表孔弧门增加润滑水系统的实施方法和应用效果探究

周占文

（广东水电云南投资有限公司，云南 红河 661100）

0 前言

某水电站工程坝址位于云南省境内，坝址以上集水面积为31356 m2，多年平均流量为302 m3/s， 水库总库容为5.51 亿 m3， 电站总装机容量288MW。电站水库正常蓄水位217 m，死水位199 m；正常蓄水位以下库容4.82 亿 m3，死库容2.22 亿 m3，属不完全年调节水库。工程为二等大⑵型工程，枢纽工程主要由挡水建筑物、泄水建筑物、引水发电系统和开关站等组成。泄水建筑物包括泄洪表孔（4 孔15 m×17 m）、泄洪排沙底孔（2 孔5 m×7 m）和冲沙孔（1 孔5 m×4 m）。

1 概况

某水电站大坝共设有4 扇表孔弧门，如图1所示，其弧门采用复合橡胶水封（以下简称水封）与弧门预埋件配合止水。弧门在启闭过程中，水封与侧轨完全接触并产生摩擦，破坏水封密封性能，降低水封使用寿命，从而出现漏水现象。同时弧门在启闭过程中会出现作用力增大的情况，这容易导致密封错位，偏离位置，当闸门左右接力器在启闭过程中偏差较大时，控制系统就会纠偏，由于摩擦力的增大会促使闸门频繁纠偏，从而造成动作可靠性下降。为此，广东水电云南投资有限公司进行现场勘测、研究，设计了一套符合实际的润滑水自动喷淋系统，来解决闸门侧水封的润滑。在闸门启闭操作前开启喷淋系统，对闸门两侧轨道和水封进行喷淋润滑，以减小摩擦延长水封寿命，从而提升弧形闸门止水的密封效果。

图1 某水电站大坝

2 处理方案

系统组成：润滑水自动喷淋系统由供水部分、管路部分、电气控制部分组成，采用自动喷淋方式对弧门启闭过程中的水封与侧轨进行喷淋，此次项目主要有4 道泄洪表孔弧门，现以#1 弧门为例，绘制出润滑水自动喷淋系统，如图2 所示。

图2 润滑水自动喷淋系统示意图

2.1 供水部分

2.1.1 水箱容积的确定

液压启闭弧门由全关提至全开行程为16 m，用时约20 min，全开到全关用时约15 min，单个喷头喷水量约为0.2 L/s。表孔弧门由2 个接力器同时控制操作，全行程开关一次的耗水量为：V（单孔）=2×0.2×（tk+tg）=0.84 m3。

4 个表孔弧门同时全行程开关一次的耗水量为V=KnV单孔=1.2×4×0.84=4.032 m3；

其中：K为水量储备系数，取K=1.2；n为表孔弧门数量，取n=4。

由此得出，水箱的理论容积V=4.032 m3。

2.1.2 水箱安装位置及水源

在大坝配电房屋顶（高程234 m）安装一个尺寸为4 m×2 m×1 m 的304 不锈钢水箱，可存水约8 m3。直接从大坝坝顶消防水池取水，坝顶消防水池长5 m× 深8 m× 宽4 m=160 m3，最少存水量130 m3，水量满足要求。坝顶消防水池中的水采用大坝渗漏水，水质满足要求。

2.1.3 潜水泵选型

1）潜水泵的流量按潜水泵能在30 min 内贮满水箱的要求，水箱可用容积为V=6.0 m3，所以潜水泵流量应达到12 m3/h。

2）潜水泵的扬程根据需要的注水量和所选的管径，经对供水系统进行详细的水力计算，大坝消防水池水面高程为214.0 m，根据水泵和水箱的安装高程，可以确定潜水泵的静扬程至少为H=234.00 m+1.00 m-214.00 m=21.0 m。

