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

1、 文章編號(hào):1671-3354(200806-0008-04收稿日期:2008-08-16作者簡(jiǎn)介:熊紹鈞,男,高級(jí)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(jì)與應(yīng)用熊紹鈞(長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,湖北武漢430010摘要:介紹了由蓄能器自動(dòng)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?jiǎn)㈤]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(jì)算,使用和維護(hù)注意事項(xiàng)。關(guān)鍵詞:弧形閘門;液壓?jiǎn)㈤]機(jī);蓄能器;水布埡水利樞紐中圖分類號(hào):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?jiǎn)㈤]機(jī)中,因油缸或液壓系統(tǒng)泄漏導(dǎo)致閘門下滑是一個(gè)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(dòng)回升功能,即每當(dāng)下滑量達(dá)到設(shè)定值時(shí),油泵電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng),通過對(duì)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(dòng)將對(duì)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(duì)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(dòng),危及泄水建筑物的運(yùn)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?jiǎn)㈤]機(jī)上

5、,嘗試采用了蓄能器進(jìn)行自動(dòng)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(kù)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(jì)水頭152.20m ,面板半徑為14m ,由液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操縱運(yùn)行。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)由1臺(tái)(主機(jī)5500/1000kN 擺動(dòng)式雙作用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)和1臺(tái)(副機(jī)5500/1800kN 豎式雙作用液壓?jiǎn)㈤]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(dòng)作,兩只油缸分時(shí)動(dòng)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HUBEI W ATER POWER 總第80期T otal N o.80表1啟閉機(jī)主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目5500/1000kN主機(jī)5500/1800kN副機(jī)啟閉機(jī)機(jī)型豎式擺動(dòng)雙作用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)豎式擺動(dòng)雙作用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操縱對(duì)象操縱弧形工作閘門操縱弧門偏心鉸啟閉機(jī)數(shù)量/臺(tái)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

7、.74下降速度/(m min -10.510.51油缸內(nèi)徑/mm 790790活塞桿直桿徑/mm 440440計(jì)算啟門油壓/MPa 16.316.3計(jì)算閉門油壓/MPa23.72蓄能器在液壓?jiǎn)㈤]機(jī)上的應(yīng)用2.1啟閉機(jī)運(yùn)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?yàn)?啟動(dòng)副機(jī)下壓閘門偏心鉸機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng),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?yàn)?啟動(dòng)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(dòng)接入副機(jī)油缸有桿腔,對(duì)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(dòng)鎖錠裝置將副缸長(zhǎng)期鎖定。啟閉機(jī)的液壓系統(tǒng)

8、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(shì)能的形式儲(chǔ)存,在系統(tǒng)需要時(shí)再將這種勢(shì)能轉(zhuǎn)化為液壓能,它可以作為輔助或應(yīng)急動(dòng)力源,也能用于補(bǔ)充系統(tǒng)漏損液體,穩(wěn)定系統(tǒng)工作壓力,吸收液壓泵的脈動(dòng)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(dòng)保壓、自動(dòng)補(bǔ)油。水布埡閘門啟閉機(jī)上采用了蓄能器進(jìn)行自動(dòng)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(tái)大排量主油泵(Parker 產(chǎn)品,型號(hào)PV092R1K 1S1NFWS 投入工作,同時(shí)也向蓄能器充液(此時(shí)壓力為16.3MPa ,另1臺(tái)主油泵備

9、用。當(dāng)副機(jī)上拉壓縮閘門止水到設(shè)定位時(shí),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(jì)與應(yīng)用2008年11月統(tǒng)停機(jī),蓄能器中壓力油自動(dòng)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(hào)G P2D20空載啟動(dòng),延時(shí)10s后,DT1、DT2、DT3同時(shí)得電,系統(tǒng)向蓄能器充液,當(dāng)壓力升至17MPa時(shí),壓力繼電器P J1發(fā)訊,充液停止,整個(gè)循環(huán)自動(dòng)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

