王琦，楊勇，方東林

(中國葛洲壩集團機械船舶有限公司，湖北 宜昌 443002)

1 氣壓式沉柜概述

1984年中國葛洲壩集團機械船舶有限公司建造了我國首臺沉柜(命名為自浮式檢修沉柜)，用于大壩檢修，當時設備技術(shù)落后，檢修時需依靠人力在江面拖動，對人員身體有一定影響，檢修能力不足。2008年中國葛洲壩集團機械船舶有限公司在原來沉柜基礎上建造了新型沉柜(專利名稱，氣壓式沉柜;專利號，200620163305)，增加了電氣控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和導航系統(tǒng)，檢修能力大大提高。

氣壓式沉柜是用于葛洲壩水利樞紐二江泄水閘閘室、護坦平面、1∶12斜坡段及049縫檢查和維修工作的水下工程機械。根據(jù)檢修面的實際情況，具備建立水下帶壓和常壓2種工作環(huán)境的能力，該設備具有自浮、下潛和動力移位的功能。

2 氣壓式沉柜的組成及原理

氣壓式沉柜由工作母船、動力電纜、控制電纜、高壓油管及沉柜組成。工作母船上有液壓動力泵站、電氣柜、水冷卻設備等。液壓泵站通過長度為50 m的油管與新沉柜浮箱上的進、回油接口相連，向新沉柜的液壓推動系統(tǒng)、沖水清淤系統(tǒng)提供動力。實現(xiàn)推進系統(tǒng)的驅(qū)動及調(diào)速、螺旋槳的擺動、沖水清淤系統(tǒng)中液動設備和水下液動施工用工具的驅(qū)動等功能。氣壓式沉柜結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

圖1 氣壓式沉柜結(jié)構(gòu)布置圖

該液壓系統(tǒng)由液壓泵站、閥臺、推動系統(tǒng)、沖水清淤系統(tǒng)組成。液壓泵站安裝在工作母船上，可整體拆裝，使用及維護方便，主要零部件進行了特殊設計及處理，保證在水下工作時的密封并防止意外情況。液壓站系統(tǒng)壓力為16 MPa，最大流量為105 L/min。閥臺安裝在沉柜浮箱上，為了減小浮箱的整體重量，閥塊沒有采用45號鍛鋼件而使用了特殊的航空鋁合金材料，減小了浮箱上浮的阻力。推動系統(tǒng)安裝在浮箱的四角，由擺動油缸、液壓馬達、螺旋槳、角度傳感器、管路等組成。在浮箱浮起狀態(tài)下可在液壓螺旋槳的推動下，沿大壩平行和垂直的4個方向做直線運動。沖水清淤系統(tǒng)由液動水泵、液動水炮、手持式水槍、電動蝶閥、管路及閥件等組成，分別布置在新沉柜盾底斜壁上和控制室內(nèi)。安裝在新沉柜盾底內(nèi)的設備采用可拆卸形式，在新沉柜更換盾底時，可重新安裝到使用的盾底內(nèi)，避免重復配置。液動水炮射程為20 m，體積流量為35 m3/h，左右旋轉(zhuǎn)范圍為 －75°～ +75°，上下旋轉(zhuǎn)范圍為 －100°～ +25°。在作業(yè)時，利用氣動系統(tǒng)增加氣壓排空沉柜內(nèi)的江水，操作人員從人行通道進入盾底，用清淤工具對水下雜物進行清理。

3 安裝調(diào)試中出現(xiàn)的問題

3.1 溫度控制

工程船上的液壓動力站向沉柜的執(zhí)行裝置提供動力。

在沉柜的調(diào)試試運轉(zhuǎn)過程中，經(jīng)過幾次試運行操作，發(fā)現(xiàn)在液壓泵站空載、水冷卻器開啟的情況下，隨著液壓泵站運行時間的加長，液壓油溫度升高，進而電氣柜報液壓油溫度過高故障信號，導致沉柜液壓泵站不能長時間運行而自動停機。在水冷卻器開啟、液壓泵站負荷狀態(tài)下，電氣系統(tǒng)仍發(fā)出油溫過高故障信號。油溫過高對液壓系統(tǒng)是非常致命的，長時間油溫過高必然會使液壓元件密封受到破壞、液壓元件漏油，甚至導致系統(tǒng)無法工作。

圖2 改造前液壓泵站俯視圖

經(jīng)過設計各方的溝通，認為空載時液壓油長時間通過溢流閥閥芯卸荷對油溫影響很大，因此，中國葛洲壩集團機械船舶有限公司技術(shù)人員對工作母船上液壓泵站的管路進行了改造。改造前液壓泵站俯視圖如圖2所示，改造后液壓泵站俯視圖如圖3所示。

改造前，液壓油通過溢流閥組建立壓力，由于比例閥組操控的動力源裝置一直沒有開啟，動力油路徑為:液壓泵→溢流閥卸荷→卸荷液壓油→油箱，在此過程中，電機產(chǎn)生的機械能完全轉(zhuǎn)化為熱能和動力勢能釋放在油箱里面，因此，油箱很快發(fā)熱，而且溫度越來越高。水冷卻系統(tǒng)在比例閥組沒開啟之前沒有發(fā)揮作用。

