(中國(guó)水電工程顧問(wèn)集團(tuán)有限公司， 北京 100101)

桃源水電站地處湖南省桃源縣城區(qū)，是沅水最末級(jí)水電站。電站樞紐主要建筑物從左至右依次為左岸接頭土石壩、左河槽14孔泄洪閘、雙洲土石副壩、船閘、發(fā)站廠房、右河槽11孔泄洪閘、右岸接頭土石壩等。按照電站布置情況，采用分期導(dǎo)流方式，先期進(jìn)行右河槽施工。右河槽泄洪閘弧形閘門及液壓?jiǎn)㈤]機(jī)聯(lián)動(dòng)調(diào)試時(shí)，1號(hào)、5號(hào)、7號(hào)泄洪閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油缸均不同程度出現(xiàn)異常聲響，電站參建各方及時(shí)組織力量進(jìn)行了分析，并研究解決方案。

1 概 述

桃源水電站正常蓄水位39.50m，右河槽共布置11孔泄洪閘，泄洪閘孔口寬度20m，每孔泄洪閘設(shè)置1扇弧形閘門，每孔弧門由1套2×2600kN擺動(dòng)式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作。

1.1 設(shè)備主要參數(shù)

1.1.1 弧門主要參數(shù)

?閘門結(jié)構(gòu)型式：露頂式；?孔口寬度：20m；?閘門高度：14m；?支鉸軸承：自潤(rùn)滑球面滑動(dòng)軸承；?閘門吊點(diǎn)型式：底部雙吊點(diǎn)；?閘門操作條件：動(dòng)水啟閉。

1.1.2 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)主要特征及參數(shù)

a.泄洪閘弧形工作閘門2×2600kN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)。啟閉機(jī)總體布置型式為雙吊點(diǎn)，缸體中部鉸支承，搖擺式油缸，兩支油缸分別懸掛在左右閘墩側(cè)墻上的懸臂支鉸座上，懸臂鉸支承由固定座與活動(dòng)座組成，活動(dòng)座隨油缸一起擺動(dòng)，支鉸座安裝高程49.20m。

b.液壓?jiǎn)㈤]機(jī)主要參數(shù)：?額定啟閉力：2×2600kN；?額定閉門力：閘門自重泵控下門；?行程：12.25m/12.35m；?最大擺角：75°；?啟閉速度：約0.7m/min(可調(diào)) 。

c.液壓?jiǎn)㈤]機(jī)中間支鉸主要特征。桃源水電站液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油缸支鉸采用Ⅱ型布置，液壓缸為中部雙向可轉(zhuǎn)動(dòng)鉸支承結(jié)構(gòu)型式。Ⅱ型布置可有效加大啟閉機(jī)的力臂，降低啟閉容量，并且大量減少水工建筑物結(jié)構(gòu)工程量。

1.2 異?，F(xiàn)象描述

桃源水電站右河槽11套弧門及液壓?jiǎn)㈤]機(jī)于2012年6月上旬基本安裝完畢，設(shè)備運(yùn)行初期運(yùn)轉(zhuǎn)正常，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后，各孔泄洪閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)基本都出現(xiàn)了不同程度的異響，對(duì)于比較典型的異?，F(xiàn)象描述如下：

a.1號(hào)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)。右側(cè)油缸的異響比較明顯，左側(cè)油缸響聲較小、油缸有輕微爬行現(xiàn)象。

b.5號(hào)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)。左右兩只油缸在啟門及關(guān)門過(guò)程中均發(fā)出異響并伴有油缸的輕微抖動(dòng)，兩只缸的異響不同步發(fā)出。

c.7號(hào)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)。左右兩只油缸在啟門及關(guān)門過(guò)程中均發(fā)出異響，右側(cè)油缸響聲間隔時(shí)間較長(zhǎng)，幾乎是左側(cè)的2倍。在左右側(cè)油缸中間支鉸座下方近距離觀察，發(fā)現(xiàn)啟門及關(guān)門過(guò)程中，油缸支鉸轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，有卡滯現(xiàn)象，當(dāng)啟門臨近極限位置(活塞桿收回)時(shí)，異響最小、間隔時(shí)間最短，支鉸相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)最為靈活；當(dāng)關(guān)門臨近到達(dá)極限位置(活塞桿伸出極限)時(shí)，異響最大、間隔時(shí)間最長(zhǎng)，支鉸相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)最不靈活。

d.每只油缸支鉸旋轉(zhuǎn)體擋板處均有明顯的轉(zhuǎn)動(dòng)劃痕。

2 異響原因分析

2.1 異響產(chǎn)生原因的初步分析

由于閘門啟閉過(guò)程中，右岸泄洪閘幾乎全部液壓?jiǎn)㈤]機(jī)均產(chǎn)生不同程度的抖動(dòng)、異響現(xiàn)象，一般認(rèn)為是由于安裝問(wèn)題引起的，主要表現(xiàn)在液壓系統(tǒng)左右桿腔不同步、系統(tǒng)未排氣或者液壓缸支鉸與弧門支鉸的空間位置不平行等問(wèn)題。

