液压启闭机在头屯河水库除险加固工程中的应用

闾东杰

(新疆水利厅头屯河流域管理处，新疆昌吉 831100)

1 工程概述

头屯河水库于1965年开始修建，1981年主体工程基本完成，水库原设计总库容2 030万m3，由于头屯河水库是“三边”工程，设计、施工均存在一定的问题，使水库长期带病运行，不能正常使用。鉴于头屯河水库存在的安全隐患，2007年9月完成头屯河水库大坝安全鉴定工作，放水涵洞及泄水隧洞工作闸门及启闭设备超过使用年限，金属结构安全综合评价为C级，已影响大坝正常安全运行。因此，为了保证水库安全运行，确保水库功能的全部实现，头屯河水库闸门及启闭设备型式的改造被确定为除险加固工程的重要内容之一。

2 闸门启闭设备的选择

头屯河水库原输水涵洞、泄水隧洞工作闸门和启闭设备设计标准偏低，采用手、电两用螺杆式启闭机操作，均已运行30 a以上，启闭机设备老化、操作困难，已超过使用年限，存在着严重的安全隐患。根据《水利水电工程金属结构报废标准》L 226—98，结合头屯河水库闸门实际情况，除险加固设计按更换闸门启闭机考虑。更新改造后，可消除金属结构设备陈旧、操作困难及渗漏水等事故隐患，提高水库运行的安全性和可靠性。

在设计中对螺杆启闭机和液压启闭机两种形式进行了方案比较，螺杆启闭机对工作的环境要求不高，造价低，在早期水电工程中应用较多，但启闭速度慢、运行维护人员劳动强度大、操作控制性差;液压启闭机操作运行方便、安全可靠，可实现远程和现地两种控制方式，能提高金属结构自动化水平，减轻运行人员的劳动强度，提高水资源的使用效率。

与其它型式相比，液压启闭机具有以下优点:①结构简单，布置紧凑，体积小，重量轻;②承载能力大，并能够远距离传递动力;③缓冲性能好，传动平稳，调速和换向方便;④液压传动与电气控制相结合，便于实现自动化;⑤液压元件已经系列化、标准化，设计简单，制造周期短;⑥液压元件可以自行润滑，经久耐用;⑦易于防止过载，工作安全可靠。

因此，头屯河水库放水涵洞启闭设备选用单吊点摇摆式液压启闭机，启闭容量为800 kN(拉)/400 kN(压)，行程5.5 m。泄水隧洞启闭设备选用单吊点摇摆式液压启闭机，启闭容量为400 kN(拉)/320 kN(压)，行程3.0 m。

3 液压启闭机在头屯河水库得以运用

放水涵洞、泄水隧洞工作闸门启闭设备均使用液压启闭机进行启闭运行，它们各由一套液压泵站、一只液压油缸组成，可实现闸门开启、关闭两种运行方式，并配置了必须的控制及安全装置［1］。

3.1 液压启闭机设备构成

3.1.1 液压启闭机的基本组成

液压缸总成;液压泵站(一套)包含有两套互为备用的油泵电机组，油箱一只，主控制阀组一套，油管及附件、液压油等;液压管道系统(一套)包含有液压站至油缸总成的液压管道、管夹、埋件等。

3.1.2 液压启闭机电气控制系统

包括电气控制柜、开度传感器、阀组以及油泵电机等部件，采用控制器PLC+触摸屏控制，柜体控制一个闸门的启门、停门、闭门3种状态以及一个液压站，通过触摸屏显示闸门的各种工作状态和液压站的工作状态。

电气控制系统由一面控制柜组成，控制柜内装设有进线总断路器、分级断路器，具有过载、短路保护功能的热继电器与接触器;音响报警器、保护装置;电流表、电压表;PLC、智能人机界面、直流电源装置等设备。

3.2 液压系统电气设备控制与保护功能

3.2.1 油泵电机控制

整个液压系统中包含有2个油泵电机，一用一备，通过控制柜上的按钮开关进行控制，在自动方式下，所选择的油泵自动启动和停止，其中一个泵出现故障后，另一个泵可投入使用。在手动方式下，将由1#泵或2#泵按钮开关控制。

3.2.2 闸门控制

在自动工况下，把旋钮旋至自动档，然后选择要按启门或闭门按钮即可。启动油泵，延时5～8 s后，系统便会自动完成闸门启或闭，待闸门到达全开或全关位时，闸门启或闭停止。也可以在闸门运动过程中，按一下“停止”按钮将闸门停留在您所需要的位置上。在手动工况下，待油泵运行5～8 s后，按下“启门”或“闭门”按钮则闸门上升或下降，停门时只要按停门按钮即可。

3.2.3 保护功能

系统在控制过程中能自动识别故障信号和事故信号，当系统检测到故障信号时，可以提醒操作人，进行检修。

1)电气系统缺相、失压、过载和过流、短路保护，声光报警。

2)液压系统的超压、欠压，液位过高，液位过低，系统自动停门停泵，声光报警。

3)回油过滤器堵塞报警显示，待系统停止后更换或者清洗滤油器。

3.2.4 其它控制功能

1)紧急停止:在任何工况下，当系统出现不可预知的紧急情况时，现地按紧急停止按钮，系统停机;

