許海洋

(貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司沙沱發(fā)電廠，貴州 沿河 565300)

沙沱水電站總裝機(jī)容量1 120 MW(4×280 MW)，多年平均發(fā)電量45.52億kWh，設(shè)計年利用小時數(shù)4 064 h。工程為Ⅱ等大(2)型工程，大壩形式為碾壓混凝土重力壩。機(jī)組進(jìn)水口為壩式布置，由左岸壩身取水，引水發(fā)電系統(tǒng)采用一機(jī)一管布置方式。每臺機(jī)在引水管進(jìn)口設(shè)置一扇快速事故閘門，運(yùn)行方式為動水關(guān)閉、靜水開啟。每扇快速事故閘門設(shè)置一臺液壓啟閉機(jī)進(jìn)行啟閉操作，其采用拉桿與閘門相接。

每臺機(jī)設(shè)置的進(jìn)水口液壓啟閉機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 進(jìn)水口液壓啟閉機(jī)的技術(shù)參數(shù)表

1 液壓啟閉機(jī)液壓油更換的情形

1.1 液壓啟閉機(jī)液壓油更換的情形

1.1.1 《安裝使用維護(hù)說明書》要求

根據(jù)設(shè)備制造廠家提供的《安裝使用維護(hù)說明書》，本液壓控制系統(tǒng)調(diào)試完后更換新液壓油，初次使用一年后應(yīng)更換一次液壓油，以后每隔兩年更換一次，或采用油水分離器及精細(xì)濾油小車進(jìn)行過濾并化驗(yàn)液壓油各項(xiàng)指標(biāo)是否合格，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。由此可見，系統(tǒng)初次調(diào)試完成后和初次使用一年后都應(yīng)更換液壓油，以保證新裝設(shè)備不因安裝質(zhì)量和部件加工精度不夠?qū)е滦阅芟陆?。投入運(yùn)行后可視油質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)需要更換液壓油。

1.1.2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定

1)H-LM型液壓油在使用過程中的質(zhì)量監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)使用中的H-LM型液壓油起重設(shè)備一項(xiàng)指標(biāo)超過表2的指標(biāo)時應(yīng)更換新油。

表2 H-LM型液壓油換油指標(biāo)表[3]

2)液壓式啟閉機(jī)通用技術(shù)要求液壓介質(zhì)污染等級不應(yīng)高于《液壓傳動 油液 固體顆粒污染等級代號》(GB/T 14039-2002)標(biāo)準(zhǔn)中代號19/16級的規(guī)定[1-2]，即對照美國標(biāo)準(zhǔn)NAS1638油液固體顆粒污染等級為10級。由此可知，液壓啟閉機(jī)的液壓油顆粒污染度NAS等級≤10級。

1.2 沙沱水電站液壓啟閉機(jī)液壓油更換背景

沙沱水電站四臺機(jī)組進(jìn)水口快速事故閘門液壓啟閉機(jī)在機(jī)電安裝、調(diào)試完成后，安裝單位未按照設(shè)備說明書的要求進(jìn)行整體換油，2013年機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行以來，液壓啟閉機(jī)的液壓油分別存在顆粒污染度超標(biāo)和水分含量超標(biāo)等問題。經(jīng)過機(jī)組檢修期分別對液壓油過濾處理后，2018年采集液壓油油樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，油品化驗(yàn)結(jié)果如表3。由化驗(yàn)結(jié)果可以看出，40℃運(yùn)動粘度變化率和水分含量等指標(biāo)尚未超出油質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，但液壓油的顆粒污染度NAS等級均大于12級，已達(dá)到換油指標(biāo)。由此看出，電廠維護(hù)人員在每年機(jī)組檢修期間凈化處理后液壓油品質(zhì)能得到一定的改善，但未能從根本上解決以上超標(biāo)問題。

