唐彥

(四川省紫坪鋪開發(fā)有限責(zé)任公司，四川成都 610091)

紫坪鋪水利樞紐應(yīng)急泵站的設(shè)計(jì)選型及應(yīng)用

唐彥

(四川省紫坪鋪開發(fā)有限責(zé)任公司，四川成都 610091)

液壓系統(tǒng)在水工閘門中應(yīng)用普遍、技術(shù)成熟，紫坪鋪水利樞紐4套泄洪工作閘均使用液壓啟閉系統(tǒng)。鑒于紫坪鋪水利樞紐所處的特殊地理位置及其防洪度汛、下游供水等重要作用，以及2008年“5．12”震后應(yīng)急要求及搶修難度，為進(jìn)一步增強(qiáng)工作閘的啟閉可靠度，在災(zāi)后恢復(fù)重建中，為4套工作閘研發(fā)配置了專用應(yīng)急泵站作為原液壓系統(tǒng)的備用設(shè)備，以確保在原電氣、液壓及電源故障情況下仍能應(yīng)急啟閉閘門，為樞紐安全運(yùn)行和下游防洪供水提供了有力保障。

紫坪鋪水利樞紐；應(yīng)急泵站；液壓系統(tǒng)；應(yīng)用

1 概述

紫坪鋪水利樞紐位于四川省成都市西北方向的岷江上游，是一座以灌溉和供水為主，兼有發(fā)電、防洪、環(huán)境保護(hù)等綜合效益的大型水利工程。樞紐泄洪任務(wù)主要由互為備用的1#、2#泄洪洞承擔(dān)，因此2套工作閘交替在高頻率、小開度的惡劣工況下運(yùn)行，對(duì)其安全性和可靠度要求極高。在2008年5．12汶川地震中，2套工作閘電氣控制系統(tǒng)遭受嚴(yán)重破壞，液壓泵站處于癱瘓狀態(tài)，應(yīng)急搶修工作尤為艱難。因此，我公司根據(jù)災(zāi)后恢復(fù)重建的要求增設(shè)了應(yīng)急泵站?，F(xiàn)以1#泄洪洞工作閘為例，介紹了應(yīng)急泵站在紫坪鋪水利樞紐中的設(shè)計(jì)選型、改造安裝及實(shí)際運(yùn)行情況。

2 設(shè)計(jì)要求

本次設(shè)計(jì)的應(yīng)急泵站用于1#、2#泄洪洞、沖沙洞和溢洪道工作閘。由于各工作閘為分散布置，應(yīng)急泵站轉(zhuǎn)運(yùn)不便，故本次共配置了4套應(yīng)急泵站?？紤]到應(yīng)急泵站的通用性，4套應(yīng)急泵站型式相同、互為備用。要求應(yīng)急泵站在原電氣控制、液壓泵站及電源故障情況下仍能應(yīng)急啟閉閘門；應(yīng)急泵站的啟門速度為0．1 m/min；應(yīng)急泵站與原系統(tǒng)連接的吸油、供油、回油管路采用帶快速接頭的高壓軟管。

3 應(yīng)急泵站的設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的應(yīng)急泵站用于驅(qū)動(dòng)原液壓啟閉機(jī)，因此，首先明確了液壓介質(zhì)使用原來的46#抗磨液壓油；應(yīng)急泵站向啟閉機(jī)供油的油管仍使用設(shè)置在原缸旁的進(jìn)出油管；應(yīng)急泵站使用原泵站吸、回油濾芯。

根據(jù)紫坪鋪水利樞紐4套工作閘的運(yùn)行特點(diǎn)和上述設(shè)計(jì)要求，應(yīng)急泵站按照集中配置的方式設(shè)計(jì)，主要包括液壓系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)及輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)。

3．1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3．1．1 分析系統(tǒng)工況，確定主要參數(shù)

