喀麦隆曼维莱主溢洪道液压系统测量应用

陈高 郑雄 胡新霖

喀麦隆曼维莱水电站主溢洪道6扇弧形闸门的启闭采用液压启闭的方式，其原因在于液压式启闭机油缸内的油液为柔性工作介质，能达到减轻闸门局部开启时高速水流对闸门产生振动，具有实现闸门平稳运行的作用，同时液压启闭机具有体积小、重量轻、启闭力大，便于实现自动化控制的特点。但是喀麦隆曼维莱水电站主溢洪道弧门在安装后调试过程中出现爬行和抖动现象，首先，排除弧门和启闭机安装的因素，因为弧门支铰轴和启闭机端头安装数据都满足其安装规范要求；其次，闸门两端启闭机油缸中的活塞杆行程往往不能保持同步，造成闸门两端启闭速度不同而倾斜，为了确保液压系统的同步性、稳定性和准确性，对两个液压油缸的有杆腔压力和油缸行程进行测量。

1 测量原理

测量弧门全程启闭过程中，两个液压油缸的有杆腔压力和活塞杆的行程，以判断双油缸的同步性。

弧门全程启闭中的有杆腔压力与弧门启闭开度关系的测量，将采用现有的电气控制设备，通过PLC编程自动化系统对其进行实时的检测和监控，实时记录两个油缸的有杆腔压力与弧门启闭开度的关系曲线。而活塞杆的行程通过PLC给出的模拟量和实际测量出的行程进行比较。最终综合评价弧门启闭过程中两个液压油缸的同步问题。测量基本原理为：在弧门现地控制柜的基础上，利用控制柜上的PLC编程自动化系统，按照上述要求编制新的可显示与储存输出的程序。压力传感器采用泵站上现有的传感器（型号：PE100HP400G14HT3AQ）与油缸缸旁阀组上有杆腔端的测压接头连接（接入位置如图1所示），通过电缆把两个压力传感器输出的模拟量接入PLC系统。

将弧门启闭的开度数值（通过活塞杆的行程开度仪上的数值转化）直接导入PLC程序，最终使压力传感器和油缸行程开度仪的模拟信号反馈至PLC系统上，最后把计算机与PLC数据端头相连，即可通过计算机界面直观的记录左右两个油缸的有杆腔压力和弧门启闭开度的全部数据。

图1 （上）：液压系统测量原理

2 测量方法及结果

从理论上分析，弧门启闭过程中两个液压油缸保持同步，油缸有杆腔压力基本相等，两个油缸行程偏差低于10 mm，因此，测量方法将主要描述弧门启闭过程中两个油缸压力和油缸行程进行测量方法。

2.1 油缸压力自动化测量

首先采用已准备的笔记本电脑对主溢洪道现地控制柜上的PLC进行程序编写和输入，该程序必须实现如上测量原理所述的功能。将两个压力传感器接入油缸有杆腔，再从压力传感器处各引1根6×2 mm2电缆到现地控制柜并接入到PLC模拟量模块备用点上，实现计算机、PLC、压力传感器和油缸相连，各设备和传感器连接完成后检查接线是否正确，并查看是否有模拟量输入到PLC。最终实现在弧门启闭过程中，通过计算机界面实时观测到油缸压力变化，并储存检测数据。

其次利用现有两个液压油缸开度仪通过控制柜上的电子元件转换为数字信号，然后再把转换后的数据信号通过电缆接入PLC系统上，再通过计算机对两个油缸活塞杆的行程进行实时监测、记录、储存。

最后通过已写入的程序，计算机界面将直观的显示弧门全程启闭过程中，弧门不同开度启闭与左右两缸的压力关系曲线。

2.2 油缸压力和里程自动化测量数据复核

为了核实压力传感器和开度仪反馈的数据的正确性，将在某测压接头位置安装两个压力表，将对每次弧门启闭的有杆腔压力记录并且对压力传感器的压力进行校正。

为了检测弧门启闭过程中，两个油缸的开度仪反馈数据的准确性，即主溢洪道现地控制柜上的触摸屏上显示的左右油缸的行程数据，在弧门关闭或启闭任何一段时，将直接用卷尺量取油缸活塞杆变化量与触摸屏上显示量进行对比。

闸门关闭或者局部开启时，在活塞杆靠近闸门吊轴处用记号笔做标记，并用卷尺测量标记处到油缸刮污圈出的距离L1（取左右缸的数值的平均值），同时记录控制面板上闸门显示的开度S1（取数值得平均值）。

将闸门开启至任意位置（开启的差值越大，测量越准确），停止闸门。用卷尺测量标记处到油缸刮污圈处的距离为L2（取左右缸的数值的平均值）。同时记录控制面板上闸门显示的开度值S2（取数值得平均值）。

2.3 数据结果分析

对于以上的测量方法，最终油缸活塞杆行程测量的结果见表1。

表1 最终油缸活塞杆行程测量的结果

实际测量变化值与模拟量的变化值得误差是|（ΔL-ΔS）/ΔL|≤0.5%为合格，由综上数据计算得知误差是0.18%＜0.5%。

综上测量数据所知，无论弧门开度在什么情况下，左右两个油缸的有杆腔压力相差都不会超过1 MPa，由此可知液压系统两端油缸中活塞运动具有同步性。

3结语

影响双缸液压启闭机左右不同步的原因有很多。例如，在液压安装的过程中，应按照规范进行管道的清洗和注油循环，一旦管道中残留杂质，则在闸门的启闭过程中，会造成闸门抖动。又例如，在调试过程中无法找到控制左右缸调速阀及比例阀的平衡点，在闸门启闭过程中也会出现爬行和抖动现象。另外与闸门的整体刚度，两侧止水压缩量是否一致等因素有关。本次试验测量验证了大中型闸门的启闭采用液压系统启闭具有一定的同步性、稳定性和准确性。