液壓啟閉機(jī)的組成和工作原理

1、液壓啟閉機(jī)的組成和工作原理 液壓啟閉機(jī)一般由液壓系統(tǒng)和液壓缸組成.在液壓系統(tǒng)的控制下,液壓缸內(nèi)的活塞體內(nèi)壁做軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng),從而帶動(dòng)連接在活塞上的連桿和閘門做直線運(yùn)動(dòng),以達(dá)到開啟、關(guān)閉孔口的上的.液壓系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置、控制調(diào)節(jié)裝置、輔助裝置等.多套啟閉機(jī)可共用一個(gè)液壓系統(tǒng).動(dòng)力裝置一般為液壓泵,它把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能.液壓泵一般采用容積式泵,如葉片泵和柱塞泵.葉片泵和柱塞泵有結(jié)構(gòu)緊湊,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),噪音較小,使用壽命長等優(yōu)點(diǎn).柱塞泵雖然價(jià)格較高,但可以得到高壓、大流量,且流量可調(diào).近年來國內(nèi)液壓啟閉機(jī)普通采用中高壓,所以大多數(shù)采用柱塞泵.另外,因其重要性,液壓啟閉機(jī)的液壓系統(tǒng)一般設(shè)置兩套液壓泵,互為

2、備用. 控制調(diào)節(jié)裝置是指液壓控制閥組,包括節(jié)流閥、換向閥、溢流閥等閥組,其作用是對(duì)液壓油的流量、方向、壓力等方面各自起控制調(diào)節(jié)作用,以實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)的各種性能要求.啟閉機(jī)上液壓控制閥大多數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)元件,并普通采用插裝技術(shù).插裝閥具有組合機(jī)能強(qiáng),集成度高,噪音低,密封性好,機(jī)構(gòu)緊湊,全球維護(hù)等優(yōu)點(diǎn).選擇不同結(jié)構(gòu)及形式的先導(dǎo)控制閥、控制蓋及集成塊與插裝件組合,便可獲得具有換向、調(diào)壓、調(diào)速等功能的插裝閥組.雙吊點(diǎn)的液壓啟閉機(jī)因不能像卷揚(yáng)式啟閉機(jī)一樣采用機(jī)械同步,故控制閥組需考慮同步措施.輔助裝置包括油箱、油管、管接頭、壓力表、濾油器等.油箱的用途是儲(chǔ)油和散熱,并能沉淀油中雜質(zhì),分離油中的空氣和水分等.

3、油管、管接頭把動(dòng)力裝置、調(diào)節(jié)控制裝置、液壓缸連接起來,組成一個(gè)完整的液壓回路,液壓油中雜質(zhì)會(huì)使運(yùn)動(dòng)零件磨損,增加泄露和減少元件的壽命,甚至堵塞閥組等,影響液壓系統(tǒng)的使用,設(shè)置濾油器對(duì)液壓油進(jìn)行過濾是十分必要的. 液壓缸是液壓傳動(dòng)中的執(zhí)行元件,把液壓油的液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械.液壓缸由缸體、端蓋、活塞、活塞桿、吊頭等零件組成.根據(jù)液壓缸內(nèi)壓力油的作用方向可分為單作用液壓缸和雙作用液壓缸兩類.單作用液壓缸常是柱塞式或者套筒,也可以是活塞式.雙作用液壓缸形成兩個(gè)油腔,兩個(gè)油腔都可以進(jìn)出壓力油. 液壓啟閉機(jī)也稱之為閘門液壓啟閉機(jī),它是指利用液體的壓力能來傳遞能量，從而控制閘門的開啟或關(guān)閉的一種啟閉機(jī)。它包括

4、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。由液壓泵組、液壓閥組、液壓缸、油箱及附件、電氣柜及操作臺(tái)等五部分組成。 液壓啟閉機(jī)其工作原理是：當(dāng)液壓泵把原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能變?yōu)橐后w壓力能，經(jīng)過油管道及液壓閥進(jìn)入液壓缸，通過液壓缸及活塞桿把液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳈C(jī)的機(jī)械能，從而驅(qū)使閘門完成開啟或關(guān)閉等動(dòng)作。與其它啟閉機(jī)相比，液壓啟閉機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)它結(jié)構(gòu)簡單，布置緊湊，體積小，重量輕；(2)液壓啟閉機(jī)比其它的啟閉機(jī)的承載能力更大，并能夠遠(yuǎn)距離傳遞動(dòng)力；(3)緩沖性能好，傳動(dòng)平穩(wěn)，調(diào)速和換向方便；(4)液壓傳動(dòng)與電氣控制相結(jié)合，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；(5)液壓元件已經(jīng)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)簡單，制造周期短；(6)液壓元