另外，電站4號機(jī)液壓啟閉機(jī)又發(fā)生過一次較嚴(yán)重的防雨罩進(jìn)水情況，油液中水分嚴(yán)重超標(biāo)，導(dǎo)致液壓油乳化，加劇了油品質(zhì)惡化，嚴(yán)重影響該液壓啟閉機(jī)的安全可靠運(yùn)行。采用油循環(huán)凈化處理措施已不經(jīng)濟(jì)，并且檢修期間進(jìn)行液壓油凈化處理時，僅能處理主油箱中的油液，無法實(shí)現(xiàn)對啟閉機(jī)整個系統(tǒng)中全部油液進(jìn)行徹底循環(huán)處理。因此，只能整體更換合格的新液壓油，才能從根本上解決油質(zhì)不達(dá)標(biāo)問題。

表3 液壓啟閉機(jī)抗磨液壓油油樣化驗(yàn)結(jié)果表

2 液壓啟閉機(jī)液壓油更換方法改進(jìn)

2.1 液壓啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理

沙沱水電站進(jìn)水口快速事故閘門液壓啟閉機(jī)主要由液壓油缸、液壓泵站(含兩臺柱塞油泵及液壓閥組)、主油箱、高位油箱、機(jī)架(支座)、管路系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)(含監(jiān)控測量元件)組成，安裝示意見圖1。

圖1 液壓油缸、機(jī)架和閘門安裝示意圖

液壓啟閉機(jī)基本運(yùn)行原理是：①當(dāng)液壓油泵啟動，空載運(yùn)行延時后電磁閥動作，系統(tǒng)加載且提門電磁閥動作，使得壓力油直接進(jìn)入油缸下腔，實(shí)現(xiàn)閘門提升，同時油缸上腔液壓油經(jīng)過插裝閥下腔和回油濾芯，排回主油箱。②當(dāng)機(jī)組有事故、現(xiàn)地或遠(yuǎn)方操作落門按鈕時，落門電磁閥動作，插裝閥動作，使得油缸上、下腔油管接口聯(lián)通，閘門在自重作用下將油缸下腔的液壓油排至油缸上腔，實(shí)現(xiàn)閘門快速下落，同時上、下腔液壓油的體積差由高位油箱存放的液壓油進(jìn)行自流補(bǔ)油。③當(dāng)高位油箱油位低于設(shè)置油位下限時，自動控制系統(tǒng)啟動液壓油泵，延時后加載電磁閥動作后系統(tǒng)加載，且補(bǔ)油電磁閥得電，油泵直接將主油箱的液壓油泵入高位油箱，高位油箱油位正常后自動停止注油。

2.2 液壓啟閉機(jī)換油方法改進(jìn)

針對在機(jī)組檢修期間，對進(jìn)水口快速事故閘門液壓啟閉機(jī)換油的工作需求，設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的換油方法為將進(jìn)水口快速事故閘門全關(guān)，此時活塞桿全部伸出，活塞處于最低位置，液壓油缸內(nèi)液壓油主要存儲于上腔，則分別對主油箱、高位油箱和液壓油缸上腔進(jìn)行排油。主油箱和高位油箱均有排油管和放空閥，用臨時管路接入廢油收集容器中，即可實(shí)現(xiàn)排油。液壓油缸上腔液壓油的排出需將油缸上端蓋打開，放入臨時吸油泵的吸油管，利用臨時油泵進(jìn)行抽排。此方法看似步驟簡單，但液壓油缸上腔排油過程中，實(shí)施難度較大，涉及高空作業(yè)，且需搭設(shè)臨時作業(yè)平臺。拆除液壓油缸上端蓋時，因其與缸體止口配合關(guān)系，會造成部分液壓油溢出灑落，造成設(shè)備表面污染及環(huán)境污染風(fēng)險。油缸高度較高，常規(guī)吸油泵的吸出高度不足，無法將液壓油缸上腔底部的油液完全抽出排空。裝復(fù)時需更換上端蓋和缸體把合面的密封件，造成備件的消耗，且需重新調(diào)整校對安裝在上端蓋上部的開度編碼器等。由于液壓油缸屬于戶外設(shè)備，在拆、裝上端蓋過程中，對環(huán)境條件要求較高，下雨、下雪、大風(fēng)、大霧等天氣條件均無法開展工作，且打開端蓋后有異物掉落或缸體損壞的風(fēng)險。因此，廠家提供的原換油方法存在極大的風(fēng)險和事故隱患，不利于保證人身安全、設(shè)備安全，不利于機(jī)組檢修工期的控制。

