浅谈南水北调中线工程郑州段节制闸工作闸门2×400kN双缸液压启闭机工作原理及故障分析

摘 要：南水北调中线干线工程郑州段节制闸工作闸门采用露顶式弧形闸门，闸门开启采用双缸液压启闭机，一门一机，可实现闸门的远方控制、现地控制、现地手动三种切换方式，三种操作方式相互联锁。该液压启闭机自调试及试运行以来，设备运行平稳，状态良好。液压启闭机在运行过程中由于双侧油缸工况不同，存在不同步现象，因此设计了自动和手动双缸同步运行控制系统进行纠偏，同步运行误差小于10mm。笔者根据近几年的工作经验，向大家简单介绍双缸液压启闭机的工作原理及故障情况。

关键词：南水北调；节制闸；液压启闭机；工作原理；故障分析

中图分类号： TV663 文献标识码： A

南水北调中线干线工程是一项跨流域、跨多省市的长距离特大型调水工程，全长1432km，包括总干渠和天津干渠两部分。总干渠自陶岔渠首至北京团城湖长1276. km，其中河南段长约732km，河北段长约465km，北京段长80km。全线共设有各类建筑物2300多座，用于输水控制的建筑物共318座（其中节制闸62座）。

节制闸工作闸门孔口尺寸为7m×8.5m（宽×高），闸门形式为露 顶式，最大壅水水头8.187m，双吊点后拉式、动水启闭，两吊点间距6.5m。

一、 设备参数

南水北调中线工程节制闸2×400KN液压启闭机用于启闭7m×8.5m（宽×高）弧形工作闸门。液压启闭机由液压缸、支铰座、液压系统总成、液压管路及附件、闸门开度仪及行程控制装置、电气控制系统等组成。每孔液压启闭机布置1套液压泵站、两套液压缸，液压泵站位于事故检修闸门上方的操作室内。每台液压泵站含2台油泵和2台电机，采用一用一备工作制，即一台泵组工作，一台泵组备用，且两台泵组之间能根据预设参数自动切换。节制闸工作闸门液压启闭机主要技术参数见表一。

表一：节制闸弧形工作闸门液压启闭机主要技术参数

二、 工作原理

液压启闭机的主要作用是通过通过活塞杆的伸长和收缩来推动弧形闸门做开启和关闭运动。首先通过油泵使液压油具有一定的压力，将能量储备在压力油中，再通过活塞将油中储存的能量转化为一种机械运行以驱动机械设备运行；其次通过油路系统将油泵和活塞联系在一起，再加上控制液压油流方向、流量的设备，使得活塞的机械运动满足各种工况的要求；最后设置一套为系统服务的保护和监测系统。

1.控制回路原理图（详见图1）。

图1

2.开启闸门：空载启动液压泵电动机组，延时10秒左右，电磁阀YV0、YV1通电，压力油分两路经比例调速阀后进入左右液压缸有杆腔，液压缸无杆腔油液经33.1单向阀流回油箱。

2.2.2关闭闸门：空载启动液压泵电动机组，延时10秒左右，电磁阀YV0、YV2通电，压力油打开30.1液控单向阀，液压缸有杆腔油液经比例调速阀后流回液压缸无杆腔，同时压力油经26.1溢流阀向液压缸无杆腔补油（闸门正常运行速度0.1m/min，检修运行速度0.4m/min，由其中一路比例调速阀调定，正常运行时单路比例调速阀流量为3L/min，检修运行时流量为12L/min；正常运行时启动一套油泵电动机组，检修运行时两套油泵电动机组同时启动）。

3.闸门同步控制

在闸门启闭过程中，闸门开度及行程控制装置全程连续检测两只液压缸的行程偏差，当偏差值≥10mm时，比例调速阀阀芯开口变化，调整液压缸有杆腔进、出油量，使闸门同步。当两只液压缸的行程偏差值≥20mm时，液压系统自动停机并发出报警信号。

4.自动复位

闸门在任一开度上，若因泄漏闸门下滑20mm，控制系统自动启动工作泵组，提升闸门至下滑前位置，并发出声光报警信号。如闸门继续下滑达50mm，工作泵组尚未投入运行，控制系统则启动备用泵组，提升闸门至下滑前位置，并发出声光报警信号。

5.液压系统压力保护：

当SP1发讯时，表明液压系统工作压力过高，声光报警，停泵检修。当SP2发讯时，表明液压泵工作异常，声光报警，自动启动备用泵。当SP3、SP4发讯时，表明液压缸有杆腔工作压力过高，声光报警，停泵检修。

当SP5、SP6发讯时，表明液压缸有杆腔高压软管破裂，声光报警，停泵检修。压力传感器14.1实时监控系统压力并传送到控制室。当SP7发讯时，表明液压缸控制压力过高，声光报警，停泵检修。

6.油箱部分电气控制：

当SF1发讯时表明滤油器堵塞，声光报警，提请更换滤芯。

当LV1发讯时表明油箱液位过高，声光报警，停泵检修。

当LV2发讯时表明油箱液位过低，声光报警，停泵检修。

当LT1发讯时表明油温过高，声光报警。

液位液温传感器7.1随时监控油箱的液位液温数值并传送到控制室。

7.液压系统故障分析及常见故障排除

液压设备正确使用与精心保养，可以防止机件过早磨损和遭受不应有的损坏，从而减少故障发生，并能有效地延长使用寿命。对液压设备进行主动保养预防维护，进行有计划地检修，可以使液压设备经常处于良好的技术状态，并发挥应有效能。

分析故障必须弄清楚整个液压系统的工作原理、结构特点，然后根据故障现象进行判断，逐步深入，有目的，有方向地逐步缩小范围，确定区域、部位，以至某个元件。

四、液压系统故障分析步骤

第一步：液压设备运转不正常，例如，没有运动，运动不稳定，运动方向不正确，运动速度不符合要求，动作顺序错乱，力输出不稳定，严重泄漏、爬行，温升等。无论什么原因，都可以归纳为：流量、压力和方向三大问题。

第二步：审核液压回路图，并检查每个元件，确认其性能和作用，初步评定其质量状况。

第三步：列出与故障有关的元件清单，逐一分析。

第四步：对清单中所列元件按已往的经验和元件检查难易排列次序。必要时，列出重点检查的元件和元件重点检查部位。

第五步：对清单中列出的重点检查元件进行初检。初检应判断以下问题：元件的使用和安装是否合适；元件的测量装置、仪器和测试方法是否合适；元件的外部信号是否合适；对外部信号是否响应等。特别要注意某些元件的故障先兆，如过高的温度和噪声，振动和泄漏等。

第六步：识别出发生故障的元件，对不合格的元件进行修理或换。

第七步：在重新启动主机前，必须先认真考虑一下这次故障的原因和后果。

如果故障是由于污染或油液温度过高引起的，则应预料到另外元件也有出现故障的可能性，并应针对隐患采取相应的补救措施。例如：由于铁屑进入泵的故障，在换新泵之前要对系统进行彻底地清洗净化。

五、液压系统常见故障及其排除方法

液压启闭机分为机械部分、液压部分、电气控制三部分。当出现故障时首先是要分清故障是那个部分造成的。液压系统常见故障及其排除方法见表1。

表1液压系统常见故障及其排除方法

结束语

从南水北调中线干线工程郑州段节制闸2×400kN液压启闭机常见故障分析及排除可以看出，要保证设备能达到预计的稳定可靠的技术性能，必须对设备做到：熟练操作、合理调整、精心保养和计划检修。只有这样才能保证设备良好运行，确保液压系统远程自动化控制奠定基础。