5、件可以自行潤滑，經(jīng)久耐用；(7)易于防止過載，工作安全可靠。液壓啟閉機(jī)的缺點(diǎn)主要是：液壓缸與活塞桿配合精度高，加工成本較高；另外，密封質(zhì)量較差時(shí)液壓油容易滲漏。1液壓啟閉機(jī)的特點(diǎn)閘門液壓啟閉機(jī)是指利用液體的壓力能來傳遞能量，從而控制閘門的開啟或關(guān)閉的一種啟閉機(jī)。它包括液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。由液壓泵組、液壓閥組、液壓缸、油箱及附件、電氣柜及操作臺(tái)等五部分組成。其工作原理是：液壓泵把原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能變?yōu)橐后w壓力能，經(jīng)過油管道及液壓閥進(jìn)入液壓缸，通過液壓缸及活塞桿把液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳈C(jī)的機(jī)械能，從而驅(qū)使閘門完成開啟或關(guān)閉等動(dòng)作。與其它型式相比，液壓啟閉機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)結(jié)構(gòu)簡單，布置

6、緊湊，體積小，重量輕；(2)承載能力大，并能夠遠(yuǎn)距離傳遞動(dòng)力；(3)緩沖性能好，傳動(dòng)平穩(wěn)，調(diào)速和換向方便；(4)液壓傳動(dòng)與電氣控制相結(jié)合，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；(5)液壓元件已經(jīng)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)簡單，制造周期短；(6)液壓元件可以自行潤滑，經(jīng)久耐用；(7)易于防止過載，工作安全可靠。液壓啟閉機(jī)的缺點(diǎn)主要是：液壓缸與活塞桿配合精度高，加工成本較高；另外，密封質(zhì)量較差時(shí)液壓油容易滲漏。2國內(nèi)液壓啟閉機(jī)應(yīng)用情況液壓啟閉機(jī)在我國水電工程中的應(yīng)用已經(jīng)有20多年的歷史，特別是近年來，液壓技術(shù)更趨成熟，應(yīng)用更加廣泛。表1所列是國內(nèi)采用的較有代表性的液壓啟閉機(jī)。從表1可以看出，目前我國液壓啟閉機(jī)的設(shè)計(jì)和制造能力

7、都達(dá)到了相當(dāng)高的水平和規(guī)模；最大啟閉力可達(dá)到8000kN，行程超過16m，油缸直徑大于1m，活塞桿直徑大于0.5m。從表1還可以看出，液壓啟閉機(jī)更多地用于操作弧型閘門、人字閘門、快速閘門或高水頭深孔事故閘門，主要原因是液壓啟閉機(jī)用于這幾種型式的閘門上更能體現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)。從國內(nèi)一些工程的實(shí)際運(yùn)行情況看，這幾年生產(chǎn)的液壓啟閉機(jī)的質(zhì)量有了很大的提高，而生產(chǎn)成本卻有所降低，工程效益愈來愈顯著。表1國內(nèi)較有代表性的液壓啟閉機(jī)序號(hào)工程名稱閘門型式、規(guī)格(孔口寬×高-水頭)/m液壓啟閉機(jī)型號(hào)、規(guī)格(代號(hào)-容量/kN-行程/m)啟閉機(jī)重量/t1福建沙溪口表孔弧門17×14-14QHLY-2&#

8、215;1300-8.5202云南漫灣表孔弧門13×21-21QHLY-2×2200-8.3313湖南五強(qiáng)溪表孔弧門19×23-23QHLY-2×4500-124四川銅街子表孔弧門14×18.5-18QHLY-2×1600-10.2355浙江富春江人字門12.4×25QRWY-2×750-1.842×156江西萬安人字門8.9×36.2QRWY-2×7502×157福建水口人字門12×19QRWY-2×6308湖北隔河巖進(jìn)口平面快速門7.5×10

9、.5-57.5QPKY-5000/2500-10.5409湖南五強(qiáng)溪進(jìn)口平面事故門9×13-39QPPY-4500/3000-14/tr 10云南漫灣進(jìn)口平面事故門7×9-49QPPY-4500/2000-1041.611福建水口進(jìn)口平面事故門9.2×11.5-42QPPY-4000/2000-14.53012甘肅劉家峽泄水洞平面工作門3×8-70QPPY-6000-96013天生橋一級(jí)放空洞弧門6.4×7.5-130QSHY-5000/2000-11.314福建水口閘首平面下沉門12×13QPPY-2×800-10.525

