崔 凱 齊 爍 王鵬宇

(北京市密云水庫管理處，北京 101512)

1 工程概況

密云水庫是一座以防洪、供水為主要功能的多年調節(jié)大型水利樞紐，總庫容43.75億m3，為華北地區(qū)最大的水庫，是目前首都北京最重要的地表飲用水源地，戰(zhàn)略地位極其重要。第一溢洪道位于潮河黃各莊南單薄分水嶺上，1960年建成，是密云水庫主要泄水建筑物之一，最大泄流量4490m3/s。溢洪道為河岸深孔式，由引渠、閘室和泄槽組成。《密云水庫第一溢洪道安全評價報告》結論意見：第一溢洪道存在的工程缺陷已影響密云水庫的安全運行，需進行改建，徹底消除隱患。

2018年12月，有關部門批復了第一溢洪道改建工程初步設計概算，總投資2.3億元，計劃2年建設、3年收尾。工程設計方案為原閘施工期用作圍堰，在原閘下游建新閘，設5扇9m×8m閘門，工作閘門采用潛孔弧形鋼閘門，液壓啟閉機啟閉。

2 啟閉機設計

本次改建工程工作閘門啟閉設備采用QHSY-2×800/2×160kN-8m液壓啟閉機，共5套。每套液壓啟閉機為一機一站且由油源動力控制。一套液壓啟閉機主要包括1個液壓泵站、2套液壓閥組、2套行程檢測裝置、2套控制裝置、安全保護裝置1套、2組管路、1套液壓缸總成及支承結構。其中一個液壓泵站包括2臺油泵電機組，1用1備，油泵電機組臥式安裝；一個油箱液壓機油油量滿足2孔液壓啟閉機同時啟閉需要。液壓閥組包括油源閥組、控制閥組、缸旁閥組，每套液壓閥組控制一孔閘門啟閉。行程檢測裝置包括外置靜磁柵傳感器行程檢測裝置、集成于陶瓷活塞桿的檢測裝置各一套，1用1備?？刂蒲b置包括PLC控制器、與整體信息化管理配套的遠控通信接口，一套控制裝置控制2孔閘門啟閉。安全保護裝置主要由系統(tǒng)超、欠壓報警、保護，油位、油溫超限保護，電機超載保護，行程檢測保護，電氣設備故障保護等裝置組成。管路包括進油管、回油管、控制油管，每組管路控制一孔閘門啟閉。液壓缸總成包括液壓缸、活塞桿(陶瓷桿)、密封件等。

3 技術創(chuàng)新

3.1 液壓泵站一控二，鄰孔互為備用

傳統(tǒng)的液壓機，液壓泵站上液壓泵為1備1用，每個泵站只控制1孔閘門。本次研制的液壓機是一臺泵站可控制2孔閘門。每套液壓啟閉機包括2個液壓缸組、1個液壓泵站及液壓和電氣控制系統(tǒng)等主要部分。液壓和電氣控制系統(tǒng)既可現(xiàn)地控制又可集中控制，同時還設有現(xiàn)場檢修調試、應急啟閉手動控制功能。

3.1.1 液壓泵站設計

本工程采用液壓泵站及應急啟閉手動控制裝置，可通過切換的方式甩開故障零部件，及時啟閉閘門，在安全性可以做到萬無一失。即1號泵站、控制柜主控1號閘門、備控2號閘門；2號泵站、控制柜主控2號閘門、備控1號閘門；3號泵站、控制柜主控3號閘門、備控5號閘門；4號泵站、控制柜主控4號閘門、備控3號閘門；5號泵站、控制柜主控5號閘門、備控4號閘門。當需要控制另一臺液壓泵站時，可關閉本孔高壓控制球閥，打開鄰孔高壓球閥，啟動液壓泵站即可遠程控制另一套液壓泵站。

3.1.2 工作原理

以1號閘門為例介紹啟閉機工作原理(見圖1)。

圖1 液壓啟閉機原理圖

a.開啟閘門?？蛰d啟動一臺液壓泵電動機組，延時10s左右，電磁閥YV1、YV2通電，油源閥組動作為系統(tǒng)建壓，壓力油分兩路經34調速閥和件36比例調速閥調同步后進入左右液壓缸有桿腔，便可開啟閘門。

b.關閉閘門?？蛰d啟動一臺液壓泵電動機組，延時10s左右，電磁閥YV1、YV3通電，壓力油打開47液控單向閥，液壓缸有桿腔油液經件30比例調速閥調和件28調速閥調同步后流回左右液壓缸無桿腔，同時壓力油向液壓缸無桿腔補油，便可關閉閘門。

c.閘門同步控制。在啟閉過程中，以其中一臺油缸為基準缸，比例調速閥自動實時調節(jié)流量跟蹤這臺油缸，從而實現(xiàn)雙缸同步，雙缸誤差不大于10mm，當偏差不小于10mm時開始糾偏，大于15mm時報警，大于20mm時報警停機，如果比例閥出現(xiàn)故障，可通過旁路糾偏調速實現(xiàn)同步控制。

d.閘門自動回復。閘門提升至指定開度或全開位后，若因液壓系統(tǒng)泄漏使閘門下滑40mm，控制系統(tǒng)自動啟動工作泵組，提升閘門至下滑前位置。閘門下滑40mm，工作泵未運行，閘門下滑至80mm，自動報警并啟動備用泵，閘門回位，停泵。閘門下滑100mm，備用泵未啟動時故障報警。

