桃源水电站右河槽液压启闭机油缸异响分析及处理

(中国水电工程顾问集团有限公司， 北京 100101)

桃源水电站地处湖南省桃源县城区，是沅水最末级水电站。电站枢纽主要建筑物从左至右依次为左岸接头土石坝、左河槽14孔泄洪闸、双洲土石副坝、船闸、发站厂房、右河槽11孔泄洪闸、右岸接头土石坝等。按照电站布置情况，采用分期导流方式，先期进行右河槽施工。右河槽泄洪闸弧形闸门及液压启闭机联动调试时，1号、5号、7号泄洪闸液压启闭机油缸均不同程度出现异常声响，电站参建各方及时组织力量进行了分析，并研究解决方案。

1 概 述

桃源水电站正常蓄水位39.50m，右河槽共布置11孔泄洪闸，泄洪闸孔口宽度20m，每孔泄洪闸设置1扇弧形闸门，每孔弧门由1套2×2600kN摆动式液压启闭机操作。

1.1 设备主要参数

1.1.1 弧门主要参数

ⓐ闸门结构型式：露顶式；ⓑ孔口宽度：20m；ⓒ闸门高度：14m；ⓓ支铰轴承：自润滑球面滑动轴承；ⓔ闸门吊点型式：底部双吊点；ⓕ闸门操作条件：动水启闭。

1.1.2 液压启闭机主要特征及参数

a.泄洪闸弧形工作闸门2×2600kN液压启闭机。启闭机总体布置型式为双吊点，缸体中部铰支承，摇摆式油缸，两支油缸分别悬挂在左右闸墩侧墙上的悬臂支铰座上，悬臂铰支承由固定座与活动座组成，活动座随油缸一起摆动，支铰座安装高程49.20m。

b.液压启闭机主要参数：ⓐ额定启闭力：2×2600kN；ⓑ额定闭门力：闸门自重泵控下门；ⓒ行程：12.25m/12.35m；ⓓ最大摆角：75°；ⓔ启闭速度：约0.7m/min(可调) 。

c.液压启闭机中间支铰主要特征。桃源水电站液压启闭机油缸支铰采用Ⅱ型布置，液压缸为中部双向可转动铰支承结构型式。Ⅱ型布置可有效加大启闭机的力臂，降低启闭容量，并且大量减少水工建筑物结构工程量。

1.2 异常现象描述

桃源水电站右河槽11套弧门及液压启闭机于2012年6月上旬基本安装完毕，设备运行初期运转正常，但经过一段时间的运行后，各孔泄洪闸液压启闭机基本都出现了不同程度的异响，对于比较典型的异常现象描述如下：

a.1号液压启闭机。右侧油缸的异响比较明显，左侧油缸响声较小、油缸有轻微爬行现象。

b.5号液压启闭机。左右两只油缸在启门及关门过程中均发出异响并伴有油缸的轻微抖动，两只缸的异响不同步发出。

c.7号液压启闭机。左右两只油缸在启门及关门过程中均发出异响，右侧油缸响声间隔时间较长，几乎是左侧的2倍。在左右侧油缸中间支铰座下方近距离观察，发现启门及关门过程中，油缸支铰转动不灵活，有卡滞现象，当启门临近极限位置(活塞杆收回)时，异响最小、间隔时间最短，支铰相对转动最为灵活；当关门临近到达极限位置(活塞杆伸出极限)时，异响最大、间隔时间最长，支铰相对转动最不灵活。

d.每只油缸支铰旋转体挡板处均有明显的转动划痕。

2 异响原因分析

2.1 异响产生原因的初步分析

由于闸门启闭过程中，右岸泄洪闸几乎全部液压启闭机均产生不同程度的抖动、异响现象，一般认为是由于安装问题引起的，主要表现在液压系统左右杆腔不同步、系统未排气或者液压缸支铰与弧门支铰的空间位置不平行等问题。

2.1.1 系统左右杆腔不同步

该套液压系统使用比例流量阀进行闸门同步控制，在闸门行程检测装置全行程连续检测两只液压缸的行程偏差大于10mm时，系统即进入纠偏模式，当双缸同步偏差小于5mm时，停止纠偏。在实际应用中该套系统纠偏功能可以实现，因此不存在系统左右杆腔不同步的问题。

2.1.2 系统未排气

从该套液压系统原理上可以看出，在落门过程中有杆腔的液压油向无杆腔补油；启门过程中系统向有杆腔进行油液输出，无杆腔的油液回流进入油箱，也就是说，在液压系统安装完成以后空负荷试运转可以使两只油缸空气排空，即使有残留的空气，在设备多次运行以后也可以实现两只油缸内空气的排空，因此，关于系统未排气的原因也可以排除。

