液壓啟閉機的組成和工作原理

2021-03-03 20:37:59 字數 3953 閱讀 6256

液壓啟閉機也稱之為閘門液壓啟閉機,它是指利用液體的壓力能來傳遞能量,從而控制閘門的開啟或關閉的一種啟閉機。它包括液壓傳動系統和電氣控制系統。由液壓幫浦組、液壓閥組、液壓缸、油箱及附件、電氣櫃及操作台等五部分組成。

液壓啟閉機其工作原理是:當液壓幫浦把原動機輸出的機械能變為液體壓力能,經過油管道及液壓閥進入液壓缸,通過液壓缸及活塞桿把液體的壓力能轉變為工作機的機械能,從而驅使閘門完成開啟或關閉等動作。

與其它啟閉機相比,液壓啟閉機具有以下優點:

(1)它結構簡單,布置緊湊,體積小,重量輕;

(2)液壓啟閉機比其它的啟閉機的承載能力更大,並能夠遠距離傳遞動力;

(3)緩衝效能好,傳動平穩,調速和換向方便;

(4)液壓傳動與電氣控制相結合,便於實現自動化;

(5)液壓元件已經系列化、標準化,設計簡單,製造周期短;

(6)液壓元件可以自行潤滑,經久耐用;

(7)易於防止過載,工作安全可靠。

液壓啟閉機的缺點主要是:液壓缸與活塞桿配合精度高,加工成本較高;另外,密封質量較差時液壓油容易滲漏。

1 液壓啟閉機的特點閘門液壓啟閉機是指利用液體的壓力能來傳遞能量,從而控制閘門的開啟或關閉的一種啟閉機。它包括液壓傳動系統和電氣控制系統。由液壓幫浦組、液壓閥組、液壓缸、油箱及附件、電氣櫃及操作台等五部分組成。

其工作原理是:液壓幫浦把原動機輸出的機械能變為液體壓力能,經過油管道及液壓閥進入液壓缸,通過液壓缸及活塞桿把液體的壓力能轉變為工作機的機械能,從而驅使閘門完成開啟或關閉等動作。

與其它型式相比,液壓啟閉機具有以下優點:

(1)結構簡單,布置緊湊,體積小,重量輕;

(2)承載能力大,並能夠遠距離傳遞動力;

(3)緩衝效能好,傳動平穩,調速和換向方便;

(4)液壓傳動與電氣控制相結合,便於實現自動化;

(5)液壓元件已經系列化、標準化,設計簡單,製造周期短;

(6)液壓元件可以自行潤滑,經久耐用;

(7)易於防止過載,工作安全可靠。

液壓啟閉機的缺點主要是:液壓缸與活塞桿配合精度高,加工成本較高;另外,密封質量較差時液壓油容易滲漏。

2 國內液壓啟閉機應用情況

液壓啟閉機在我國水電工程中的應用已經有20多年的歷史,特別是近年來,液壓技術更趨成熟,應用更加廣泛。表1所列是國內採用的較有代表性的液壓啟閉機。從表1可以看出,目前我國液壓啟閉機的設計和製造能力都達到了相當高的水平和規模;最大啟閉力可達到8000kn,行程超過16m,油缸直徑大於1m,活塞桿直徑大於0.

5m。從表1還可以看出,液壓啟閉機更多地用於操作弧型閘門、人字閘門、快速閘門或高水頭深孔事故閘門,主要原因是液壓啟閉機用於這幾種型式的閘門上更能體現其優點。從國內一些工程的實際運**況看,這幾年生產的液壓啟閉機的質量有了很大的提高,而生產成本卻有所降低,工程效益愈來愈顯著。

表1 國內較有代表性的液壓啟閉機

3 廣西應用液壓啟閉機現狀

3.1 應用情況

液壓啟閉機在廣西水電工程中的應用相對較晚,最早是在澄碧河工程上應用,但澄碧河所用的啟閉機還不是單純的液壓啟閉機,而是液壓和捲揚的綜合型式。直到近年來,在桂平船閘、岩灘電站、昭平電站、京南船閘等工程中,才開始應用真正意義的液壓啟閉機。廣西應用液壓啟閉機情況見表2。

表2 廣西應用液壓啟閉機一覽表

3.2 工程效益

鑑於液壓啟閉機具有結構簡單、布置緊湊、承載能力大、調速和換向方便、執行平穩、容易實現自動化控制等許多優點,在水電工程建設中恰當地選用液壓啟閉機可以獲得顯著的工程效益。如前所述,液壓啟閉機主要用於弧型閘門、人字閘門、快速閘門和高水頭、大容量的深孔閘門。

對於表孔或深孔弧型閘門,在大孔口、大啟門力、特別是靠自重不能關門而需要施加閉門力的情況下,液壓啟閉機要比捲揚啟閉機或其它型式的啟閉機更容易滿足使用要求,同步問題也容易解決,還可以簡化水工布置,節省土建投資,而且樞紐建築物顯得協調美觀,工程效益是比較明顯的。例如,昭平電站的溢流壩表孔弧型工作閘門採用液壓啟閉機,省去了壩頂啟閉機工作橋,壩面布置緊湊,不影響交通;在工程投資方面,雖然液壓啟閉機的單價較高,但是其重量較輕,而且土建方面節省了投資。表3是根據2023年**對液壓式啟閉機和捲揚式啟閉機兩種方案所作的經濟比較,兩種方案的總造價相差不大,但是,液壓啟閉機方案有工作可靠,啟閉平穩,施工方便,操作靈活,便於集中控制等諸多優點,總的工程效益還是液壓式啟閉機優於捲揚式。

表3 昭平弧門啟閉機兩種方案經濟比較表

表3 昭平弧門啟閉機兩種方案經濟比較表

對於船閘人字閘門、一字閘門和充洩水工作閘門,液壓啟閉機的布置比較方便,還便於實現船閘的自動化控制。從桂平船閘、昭平船閘和京南船閘的運**況看,效果是良好的。其中,桂平船閘的閘室長度190m,寬度23m,檻上水深3.