根據(jù)適應(yīng)原液壓啟閉機(jī)運(yùn)行工況和利用原液壓泵站相關(guān)元器件的要求，1#泄洪洞工作閘有桿腔設(shè)計(jì)壓力為18 MPa，運(yùn)行壓力為12 MPa，根據(jù)成大先主編的《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷，可初步選定應(yīng)急泵站額定出口壓力為20 MPa。

根據(jù)液壓啟閉機(jī)缸徑為φ680，桿徑為φ380，閘門起升速度為0．1m/min，通過L=π［(6．8dm/ 2)2－(3．8 dm/2)2］×1 dm/min計(jì)算啟門供油量為24．963 L/min。故初步選定單條支路為25 L/ min。若有需要，可做適當(dāng)調(diào)整。

3．1．2 草擬系統(tǒng)原理圖，確定控制型式

應(yīng)急泵站只是為啟閉機(jī)提供一定壓力、流量的液流動(dòng)力，除了共用缸旁閥外，只需設(shè)計(jì)少量、簡單的手動(dòng)控制系統(tǒng)，故采用開式系統(tǒng)。調(diào)速方案采用定量齒輪泵-進(jìn)油口節(jié)流調(diào)速，并在控制系統(tǒng)上配置了獨(dú)立的液控溢流閥作為卸荷回路。

此外，采用手動(dòng)換向閥用以滿足閘門啟、閉操作油路換向的要求，同時(shí)考慮閘門開啟泄流后開度穩(wěn)定，還需設(shè)計(jì)保壓裝置。將上述設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)、要求結(jié)合起來即得到圖1:應(yīng)急泵站液壓系統(tǒng)示意圖。

圖1 應(yīng)急泵站液壓系統(tǒng)示意圖

3．1．3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)應(yīng)急泵站液壓系統(tǒng)示意圖，結(jié)合泄洪洞、沖沙洞和溢洪道4套工作閘的運(yùn)行工況及壓力參數(shù)對(duì)應(yīng)急泵站液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選型。

(1)液壓泵選型。

在綜合考慮原4套執(zhí)行元件的工作壓力后，將啟門力擬定為12 MPa，按照公式P0=P+ΔP (式中P0為泵的工作壓力；P為系統(tǒng)的工作壓力；ΔP為各種壓力損失，其中包括沿程壓力損失和局部壓力損失等)，取ΔP=1 MPa，計(jì)算得液壓泵的工作壓力P0=13 MPa。

鑒于齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕、制造方便、價(jià)格低廉、工作可靠、自吸性能強(qiáng)、對(duì)油液污染不敏感，屬于定量泵，因此決定選定齒輪泵。根據(jù)初步計(jì)算的液壓流量25 L/min，對(duì)于一般情況，取泄漏比例為10% ，則計(jì)算出的液壓泵的流量需要25×(1+10%)=27．5(L/min)。考慮到液壓泵站的型式及原供排管路特性，結(jié)合市場產(chǎn)品性能，最終選擇8CC/REV型齒輪泵。

(2)液壓介質(zhì)的選擇。

在液壓系統(tǒng)中，液壓泵的負(fù)荷重量需根據(jù)液壓泵選擇液壓介質(zhì)的粘度。由于最終選用的是齒輪泵，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，允許粘度范圍為4～220 cSt，最佳粘度為25～54 cSt。對(duì)于符合條件的液壓介質(zhì)在5℃ ～40℃ 時(shí)推薦為L－HL32、LHL46，在40℃～80℃ 時(shí)，推薦為L－HL46、LHL68?？紤]到工作環(huán)境溫差較大，最終選用的是L－HL46，與原液壓系統(tǒng)的液壓介質(zhì)一致。

(3)閥組元器件的選型。

液壓閥組及管路設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、移動(dòng)方便、無管集成插裝閥型式。結(jié)合對(duì)接管路的尺寸，按照閥組的實(shí)際壓力、流量與額定值相接近的原則選定的主要閥組見表1。