筆者在仔細(xì)研究現(xiàn)場設(shè)備的布置和液壓啟閉機(jī)系統(tǒng)原理，結(jié)合機(jī)組檢修安全措施的執(zhí)行等情況，利用液壓啟閉機(jī)在閘門下落過程中，液壓油缸下腔的液壓油會置換至液壓油缸上腔且不會回流至主油箱，同時在閘門提升過程油泵打出的壓力油全部進(jìn)入下腔，上腔油液的全部回流至主油箱這一特點(diǎn)，依靠液壓啟閉機(jī)電氣控制系統(tǒng)，創(chuàng)造性地提出了液壓啟閉機(jī)液壓油缸排油的新方法，對廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)換油方法進(jìn)行改進(jìn)，使液壓啟閉機(jī)換油工作更安全、更高效、更易于控制。

改進(jìn)后的液壓啟閉機(jī)換油方法分為以下8個步驟：①機(jī)組檢修安全措施中落下進(jìn)水口檢修閘門，進(jìn)水口快速事故閘門保持充水閥高度(300 mm)以上的小開度，保證液壓啟閉機(jī)高位油箱油量不少于該閘門當(dāng)前開度下落至全關(guān)時的補(bǔ)油量；②可靠斷開進(jìn)水口快速事故閘門液壓啟閉機(jī)所有電源及液壓油管路上的截止閥，對液壓啟閉機(jī)主油箱進(jìn)行排油；③打開主油箱檢修進(jìn)人孔，對油箱內(nèi)部進(jìn)行清掃，通過驗(yàn)收后封閉主油箱的檢修進(jìn)人孔；④給主油箱注入滿足整臺液壓啟閉機(jī)所需足量的合格的新液壓油，把主油箱上部液壓閥塊出口的回油管口進(jìn)行改接，接至舊油回收容器中；⑤液壓啟閉機(jī)操作功能保留現(xiàn)地操作，切除高位油箱自動補(bǔ)油功能，對液壓啟閉機(jī)電氣控制系統(tǒng)上電，打開啟閉機(jī)操作油管路上的截止閥，現(xiàn)地操作啟閉機(jī)使進(jìn)水口快速事故閘門落下至全關(guān)位置，則油缸下腔的舊液壓油全部轉(zhuǎn)移至油缸上腔，不會對主油箱已注入的合格的新液壓油造成影響和污染；⑥閘門全關(guān)后，迅速操作液壓啟閉機(jī)提升進(jìn)水口快速事故閘門，提升過程中，主油箱新油進(jìn)入油缸下腔，油缸上腔的舊油經(jīng)回油管排至舊油盛放容器中；⑦閘門提升至全開后，油缸下腔已全部注入新油，上腔舊油全部排出，液壓油缸上、下腔已換油完成，恢復(fù)改接的回油管口，使其正常接至主油箱；⑧將高位油箱剩余的舊油進(jìn)行排空，打開其檢修進(jìn)人孔，對油箱內(nèi)部進(jìn)行清掃，通過驗(yàn)收后封閉主油箱的檢修進(jìn)人孔，用液壓油泵直接將主油箱的新油泵入高位油箱，注油至正常油位。