5m,最大水頭12.5m,是目前國內已建船閘中僅次於葛洲壩船閘的第二大船閘,也是廣西第乙個採用液壓啟閉機的船閘,從2023年投運至今,液壓啟閉機運**況良好,滿足了廣西航運幹線的通航要求。它的成功執行,為液壓啟閉機在廣西航運工程中的應用提供了寶貴的經驗。

對於快速閘門或高水頭、大容量的深孔閘門,如果採用捲揚式啟閉機,其結構複雜,體積大,重量大,且閘門一般還需加重才能閉門,有些結構較難處理,如果採用液壓啟閉機,就比較容易滿足調速和大容量的要求,而且雙作用的液壓啟閉機關閉時間快速,可以滿足閉門力的要求,可以節省閘門加重部分的投資。例如岩灘電站的廠房進水口平面快速閘門,孔口尺寸(寬×高)為8.2m×14.

1m,設計水頭為48m,所需啟門力達8000kn,閉門力達6000kn,象這樣超大型的快速閘門,若選用捲揚式或其它型式的啟閉機,是很難滿足設計和使用要求的,而採用液壓啟閉機則為工程建設解決了一大難題,取得了比較明顯的工程效益。

3.3 存在問題

從廣西幾個工程的液壓啟閉機的運**況來看,總的來說是良好的,基本上體現了液壓啟閉機的優點,但是由於各種原因,也出現過一些問題,存在一些需要改進的地方。例如:(1)桂平船閘上閘首人字閘門右側液壓啟閉機,由於液壓缸兩腔(有桿腔和無桿腔)之間發生內漏,加之操作人員的疏忽,發生過啟閉機中部v型架被拉坏而導致船閘斷航的事故;(2)昭平船閘下沉式檢修門的雙吊點液壓啟閉機曾經存在不同步的問題;(3)京南船閘人字閘門和充洩水工作閘門的液壓啟閉機在初期執行時啟閉速度不太穩定,出現不同步和閘門自行下滑的現象;(4)幾個工程的液壓啟閉機都存在密封圈質量較差、使用壽命較短、更換較頻繁的缺點。

從廣西幾個工程的液壓啟閉機所出現的問題的原因分析看,這些問題並非液壓啟閉機本身所固有的,只要從設計、製造、安裝和執行管理等各個環節上嚴格把關,是完全可以避免的。以京南工程的液壓啟閉機為例:(1)設計方面:

廠家設計時疏忽了一點,即充洩水工作門在啟門時也有慢速和調速的要求(0.2m/min~0.9m/min),液壓缸無桿腔所設的調速閥不是雙向的,而是單向的節流調速閥,且方向設反了,後來廠家增設乙個反向的單向節流調速閥即解決問題;(2)製造安裝方面:

個別油路軟管有裂紋而滲油,有些密封圈因國產原材料質量不過關而且存放時間過長,出現老化現象,這些問題已由廠家更換處理;(3)執行維護管理方面:這是乙個比較薄弱的環節,液壓啟閉機所出現的問題有相當部分是由於這個環節引起的,如左右側液壓啟閉機啟閉速度不一致、不同步(可以調整節流調速閥,並檢查是否漏油)、閘門自行下滑(檢查是否有內漏或外漏現象)、密封圈漏油(可以採用質量較好、使用壽命較長的聚四氟乙烯組合式密封圈)等問題,有關人員只要根據安全執行管理制度,定時進行檢查、維護、保養,這些小問題就不會愈演愈大,甚至釀成事故。為此,應提高執行管理人員的業務水平和素質,把裝置的維護、保養和管理制度落到實處。

3.4 液壓啟閉機的發展和應用前景

鑑於液壓啟閉機所具有的優點,近年來在國內外都得到了公認和推廣。特別是隨著設計、製造、安裝、執行水平的提高,液壓新技術(如同步技術、插裝技術、比例控制技術等)和新型密封材料(如聚四氟乙烯組合式密封圈)的成功運用,產品質量越來越得到保證,另外,液壓技術與電子技術互相結合,使液壓啟閉機更加適應現代工程建設的發展要求。液壓啟閉機在廣西的應用將更加廣泛。

在全國金屬結構專業委員會和資訊網聯合召開的液壓啟閉機技術交流會上,與會代表對國內液壓啟閉機的現狀和前景進行了廣泛的**,一致認為:雖然我國製造的液壓啟閉機的某些元件,特別是密封、導向件與國外先進水平相比還有一定差距,但是液壓啟閉機主機的設計水平和製造能力已經接近世界先進水平。會議建議,對於國內工程中特別重要的液壓啟閉機,可以考慮進口部分閥組和密封導向件,但是主機應該由國內製造,以促進國內製造水平的提高,並節省裝置投資。

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