劉 濤

(中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

1 引言

卡魯瑪水電站位于烏干達(dá)基奧加尼羅河上，電站是以發(fā)電為主要任務(wù)的水電樞紐工程，總裝機(jī)容量600 MW。電站正常蓄水位1030.00 m，正常蓄水位下庫(kù)容7987萬(wàn) m3。大壩由重力式擋水壩段、泄洪閘壩段、沖砂閘壩段、生態(tài)流量泄放孔壩段和魚道等組成，最大壩高約為14 m，壩頂長(zhǎng)度約為314.44 m，壩頂高程為1032.00 m。最低運(yùn)行水位為1028.00 m，尾水位高程約為960.00 m，電站額定水頭約為60 m，單機(jī)引用流量為188 m3/s。

生態(tài)流量泄放孔安裝有1套弧形閘門，弧門由支鉸座、支臂、門葉、水封組成，弧門寬10 m，弧門門葉弧長(zhǎng)5.66 m，支鉸座中心至弧門門葉距離為7 m，弧門重約22.75t。弧門控制系統(tǒng)由控制盤柜、液壓泵站、液壓油缸組成。

2 弧門振動(dòng)和噪音問(wèn)題的出現(xiàn)

2019年12月，弧門及其控制系統(tǒng)安裝完成后開(kāi)始進(jìn)行無(wú)水調(diào)試，弧門在啟閉過(guò)程中出現(xiàn)異響且弧門門葉伴有振動(dòng)[1]。經(jīng)過(guò)多次啟閉弧門，發(fā)現(xiàn)弧門在開(kāi)啟過(guò)程產(chǎn)生的異響及振動(dòng)要大于弧門關(guān)閉過(guò)程產(chǎn)生的異響及振動(dòng)，且異響主要集中在右岸支臂位置。

3 可能導(dǎo)致弧門產(chǎn)生振動(dòng)和異響的原因分析

3.1 液壓系統(tǒng)中存在空氣

液壓系統(tǒng)中如果存在空氣，會(huì)造成壓力傳遞介質(zhì)的不均勻，使壓力傳遞發(fā)生波動(dòng)，導(dǎo)致液壓油缸動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而引起弧門的振動(dòng)[2]。

3.2 液壓油中有雜質(zhì)

液壓油如果含有雜質(zhì)，例如壓力管路焊接后未清掃干凈，管路內(nèi)部焊縫的氧化渣未打磨徹底，液壓油本身顆粒度超標(biāo)等，這些問(wèn)題都可能使液壓系統(tǒng)的壓力傳遞出現(xiàn)波動(dòng)，導(dǎo)致液壓油缸動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而引起弧門的振動(dòng)。

3.3 支鉸座發(fā)卡

如果支鉸座動(dòng)作不靈活，關(guān)節(jié)軸承有發(fā)卡現(xiàn)象，將直接導(dǎo)致弧門在啟閉過(guò)程出現(xiàn)卡頓現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)而引起弧門的振動(dòng)和異響[3]。

3.4 閘門安裝尺寸偏差過(guò)大

如果支鉸座的安裝高程、中心偏差過(guò)大，或是弧形閘門傾斜、變形導(dǎo)致弧門面板與側(cè)軌的間隙不一致，安裝側(cè)水封后不同位置的側(cè)水封受力不一致，亦或是安裝支臂時(shí)，弧門位置調(diào)整的不準(zhǔn)確，導(dǎo)致支臂與弧門連接后存在較大的內(nèi)應(yīng)力。上述這些原因都可能導(dǎo)致弧門在啟閉過(guò)程發(fā)生振動(dòng)進(jìn)而引起異響[4]。

4 對(duì)可能的原因進(jìn)行逐一排查

針對(duì)上述可能導(dǎo)致弧門產(chǎn)生振動(dòng)和異響的原因，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)如下方法進(jìn)行逐一排查。

(1)打開(kāi)液壓油缸上的排氣閥，分離液壓油缸與弧門，多次動(dòng)作液壓油缸，最大程度地排出液壓系統(tǒng)中的空氣[5]。

(2)利用濾油機(jī)對(duì)液壓油進(jìn)行多次循環(huán)過(guò)濾，保證液壓油的潔凈度和顆粒度符合廠家要求。

(3)分離支鉸座和支臂，用汽車吊單獨(dú)動(dòng)作支鉸座，檢查支鉸座是否發(fā)卡，關(guān)節(jié)軸承動(dòng)作是否靈活。

(4)利用全站儀和電子水準(zhǔn)儀復(fù)核支鉸座的安裝高程、里程，檢查各項(xiàng)數(shù)據(jù)的偏差是否符合設(shè)計(jì)要求。