10、3廣西應(yīng)用液壓啟閉機(jī)現(xiàn)狀3.1應(yīng)用情況液壓啟閉機(jī)在廣西水電工程中的應(yīng)用相對(duì)較晚，最早是在澄碧河工程上應(yīng)用，但澄碧河所用的啟閉機(jī)還不是單純的液壓啟閉機(jī)，而是液壓和卷揚(yáng)的綜合型式。直到近年來，在桂平船閘、巖灘電站、昭平電站、京南船閘等工程中，才開始應(yīng)用真正意義的液壓啟閉機(jī)。廣西應(yīng)用液壓啟閉機(jī)情況見表2。表2廣西應(yīng)用液壓啟閉機(jī)一覽表序號(hào)工程名稱閘門型式、規(guī)格(孔口寬×高-水頭)/m液壓啟閉機(jī)型號(hào)、規(guī)格(代號(hào)-容量/kN-行程/m)啟閉機(jī)重量/t1桂平船閘人字門24×25-24.9QRWY-2×1100-4.62×132桂平船閘輸水平面工作門3.5×3

11、.5QPPY-6000-43京南船閘上人字門12×6.5-6QRWY-2×320/2×160-2.682×3.14京南船閘下人字門12×18.65-18QRWY-2×500/2×400-2.72×3.55京南船閘輸水平面工作門1.8×2-15QPPY-250-2.51.56巖灘電站進(jìn)口平面快速門8.2×14.1-48QPKY-8000/6000-16.591.27昭平電站溢流壩弧門14×12-12QHLY-2×800-6.58昭平船閘上一字門8×3.95-3QRWY

12、-320/132-3.89昭平船閘下一字門8×14.5-14QRWY-320/320-5.110昭平船閘輸水平面工作門9.1×1.5QPPY-630-2.53.2工程效益鑒于液壓啟閉機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、布置緊湊、承載能力大、調(diào)速和換向方便、運(yùn)行平穩(wěn)、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等許多優(yōu)點(diǎn)，在水電工程建設(shè)中恰當(dāng)?shù)剡x用液壓啟閉機(jī)可以獲得顯著的工程效益。如前所述，液壓啟閉機(jī)主要用于弧型閘門、人字閘門、快速閘門和高水頭、大容量的深孔閘門。對(duì)于表孔或深孔弧型閘門，在大孔口、大啟門力、特別是靠自重不能關(guān)門而需要施加閉門力的情況下，液壓啟閉機(jī)要比卷揚(yáng)啟閉機(jī)或其它型式的啟閉機(jī)更容易滿足使用要求，同步問題

13、也容易解決，還可以簡化水工布置，節(jié)省土建投資，而且樞紐建筑物顯得協(xié)調(diào)美觀，工程效益是比較明顯的。例如，昭平電站的溢流壩表孔弧型工作閘門采用液壓啟閉機(jī)，省去了壩頂啟閉機(jī)工作橋，壩面布置緊湊，不影響交通；在工程投資方面，雖然液壓啟閉機(jī)的單價(jià)較高，但是其重量較輕，而且土建方面節(jié)省了投資。表3是根據(jù)1993年價(jià)格對(duì)液壓式啟閉機(jī)和卷揚(yáng)式啟閉機(jī)兩種方案所作的經(jīng)濟(jì)比較，兩種方案的總造價(jià)相差不大，但是，液壓啟閉機(jī)方案有工作可靠，啟閉平穩(wěn)，施工方便，操作靈活，便于集中控制等諸多優(yōu)點(diǎn)，總的工程效益還是液壓式啟閉機(jī)優(yōu)于卷揚(yáng)式。表3昭平弧門啟閉機(jī)兩種方案經(jīng)濟(jì)比較表表3昭平弧門啟閉機(jī)兩種方案經(jīng)濟(jì)比較表啟閉機(jī)型式臺(tái)數(shù)單重

14、/t總重/t啟閉機(jī)造價(jià)/萬元土建造價(jià)/萬元總價(jià)/萬元液壓式QHLY-2*800-6.510151503425347卷揚(yáng)式QHQ-2*500-15102525030045345對(duì)于船閘人字閘門、一字閘門和充泄水工作閘門，液壓啟閉機(jī)的布置比較方便，還便于實(shí)現(xiàn)船閘的自動(dòng)化控制。從桂平船閘、昭平船閘和京南船閘的運(yùn)行情況看，效果是良好的。其中，桂平船閘的閘室長度190m，寬度23m，檻上水深3.5m，最大水頭12.5m，是目前國內(nèi)已建船閘中僅次于葛洲壩船閘的第二大船閘，也是廣西第一個(gè)采用液壓啟閉機(jī)的船閘，從1991年投運(yùn)至今，液壓啟閉機(jī)運(yùn)行情況良好，滿足了廣西航運(yùn)干線的通航要求。它的成功運(yùn)行，為液壓啟閉

