用蓄能器保壓的大容量啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用_圖文

1、 文章編號:1671-3354(200806-0008-04收稿日期:2008-08-16作者簡介:熊紹鈞,男,高級工程師。用蓄能器保壓的大容量啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用熊紹鈞(長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院,湖北武漢430010摘要:介紹了由蓄能器自動執(zhí)行的新型保壓方式在水布埡水利樞紐放空洞偏心鉸式弧形閘門5500kN 液壓啟閉機(jī)上的應(yīng)用,論述了蓄能器在液壓系統(tǒng)中的功能,蓄能器的選型,容積計算,使用和維護(hù)注意事項。關(guān)鍵詞:弧形閘門;液壓啟閉機(jī);蓄能器;水布埡水利樞紐中圖分類號:TH137文獻(xiàn)標(biāo)志碼:ADesign and application of hydraulic system o

2、f a high capacityhoist with pressure maintaining accumulatorXI ONG Shaojun(Changjiang Investigation ,Planning ,Design &Research Institute ,Changjiang Water Res ources C ommission ,Wuhan 430010,China Abstract :The application of the pressure maintaining accumulator to the hydraulic system of a 55

3、00kN radial gate s hoist of Shuibuya Hydroproject is described.The functions of the accumulator in hydraulic system ,its type selection and v olume esti 2mation ,and the cautions in operation and maintenance are explained.K ey w ords :radial gate ;hydraulic hoist ;accumulator ;Shuibuya Hydroproject在

4、水利水電工程液壓啟閉機(jī)中,因油缸或液壓系統(tǒng)泄漏導(dǎo)致閘門下滑是一個目前還不能完全避免的問題,常見的解決辦法是電控程序中設(shè)置閘門下滑自動回升功能,即每當(dāng)下滑量達(dá)到設(shè)定值時,油泵電機(jī)自動啟動,通過對油缸下腔供壓力油,將閘門提升復(fù)位。這種辦法雖然可達(dá)到目的,但設(shè)備頻繁啟動將對液壓泵和電機(jī)壽命產(chǎn)生不利影響,更為嚴(yán)重的是,閘門止水因反復(fù)摩擦易受損壞。對于偏心鉸弧形閘門而言,如果下滑量偏大,超過弧門頂緊止水后允許的下滑量,將導(dǎo)致壓緊式止水的破壞,直接引起止水失效和高速縫隙射流,進(jìn)而導(dǎo)致閘門的振動,危及泄水建筑物的運行安全。因此,研究新的下滑控制方法十分必要。在水布埡放空洞偏心鉸弧門5500kN 液壓啟閉機(jī)上

5、,嘗試采用了蓄能器進(jìn)行自動補(bǔ)泄保壓、避免閘門下滑的方法,有一定的效果。1啟閉機(jī)概況水布埡水利樞紐的放空洞布置于右岸,是水庫放空檢修的唯一通道,并兼顧施工后期導(dǎo)流及導(dǎo)流洞堵截后向下游供水的任務(wù)。放空洞孔口尺寸為6m ×7m ,工作閘門為偏心鉸式弧形閘門,設(shè)計水頭152.20m ,面板半徑為14m ,由液壓啟閉機(jī)操縱運行。液壓啟閉機(jī)由1臺(主機(jī)5500/1000kN 擺動式雙作用液壓啟閉機(jī)和1臺(副機(jī)5500/1800kN 豎式雙作用液壓啟閉機(jī)組成。主機(jī)用于操縱弧形工作門的開啟與關(guān)閉;副機(jī)的作用是控制偏心鉸,即在工作門閉門到位后操縱偏心鉸使工作門前移并壓緊止水,或在開啟工作門前操縱偏心鉸

6、使工作門后撤并松開止水。主機(jī)和副機(jī)共用一套液壓系統(tǒng),在滿足系統(tǒng)控制閉鎖的條件下,兩者按程序動作,兩只油缸分時動作。啟閉機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表1。82008年第6期2008Number 6湖北水力發(fā)電表1啟閉機(jī)主要技術(shù)參數(shù)項目5500/1000kN主機(jī)5500/1800kN副機(jī)啟閉機(jī)機(jī)型豎式擺動雙作用液壓啟閉機(jī)豎式擺動雙作用液壓啟閉機(jī)操縱對象操縱弧形工作閘門操縱弧門偏心鉸啟閉機(jī)數(shù)量/臺11額定啟門力/kN 55005500額定閉門力/kN 10001800工作行程/mm 90453000提升速度/(m min -10.740.74下降速度/(m min -122蓄能器在液壓啟閉機(jī)上的應(yīng)用2.1啟閉

