張博軒+羅紅英+白軍+姜梅

摘 要：液壓技術(shù)憑借其傳動效率高、工況穩(wěn)定等優(yōu)點被廣泛認(rèn)可，在水利水電工程中的應(yīng)用越來越普遍。文章以閘門啟閉機、水輪機調(diào)節(jié)（調(diào)速器、過速保護）為例，通過原理概述、列舉實例介紹液壓傳動技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用，并對其發(fā)展趨勢做出分析，為水利水電工程的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：液壓傳動；水利水電工程；機組調(diào)節(jié)；液壓啟閉機

中圖分類號：TH137.9 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0161-02

1 液壓傳動概述

液壓傳動是機械工程中常用的傳動方式之一。相比其他傳動方式，液壓傳動具有許多優(yōu)點，如力矩大，輸出相同功率的情況下電動機的慣量是液壓馬達的50倍，而獲得相同的加速度電動機所需功率是液壓馬達的1.25倍；體積小、重量輕，液壓馬達的體積僅是電動機的1/20，重量僅是電動機的1/10；傳動簡單，液壓傳動可以將動力直接傳遞到目標(biāo)位置，不需要中間環(huán)節(jié)的聯(lián)系[1]。

液壓傳動是水利水電工程中傳遞動力的主要方式，在閘門啟閉、升降船只、機組調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮重要作用。液壓傳動在水利水電工程中的應(yīng)用十分普遍，對其研究也有很多，其中多以液壓技術(shù)在啟閉機和機組調(diào)節(jié)中的應(yīng)用研究為主，如李力強、張明松等對液壓啟閉機在水電站中的應(yīng)用的研究[2][3]，通過液壓啟閉設(shè)備的應(yīng)用實例，闡述了液壓傳動的優(yōu)勢。唐江友針對過速保護應(yīng)用的研究[4]，根據(jù)過速保護裝置在電站中的應(yīng)用現(xiàn)狀和施工問題，討論了在今后的發(fā)展趨勢。這些研究為液壓技術(shù)應(yīng)用到水利水電工程中做出巨大貢獻。啟閉機是水電站壩體上的常用設(shè)備，用于壩體閘門的升降，液壓啟閉機是采用液壓穿銷的方式控制多扇閘門，利用液壓缸的缸筒或活塞桿的伸縮來實現(xiàn)閘門吊耳的連接與分離，再通過起重機來實現(xiàn)閘門的升降[3]。在機組調(diào)節(jié)方面，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過允許范圍時，機械液壓過速保護系統(tǒng)會直接啟動液壓回路，觸動導(dǎo)葉接力器的開關(guān)，使活動導(dǎo)葉關(guān)閉，同時阻斷進水通路，使機組停止運轉(zhuǎn)[4]。調(diào)壓閥也是一種油壓控制裝置，通過油壓裝置控制調(diào)節(jié)閥接力器、導(dǎo)葉接力器動作，最終使導(dǎo)葉關(guān)閉[5]。

2 液壓技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用

作為一種高效的傳動方式，液壓傳動已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了水利水電工程的方方面面。這里僅以液壓啟閉機和調(diào)節(jié)保護液壓系統(tǒng)為例，舉例說明液壓技術(shù)在這些方面的應(yīng)用。

2.1 在啟閉機中的應(yīng)用

水利工程在啟閉閘門方面多采用液壓傳動的方式，良好的應(yīng)用了液壓傳動的傳動比高、工作穩(wěn)定、造價低的優(yōu)點。在性能方面和經(jīng)濟方面也有不可比擬的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用到我國各類水電站中。

大型水電站：如三峽水利工程中，選用的液壓啟閉機具有規(guī)格大、數(shù)量多、技術(shù)水平高、制造難度大等特點。這些液壓啟閉機都安裝在泄洪、通航、發(fā)電等關(guān)鍵部位，啟閉機的安全穩(wěn)定運行直接關(guān)系到三峽工程的整體效益。為方便泄洪。在泄洪壩段，設(shè)置了有23個泄洪深孔和22個導(dǎo)流底孔的弧形工作閘門，這些閘門的啟閉均是由液壓傳動來實現(xiàn)的；為實現(xiàn)通航。三峽船閘每線閘首對稱布置中間支撐雙向擺動、雙作用、臥式安裝的液壓直聯(lián)式人字門液壓啟閉機，共有24臺。在每線船閘閘首兩側(cè)的閥門頂部布置下部銷軸豎缸式輸水閥門啟閉機，也是24臺[1]。在每線船閘閘首處設(shè)置一個液壓啟閉機機房，并在每個機房內(nèi)設(shè)置一個泵站。人字門與輸水廊道反弧門共用一組液壓系統(tǒng)，不僅便于操縱控制，還能節(jié)省投資[6]。該液壓系統(tǒng)設(shè)置了傳感設(shè)備，并結(jié)合PLC自動控制，便與自我維護，實現(xiàn)安全運行，確保發(fā)電。三峽中有26臺水輪機發(fā)電機組的進水口裝有快速閘門，這些閘門的啟閉方式也采用液壓傳動。據(jù)統(tǒng)計，三峽水利工程液壓啟閉機共計120多臺，其中最大的啟門力矩達53100kN·m，最大閉門力矩為7800kN·m，相應(yīng)的啟門力為4500kN，閉門力為500kN，最大工作行程為16m，最大液壓缸內(nèi)徑為4800mm[1]。

