藏木电厂溢洪道液压控制系统分析

张泽明

(藏木水电厂生技部,西藏自治区山南地区 856400)

藏木电厂溢洪道液压控制系统分析

张泽明

(藏木水电厂生技部,西藏自治区山南地区 856400)

液压启闭机是一种专门用来启闭闸门的起重机械,一般由液压系统和液压缸组成。本文对藏木水电厂液压控制系统中的核心部件柱塞变量泵及比例流量阀进行了系统的原理分析,并同以往电站普遍使用的恒压泵进行了性能比较。同时,对藏木水电厂溢洪道液压启闭机的其它优点作了简单介绍。

液压控制 变量恒压泵 比例流量阀

华能西藏发电有限公司藏木水电站是雅鲁藏布江干流中游桑日至加查峡谷段规划五级电站中的第四级，为坝式开放电站，多年平均流量1010m3/s，水库总容量0．93亿m3，正常蓄水位3310m3，额定水头53．5m，藏木电站为大(2)型工程。藏木水电厂泄水系统包括六孔溢洪道，一孔左冲砂底孔，一孔右冲砂底孔和六孔冲砂廊道。溢洪道弧形闸门2x1600KN液压启闭机启闭。液压系统泵站、油缸均由博世力士乐(常州)生产，活塞杆由博世力士乐(荷兰)生产，采用表面喷涂陶瓷工艺技术。因为W(功率)=P(压力)xQ(流量)/60，液压系统的压力由负载决定，在闸门开启或关闭的过程中由于闸门面板水压力和其它因素影响，负载压力不是一个固定参数。从控制的角度出发，液压系统的控制更多的体现在了对油液流量的控制上。该液压控制系统的核心部件是其使用的柱塞变量泵和比例流量阀，泵控和阀控相结合的方式对液压系统的流量控制有了更精确的掌控。

1 柱塞变量泵分析

藏木电厂溢洪道液压系统采用A4VSO型直轴斜盘柱塞变量泵，该泵具体参数Vg=71cm3，n=1500/min，P(max)=350bar。该泵的Q-P曲线和工作原理图如图1、图2所示。

图1

图2

从图中可得知，该泵变量调节机构属于阀控缸式液压动力机构，实现了无级调节泵输出液压恒压值，在变量设定点以下保持流量最大。当泵输出压力小于调压弹簧压力时，控制滑阀不能推动阀芯右移，液压泵全排量输出液压油，即定量输出；当泵输出压力增大到大于调压弹簧压力时，控制滑阀推动阀芯右移动，控制油进入控制油缸，推动活塞杆左移，从而带动连杆左移，泵的变量机构动作，进而改变斜盘倾角，同时改变了油泵柱塞工作行程，此时泵的排量减少，流量也随之减少(见下列公式1)。当控制滑阀左端的液压力等于弹簧力时，控制油缸停止动作，变量过程结束，泵的工作压力重新稳定在弹簧调定值附近，这样实现了对流量的控制。

V泵排量 d柱塞直径

D柱塞孔分布圆直径 y斜盘倾角

2 比例流量阀分析

藏木水电厂使用的2FRM 型比例流量阀。该比例阀的实质是一个减压阀和节流阀的组合(图3)。

图3

主要构成部件包括带感应式位移传感器的电磁铁，检测节流阀，压力补偿器，行程限位器和单向阀。当没有油液通过时，液压阀处于开启状态；当有油液通过时，油液经过阻尼孔将减压阀顶起，到平衡位置时停止。当A口压力升高，减压阀芯向上移动，弹簧力增加，从而保持A、B两点的压差保持为一定值，进而保持流量稳定(参见公式2)。

Qf-液压阀流量 Cq系数 A阀开度

△P液压阀两端压差 ρ油液密度

该比例流量阀的突出性能是实现了负载反馈功能，即油路主回路纠偏功能，与普通的旁路纠偏功能相比较，B端的压力反馈将直接参与控制减压阀的动作，避免了闸门在启闭过程中因为闸门本身质量较轻导致左右缸压差较小无法纠偏的死区，提高了系统安全性。

当闸门在运行过程中双缸出现不同步现象，液压系统可通过自动和手动两种方式进行纠偏调节，在手动模式下，全开手动管路的球阀，直接旋转比例流量阀上旋钮，调节阀门开度即可实现比例阀对左缸或右缸的流量控制。在自动运行模式下，整个闸门启闭过程中系统采用闭环控制，在闸门正常运行情况下，弧形门开启速度设定为0．5m/min，根据比例流量阀的选型参数，放大板输出给位移传感器8．8V纠偏电压(参见公式3)。

Q-流量阀每分钟过流量 D-油缸内径

d-活塞杆直径 V-弧形门开启速度

系统设定的左右双缸纠偏起始值是10mm，当出现左右缸不同步，需要系统纠偏时，位于油缸端部的CIMS(精度1/1647cm)传感器首先检测到偏差信号，上传至PLC，PLC提供给比例放大板一个0-10V的某一定值的电压信号，放大板的输出端连接着流量阀的位移传感器，位移传感器根据电压信号动作阀芯控制流量，以满足系统要求的流量响应。在纠偏过程中，藏木水电厂启闭机液压系统采用了降低电压等级，即减少阀门过流量的方法来调节。

3 结语

作为防洪渡汛的液压启闭设备，最重要的是设备的可靠性、安全性、灵敏性。藏木水电厂溢洪道液压系统具有良好的流量控制性能，基本可以消除液压系统中常见的前冲现象。并具有纠偏灵敏精度高，测压接头多监测、检修方便，在主回路纠偏系统响应时间快等优点。为藏木水电厂防汛安全奠定了良好的基础。

张泽明(1985—),男,四川绵阳人,本科,工程师,研究方向:液压传动与控制。