2)启闭门互锁控制:当闸门正处于开门过程中，该闸门的闭门操作无效;同理，当闸门处于闭门过程中，该闸门的开门操作无效。

3)下滑回升功能:油泵根据实际工况投入运行，在自动或远控工况下，当闸门长期置于全开状态，闸门可能会有渗油现象(正常现象)，导致闸门下滑，当达到设定的下滑值时，闸门会自动提升。

3.3 液压系统电气设备预防性维护

1)点动的办法检查电动机转向是否与油泵旋转方向相同，禁止反向转动。

2)油泵进油阀必须打开。

3)压力继电器有超压保护功能，因此不允许随意改变其调定压力。

4)经常检查油箱内油面高度和油质情况，发现油液过脏，油面过低，气泡过多，乳化变质等应及时更换。

5)设备投入使用180 d后应将油箱中的油全部放出，经过重新滤清再加入使用，以后每隔2～3 a更换一次。

6)液压系统应经常运行，以便及时发现问题，确保液压启闭机运行安全可靠。

7)为保证系统正常工作，应经常注意放气。

8)用兆欧表测量线路绝缘电阻，各电机绕组间以及绕组对地的绝缘电阻应＞1 M。

4 液压启闭机运行中存在的问题及原因分析

头屯河水库液压启闭机，经过2～3 a的运行，基本情况良好，基本上体现了液压启闭机的优点。但是由于各种原因，也出现过一些问题，从所出现的问题的原因分析看，这些问题并非液压启闭机本身所固有的，只要从设计、安装和运行管理等各个环节上严格把关，是完全可以避免的。

以头屯河水库除险加固后液压启闭机的运用为例:

1)设计方面:厂家设计时疏忽了一点，即泄水工作门在启闭操作停门后，有缓慢自行下滑现象，后来厂家在液压缸无杆腔油管处增设一个液控单向阀即解决问题;

2)安装方面:部分油路管线铺设不规范，导致油路不畅;个别油路软管有渗油，密封圈因国产原材料质量不过关，出现老化现象，这些问题已由施工单位、厂家更换处理;

3)运行维护管理方面:这是一个比较薄弱的环节，液压启闭机所出现的问题有相当部分是由于这个环节引起的。例如:①液压启闭机在一段时间运行后，闸门自行下滑的现象，原因:液控单向阀阀心上密封圈损坏，处理:闸门在全关位拆除液控单向阀阀心，更换密封圈;②闸门在某开度不降只能升，原因:由于负载的变化，使作用在油缸上的力较大，油缸下腔压力瞬间达到系统低压报警值，处理:在保证设备正常运行的前提下，根据现场实际整定闸门的低压报警值，重新调整压力继电器动作值;③油缸行程已至0位，由于闸门止水或杂物影响使漏水较大，应将闸门重新提起小开度后再落下。

液压启闭机运行管理中还应注意的问题:

1)要保持液压系统工作表面和液压油的清洁，注入油箱内的新油应经过滤油车过滤，并应定期检查油质。油箱中的高压滤油器和回油滤油器的滤心要定期清洗、更换，防止机械颗粒磨损油缸内壁和破坏油封密封圈，造成控制阀芯的阻塞、缸和系统高压油泄漏，造成控制失灵。

2)在运行中需注意检查电磁阀，压力继电器，电磁溢流阀是否动作灵活正确，严禁调整压力溢流阀等安全保护装置。当液压系统和电气系统发生故障时，应立即停机并切断电源，只有在查明原因并排除故障后，才能恢复运行。

3)液压启闭机系统在每年讯前应当进行全面检查维修，并进行闸门启闭试验。日常要做好活塞杆表面的保护，高压软管接头要经常检查拧紧，防止高压油泄漏。在远程控制启闭闸门时，现场应有人监视闸门启闭过程。

运行管理人员只要严格按照安全运行管理制度，定时进行检查、维护、保养，一些小问题就不会愈演愈大，甚至酿成事故。为此，应提高运行管理人员的业务水平和素质，把设备的维护、保养和管理制度落到实处［2］。

5 结语

液压启闭机与传统的卷扬式、螺杆式相比有着诸多的优点，具有操作简便、造价较低、起重力大、启闭速度快，能够局部开启，便于集中控制和自动化操作的特点，随着我国水利工程技术的发展，液压启闭机得到了广泛地应用，头屯河水库除险加固后液压启闭机的运用，也将为液压启闭机在新疆地区水利工程中的应用积累经验。

［1］袁田琴.高压定喷灌浆防渗技术在时淠排涝站除险加固中的应用［J］.科学与财富，2010(08):134－135.

［2］管万凯.李杖子水库除险加固工程设计［J］.中国科技信息，2012(13):71.

［3］唐永祥，刘井鹏.塑性混凝土防渗墙技术在南掌水库除险加固工程中的应用［J］.湖南水利水电，2012(03):24－26.