3）水泵功率确定：根据市面上的潜水泵选择适用于扬程和流量要求的水泵。选水泵型号为QY15-36-3，流量为15 m3/h，扬程为36 m，均有一定的余量，可满足要求。

2.2 管路部分

管路部分由4 个阀门、8 个供水支管、万向喷头组成，手动球阀用于电动球阀检修及喷头更换。管路长度及管径选择：管路选用DN25镀锌钢管，水箱出水管直接与润滑管路相连，引至每扇弧门两侧。水箱距最远的弧门主管长度约130 m 左右，离第一孔弧门距离约30 m，离第二孔弧门距离约53 m。由于水箱安装位置与万向喷头安装位置高差为15 m，根据弧门开启流程不是多道弧门同时操作且万向喷头喷嘴口径仅为5 mm，万向分头可以根据水压进行调整，压力损失忽略不计。

2.3 电气控制部分

2.3.1 抽水泵控制

抽水泵安装控制电路如图3 所示，不锈钢水箱中的水位可以实现控制自动。当不锈钢水箱水位降低至下限位时数显水位控制仪a3 动作，自动控回路接通，使运行回路通路，接触器KM 闭合，水泵向水箱供水。水位升上限位时数显水位控制仪a2 动作打开，自控回路断开，接触器KM 回路断开，水泵停止抽水。控制系统具有手自动切换功能，当控制方式切为”手动”时，水泵启动按钮为SB2，停止抽水按钮为SB1。控制水箱水位的数显液位控制仪可以设备水位过高液位接点用来闭锁水泵运行电路。水泵主回路安装一只热继电器RJ 用来保护水泵电动机。A1 为大坝坝顶水池低水位信号。

图3 抽水泵控制电路图

2.3.2 喷淋控制逻辑

喷淋控制电路分别布置在四个液压控制柜内，在液压控制柜内取#1 油泵和#2 油泵的软启启动信号，当泄洪表孔弧门液压控制系统收到闸门启闭信号时会首先启动液压油泵，同时对应的弧门喷淋球阀随油泵启动信号开启对预先调整好的位置（弧门预埋件侧轨）进行喷水使其满足润滑条件，液压油泵的软启动器启动延时6 秒后油泵接触器合闸，此时油泵启动正常，弧门液压控制系统输出高压油操作闸门启闭。此方式控制比较简单实用，现场施工较为方便不占用其他位置，投入费用少，在弧门动作前就会对闸门水封和侧轨进行喷水润滑，能有效减少闸门密封损害。控制逻辑如图4 所示。

图4 喷淋控制逻辑图

2.3.3 自动润滑水控制

在四个闸门液压操作室内控制柜空余位置分别加装控制回路如图5 所示，根据闸门启闭控制逻辑，将#1、#2 液压油泵软动器启动信号(KA1、KA2) 扩展备用接点控制闸门水封润滑水的开启信号，闸门润滑水自动开启流程是在闸门液压控制柜内PLC 收到站内中控室监控系统远程操作或人为现地操作启闭闸门的信号时会首先启动液压油泵的软启动器，当某一台液压油泵启动的同时接通继电器K3 回路，K1 为自保持，K3 动作接通两侧润滑水喷淋电动球阀电机开启回路，喷水管路内满水，万向喷头就会对预先调整好的位置（弧门水封和侧轨）进行喷水使其湿润满足润滑条件，液压油泵软启动器启动延时6 s 后液压油泵接触器合闸，此时液压油泵启动正常，闸门液压控制系统才输出高压油操作油启闭闸门，这里设置继电器KT 即是为了躲过液压油泵软起启动到接触器合闸期间的延时又可以在闸门提落动作前对闸门水封和侧轨进行喷水润滑。闸门润滑水关闭信号取自液压油泵接触器（KM1、KM2）的常闭辅助触点，当两台液压油泵均停止时继电器K2 动作接通电动球阀的关闭回路，关闭两侧润滑水电动球阀。电动球阀自带电气、机械二重限位。