15、機(jī)在廣西航運(yùn)工程中的應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于快速閘門或高水頭、大容量的深孔閘門，如果采用卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，重量大，且閘門一般還需加重才能閉門，有些結(jié)構(gòu)較難處理，如果采用液壓啟閉機(jī)，就比較容易滿足調(diào)速和大容量的要求，而且雙作用的液壓啟閉機(jī)關(guān)閉時(shí)間快速，可以滿足閉門力的要求，可以節(jié)省閘門加重部分的投資。例如巖灘電站的廠房進(jìn)水口平面快速閘門，孔口尺寸(寬×高)為8.2m×14.1m，設(shè)計(jì)水頭為48m，所需啟門力達(dá)8000kN，閉門力達(dá)6000kN，象這樣超大型的快速閘門，若選用卷揚(yáng)式或其它型式的啟閉機(jī)，是很難滿足設(shè)計(jì)和使用要求的，而采用液壓啟閉機(jī)則為工程建設(shè)解決

16、了一大難題，取得了比較明顯的工程效益。3.3存在問題從廣西幾個(gè)工程的液壓啟閉機(jī)的運(yùn)行情況來看，總的來說是良好的，基本上體現(xiàn)了液壓啟閉機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，但是由于各種原因，也出現(xiàn)過一些問題，存在一些需要改進(jìn)的地方。例如：(1)桂平船閘上閘首人字閘門右側(cè)液壓啟閉機(jī)，由于液壓缸兩腔(有桿腔和無桿腔)之間發(fā)生內(nèi)漏，加之操作人員的疏忽，發(fā)生過啟閉機(jī)中部V型架被拉壞而導(dǎo)致船閘斷航的事故；(2)昭平船閘下沉式檢修門的雙吊點(diǎn)液壓啟閉機(jī)曾經(jīng)存在不同步的問題；(3)京南船閘人字閘門和充泄水工作閘門的液壓啟閉機(jī)在初期運(yùn)行時(shí)啟閉速度不太穩(wěn)定，出現(xiàn)不同步和閘門自行下滑的現(xiàn)象；(4)幾個(gè)工程的液壓啟閉機(jī)都存在密封圈質(zhì)量較差、使用壽

17、命較短、更換較頻繁的缺點(diǎn)。從廣西幾個(gè)工程的液壓啟閉機(jī)所出現(xiàn)的問題的原因分析看，這些問題并非液壓啟閉機(jī)本身所固有的，只要從設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行管理等各個(gè)環(huán)節(jié)上嚴(yán)格把關(guān)，是完全可以避免的。以京南工程的液壓啟閉機(jī)為例：(1)設(shè)計(jì)方面：廠家設(shè)計(jì)時(shí)疏忽了一點(diǎn)，即充泄水工作門在啟門時(shí)也有慢速和調(diào)速的要求(0.2m/min0.9m/min)，液壓缸無桿腔所設(shè)的調(diào)速閥不是雙向的，而是單向的節(jié)流調(diào)速閥，且方向設(shè)反了，后來廠家增設(shè)一個(gè)反向的單向節(jié)流調(diào)速閥即解決問題；(2)制造安裝方面：個(gè)別油路軟管有裂紋而滲油，有些密封圈因國產(chǎn)原材料質(zhì)量不過關(guān)而且存放時(shí)間過長，出現(xiàn)老化現(xiàn)象，這些問題已由廠家更換處理；(3)運(yùn)行維

18、護(hù)管理方面：這是一個(gè)比較薄弱的環(huán)節(jié)，液壓啟閉機(jī)所出現(xiàn)的問題有相當(dāng)部分是由于這個(gè)環(huán)節(jié)引起的，如左右側(cè)液壓啟閉機(jī)啟閉速度不一致、不同步(可以調(diào)整節(jié)流調(diào)速閥，并檢查是否漏油)、閘門自行下滑(檢查是否有內(nèi)漏或外漏現(xiàn)象)、密封圈漏油(可以采用質(zhì)量較好、使用壽命較長的聚四氟乙烯組合式密封圈)等問題，有關(guān)人員只要根據(jù)安全運(yùn)行管理制度，定時(shí)進(jìn)行檢查、維護(hù)、保養(yǎng)，這些小問題就不會(huì)愈演愈大，甚至釀成事故。為此，應(yīng)提高運(yùn)行管理人員的業(yè)務(wù)水平和素質(zhì)，把設(shè)備的維護(hù)、保養(yǎng)和管理制度落到實(shí)處。3.4液壓啟閉機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用前景鑒于液壓啟閉機(jī)所具有的優(yōu)點(diǎn)，近年來在國內(nèi)外都得到了公認(rèn)和推廣。特別是隨著設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行水平的提高，液壓新技術(shù)(如同步技術(shù)、插裝技術(shù)、比例控制技術(shù)等)和新型密封材料(如聚四氟乙烯組合式密封圈