2.1.1 系統(tǒng)左右桿腔不同步

該套液壓系統(tǒng)使用比例流量閥進(jìn)行閘門同步控制，在閘門行程檢測(cè)裝置全行程連續(xù)檢測(cè)兩只液壓缸的行程偏差大于10mm時(shí)，系統(tǒng)即進(jìn)入糾偏模式，當(dāng)雙缸同步偏差小于5mm時(shí)，停止糾偏。在實(shí)際應(yīng)用中該套系統(tǒng)糾偏功能可以實(shí)現(xiàn)，因此不存在系統(tǒng)左右桿腔不同步的問(wèn)題。

2.1.2 系統(tǒng)未排氣

從該套液壓系統(tǒng)原理上可以看出，在落門過(guò)程中有桿腔的液壓油向無(wú)桿腔補(bǔ)油；啟門過(guò)程中系統(tǒng)向有桿腔進(jìn)行油液輸出，無(wú)桿腔的油液回流進(jìn)入油箱，也就是說(shuō)，在液壓系統(tǒng)安裝完成以后空負(fù)荷試運(yùn)轉(zhuǎn)可以使兩只油缸空氣排空，即使有殘留的空氣，在設(shè)備多次運(yùn)行以后也可以實(shí)現(xiàn)兩只油缸內(nèi)空氣的排空，因此，關(guān)于系統(tǒng)未排氣的原因也可以排除。

2.1.3 液壓缸支鉸與弧門支鉸的空間位置不平行

液壓缸支鉸為懸臂梁結(jié)構(gòu)型式，其旋轉(zhuǎn)體與油缸為十字鉸配合，油缸能夠?qū)卓谥行淖笥覕[動(dòng)，弧門支鉸軸承為自潤(rùn)滑球面滑動(dòng)軸承，從設(shè)計(jì)理念上考慮，油缸支鉸與弧門支鉸的空間位置偏差不能作為設(shè)備異常的主要影響因素進(jìn)行考慮?，F(xiàn)場(chǎng)重新對(duì)液壓缸支鉸與弧門支鉸的空間位置進(jìn)行校核，其不平行度滿足設(shè)計(jì)文件及相關(guān)規(guī)范要求。

2.2 異響產(chǎn)生原因的進(jìn)一步分析

綜合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，從異響存在的部位進(jìn)一步進(jìn)行考量。異響主要從液壓?jiǎn)㈤]機(jī)中間支鉸處傳出來(lái)，應(yīng)重點(diǎn)分析中間支鉸的力學(xué)結(jié)構(gòu)、支鉸附件的影響、支鉸制造公差、支鉸的潤(rùn)滑等因素。

2.2.1 支鉸的力學(xué)結(jié)構(gòu)

由設(shè)計(jì)制造單位分別對(duì)支鉸旋轉(zhuǎn)體中間支點(diǎn)、端部支點(diǎn)以及液壓缸支撐梁(工字型梁)進(jìn)行彎應(yīng)力、彎曲剪應(yīng)力、軸承承壓應(yīng)力計(jì)算，計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。復(fù)核旋轉(zhuǎn)體撓度計(jì)算，計(jì)算值小于許用值。因此，支鉸力學(xué)計(jì)算上均滿足規(guī)范要求，不是異響產(chǎn)生的誘因。

2.2.2 支鉸附件的影響

從現(xiàn)場(chǎng)檢查的實(shí)際可以看出，每個(gè)支鉸轉(zhuǎn)動(dòng)體在圓周方向均布4個(gè)防止轉(zhuǎn)動(dòng)體軸向串動(dòng)的擋板，每個(gè)擋板都不同程度地有劃痕。擋板材料為鋼板貼HQ-1復(fù)合材料，劃傷部分為復(fù)合材料表面，最嚴(yán)重部分劃痕深度約1mm，主要來(lái)自設(shè)備外部混凝土雜物以及旋轉(zhuǎn)體配合部位端部未倒角的刮擦；內(nèi)側(cè)貼板與轉(zhuǎn)動(dòng)體軸肩未見(jiàn)明顯刮蹭。將旋轉(zhuǎn)體擋板拆除，針對(duì)旋轉(zhuǎn)體擋板受損較為嚴(yán)重的現(xiàn)象進(jìn)行試驗(yàn)性檢測(cè)，支鉸部位異響無(wú)明顯改變，旋轉(zhuǎn)體擋板刮蹭不是支鉸異響的影響因素。