中小型水電站：緊水灘水電站水輪機機組進水口快速閘門處裝有6臺液壓啟閉機，液壓缸布置在壩頂194m高程處，并在該處設(shè)置了液壓泵站，由6臺液壓缸共用。中孔、淺孔泄洪道工作弧門啟閉機各2臺，由于這4臺啟閉機相距較遠(yuǎn)，所以在每臺啟閉機附近單獨設(shè)置泵站，分布在高程150m和177m處[7]。吉林省安圖縣兩江水電站，溢洪道的弧形閘門采用后拉式液壓啟閉機，可比弧門卷揚機節(jié)省投資30萬元[2]。

2.2 在水輪機調(diào)節(jié)的應(yīng)用

機械液壓過速保護系統(tǒng)依靠壓力油對機械的一系列操作，消除自身對電力系統(tǒng)的依賴，提高了過速調(diào)節(jié)的效率，保證水電站的安全穩(wěn)定運行。當(dāng)機組轉(zhuǎn)速過高時，首先是調(diào)速器進行調(diào)節(jié)，如果調(diào)速器出現(xiàn)工作故障，轉(zhuǎn)速未能進行有效調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速測量裝置會立即向過速保護裝置傳遞信號，使其關(guān)閉進水通路令機組停止運轉(zhuǎn)。液壓調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)可以擺脫對電力的依賴，實用性強，應(yīng)用范圍更廣。國內(nèi)有多家水電站采用了液壓過速保護技術(shù)，如西霞院水電站、萬家寨水電站、龔嘴水電站、寶珠寺水電站、官地水電站等。

在2000年發(fā)生的銅子街水電站水輪機組飛逸事故后，安裝了機械液壓過速保護裝置，在后來的兩次過速中，成功實現(xiàn)了停機，避免了飛逸事故的發(fā)生[8]；黃河小浪底的西霞院水電站采用傳統(tǒng)過速保護與機械液壓過速保護系統(tǒng)相結(jié)合的方式，為發(fā)電機組提供雙重保護[4]。在幾次過速事故后，成功得到處理，官地水電站使用的是JXB機械液壓過速保護系統(tǒng)，是根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況研發(fā)的一款產(chǎn)品，該裝置利用油壓裝置切換油路，實現(xiàn)了機組停止運行[9]。

3 發(fā)展趨勢

我國在《水利發(fā)展改革十三五規(guī)劃》中提出，將進一步完善水利基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，大力發(fā)展水利建設(shè)。液壓技術(shù)作為水利水電工程中重要的傳動方式，發(fā)展趨勢也是值得我們探討的。本文以液壓技術(shù)在啟閉機和機組保護這兩個方面為主，介紹液壓技術(shù)在未來的發(fā)展趨勢。

3.1 液壓技術(shù)在啟閉機中的發(fā)展趨勢endprint

隨著我國水電行業(yè)的迅猛發(fā)展，水電領(lǐng)域?qū)τ谝簤簡㈤]機的需求量也越來越大，要求也越來越高，這也促進了液壓啟閉機的發(fā)展。其未來的發(fā)展趨勢主要與水電站的需求相結(jié)合，體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）向大型和超大型化發(fā)展[10]：當(dāng)今，水電站正朝巨型水電站方向發(fā)展，例如三峽水利工程，裝機容量達2240萬千瓦；規(guī)劃中的雅江大拐彎水利工程，水頭高達2190米。這也反映了未來水電站會朝著巨型化方向發(fā)展，水頭高勢必會影響到閘門的高度，這也對未來液壓啟閉裝置所能承受的荷載提出了更高的要求，可以預(yù)見到液壓啟閉機會向大型化發(fā)展。

（2）應(yīng)用廣泛化：近年來，我國液壓式啟閉機市場發(fā)展迅速，國家鼓勵液壓式啟閉機產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。在國際上啟閉機也露出了表面化、液壓化的發(fā)展方向。這都源于液壓式啟閉機的優(yōu)點眾多：傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)自動化；液壓啟閉機的外形、單位和載重量比其他類型啟閉機要好；液壓元件可自主潤滑，效率高，壽命長；易于實現(xiàn)無級調(diào)速。