7、機(jī)運行方式及工作原理該啟閉機(jī)主副機(jī)協(xié)調(diào)配合進(jìn)行啟閉操作。啟門程序為:啟動副機(jī)下壓閘門偏心鉸機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動,止水松開副機(jī)停機(jī)主機(jī)上拉閘門提升至全開位(或檢修位主機(jī)停機(jī)。閉門程序為:啟動主機(jī)下壓閘門下降至關(guān)終位主機(jī)停機(jī)副機(jī)上拉閘門止水壓縮量達(dá)到要求值副機(jī)停機(jī)蓄能器自動接入副機(jī)油缸有桿腔,對副缸進(jìn)行保壓鎖緊,使閘門止水始終處于壓縮狀態(tài)(也可利用副缸上的手動鎖錠裝置將副缸長期鎖定。啟閉機(jī)的液壓系統(tǒng)原理見圖1 。圖1啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖2.2蓄能器的功能分析蓄能器主要是將壓力液體的液壓能以勢能的形式儲存,在系統(tǒng)需要時再將這種勢能轉(zhuǎn)化為液壓能,它可以作為輔助或應(yīng)急動力源,也能用于補(bǔ)充系統(tǒng)漏損液體,穩(wěn)定系統(tǒng)工作壓

8、力,吸收液壓泵的脈動和系統(tǒng)內(nèi)的液壓沖擊。蓄能器在本液壓系統(tǒng)中的主要功能是補(bǔ)充泄漏和保持恒壓,它能自動保壓、自動補(bǔ)油。水布埡閘門啟閉機(jī)上采用了蓄能器進(jìn)行自動補(bǔ)泄保壓,在副機(jī)油缸有桿腔油路中設(shè)置蓄能器(見圖1,副機(jī)油缸上拉過程中,液壓系統(tǒng)中的2臺大排量主油泵(Parker 產(chǎn)品,型號PV092R1K 1S1NFWS 投入工作,同時也向蓄能器充液(此時壓力為16.3MPa ,另1臺主油泵備用。當(dāng)副機(jī)上拉壓縮閘門止水到設(shè)定位時,系9熊紹鈞:用蓄能器保壓的大容量啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用2008年11月統(tǒng)停機(jī),蓄能器中壓力油自動進(jìn)入副機(jī)油缸有桿腔進(jìn)行保壓,減緩因液壓系統(tǒng)泄漏引起閘門止水松卸及閘門漏水。當(dāng)蓄

9、能器的壓力降至15MPa,壓力繼電器P J2發(fā)訊,充液補(bǔ)油電機(jī)M4得電,液壓系統(tǒng)中專用的小排量充液補(bǔ)油泵(Parker產(chǎn)品,型號G P2D20空載啟動,延時10s后,DT1、DT2、DT3同時得電,系統(tǒng)向蓄能器充液,當(dāng)壓力升至17MPa時,壓力繼電器P J1發(fā)訊,充液停止,整個循環(huán)自動進(jìn)行。蓄能器控制閥組系裝接于蓄能器和液壓系統(tǒng)之間,用于控制蓄能器油液通斷、溢流、泄壓等工況的組合閥件。它由截止閥和安全閥組成,其中截止閥為手動式球閥,安全閥一般為直動式或先導(dǎo)控制型二通插裝式溢流閥。蓄能器控制閥組的主要功能有:設(shè)定蓄能器的安全工作壓力,實施對液壓系統(tǒng)的安全供液和保壓;控制蓄能器與液壓系統(tǒng)之間管道的

10、通斷,當(dāng)蓄能器向系統(tǒng)供液或系統(tǒng)向蓄能器供液時打開手動截止閥,當(dāng)需要停止工作或?qū)π钅芷鬟M(jìn)行檢查維修時,關(guān)閉手動截止閥。在蓄能器控制閥組與系統(tǒng)之間,還串聯(lián)設(shè)置了一個單向節(jié)流閥,作用是通過控制蓄能器的補(bǔ)液速度,達(dá)到減少沖擊、改善保壓性能的目的。此外,蓄能器在液壓系統(tǒng)中還有吸收和緩沖由于快速換向或突然關(guān)閉閘門以及快速制動等產(chǎn)生的液壓沖擊。這種情況下的瞬間壓力可高達(dá)正常壓力的幾倍,容易導(dǎo)致液壓元件、管道和密封件損壞,引起液壓啟閉機(jī)與閘門振動。設(shè)置了蓄能器后,由于蓄能器吸收了液壓沖擊,所以壓力不會劇增,為閘門的安全運行提供了更為可靠的保證。2.3蓄能器的選型常用的蓄能器有氣囊式、隔膜式、活塞式、彈簧式和重

