淜头水电站工程溢洪道液压机设计分析

2015-12-16王晓斌

山西水利 2015年8期

王晓斌

（山西省水土保持科学研究所，山西太原 030013）

1 概述

淜头水电站工程位于山西省长治市平顺县北耽车乡北耽车村上游约400 m的浊漳河干流上，控制流域面积10458 km2。本工程的任务主要是控制上游水库的弃水量和区间来水量，对上游来水量的时空分布进行适当调节，充分利用蓄水水头，增加平顺县小水电的装机容量，同时对下游14座已建径流式电站进行补偿调节，提高发电量。工程建成后，每年可向工业供水1300万m3，年均发电量437万kW·h。电站装机容量1200 kW。

工程溢洪道弧形工作闸门的启闭机选用QHLY2×630 kN液压启闭机。根据《水利水电工程启闭机设计规范》，液压机设计方案力求优良、先进经济、运行可靠、维护简便。

2 液压缸

2.1 主要参数

液压缸主要参数为:启闭力2×630 kN、闭门力2×50 kN、工作行程5.0 m、最大行程5.2 m、油缸内径280 mm、活塞杆直径160 mm、启门速度0.5 m/min可调、闭门速度0.5 m/min可调、启闭工作压力15.2 MPa。

液压缸缸筒壁厚和缸筒强度：缸筒材料为45号无缝钢管，许用应力-120 MPa，油缸内径280 mm，根据钢管尺寸系列，选用钢管外径325 mm，钢管壁厚22.5mm，缸筒纵向应力29.5MPa，环形应力102.2MPa，油缸壁厚22.5 mm。

2.2 安装形式

液压缸布置于闸门下游，采用两端部耳环铰座安装形式，液压缸下端吊耳与闸门连接处采用自润滑关节轴承，上端吊耳与预埋在孔口两侧闸墙的支铰采用自润滑关节轴承连接。

考虑到土建、闸门制造安装以及液压缸安装可能存在的误差，液压缸安装的球面自润滑关节轴承，内圈采用GCr15钢淬火，球形表面镀硬铬，抛光；外圈基体材料采用GCr15钢，其球形工作表面为自润滑材料（聚四氟乙烯钢背复合材料）。该材料具有自动调心、对偏斜不敏感、轴承受力均匀、承载能力高，可同时承受径向和轴向载荷等诸多优点，可适量补偿闸门及油缸安装时产生的误差。此种轴承具有良好的自润滑功能，特别是在有润滑剂的条件下，性能会有较大提高。因此在油缸上下支铰设计时，关节轴承轴孔处均设有压入式油杯，便于加油，以改善润滑条件，延长使用寿命。同时润滑脂的存在还可提高密封和防腐性能。

2.3 液压缸密封与防尘

根据设计标准和本液压机技术要求，液压缸密封件使用寿命可达15~20年，内泄漏量远低于《水电水利工程启闭机制造、安装及验收规范》规定的标准值，可确保液压缸持门下沉降量不大于80 mm/48 h，在高压和低压时均有良好的密封性能和较低的启动压力。同时，合理密封件型号，可使油缸在低速工作时不会产生“爬行现象”。

在活塞杆出口处设置刮污圈，除去活塞杆杂物，保护防尘圈与密封圈，与活塞杆采用间隙配合。

2.4 液压缸活塞和活塞杆导向

组合式活塞，有杆腔、无杆腔密封件尽量靠拢，采用宽带填充聚四氟乙烯导向密封环，活塞的外表面与缸筒内壁不接触，装拆维修简便。

杆用支承和导向为双道组合，杆用密封件内道采用青铜或填充聚四氟，外道采用复合材料自润轴衬，且装配结构上应方便维修和换件。

2.5 液压缸排气

在液压缸上下端设置新型排气测压接点，用于液压缸安装时上腔和下腔排气及液压缸的充油和压力测量。

2.6 液压缸防腐

因液压缸露天布置，工作时受洪水冲击，因此防腐非常重要。活塞杆采用镀铬防腐，第一层镀乳白铬0.05 mm，第二层镀硬铬0.05 mm。液压缸外露非配合表面预处理和涂料防腐按照《水工金属结构防腐蚀规范》进行防护涂装。

3 液压控制系统

3.1 主要参数

液压控制系统主要参数为：油泵A 3 H 37-F R 01 K K、排量37 mL/r、油泵电机组YX3-160M4-B35/15kW、启门回油流量 2×20.7 L/min、启门进油流量 2×30.8 L/min、油管通径（有杆腔/无杆腔）22/28 mm、油箱容积2 m3。

3.2 工作原理

3.2.1 启闭门原理

启门时，启动油泵电机组，形成启门压力，当闸门开启到位时，两套直线位移传感器均发出信号后，电磁铁断开，启门动作完成。闭门时，启动油泵电机组，方向控制阀组电磁阀YV3的电，形成差动回路，当闸门闭门到位时，两套开度仪全部发出信号后，电磁铁断开，闭门动作完成。

为满足安装和检修需要，系统设安装和检修回路，安装检修设定压力0.8 MPa。

3.2.2 液压同步纠偏

启门时，采用旁路闭环同步纠偏，保证双缸同步精度在不同工况及气候条件下有效控制在15 mm以内。在两液压缸有杆腔分别设一组调速阀，对闸门运行进行初控。安装在液压缸上的位移传感器分别对液压缸的行程检测，并对行程检测数据通过模拟信号传至现地控制柜PLC。待双缸不同步差值超过5 mm（可调）时，现地控制柜PLC输给开关量，位置高一侧电磁阀旁路卸油，从而调整液压缸运行速度，保证双杠同步。闭门时，采用闭环同步纠偏，保证双缸同步精度在不同工况及气候条件下有效控制在15 mm以内。安装在液压缸上的位移传感器分别对液压缸的行程检测，并对行程检测数据通过模拟信号传至现地控制柜PLC。待双缸不同步差值超过5 mm（可调）时，现地控制柜PLC输给开关量，位置高一侧电磁阀旁路卸油，从而调整液压缸运行速度，保证双杠同步。

3.2.3 液压电控系统

淜头水电站工程溢洪道弧形工作闸门共7套，七台液压启闭机采用两套液压站，每套液压站设两套油泵电机组，一套备用。为确保系统各部压力正常，在油泵出口、液压缸下腔设置过压保护用的压力继电器。通过电控系统的控制，闸门在上、下极限位置时能自动停机，可进行闸门开度预置，待闸门达到该开度时，自动停机。另外在正常内泄露时，闸门自上极限位置或预设定位置下滑100 mm时报警，油泵电机组自动投入运行，将闸门提升到原位。如下滑100 mm时，油泵电机组未能启动，则闸门继续下滑，待下滑量达到150 mm时，液压启闭机自动接通另一组备用油泵电机组，将闸门提升至全开位置，同时发出声光报警信号。