基于X流道泵站快速断流系统的运行分析与改进

陈 飞，潘雯玺，钱立君，王亚乒，陆 昊

（江苏省常州市长江堤防工程管理处，江苏 常州 213127）

1 工程概况

江苏省常州市魏村水利枢纽工程是治太湖骨干工程中湖西高片地区的主要引排工程，1991年12月开工建设，1996年3月建成。工程位于太湖流域湖西片距离德胜河口下游650 m处，距离长江口1.6 km，具有流域防洪、排涝、灌溉、航运、水环境保护等多种功能。工程由60 m3/s（4台×15 m3/s机组）的引排双向泵站和3孔×24.0 m（净宽）设计流量300 m3/s的节制闸及160.0 m×12.0 m×2.5 m套闸组成。

2 X流道泵站快速断流装置结构原理分析

魏村泵站采用全调节轴流泵（2000 ZLQ15-2.8），单机流量为15 m3/s，功率为800 kW，电压为6 kV。闸门采用直立式双油缸启闭，油缸为单作用缸，闸门开启时靠液压系统压力，关闭时靠闸门自重泄压，油缸上腔通过油箱自然吸油排油，由三位四通阀a和液控单向阀b组合构成1组控制阀组控制闸门的双油缸[1]，液压系统原理见图1。三位四通阀a使用的是中间泄压式三位四通阀，阀组电磁线圈在不通电（停止位）时ABT和油箱互通，为泄压状态，不能起到锁定油缸回路和回路保压作用，需利用液控单向阀b顺向流通反向截止实现油缸保压、回路锁定。如果直接使用电磁换向滑阀组合，只能在轻载负荷系统中使用。当油缸运行突然停止，油缸液压油受闸门自重压力，对阀芯产生很大冲击，导致阀组的阀芯磨损变形，出现阀组间隙泄漏现象，油缸活塞杆下滑，所以将液控单向阀b串接于油缸下腔的油路，起到锁定系统回路，保护三位四通阀组的作用。

图1 原液压原理图

闸门开时，三位四通阀a右侧电磁线圈得电动作，阀芯滑向右侧，PB和TA导通，液压油从油泵M经PB，通过单向液控阀b顺向进入油缸（K口是控制口，内部不相通，液压油不会回流）驱动活塞杆。闸门停止时，阀组a失电，阀芯复位到停止状态，ABT联通和油箱直通，阀组a泄压，液控单向阀b反向截止，锁定油缸回路，闸门保持静止。闸门关闭时，阀组a左侧电磁线圈得电，阀芯滑向左侧，PA、TB导通，需要启动油泵，液压油经油泵到阀组PA进入液控单向阀b的驱动入口K，液控单向阀打开，油缸里的液压油通过闸门自重反向回流，经BT流入油箱。

3 运行安全分析

从图1中可以看出，液控单向阀需从控制口K加压力后，阀才能打开，使液压油回流，当闸门关闭时需要启动油泵给液控单向阀驱动压力，才能实现快速关闸断流。当泵站机组在运行过程中出现线路故障全站突然停电时，自动化控制系统就不能实现对闸门快速关闭，导致液控单向阀b无控制压力源，闸门不能快速关闭断流。如魏村泵站由于地理位置在长江口，泵站流道两侧产生较大的水位差，若遇到供电线路突发停电，导致闸门不能第一时间关闭，不能快速断流，机组叶轮会受水位差的影响而倒转，当达到飞逸转速时，轻则振动严重，重则叶轮飞裂、泵解体，带来严重的安全隐患。

4 X流道泵站快速断流装置技术改进

针对运行安全问题，采取阀组更改措施，使用二位四通阀d、二位二通阀e和液控单向阀b组合控制（见图2）。闸门开启时，油泵启动，阀组d的电磁线圈得电，阀芯动作PA导通，液压油通过液控单向阀b顺向导通进入油缸，闸门开启。闸门停止时，阀组d 失电阀芯复位，PA通路切断，AT导通，阀组d通过AT向油箱泄压，由于阀组e不动作，XZ不导通，液控阀b控制口K无压力，此时液控阀b反向截，支撑闸门负荷，切断油路保持闸门静止。闸门关闭时，阀组e电磁线圈得电，阀芯动作XZ导通，通过闸门的自重，油缸下腔产生的压力油经阀组e的XZ通路进入液控单向阀b的控制口K，打开液控单向阀，使得油缸液压油通过液控单向阀b经阀组d 的AT通路进入油箱，油缸泄压，闸门快速关闭。整个关闸过程不需启动油泵，只要使阀组e得电动作，利用油缸下腔回路压力油经XZ驱动液控单向阀组d即可 ，停止时阀组e失电，YZ导通，单向液控阀b的K口压力经YZ到油箱泄压而截止，阀组e电磁线圈驱动电源是直流24 V，引至泵站直流系统。所以即使在失电的情况下，泵站直流蓄电池也能投入运行，控制系统能正常快速关闭闸门封闭流道保护机组，从而解决通过启动油泵才能快速关闭闸门的问题，确保泵站机组安全。

图2 改进后液压原理图

5 X流道泵站快速断流控制系统的问题

5.1 液压系统内部泄漏

在机组运行过程中由于液压系统内部泄漏导致闸门下滑，流道会被强迫关闭或者遮挡，一方面水泵产生大量气蚀毁坏叶轮，另一方面加大机组负荷引起超负荷损坏电机。图2中主要发生泄漏点为液控单向阀b，由于液控单向阀b起到承载保压作用，只要油缸泄漏就会失压，导致闸门下滑。产生泄漏的原因及处理方法：①液压油有杂物，卡住液控单向阀锥芯，导致锥芯关闭不严密，可拆下清洗；②液控阀内弹簧损坏，锥芯无力，须更换阀组；③液控阀锥面与阀座锥面接触不均匀，须更换阀组[3]。

5.2 油缸活塞杆

由于泵站流道是X流道，进水流道在底下层，底下层流道闸门启闭机活塞杆常年浸泡在水中，对活塞杆产生腐蚀、气蚀以及水中杂物撞击等作用，导致活塞杆表面受损，破坏油缸端口防尘圈以及密封件，导致液压油外泄，出现安全隐患，因此平时需定期对活塞杆进行检查、维护。

5.3 液压油

由于闸门活塞杆长期浸泡在水中以及油箱容积大，泵站液压启闭机液压油易脏，导致液压油黏度降低、润滑性能变差，与空气长时间接触后，液压油会氧化产生酸性物质、油泥、漆膜等副产物，导致系统堵阀、卡阀、泄漏等情况发生[4]，需定期对液压油进行过滤、检验、更换。

6 结 语

泵站断流的控制形式需根据现场条件、地理位置、运行工况等科学合理地选择控制系统的组合方式，以免对后期系统运行带来安全隐患，同时泵站管理人员要加强对液压控制系统的维护，定期检查、维护、检测。本文结合液压系统控制理论，分析魏村泵站闸门液压启闭系统的运行及技术改进，提出对泵站闸门液压控制系统的注意事项及管理要求，为X流道泵站闸门液压启闭系统提供技术借鉴。