11、錘式幾種,經(jīng)過分析和比較,選用氣囊式蓄能器較適合水利水電工程液壓啟閉機(jī)的運行工況。氣囊式蓄能器由充氣閥、殼體、氣囊、提升閥、密封圈等組成(見圖2,它是通過改變氣囊內(nèi)預(yù)充氮氣的體積,從而使蓄能器儲油腔內(nèi)的液壓油成為具有一定液壓能的壓力油。在使用時首先向蓄能器充以預(yù)定壓力的氮氣,然后在液壓泵壓力的作用下,油液進(jìn)入蓄能器,壓縮其氣囊,氣腔和油腔壓力始終相等,從而使氣囊處于浮動平衡狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)需要油時,在氣體壓力作用下,使油液排出。氣囊式蓄能器的優(yōu)點是:氣腔和油腔之間密封可靠,二者之間無泄漏;膠囊慣性小,反應(yīng)靈敏;效率高;結(jié)構(gòu)緊湊,尺寸小,重量輕;容易維護(hù)。本啟閉機(jī)的蓄能器及蓄能器控制閥組采用了德國H

12、Y DAC公司的產(chǎn)品,采用氮氣作為可壓縮介質(zhì)來工作,允許工作壓力33MPa,允許的工作溫度為(-10+80 。圖2氣囊式蓄能器結(jié)構(gòu)圖2.4蓄能器容積的計算(1蓄能器充氣壓力p0的確定從保護(hù)氣囊并延長其使用壽命的角度出發(fā)(即在系統(tǒng)最低工作壓力下,蓄能器的氣囊仍未膨脹得與殼體內(nèi)壁完全接觸;而在系統(tǒng)最高工作壓力下,氣囊收縮后的體積不小于充氣壓力下原始體積的1/4,一般取:p0=0.25p20.9p1(1式中:p2為系統(tǒng)的最高工作壓力(絕對壓力;p1為系統(tǒng)的最低工作壓力(絕對壓力,蓄能器供液壓力降至此值時充液泵自動啟動對其充液。為了減小蓄能器的體積,這里取大值,即p0= 0.9p1,對本啟閉機(jī),p1=

13、15.1MPa,因而p0= 13.6MPa,本機(jī)的p2=16.4MPa。(2蓄能器有效容積V的計算用于補(bǔ)償系統(tǒng)泄漏的蓄能器所需的有效容積為:一定時間里,啟閉機(jī)不工作的情況下,系統(tǒng)中所有元件的泄漏量的總和。蓄能器在工作過程中,壓力差p 是變化的,所以元件的泄漏量也是變化的。開始較大,后來隨著蓄能器中的壓力降低而減少。但要精確計算所有元件的泄漏量的總和幾乎不可能,因此不妨認(rèn)為補(bǔ)充的油量相當(dāng)于油缸活塞下滑8mm的泄漏量,則可計算出相應(yīng)V=2.7L。(3蓄能器總?cè)莘eV0的確定蓄能器的總?cè)莘e即充氣容積V0。根據(jù)啟閉機(jī)的工作狀況,因補(bǔ)充泄漏過程緩慢,可認(rèn)為蓄能器工作在01湖北水力發(fā)電2008年第6期等溫狀

14、態(tài)。等溫過程時理想的氣體容積V i按式(2計算:V i=p1p2p0(p2-p1V(2經(jīng)計算,V i=37.8L,考慮實際氣體特性的修正因素,根據(jù)p2/p1=1.1,查得修正系數(shù)C i=1.13,則V0=C i V i=42.7L。因此按公稱容積50L選取蓄能器(型號S B330H -50A1/112A-330A,查HY DAC蓄能器產(chǎn)品樣本,其有效氣體容積為47.5L,滿足要求。2.5蓄能器的使用和維護(hù)注意事項蓄能器是精心設(shè)計、制造并按標(biāo)準(zhǔn)檢驗的壓力容器,正確的安裝、使用和維護(hù)是保證其使用性能、安全可靠工作和延長壽命的前提條件。使用蓄能器時主要應(yīng)注意以下幾方面問題:氣囊式蓄能器只能充氮氣,絕