2.2.3 支鉸制造公差

現(xiàn)場(chǎng)拆除7號(hào)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)右側(cè)支鉸轉(zhuǎn)動(dòng)體，分別對(duì)中間支承(大端)、端部支承(小端)的制造公差進(jìn)行復(fù)核。轉(zhuǎn)動(dòng)體大端支承表面公差超出圖紙約-0.3mm，轉(zhuǎn)動(dòng)體小端支承表面公差超出圖紙約-0.4mm。軸承孔偏差大、小端均偏大，軸與孔極限累計(jì)偏差近1mm。造成轉(zhuǎn)動(dòng)體旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸與軸承接觸部位的接觸面積或有不足，導(dǎo)致滑動(dòng)摩擦力增大。

2.2.4 支鉸的潤(rùn)滑

現(xiàn)場(chǎng)拆除7號(hào)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)右側(cè)支鉸轉(zhuǎn)動(dòng)體，將支鉸旋轉(zhuǎn)體拆除后現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，支鉸整體結(jié)構(gòu)完好，軸承完好，結(jié)合面無(wú)深度摩擦劃痕，但上游方向有明顯的受力摩擦痕跡(軸向方向有間隔摩擦條紋)，下游方向未見(jiàn)摩擦跡象，旋轉(zhuǎn)體的小端受力摩擦方向與大端相反，大端軸承自潤(rùn)滑材料在受力部位有滲出跡象。分析結(jié)果為：由于工作條件限制，旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速低，不能對(duì)軸承進(jìn)行良好的熱傳導(dǎo)，不能使軸承自潤(rùn)滑材料很好地析出，潤(rùn)滑效果不佳，支鉸轉(zhuǎn)動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)需要克服的摩擦阻力增大，造成支鉸轉(zhuǎn)動(dòng)體不靈活。支鉸的潤(rùn)滑效果不佳是支鉸異音的決定性影響因素。

3 處理方案

3.1 桃源水電站左河槽液壓?jiǎn)㈤]機(jī)支鉸潤(rùn)滑處理方案

根據(jù)桃源水電站水工建筑物布置情況，總結(jié)右河槽液壓?jiǎn)㈤]機(jī)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，左河槽14套弧門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油缸支鉸軸承可采用潤(rùn)滑條件更為良好的材料代替現(xiàn)有銅基復(fù)合材料或者采用滾動(dòng)軸承等方案，綜合考慮工程長(zhǎng)期運(yùn)行安全、工程造價(jià)等因素，優(yōu)選復(fù)合材料滑動(dòng)軸承，例如高分子尼龍材料。

3.2 桃源水電站右河槽液壓?jiǎn)㈤]機(jī)支鉸潤(rùn)滑處理方案

改造液壓?jiǎn)㈤]機(jī)支鉸轉(zhuǎn)動(dòng)體軸類部位制造工藝：原支鉸轉(zhuǎn)動(dòng)體結(jié)構(gòu)的軸是鋼板卷制后，貼焊不銹鋼板，然后進(jìn)行精加工，改為鋼板卷制軸加工后，由不銹鋼焊絲堆焊成型，然后上車床進(jìn)行精加工，切削過(guò)程應(yīng)保證環(huán)境溫度、切削速度、構(gòu)件溫度等，加工完成后軸表面光潔度應(yīng)為▽6。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，桃源水電站右河槽液壓?jiǎn)㈤]機(jī)異響來(lái)源于支鉸部位，支鉸的安裝對(duì)異響不構(gòu)成主要影響，支鉸結(jié)構(gòu)及工作原理正確，強(qiáng)度滿足要求，主要是轉(zhuǎn)動(dòng)體結(jié)合面間隙過(guò)大、旋轉(zhuǎn)體的潤(rùn)滑條件不佳所致，設(shè)備在后續(xù)使用中應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，擇機(jī)有針對(duì)性地對(duì)存在問(wèn)題進(jìn)行處理。

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