图5 自动润滑水控制电路图

3 系统操作

将潜水泵的控制方式切为“手动”，合上大坝配电房APD 配电柜抽水泵控制箱总电源抽屉开关CTKG，合上水泵控制箱内控制电源空气开关QF1 和动力电源空气开关QF2。手动操作水泵启动抽水正常后，将手自动转换开关切至“自动”位置，分别合上#1-#4 闸门控制柜内自动润滑水控制电源空气开关QF5。闸门启闭运行时，闸门液压启闭机油泵启动随即闸门两侧自动喷淋电动球阀就会打开对两侧水封及侧轨进行喷水润滑。

4 闸门水封润滑水系统的特点

1）结构清晰、操作简便。本闸门水封润滑水自动喷淋系统仅由供水、配水及电气3 部分组成，相对分开，结构清晰明了。自动运行情况下不需要现地手动操作，实现自动化，操作简便。

2）运行安全、稳定、可靠。闸门水封润滑水自动喷淋系统抽水泵能有效保证储水箱内水量充足，在闸门两侧上方安装了万向喷头，喷水时闸门水封与侧轨润滑全面，避免了干磨擦，防止了摩擦面出现明显的磨痕和毛刺，闸门开启、关闭、开度调整时无瞬间滞停、振动和轰鸣声音。润滑系统数显液位控制仪能准确显示出水箱水位便于观察，并能根据水位要求设置电接点动作输出起泵、停泵、高水位报警信号，有效控制抽水泵的启停，实现了自动控制与保护，能够在30 min 内贮满水箱。闸门润滑水开关时间能与闸门运行时间较好配合，运行稳定、安全、可靠。

3）具有一定的经济性，闸门水封润滑水自动喷淋系统投入费用约￥2.0 万元，闸门润滑水系统正常情况下只在汛期水库泄洪和闸门检修时操作，系统年利用小时数较小，折旧率较少。闸门水封润滑水自动喷淋系统安装投运后在闸门运行时对水封橡胶皮有较好的保护作用，从而延长了水封橡胶皮的使用寿命，减少更换橡胶皮次数以及检修费用。

5 结束语

1）闸门水封润滑水自动喷淋系统的实施进一步完善了大坝表孔闸门控制部分的组成，有效解决了人工洒水润滑水封时的人身安全威胁，提高的水封润滑的质量，解决了润滑质量较差的问题，减少了作业量和作业强度，提高了工作效率。

2）供水部分的可靠程度可以提高，建议后期增设l 台潜水泵，与现有水泵互为备用，能有效提高供水的可靠性。

3）润滑水的动作信号是扩展油泵启动信号继电器，后期改建时可在闸门控制柜内增加PLC 开出点，将电动球阀控制信号纳入启闭机PLC 系统中，由PLC 输出信号。

4）各供水控制阀采用普通的铸铁球阀阀体，大坝坝面长期高温湿润，可能容易生锈腐朽。后期换成不锈钢阀门或电磁阀，可靠性和效率更高。

5）本润滑水系统虽然实现了自动化控制，但各信号均未接入远方监控系统。后期将信号接入大坝监控系统LCU，便于在中控室实时监视潜水泵和闸门水封润滑水自动喷淋系统的动作信号。

6）效果验证与社会效益及推广，泄洪闸门水封的自动润滑水系统于2022 年1 月在某水电厂应用，安装调试完成后随即投入使用，在近1年的使用过程中泄洪表孔闸门经过了检修时的大幅度启闭操作和主汛期泄洪时的闸门多次启闭，闸门水封均无损坏，封水严密，闸门无漏水现象，处理方法取得了预期的效果。提升了闸门的工作密封的使用使用寿命，提升了大坝的安全防洪度汛的可靠性，保证了下游人民群众的生命财产安全。在同类型闸门润滑水系统改造，具有一定的借鉴作用。