改造后，液壓泵站空載，執(zhí)行機構(gòu)不工作時液壓油的路徑為:液壓泵→溢流閥卸荷→卸荷液壓油→水冷卻器→回油濾器→油箱，從而起到冷卻的作用。液壓泵站負載，執(zhí)行機構(gòu)工作時液壓油的路徑為:液壓油→沉柜閥臺→執(zhí)行裝置→沉柜閥臺→回油管→水冷卻器→回油濾器→油箱。

中國葛洲壩集團機械船舶有限公司技術(shù)人員對改造前、后液壓系統(tǒng)的油溫變化情況進行監(jiān)控和采集，得到的數(shù)據(jù)見表1。

3.2 比例流量閥的調(diào)試

沉柜的電氣控制系統(tǒng)元件安裝在控制室內(nèi)，整個沉柜控制室空間狹小，動力電纜與控制電纜縱橫交錯，給整個電氣的安裝和調(diào)試帶來了困難。在調(diào)試試運行過程中發(fā)現(xiàn)，螺旋槳轉(zhuǎn)動斷斷續(xù)續(xù)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，比例閥電路板的比例信號受到嚴重干擾甚至無法傳輸?shù)诫姶砰y，導致比例流量閥的節(jié)流口開關(guān)不能到位。經(jīng)過設計各方的溝通，將控制電纜更換為屏蔽控制電纜，更換電纜后的測試結(jié)果顯示:比例信號穩(wěn)定、可靠，螺旋槳轉(zhuǎn)動均勻、平穩(wěn)，達到了設計要求。

圖3 改造后液壓泵站俯視圖

表1 改造前、后液壓系統(tǒng)油溫對比

3.3 螺旋槳的安裝和調(diào)試

沉柜推動系統(tǒng)依靠安裝在浮箱4個角上的螺旋槳推動前進。螺旋槳槳葉直徑為? 300 mm，轉(zhuǎn)速可在20～180 r/min范圍內(nèi)調(diào)整，最大推力為3 kN。螺旋槳的調(diào)試主要包括螺旋槳轉(zhuǎn)速的調(diào)試和角度傳感器的調(diào)試。

沉柜通過擺動油缸的調(diào)整，兩兩一組推動沉柜向4個方向移動，當其中一對螺旋槳推動時，另一對螺旋槳起著糾偏作用，保證沉柜航向正確。根據(jù)航速要求，由比例流量閥來調(diào)節(jié)液壓螺旋槳的速度，操作人員在控制室通過操縱手柄來定位沉柜的航向和速度。在調(diào)試試運行時，質(zhì)檢人員用轉(zhuǎn)速表對4個螺旋槳的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整和整定，從而確定比例流量閥的電流信號，保證螺旋槳的轉(zhuǎn)速同步和沉柜移動時的正確航向。

角度傳感器調(diào)整。當轉(zhuǎn)向油缸擺動時，安裝在油缸上的編碼器向控制室傳輸信號，操作人員根據(jù)傳感器信號確定螺旋槳的轉(zhuǎn)向是否到位。安裝編碼器時要將其信號線和控制回路正確連接，分清楚線號和正、負極，防止編碼器損毀，并且使用屏蔽控制電纜，防止信號干擾。編碼器量程為0°～360°，油缸的擺動范圍為0°～90°，因此，角度傳感器在0°～90°范圍內(nèi)要精確調(diào)整(此區(qū)間很小，要耐心微調(diào))，待編碼器角度調(diào)整到0°時，將其固定并安裝防水罩，做好防雨、密封措施。

3.4 開機前的準備與檢查工作

在調(diào)試和試運轉(zhuǎn)前，需進行以下準備與檢查工作:

(1)系統(tǒng)站內(nèi)、外管道應進行單獨徹底的循環(huán)清洗，循環(huán)清洗時，管道內(nèi)流速應處于紊流狀態(tài)且沖洗時間為24 h。液壓油最終顆粒度應達到NAS8級標準，沖洗完畢要立即封堵關(guān)口，防止二次污染。

(2)液壓系統(tǒng)二次安裝時應牢固可靠，空氣應排凈，檢查泵吸口油管是否漏氣、油泵內(nèi)是否充滿油液。

(3)檢查電機轉(zhuǎn)向與油泵的進、出口，確認油泵與所示旋轉(zhuǎn)方向相符。

(4)裝入油箱中的液壓油應進行過濾和油品化驗。油箱內(nèi)的油量應保證液壓站及管路初步充液后油位位于正常工作液位之上，至少不低于油箱液位計滿刻度的3/4。

(5)檢查電接點壓力表、閥件、壓力傳感器及液位、液溫、濾器堵塞發(fā)訊等液壓元件是否完好，動作是否正常可靠，信號是否到位，各手動球閥是否按系統(tǒng)原理圖開關(guān)到位。

(6)檢查電氣線路及接線接口是否符合電氣接線圖的要求。

(7)檢查各液壓管道接口是否正確，檢查各連接元件(法蘭、管接頭等)，確保密封件安裝正確、無缺損，緊固件應連接牢固、可靠。

(8)單體試運行時監(jiān)測系統(tǒng)運行壓力應無異常變化并符合設計標準，同時檢查各連接面，若有泄漏，立即停泵并進行檢查處理。

4 結(jié)束語

隨著中國葛洲壩集團機械船舶有限公司氣壓式沉柜調(diào)試和試運轉(zhuǎn)的逐步進行，氣壓式沉柜出現(xiàn)的一些問題已得到徹底解決，氣壓式沉柜正在檢修工作中發(fā)揮著重要作用。