(5)分離支臂與弧門，重新調(diào)整、檢查弧門位置，檢查弧門面板與側(cè)軌的間隙是否均勻。

通過(guò)以上方法對(duì)各種可能導(dǎo)致弧門產(chǎn)生振動(dòng)和異響的原因進(jìn)行逐一排查后，再次動(dòng)作弧門，發(fā)現(xiàn)弧門仍然存在振動(dòng)和異響。

5 確定振動(dòng)源

通過(guò)逐一排查各種可能導(dǎo)致弧門產(chǎn)生振動(dòng)和異響的原因后，弧門的振動(dòng)和異響并沒(méi)有消失，于是決定把兩個(gè)液壓油缸的位置進(jìn)行互換，互換后發(fā)現(xiàn)弧門的異響從右岸轉(zhuǎn)移至左岸，初步確定引起弧門振動(dòng)和異響的根源就是液壓油缸[6]。

為繼續(xù)論證這一猜測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)液壓油缸和弧門進(jìn)行了分離，然后利用70 t汽車吊緩慢提升弧門，發(fā)現(xiàn)弧門的啟閉過(guò)程平穩(wěn)、正常，并未出現(xiàn)任何振動(dòng)與異響。接著，單獨(dú)動(dòng)作液壓油缸，并派人仔細(xì)觀察液壓油缸的動(dòng)作情況，發(fā)現(xiàn)液壓油缸在動(dòng)作過(guò)程，活塞桿有頻率較高的輕微振動(dòng)，并伴隨有輕微的異響。至此，已經(jīng)可以確定是由于液壓油缸的高頻輕微振動(dòng)導(dǎo)致弧門的振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生異響。

6 振動(dòng)和異響問(wèn)題的解決

根據(jù)液壓系統(tǒng)技術(shù)理論并結(jié)合以往類似工程的經(jīng)驗(yàn)，引起液壓系統(tǒng)振動(dòng)的主要因素有液壓系統(tǒng)缺陷、液壓系統(tǒng)有空氣、液壓油污染、運(yùn)動(dòng)部位摩擦等。

對(duì)液壓油缸的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)液壓缸下端蓋的V型組合密封有6圈，總尺寸為125 mm×145 mm×32 mm，活塞與缸體之間的V型組合密封有3圈，總尺寸為180 mm×150 mm×31.5 mm。這樣，與活塞和活塞桿接觸的密封寬度就達(dá)到了63.5 m。這樣設(shè)計(jì)的目的是為了達(dá)到更好的密封效果，減少兩腔之間的壓力損失。但是，由于密封寬度大，導(dǎo)致整個(gè)密封的剛性相對(duì)偏大，這樣液壓油很難通過(guò)活塞在兩個(gè)腔體間滲漏。同時(shí)，油缸內(nèi)壁和活塞桿外表的光潔度高、粗糙度底，這樣油缸內(nèi)壁和活塞桿外表容納液壓油的空間就非常小。當(dāng)液壓油缸動(dòng)作時(shí)，活塞與油缸內(nèi)壁間、活塞桿與油缸下端蓋間不能形成平滑運(yùn)動(dòng)所需要的潤(rùn)滑油膜。活塞和活塞桿在缺少潤(rùn)滑油膜的情況下動(dòng)作，就會(huì)出現(xiàn)干摩擦的現(xiàn)場(chǎng)，這樣就會(huì)出現(xiàn)高頻輕微振動(dòng)和異響(圖1、圖2)。

根據(jù)上述分析，通過(guò)與武進(jìn)廠家的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通，決定對(duì)V型組合密封進(jìn)行如下處理。

拆除液壓油缸并轉(zhuǎn)運(yùn)至倉(cāng)庫(kù)，對(duì)液壓油缸進(jìn)行解體。

圖1 液壓油缸下端蓋與活塞桿之間的V型組合密封

圖2 液壓油缸與活塞之間的V型組合密封

(1)把液壓油缸下端蓋與活塞桿之間的V型組合密封由6圈減少為4圈，并加工一個(gè)墊環(huán)來(lái)代替減少的V型組合密封；

(2)把液壓油缸與活塞之間的V型組合密封由3圈減少為2圈，并加工一個(gè)墊環(huán)來(lái)代替減少的V型組合密封。

通過(guò)上述改進(jìn)，重新安裝液壓油缸并動(dòng)作弧門，弧門的振動(dòng)和異響基本得到消除，并順利完成了弧門的無(wú)水調(diào)試工作。

7 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)卡魯瑪水電站弧門出現(xiàn)振動(dòng)和異響的問(wèn)題，進(jìn)行了較為全面的原因分析與排查，最終找到引起振動(dòng)和異響的根本原因，并結(jié)合相關(guān)理論知識(shí)和以往經(jīng)驗(yàn)，解決了弧門振動(dòng)及異響這一問(wèn)題，可為今后類似工程施工提供借鑒。