卡鲁玛水电站弧门振动和异响问题分析与处理

刘 涛

(中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004)

1 引言

卡鲁玛水电站位于乌干达基奥加尼罗河上，电站是以发电为主要任务的水电枢纽工程，总装机容量600 MW。电站正常蓄水位1030.00 m，正常蓄水位下库容7987万 m3。大坝由重力式挡水坝段、泄洪闸坝段、冲砂闸坝段、生态流量泄放孔坝段和鱼道等组成，最大坝高约为14 m，坝顶长度约为314.44 m，坝顶高程为1032.00 m。最低运行水位为1028.00 m，尾水位高程约为960.00 m，电站额定水头约为60 m，单机引用流量为188 m3/s。

生态流量泄放孔安装有1套弧形闸门，弧门由支铰座、支臂、门叶、水封组成，弧门宽10 m，弧门门叶弧长5.66 m，支铰座中心至弧门门叶距离为7 m，弧门重约22.75t。弧门控制系统由控制盘柜、液压泵站、液压油缸组成。

2 弧门振动和噪音问题的出现

2019年12月，弧门及其控制系统安装完成后开始进行无水调试，弧门在启闭过程中出现异响且弧门门叶伴有振动[1]。经过多次启闭弧门，发现弧门在开启过程产生的异响及振动要大于弧门关闭过程产生的异响及振动，且异响主要集中在右岸支臂位置。

3 可能导致弧门产生振动和异响的原因分析

3.1 液压系统中存在空气

液压系统中如果存在空气，会造成压力传递介质的不均匀，使压力传递发生波动，导致液压油缸动作时产生振动，进而引起弧门的振动[2]。

3.2 液压油中有杂质

液压油如果含有杂质，例如压力管路焊接后未清扫干净，管路内部焊缝的氧化渣未打磨彻底，液压油本身颗粒度超标等，这些问题都可能使液压系统的压力传递出现波动，导致液压油缸动作时产生振动，进而引起弧门的振动。

3.3 支铰座发卡

如果支铰座动作不灵活，关节轴承有发卡现象，将直接导致弧门在启闭过程出现卡顿现场，进而引起弧门的振动和异响[3]。

3.4 闸门安装尺寸偏差过大

如果支铰座的安装高程、中心偏差过大，或是弧形闸门倾斜、变形导致弧门面板与侧轨的间隙不一致，安装侧水封后不同位置的侧水封受力不一致，亦或是安装支臂时，弧门位置调整的不准确，导致支臂与弧门连接后存在较大的内应力。上述这些原因都可能导致弧门在启闭过程发生振动进而引起异响[4]。

4 对可能的原因进行逐一排查

针对上述可能导致弧门产生振动和异响的原因，现场通过如下方法进行逐一排查。

(1)打开液压油缸上的排气阀，分离液压油缸与弧门，多次动作液压油缸，最大程度地排出液压系统中的空气[5]。

(2)利用滤油机对液压油进行多次循环过滤，保证液压油的洁净度和颗粒度符合厂家要求。

(3)分离支铰座和支臂，用汽车吊单独动作支铰座，检查支铰座是否发卡，关节轴承动作是否灵活。

(4)利用全站仪和电子水准仪复核支铰座的安装高程、里程，检查各项数据的偏差是否符合设计要求。

(5)分离支臂与弧门，重新调整、检查弧门位置，检查弧门面板与侧轨的间隙是否均匀。

通过以上方法对各种可能导致弧门产生振动和异响的原因进行逐一排查后，再次动作弧门，发现弧门仍然存在振动和异响。

5 确定振动源

通过逐一排查各种可能导致弧门产生振动和异响的原因后，弧门的振动和异响并没有消失，于是决定把两个液压油缸的位置进行互换，互换后发现弧门的异响从右岸转移至左岸，初步确定引起弧门振动和异响的根源就是液压油缸[6]。

为继续论证这一猜测，现场对液压油缸和弧门进行了分离，然后利用70 t汽车吊缓慢提升弧门，发现弧门的启闭过程平稳、正常，并未出现任何振动与异响。接着，单独动作液压油缸，并派人仔细观察液压油缸的动作情况，发现液压油缸在动作过程，活塞杆有频率较高的轻微振动，并伴随有轻微的异响。至此，已经可以确定是由于液压油缸的高频轻微振动导致弧门的振动，进而产生异响。

6 振动和异响问题的解决

根据液压系统技术理论并结合以往类似工程的经验，引起液压系统振动的主要因素有液压系统缺陷、液压系统有空气、液压油污染、运动部位摩擦等。

对液压油缸的设计图纸进行分析，发现液压缸下端盖的V型组合密封有6圈，总尺寸为125 mm×145 mm×32 mm，活塞与缸体之间的V型组合密封有3圈，总尺寸为180 mm×150 mm×31.5 mm。这样，与活塞和活塞杆接触的密封宽度就达到了63.5 m。这样设计的目的是为了达到更好的密封效果，减少两腔之间的压力损失。但是，由于密封宽度大，导致整个密封的刚性相对偏大，这样液压油很难通过活塞在两个腔体间渗漏。同时，油缸内壁和活塞杆外表的光洁度高、粗糙度底，这样油缸内壁和活塞杆外表容纳液压油的空间就非常小。当液压油缸动作时，活塞与油缸内壁间、活塞杆与油缸下端盖间不能形成平滑运动所需要的润滑油膜。活塞和活塞杆在缺少润滑油膜的情况下动作，就会出现干摩擦的现场，这样就会出现高频轻微振动和异响(图1、图2)。

根据上述分析，通过与武进厂家的设计人员进行沟通，决定对V型组合密封进行如下处理。

拆除液压油缸并转运至仓库，对液压油缸进行解体。

图1 液压油缸下端盖与活塞杆之间的V型组合密封

图2 液压油缸与活塞之间的V型组合密封

(1)把液压油缸下端盖与活塞杆之间的V型组合密封由6圈减少为4圈，并加工一个垫环来代替减少的V型组合密封；

(2)把液压油缸与活塞之间的V型组合密封由3圈减少为2圈，并加工一个垫环来代替减少的V型组合密封。

通过上述改进，重新安装液压油缸并动作弧门，弧门的振动和异响基本得到消除，并顺利完成了弧门的无水调试工作。

7 结语

本文针对卡鲁玛水电站弧门出现振动和异响的问题，进行了较为全面的原因分析与排查，最终找到引起振动和异响的根本原因，并结合相关理论知识和以往经验，解决了弧门振动及异响这一问题，可为今后类似工程施工提供借鉴。