2.1.3 液压缸支铰与弧门支铰的空间位置不平行

液压缸支铰为悬臂梁结构型式，其旋转体与油缸为十字铰配合，油缸能够对孔口中心左右摆动，弧门支铰轴承为自润滑球面滑动轴承，从设计理念上考虑，油缸支铰与弧门支铰的空间位置偏差不能作为设备异常的主要影响因素进行考虑。现场重新对液压缸支铰与弧门支铰的空间位置进行校核，其不平行度满足设计文件及相关规范要求。

2.2 异响产生原因的进一步分析

综合现场实际情况，从异响存在的部位进一步进行考量。异响主要从液压启闭机中间支铰处传出来，应重点分析中间支铰的力学结构、支铰附件的影响、支铰制造公差、支铰的润滑等因素。

2.2.1 支铰的力学结构

由设计制造单位分别对支铰旋转体中间支点、端部支点以及液压缸支撑梁(工字型梁)进行弯应力、弯曲剪应力、轴承承压应力计算，计算结果满足规范要求。复核旋转体挠度计算，计算值小于许用值。因此，支铰力学计算上均满足规范要求，不是异响产生的诱因。

2.2.2 支铰附件的影响

从现场检查的实际可以看出，每个支铰转动体在圆周方向均布4个防止转动体轴向串动的挡板，每个挡板都不同程度地有划痕。挡板材料为钢板贴HQ-1复合材料，划伤部分为复合材料表面，最严重部分划痕深度约1mm，主要来自设备外部混凝土杂物以及旋转体配合部位端部未倒角的刮擦；内侧贴板与转动体轴肩未见明显刮蹭。将旋转体挡板拆除，针对旋转体挡板受损较为严重的现象进行试验性检测，支铰部位异响无明显改变，旋转体挡板刮蹭不是支铰异响的影响因素。

2.2.3 支铰制造公差

现场拆除7号液压启闭机右侧支铰转动体，分别对中间支承(大端)、端部支承(小端)的制造公差进行复核。转动体大端支承表面公差超出图纸约-0.3mm，转动体小端支承表面公差超出图纸约-0.4mm。轴承孔偏差大、小端均偏大，轴与孔极限累计偏差近1mm。造成转动体旋转时，轴与轴承接触部位的接触面积或有不足，导致滑动摩擦力增大。

2.2.4 支铰的润滑

现场拆除7号液压启闭机右侧支铰转动体，将支铰旋转体拆除后现场检测发现，支铰整体结构完好，轴承完好，结合面无深度摩擦划痕，但上游方向有明显的受力摩擦痕迹(轴向方向有间隔摩擦条纹)，下游方向未见摩擦迹象，旋转体的小端受力摩擦方向与大端相反，大端轴承自润滑材料在受力部位有渗出迹象。分析结果为：由于工作条件限制，旋转体转速低，不能对轴承进行良好的热传导，不能使轴承自润滑材料很好地析出，润滑效果不佳，支铰转动体转动时需要克服的摩擦阻力增大，造成支铰转动体不灵活。支铰的润滑效果不佳是支铰异音的决定性影响因素。

3 处理方案

3.1 桃源水电站左河槽液压启闭机支铰润滑处理方案

根据桃源水电站水工建筑物布置情况，总结右河槽液压启闭机运行经验，左河槽14套弧门液压启闭机油缸支铰轴承可采用润滑条件更为良好的材料代替现有铜基复合材料或者采用滚动轴承等方案，综合考虑工程长期运行安全、工程造价等因素，优选复合材料滑动轴承，例如高分子尼龙材料。

3.2 桃源水电站右河槽液压启闭机支铰润滑处理方案

改造液压启闭机支铰转动体轴类部位制造工艺：原支铰转动体结构的轴是钢板卷制后，贴焊不锈钢板，然后进行精加工，改为钢板卷制轴加工后，由不锈钢焊丝堆焊成型，然后上车床进行精加工，切削过程应保证环境温度、切削速度、构件温度等，加工完成后轴表面光洁度应为▽6。

4 结 语

综上所述，桃源水电站右河槽液压启闭机异响来源于支铰部位，支铰的安装对异响不构成主要影响，支铰结构及工作原理正确，强度满足要求，主要是转动体结合面间隙过大、旋转体的润滑条件不佳所致，设备在后续使用中应加强观测，择机有针对性地对存在问题进行处理。

[1] DL/T 5167—2002水电水利工程启闭机设计规范[S].北京：中国电力出版社,2002.

[2] DL/T 5019—94水利水电工程启闭机制造安装及验收规范[S].北京：中国电力出版社,1994.

[3] DL/T 5018—2004水电水利工程钢闸门制造、安装及验收规范[S].北京：中国电力出版社,2004.

[4] 成大先.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2010.