶載鎖定功能，在不少應(yīng)用場(chǎng)合已成為不可替代的解決方案。水工金屬閘門(mén)啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試直接影響著啟閉機(jī)設(shè)備的后期使用，多數(shù)情況下，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員依據(jù)自身的工作經(jīng)驗(yàn)和判斷分析，解決現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試中系統(tǒng)出現(xiàn)的各類(lèi)問(wèn)題。本文通過(guò)某電站水工金屬閘門(mén)啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)安裝調(diào)試工作的思考，總結(jié)出金屬閘門(mén)啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、調(diào)試過(guò)程中的方法步驟和注意事項(xiàng)以及日常維護(hù)保養(yǎng)與常見(jiàn)故障處理方法，希望能為其他水電站金屬閘門(mén)啟閉機(jī)設(shè)備的調(diào)試、維護(hù)工作提供有限的參考經(jīng)驗(yàn)。