e.泵站備控。當需要控制另一臺液壓泵站時，可關閉36、37、38高壓球閥，打開45高壓球閥，啟動液壓泵站即可遠程控制另一套液壓泵站。

3.2 雙重行程檢測裝置

目前，國內弧門液壓啟閉機的行程檢測裝置的類型主要有外置式鋼絲繩行程檢測裝置、內置式鋼絲繩行程檢測裝置、靜磁柵行程檢測裝置、陶瓷桿配套的行程檢測裝置。此次液壓啟閉機安裝兩種行程檢測裝置，一種是與陶瓷桿配合的行程檢測裝置，另一種是靜磁柵傳感器行程檢測裝置，這兩種裝置工作原理不一樣，共同使用可提高行程檢測的準確性，做到萬無一失。行程檢測裝置1用1備，實時檢測雙缸行程，在啟閉過程中，以其中一臺油缸為基準缸，比例調速閥自動實時調節(jié)流量跟蹤這臺油缸，從而實現(xiàn)雙缸同步，雙缸誤差不大于10mm，超過10mm時控制閥組自動調節(jié)進油量，實時糾偏，保持雙缸同步直到設定閘門開度。

3.2.1 液壓缸活塞桿的行程測量系統(tǒng)

該測量系統(tǒng)的作用原理為：當活塞桿在傳感器下面移動時，由于活塞桿外表有平頭齒槽能使傳感器和活塞桿表面之間的距離發(fā)生變化，并相應地引起磁場的變化，因而能測得活塞桿的具體位置。由于傳感器安裝在一個由低摩擦系數(shù)耐磨材料制成的滑動襯套內，滑動襯套又被安裝在特殊形狀的不銹鋼外殼內，故能保證傳感器與活塞桿的接觸，能防水和防塵(見圖2)。

圖2 液壓缸活塞桿的行程測量系統(tǒng)

3.2.2 靜磁柵傳感器行程檢測裝置

靜磁柵行程檢測裝置通過抱箍的型式直接固定于油缸的缸體和下吊頭上，并且不與液壓油直接接觸，在需要檢修維護時，可以在不影響油缸使用的情況下直接將其拆下，維護簡單而方便。根據(jù)大量的工程實例，靜磁柵行程檢測裝置在調試結束后故障率較低，在實際使用過程中基本可以實現(xiàn)傳感器部分的免維護(見圖3)。

圖3 靜磁格柵傳感器行程檢測裝置

工作原理：靜磁柵尺由安裝座固定安裝在油缸上，電纜由后部引出；測量桿使用工業(yè)級不銹鋼方管定制，前部裝有萬向關節(jié)軸承，利用前安裝座與油缸活塞桿前部連接，通過安裝在油缸上的不銹鋼導向套管導向，工作時隨著油缸的伸縮運動，不銹鋼測量桿對應在靜磁柵尺上做無接觸移動，靜磁柵尺上感應到閘門開度信號，直接測量活塞桿絕對位移，測量精度為1mm，靜磁柵尺傳感的是直接的直線位移信號，靜磁柵尺上的屏蔽電纜將信號傳送至電氣控制系統(tǒng)。產品結構簡單直觀，高度可靠。

3.3 無電應急操作裝置

無電時一般啟閉機就無法工作了，為保證防洪減災時急用，本項目配備了一臺應急操作裝置，無電時也能啟閉閘門。當液壓泵站出現(xiàn)故障，電機油泵組無法啟動時，打開泵站快速接頭，使用高壓軟管將各接頭連接，啟動應急裝置，為液壓啟閉機的油缸提供一定的流量及壓力的液壓油而實現(xiàn)應急操作可以實現(xiàn)閘門啟閉動作。

4 應用情況分析

本次第一溢洪道新建工作閘門啟閉設備采用的QHSY-2×800/160kN-8m液壓啟閉機，綜合考慮到運行維護、安全、應急保障等多方面因素，具有以下幾大特點：?外電源末端互投，保證供電安全；?油泵電機組2用1備，安全性更高；?油源閥組、油管配備保護裝置，可自動切斷油源，切換鄰孔液壓機站；?實時檢測雙杠行程、及時糾偏，保證雙杠同步；?配備有無電應急操作裝置，無電時也能啟閉閘門。本工程采用的液壓啟閉機一機一站、鄰孔備用，可靠性高、安全性強、應急響應及時，作為具有防洪功能的泄水和水閘系統(tǒng)工作閘門的啟閉機使用，能夠高效保障設備正常運行，保證建筑物運行安全。在類似老閘改造項目中有很大的借鑒意義，值得推廣。

5 結 語

固定卷揚啟閉機是傳統(tǒng)的啟閉設備，安全可靠性較高，但其安全保護裝置少，發(fā)生過閘門墜落事故，運行平穩(wěn)性一般，景觀效果差，不適宜精細化管理需要，也不符合國內水工金屬結構設備發(fā)展趨勢。本次新建鄰孔備用式液壓啟閉機滿足安全可靠、運行平穩(wěn)、技術先進、經濟合理、景觀協(xié)調要求，監(jiān)控數(shù)據(jù)采集便捷，精度高，更能夠滿足北京智慧水務、精細化管理要求。