王曉斌

（山西省水土保持科學研究所，山西 太原 030013）

1 概述

淜頭水電站工程位于山西省長治市平順縣北耽車鄉(xiāng)北耽車村上游約400 m的濁漳河干流上，控制流域面積10458 km2。本工程的任務(wù)主要是控制上游水庫的棄水量和區(qū)間來水量，對上游來水量的時空分布進行適當調(diào)節(jié)，充分利用蓄水水頭，增加平順縣小水電的裝機容量，同時對下游14座已建徑流式電站進行補償調(diào)節(jié)，提高發(fā)電量。工程建成后，每年可向工業(yè)供水1300萬m3，年均發(fā)電量437萬kW·h。電站裝機容量1200 kW。

工程溢洪道弧形工作閘門的啟閉機選用QHLY2×630 kN液壓啟閉機。根據(jù)《水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范》，液壓機設(shè)計方案力求優(yōu)良、先進經(jīng)濟、運行可靠、維護簡便。

2 液壓缸

2.1 主要參數(shù)

液壓缸主要參數(shù)為:啟閉力2×630 kN、閉門力2×50 kN、工作行程5.0 m、最大行程5.2 m、油缸內(nèi)徑280 mm、活塞桿直徑160 mm、啟門速度0.5 m/min可調(diào)、閉門速度0.5 m/min可調(diào)、啟閉工作壓力15.2 MPa。

液壓缸缸筒壁厚和缸筒強度：缸筒材料為45號無縫鋼管，許用應(yīng)力-120 MPa，油缸內(nèi)徑280 mm，根據(jù)鋼管尺寸系列，選用鋼管外徑325 mm，鋼管壁厚22.5mm，缸筒縱向應(yīng)力29.5MPa，環(huán)形應(yīng)力102.2MPa，油缸壁厚22.5 mm。

2.2 安裝形式

液壓缸布置于閘門下游，采用兩端部耳環(huán)鉸座安裝形式，液壓缸下端吊耳與閘門連接處采用自潤滑關(guān)節(jié)軸承，上端吊耳與預(yù)埋在孔口兩側(cè)閘墻的支鉸采用自潤滑關(guān)節(jié)軸承連接。

考慮到土建、閘門制造安裝以及液壓缸安裝可能存在的誤差，液壓缸安裝的球面自潤滑關(guān)節(jié)軸承，內(nèi)圈采用GCr15鋼淬火，球形表面鍍硬鉻，拋光；外圈基體材料采用GCr15鋼，其球形工作表面為自潤滑材料（聚四氟乙烯鋼背復(fù)合材料）。該材料具有自動調(diào)心、對偏斜不敏感、軸承受力均勻、承載能力高，可同時承受徑向和軸向載荷等諸多優(yōu)點，可適量補償閘門及油缸安裝時產(chǎn)生的誤差。此種軸承具有良好的自潤滑功能，特別是在有潤滑劑的條件下，性能會有較大提高。因此在油缸上下支鉸設(shè)計時，關(guān)節(jié)軸承軸孔處均設(shè)有壓入式油杯，便于加油，以改善潤滑條件，延長使用壽命。同時潤滑脂的存在還可提高密封和防腐性能。

2.3 液壓缸密封與防塵

根據(jù)設(shè)計標準和本液壓機技術(shù)要求，液壓缸密封件使用壽命可達15~20年，內(nèi)泄漏量遠低于《水電水利工程啟閉機制造、安裝及驗收規(guī)范》規(guī)定的標準值，可確保液壓缸持門下沉降量不大于80 mm/48 h，在高壓和低壓時均有良好的密封性能和較低的啟動壓力。同時，合理密封件型號，可使油缸在低速工作時不會產(chǎn)生“爬行現(xiàn)象”。

在活塞桿出口處設(shè)置刮污圈，除去活塞桿雜物，保護防塵圈與密封圈，與活塞桿采用間隙配合。

2.4 液壓缸活塞和活塞桿導向

組合式活塞，有桿腔、無桿腔密封件盡量靠攏，采用寬帶填充聚四氟乙烯導向密封環(huán)，活塞的外表面與缸筒內(nèi)壁不接觸，裝拆維修簡便。

桿用支承和導向為雙道組合，桿用密封件內(nèi)道采用青銅或填充聚四氟，外道采用復(fù)合材料自潤軸襯，且裝配結(jié)構(gòu)上應(yīng)方便維修和換件。