3．1．4 動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

應(yīng)急泵站的原動(dòng)機(jī)采用柴油機(jī)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速變化范圍一般為500～4 000 r/min。在綜合考慮價(jià)格及性能因素后，選擇了與齒輪泵參數(shù)匹配的R2V840型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)；同時(shí)，考慮到泵站要求結(jié)構(gòu)緊湊，柴油機(jī)與齒輪泵二者的曲線偏移補(bǔ)償，決定采用彈性柱銷聯(lián)軸器。匹配后的發(fā)動(dòng)機(jī)組參數(shù)為:額定轉(zhuǎn)速N=3 600 rpm，額定功率P=15 kW，額定出口壓力P=20 MPa，流量Q=29 L/min。

表1 應(yīng)急泵站閥組配置表

3．1．5 輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

輔助機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、柴油箱、行走機(jī)構(gòu)、蓄電池等。

機(jī)架本身主要以焊接為主，機(jī)架與其它部件以螺栓連接為主；柴油箱布置在整個(gè)機(jī)架頂部，用螺栓固定，以便于加、供油；行走機(jī)構(gòu)采用帶鎖定裝置的四輪滾動(dòng)行走；蓄電池僅作為柴油打火開關(guān)供電，故采用24 V直流蓄電瓶。整個(gè)應(yīng)急泵站配置組裝后的實(shí)物見圖2。

圖2 應(yīng)急泵站實(shí)物圖

4 原液壓管路的改造

管路改造工作應(yīng)本著盡量少影響原液壓系統(tǒng)正常運(yùn)行和便于拆裝的原則進(jìn)行，主要包括有桿腔供油管、無桿腔供油管、吸油管及回油管的改造。在選擇好改造位置后，安裝用于主、備系統(tǒng)切換的高壓球閥，同時(shí)制作并安裝帶快速接頭的不銹鋼管。供油管改造情況見圖3。

圖3 新增供油管及快速接頭示意圖

吸油、回油管路的改造工作與供油管路相似，須安裝隔離用的手動(dòng)球閥，焊接油管及快速接頭。對(duì)于液壓油的過濾，仍沿用原液壓系統(tǒng)的吸、回油濾芯。

5 應(yīng)急使用情況

應(yīng)急泵站配置、改造完成后，使用起來較為便捷。以1#泄洪洞工作閘應(yīng)急泵站為例:當(dāng)遇到原系統(tǒng)電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)或液壓泵站發(fā)生故障時(shí)，操作新增高壓球閥隔離原液壓系統(tǒng)，連接帶快速接頭的有桿腔油管、無桿腔油管、吸油管和回油管等4套油管，確認(rèn)無誤后即可啟動(dòng)應(yīng)急泵站進(jìn)行閘門的應(yīng)急啟閉。通過現(xiàn)場應(yīng)急演練的實(shí)踐看，整個(gè)準(zhǔn)備工作不超過20 min即可完成，大大提高了設(shè)備的安全性和可靠度。

6 結(jié)語

目前閘門液壓控制系統(tǒng)較為成熟，但對(duì)于頻繁、小開度操作的深孔工作閘，液壓泵站的運(yùn)行工況惡劣，泄水狀態(tài)發(fā)生故障后不便于檢修；受地震、泥石流災(zāi)害等造成液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)或動(dòng)力電源癱瘓等情況下?lián)岆U(xiǎn)、搶修的難度大，配置應(yīng)急泵站后能夠及時(shí)投用啟閉閘門，確保供水、泄洪及樞紐的安全運(yùn)行，同時(shí)為搶險(xiǎn)、搶修工作留出了充裕的時(shí)間。

TV7;TV735;TV737;TV53+3

B

1001-2184(2015)05-0112-03

唐 彥(1981-)，男，四川鄰水人，主任助理，工程師，學(xué)士，從事水工金結(jié)設(shè)備安裝、檢修、運(yùn)行管理工作．

(責(zé)任編輯:李燕輝)

2015-05-05