改進(jìn)后的換油方法，保證系統(tǒng)中的舊油不會影響和污染新液壓油，兩種油液不發(fā)生混合。該方法操作靈活，可以根據(jù)機(jī)組安全措施執(zhí)行情況進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，個別機(jī)組高位油箱和主油箱之間的逆止閥密封效果不好，存在高位油箱的舊油倒流回主油箱的風(fēng)險時，可以在第②、③步驟中同時對主油箱和高位油箱進(jìn)行排油、清掃，在第④步給主油箱注入新油后，同時給高位油箱注入新油，也可以達(dá)到換油的效果，同時省略第⑧步驟。第⑥步驟中，在閘門提升過程中若主油箱新油油量不夠時，可以隨時停止提升，給主油箱中補(bǔ)充新油后繼續(xù)提門操作；在閘門提升過程中若盛裝舊油的容器已裝滿時，也可以隨時停止提升，更換舊油盛裝容器后繼續(xù)提門操作。若第⑤步和第⑥步之間銜接操作時間未控制好，未盡快提升快速事故閘門，造成檢修閘門和快速事故閘門之間積水，也可以中斷整體換油工作，在機(jī)組檢修工作結(jié)束后，機(jī)組進(jìn)行充水試驗(yàn)時，配合提門充水操作進(jìn)行油缸中液壓油更換。

2.3 4號機(jī)液壓啟閉機(jī)實(shí)施換油

2019年3月，沙沱水電站在#4機(jī)組C修期間，采用改進(jìn)后的液壓啟閉機(jī)液壓油更換方法，對#4機(jī)液壓啟閉機(jī)不合格的液壓油進(jìn)行更換。檢修人員提前加工制作了回油管專用改接管口，提前開展新油的檢測化驗(yàn)和轉(zhuǎn)運(yùn)工作，提前做好舊油的回收、盛放準(zhǔn)備，使得整個換油過程順利、平穩(wěn)、可控，僅用了3 d完成整臺啟閉機(jī)的換油工作，換油量約6 t(7 000 L)，未發(fā)生跑冒滴漏等異常情況，未發(fā)現(xiàn)影響人身安全和設(shè)備安全的因素。實(shí)施換油的所有節(jié)點(diǎn)均按計劃進(jìn)行，大部分操作步驟都允許隨時暫停和間斷，未發(fā)生應(yīng)急處置和加班加點(diǎn)的情況，極大提高了工作效率，降低檢修人員的勞動強(qiáng)度。通過4號機(jī)液壓啟閉機(jī)換油工作，證明改進(jìn)后的液壓油更換方法是行之有效的工作方法，換油后該啟閉機(jī)運(yùn)行正常，液壓油品質(zhì)整體達(dá)到各項(xiàng)指標(biāo)要求，根本性地提高了設(shè)備的健康水平。

3 換油方法改進(jìn)后的分析和總結(jié)

3.1 4號機(jī)液壓油缸上腔排油操作次數(shù)偏多原因

在換油過程中檢修人員采用容積為200 L油桶對舊油進(jìn)行收集。按照等體積換算的方法，油缸上腔排出的舊油若將200 L油桶裝滿，需要操作液壓啟閉機(jī)閘門提升高度約為700 mm，即h=V/S=200 L/πr2(式中r為液壓油缸內(nèi)部截面半徑)，則從閘門全關(guān)0 mm提升全開位置10 800 mm，應(yīng)該操作16次即可。

檢修人員換油過程中，提門操作達(dá)22次，比計劃提升操作次數(shù)稍多。分析其換油操作的過程，檢修人員在排油過程中，為了防止盛裝舊油的200 L油桶盛裝過滿導(dǎo)致溢出、不便于轉(zhuǎn)運(yùn)，每只油桶盛油量約為油桶總?cè)莘e八九成時即停止提升，造成操作次數(shù)增加。

另外，檢修人員選擇排出舊油的轉(zhuǎn)接口不是油缸上腔回油管的管口，而是啟閉機(jī)液壓油回油總管的管口，啟閉機(jī)回油總管還承接油泵啟動后空載運(yùn)行的溢油，導(dǎo)致提升閘門時油泵空載運(yùn)行的延時期間，油泵將主油箱內(nèi)注入的新油從回油總管處泵出，浪費(fèi)了部分新油且占據(jù)了盛裝舊油油桶的部分容積，對應(yīng)單次提升操作啟閉機(jī)的高度減小，造成操作次數(shù)增加。