3.2 液壓技術(shù)在水輪機調(diào)節(jié)中的發(fā)展趨勢

（1）機電一體化。當(dāng)液壓過速保護裝置完成保護任務(wù)后，需要依靠人工力量將裝置調(diào)回正常工作狀態(tài)，費時費力。隨著科技水平的發(fā)展，機械和電子技術(shù)的聯(lián)系越來越緊密，液壓系統(tǒng)在機組調(diào)節(jié)方面應(yīng)該逐漸擺脫人力。液壓系統(tǒng)作為水電站中的主要傳動系統(tǒng)，需要與計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感技術(shù)等電子技術(shù)協(xié)同工作，保證水電站穩(wěn)定運行。

為了保證在轉(zhuǎn)速過高時能夠快速、準(zhǔn)確的響應(yīng)，對離心探測器、柱塞、切換閥之間的距離要求很高。大力發(fā)展微機電子技術(shù)對機件之間的校核成為該領(lǐng)域的發(fā)展方向。

減少油路控制環(huán)節(jié)，降低事故率，提高調(diào)節(jié)效率。

液壓油和油管的清潔問題，油路的通暢是保證液壓系統(tǒng)正常工作的重要條件。如何高效便捷地清理油路油管也是日后液壓系統(tǒng)研究進步的方向之一。

（2）液壓缸密封圈的改進。液壓缸密封圈具有維持壓力、防止漏油、阻擋外界異物進入液壓油中等作用。我們希望密封圈的使用壽命長、耐磨損、耐高溫，這也對其選材和制作提出了更高的要求。

3.3 液壓技術(shù)在其他方面的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

改變水輪機主軸槳葉的方向，可以調(diào)節(jié)水對的轉(zhuǎn)輪沖擊，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。槳葉的調(diào)節(jié)，也可以通過液壓的方式來實現(xiàn)。這種調(diào)節(jié)方式不需要電力支持，穩(wěn)定可靠。液壓傳動在水利水電工程中應(yīng)用廣泛，廠房中有專門的油路，用黃色表示。

總的來說，液壓裝置在水電水電工程中的主要發(fā)展趨勢有以下幾點：

（1）基礎(chǔ)學(xué)科的進步帶動技術(shù)的發(fā)展?；A(chǔ)學(xué)科，尤其是材料科學(xué)的發(fā)展，越來越趨于與多種技術(shù)結(jié)合向一體化、智能化的發(fā)展，應(yīng)用到了各個領(lǐng)域。材料科學(xué)的發(fā)展，使液壓裝置朝著結(jié)構(gòu)簡單、體積小、耐高溫、耐磨損的方向發(fā)展；對于液壓油的選取，遵循粘度小、耐高溫、不易揮發(fā)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的原則?，F(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展與突破，很大程度上取決于基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展，也為工業(yè)技術(shù)的未來帶來無限可能。

（2）人工智能化。人工智能是一門拓展人的思維、技術(shù)、方法的新興科學(xué)技術(shù)。液壓技術(shù)在水電站中的人工智能化是指，機器可以平穩(wěn)、準(zhǔn)確的完成調(diào)節(jié)、啟閉等任務(wù)，甚至可以實現(xiàn)自我維護，從而達到自主控制無人看守的目的。機械的人工智能化也是當(dāng)今科技發(fā)展的一大趨勢。

4 結(jié)束語

（1）隨著水電站的巨型化，液壓啟閉機會朝大型化方向發(fā)展。由于傳動效率高、結(jié)構(gòu)簡單、沒有特殊適用要求，使得液壓啟閉機適用于各類水電站，會廣泛應(yīng)用道閘門啟閉中。

（2）過速保護裝置、調(diào)速器正常工作是機組穩(wěn)定運行的重要保障，液壓系統(tǒng)因其穩(wěn)定可靠、操作簡單的特點得到業(yè)內(nèi)認(rèn)可。除了要對密封圈、油路油管進行改進，機組調(diào)保中的液壓系統(tǒng)還可以與電子技術(shù)相結(jié)合，提高調(diào)節(jié)效率。

（3）液壓技術(shù)憑借其傳動效率高、運行穩(wěn)定等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用到水利水電工程當(dāng)中。水電站是一項巨型工程，利用液壓傳遞能量充分體現(xiàn)在了各個方面，液壓傳動對于水電行業(yè)來講，現(xiàn)在需要，未來更是不可缺少。

（4）現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展與突破，很大程度上取決于基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展。

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