10、。它由截止閥和安全閥組成,其中截止閥為手動(dòng)式球閥,安全閥一般為直動(dòng)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(shí)施對(duì)液壓系統(tǒng)的安全供液和保壓;控制蓄能器與液壓系統(tǒng)之間管道的通斷,當(dāng)蓄能器向系統(tǒng)供液或系統(tǒng)向蓄能器供液時(shí)打開手動(dòng)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(shí),關(guān)閉手動(dòng)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(gè)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?zèng)_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(dòng)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

11、元件、管道和密封件損壞,引起液壓?jiǎn)㈤]機(jī)與閘門振動(dòng)。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(huì)劇增,為閘門的安全運(yùn)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?jiǎn)㈤]機(jī)的運(yùn)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?dú)獾捏w積,從而使蓄能器儲(chǔ)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(shí)首先向蓄能器充以預(yù)定壓力的氮?dú)?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(dòng)平衡狀態(tài)。當(dāng)系

12、統(tǒng)需要油時(shí),在氣體壓力作用下,使油液排出。氣囊式蓄能器的優(yōu)點(diǎn)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(guó)HY DAC公司的產(chǎn)品,采用氮?dú)庾鳛榭蓧嚎s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(jì)算(1蓄能器充氣壓力p0的確定從保護(hù)氣囊并延長(zhǎng)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=0.25p2

13、0.9p1(1式中:p2為系統(tǒng)的最高工作壓力(絕對(duì)壓力;p1為系統(tǒng)的最低工作壓力(絕對(duì)壓力,蓄能器供液壓力降至此值時(shí)充液泵自動(dòng)啟動(dòng)對(duì)其充液。為了減小蓄能器的體積,這里取大值,即p0= 0.9p1,對(duì)本啟閉機(jī),p1=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(jì)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(shí)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(jì)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

14、當(dāng)于油缸活塞下滑8mm的泄漏量,則可計(jì)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期等溫狀態(tài)。等溫過程時(shí)理想的氣體容積V i按式(2計(jì)算:V i=p1p2p0(p2-p1V(2經(jīng)計(jì)算,V i=37.8L,考慮實(shí)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(hào)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

15、.5蓄能器的使用和維護(hù)注意事項(xiàng)蓄能器是精心設(shè)計(jì)、制造并按標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)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(zhǎng)壽命的前提條件。使用蓄能器時(shí)主要應(yīng)注意以下幾方面問題:氣囊式蓄能器只能充氮?dú)?絕不能充氧氣,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(shí)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(duì)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

16、是不能拆卸的,否則會(huì)引發(fā)設(shè)備或人身事故,因此對(duì)液壓回路或蓄能器本身進(jìn)行檢修時(shí)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(duì)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(shí)補(bǔ)充氮?dú)?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(shí)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(shí)不能全部排空,達(dá)到最低工作壓力時(shí)必須保留少量油液(約為蓄能器容積的10%,以使氣囊不會(huì)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(duì)

17、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(huì)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(gè)合理的范圍內(nèi)。3結(jié)語(yǔ)要保證放空洞閘門關(guān)閉時(shí)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弧門設(shè)計(jì)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(yùn)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(jì)中通過采用蓄能器自動(dòng)保壓鎖緊油缸這一措施,提高了啟閉機(jī)的運(yùn)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(jì)的預(yù)期目標(biāo)。參考文獻(xiàn):1雷天覺.液壓工程手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1990.2成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京:化學(xué)

18、工業(yè)出版社,1994.(上接第7頁(yè)從這10場(chǎng)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(duì)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(yǔ)泥石流輸沙過程現(xiàn)象及其實(shí)測(cè)資料表明,陣性泥石流輸沙過程具有明顯脈動(dòng)性、陣發(fā)性的非線性特性。通過對(duì)云南蔣家溝泥石流19871991年的10場(chǎng)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(yùn)動(dòng)態(tài)特征C/中國(guó)科學(xué)院成都地理研究所泥石流論文集,1981:142-148.2中國(guó)科學(xué)院蘭州川凍土