3.2 4號機(jī)液壓啟閉機(jī)換油量誤差分析

4號機(jī)液壓啟閉機(jī)此次換油共消耗新油35桶，約7 000 L，整個系統(tǒng)液壓油更換完畢后收集到的舊油油量約為7 000 L。換油前后注入的新油與排出的舊油油量基本一致，各油箱換油前后油位大致相當(dāng)，表面上看似嚴(yán)絲合縫，其實(shí)換油量已超出系統(tǒng)實(shí)際使用油量，這一點(diǎn)誤差引起筆者關(guān)注。筆者在4號機(jī)液壓啟閉機(jī)換油前，對該啟閉機(jī)實(shí)際運(yùn)行油量進(jìn)行核算，主油箱、高位油箱和啟閉機(jī)全部油量約為6 400 L。換油后，消耗的新油與啟閉機(jī)中舊油兩者相差約600 L的油量。

根據(jù)油缸上腔排油操作次數(shù)計算，提升閘門時油泵空載運(yùn)行的延時期間，油泵將主油箱內(nèi)注入的新油從回油總管處泵出，浪費(fèi)了部分新油。油泵的排量為2.5 L/s，按照操作提升閘門至全行程操作22次，手動操作規(guī)程中規(guī)定每次操作油泵空載運(yùn)行10 s延時后，液壓系統(tǒng)才開始加載，計算出壓油泵空載運(yùn)行期間泵出的新油油量為V=Qt=2.5×22×10=550 L，則表明新油實(shí)際沒有注入設(shè)備內(nèi)，而是和舊油一起排出。

另外，主油箱注入新油時，采用臨時吸油泵從200 L的新油桶中直接抽入，抽油泵吸油口不可能將新油完全抽出，新油桶底部會殘余少量新油，35個新油桶中的殘余新油總量約50 L左右。油泵空載運(yùn)行排出的新油和油桶殘余的新油油量之和約為600 L。

實(shí)際更換到啟閉機(jī)內(nèi)部的新油仍為6 400 L，還有約600 L的新油在換油過程中被視作舊油，未能利用。

3.3 換油方法改進(jìn)后的進(jìn)一步優(yōu)化

針對在4號機(jī)液壓啟閉機(jī)采用改進(jìn)后的液壓油更換方法換油作業(yè)中，造成部分新油油品浪費(fèi)和過于頻繁的手動操作次數(shù)，筆者再提出換油作業(yè)中的以下優(yōu)化措施：在改接舊油回收油口時，一定要選擇在油缸上腔排油管的接頭處改接，同時將油泵空載運(yùn)行時的溢油管口與回收舊油管口可靠隔離，保證油泵空載運(yùn)行時泵出的新油完好地流回主油箱，減少油品的浪費(fèi)。在選擇盛裝回收舊油的容器時，盡可能選擇敞口的非密閉大容量的容器，這樣就會提高液壓油缸上腔排油的連續(xù)性，減少提升閘門的操作次數(shù)。

還可將啟閉機(jī)工作行程的上限值臨時設(shè)定為最大行程，以便于對液壓油缸上腔的全部液壓油進(jìn)行更換。

4 結(jié) 語

相較于原來的換油方法，液壓啟閉機(jī)液壓油更換方法的改進(jìn)和進(jìn)一步優(yōu)化，提高了液壓啟閉機(jī)液壓油更換的可操作性，而且利用提升閘門時對油缸上腔舊油產(chǎn)生的壓力，無論舊油盛裝容器擺放在何處，都可以使舊油順利排入，減少了抽排設(shè)備的投入，也降低了舊油容器裝滿之后轉(zhuǎn)運(yùn)的難度。改進(jìn)后的換油方法結(jié)合進(jìn)一步優(yōu)化措施的應(yīng)用，能最大限度減少液壓油的消耗浪費(fèi)、減少不必要的備件物資消耗、簡化檢修工藝流程、降低環(huán)境污染風(fēng)險和人身、設(shè)備安全風(fēng)險。