15、不能充氧氣,以防引起爆炸;蓄能器要安裝在便于檢查和維修的位置,要遠(yuǎn)離熱源,并且必須用抱箍或卡箍等緊固件牢靠固定;氣囊式蓄能器應(yīng)使其油口朝下(充氣閥朝上垂直安裝,這樣在液體排放時可獲得最大的輸出流量。如果采用臥式安裝,氣囊就趨向于向蓄能器殼體托靠并產(chǎn)生摩擦,這將造成皮囊磨損加快;蓄能器屬于壓力容器,不允許對其進(jìn)行敲打,更不允許在其上進(jìn)行任何焊接、鉚接或機(jī)械加工;充油狀態(tài)下的氣囊式蓄能器是不能拆卸的,否則會引發(fā)設(shè)備或人身事故,因此對液壓回路或蓄能器本身進(jìn)行檢修時也必須先釋放蓄能器內(nèi)的壓力油;要定期(一般每半年一次對皮囊進(jìn)行氣密性檢查,定期更換皮囊及密封件,一旦發(fā)現(xiàn)皮囊中充氣壓力低于規(guī)定值,必須及時

16、補(bǔ)充氮氣,以保證蓄能器能供給系統(tǒng)足夠的壓力油;要定期檢查蓄能器表面處理層和其內(nèi)部的銹蝕情況,如發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時更換;蓄能器最高工作壓力應(yīng)低于產(chǎn)品所規(guī)定的最高工作壓力,且p2/p04,這將保證最佳效率和工作壽命;蓄能器工作參數(shù)的設(shè)定應(yīng)保證在排放液體時不能全部排空,達(dá)到最低工作壓力時必須保留少量油液(約為蓄能器容積的10%,以使氣囊不會在每次膨脹過程中撞擊提升閥,保證皮囊的工作壽命;油溫對蓄能器皮囊的壽命也有相當(dāng)大的影響,工作油溫過高或過低,都會縮短皮囊的使用壽命,因此系統(tǒng)的工作溫度要控制在一個合理的范圍內(nèi)。3結(jié)語要保證放空洞閘門關(guān)閉時不漏水,其啟閉機(jī)的工作性能是重要因素之一。鑒于水布埡放空洞偏心鉸

17、弧門設(shè)計水頭高、啟閉容量大、液壓控制系統(tǒng)較復(fù)雜,給啟閉機(jī)的運行尤其是如何使閘門止水始終保持壓縮狀態(tài)帶來了一定的困難,設(shè)計中通過采用蓄能器自動保壓鎖緊油缸這一措施,提高了啟閉機(jī)的運行可靠性并改善了閘門的封水效果。該閘門和啟閉機(jī)自2005年投入使用以來,狀況良好,達(dá)到了設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)。參考文獻(xiàn):1雷天覺.液壓工程手冊M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1990.2成大先.機(jī)械設(shè)計手冊M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1994.(上接第7頁從這10場陣性泥石流輸沙率來看,輸沙率均值跨越了從5.0t/ms-14.0t/ms這樣大的尺度,但它們輸沙率大小規(guī)模的分布卻具有結(jié)構(gòu)自相似性,b值趨于常數(shù)?？偟目磥?可以認(rèn)為云南東川蔣家溝陣性泥石流物質(zhì)組成等因素所決定的陣性泥石流輸沙過程具有自組織臨界性,并可用冪律規(guī)律對其進(jìn)行研究分析,為今后研究泥石流輸沙特性提供了一種較為方便可行的方法。4結(jié)語泥石流輸沙過程現(xiàn)象及其實測資料表明,陣性泥石流輸沙過程具有明顯脈動性、陣發(fā)性的非線性特性。通過對云南蔣家溝泥石流19871991年的10場共有1271陣陣性泥石流輸沙率資料進(jìn)行歸納,初步認(rèn)為云南蔣家溝陣性泥石流輸沙服從冪律分布。參考文獻(xiàn):1康志成.云南東川蔣家溝泥石流運動態(tài)特征C/中國科學(xué)院成都地理研究所泥石流論文集,1981:142-148.2中國科學(xué)院蘭州川凍土研究所,甘肅