2.5 液壓缸排氣

在液壓缸上下端設(shè)置新型排氣測壓接點，用于液壓缸安裝時上腔和下腔排氣及液壓缸的充油和壓力測量。

2.6 液壓缸防腐

因液壓缸露天布置，工作時受洪水沖擊，因此防腐非常重要。活塞桿采用鍍鉻防腐，第一層鍍?nèi)榘足t0.05 mm，第二層鍍硬鉻0.05 mm。液壓缸外露非配合表面預(yù)處理和涂料防腐按照《水工金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕規(guī)范》進行防護涂裝。

3 液壓控制系統(tǒng)

3.1 主要參數(shù)

液壓控制系統(tǒng)主要參數(shù)為：油泵A 3 H 37-F R 01 K K、排量37 mL/r、油泵電機組YX3-160M4-B35/15kW、啟門回油流量 2×20.7 L/min、啟門進油流量 2×30.8 L/min、油管通徑（有桿腔/無桿腔）22/28 mm、油箱容積2 m3。

3.2 工作原理

3.2.1 啟閉門原理

啟門時，啟動油泵電機組，形成啟門壓力，當閘門開啟到位時，兩套直線位移傳感器均發(fā)出信號后，電磁鐵斷開，啟門動作完成。閉門時，啟動油泵電機組，方向控制閥組電磁閥YV3的電，形成差動回路，當閘門閉門到位時，兩套開度儀全部發(fā)出信號后，電磁鐵斷開，閉門動作完成。

為滿足安裝和檢修需要，系統(tǒng)設(shè)安裝和檢修回路，安裝檢修設(shè)定壓力0.8 MPa。

3.2.2 液壓同步糾偏

啟門時，采用旁路閉環(huán)同步糾偏，保證雙缸同步精度在不同工況及氣候條件下有效控制在15 mm以內(nèi)。在兩液壓缸有桿腔分別設(shè)一組調(diào)速閥，對閘門運行進行初控。安裝在液壓缸上的位移傳感器分別對液壓缸的行程檢測，并對行程檢測數(shù)據(jù)通過模擬信號傳至現(xiàn)地控制柜PLC。待雙缸不同步差值超過5 mm（可調(diào)）時，現(xiàn)地控制柜PLC輸給開關(guān)量，位置高一側(cè)電磁閥旁路卸油，從而調(diào)整液壓缸運行速度，保證雙杠同步。閉門時，采用閉環(huán)同步糾偏，保證雙缸同步精度在不同工況及氣候條件下有效控制在15 mm以內(nèi)。安裝在液壓缸上的位移傳感器分別對液壓缸的行程檢測，并對行程檢測數(shù)據(jù)通過模擬信號傳至現(xiàn)地控制柜PLC。待雙缸不同步差值超過5 mm（可調(diào)）時，現(xiàn)地控制柜PLC輸給開關(guān)量，位置高一側(cè)電磁閥旁路卸油，從而調(diào)整液壓缸運行速度，保證雙杠同步。

3.2.3 液壓電控系統(tǒng)

淜頭水電站工程溢洪道弧形工作閘門共7套，七臺液壓啟閉機采用兩套液壓站，每套液壓站設(shè)兩套油泵電機組，一套備用。為確保系統(tǒng)各部壓力正常，在油泵出口、液壓缸下腔設(shè)置過壓保護用的壓力繼電器。通過電控系統(tǒng)的控制，閘門在上、下極限位置時能自動停機，可進行閘門開度預(yù)置，待閘門達到該開度時，自動停機。另外在正常內(nèi)泄露時，閘門自上極限位置或預(yù)設(shè)定位置下滑100 mm時報警，油泵電機組自動投入運行，將閘門提升到原位。如下滑100 mm時，油泵電機組未能啟動，則閘門繼續(xù)下滑，待下滑量達到150 mm時，液壓啟閉機自動接通另一組備用油泵電機組，將閘門提升至全開位置，同時發(fā)出聲光報警信號。

4 液壓站閥組結(jié)構(gòu)

液壓站通過方向控制閥組控制每臺啟閉機，液壓站設(shè)在啟閉機機房，控制閥組設(shè)在油箱頂部，液壓站包括不銹鋼油箱、油泵電機組2套、閥組、儀表盤、電氣端子箱、壓力控制裝置和其他液壓件。每套分控閥組含插裝閥座、換向閥和其他液壓件。

5 液壓油

考慮工程當?shù)貧夂驐l件，綜合液壓油的性能指標，選用L-HV46抗磨液壓油。該品種液壓油具有適度的黏度、良好的黏溫性、抗氧化、無腐蝕作用、抗燃燒、不易乳化、無毒，有一定消泡的能力。

6 結(jié)論

目前，淜頭水電站已完工，液壓啟閉機在水電站運行情況基本良好，說明液壓啟閉機選型合理，滿足設(shè)計要求。