液压启闭机的组成和工作原理

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1、液压启闭机的组成和工作原理液压启闭机一般由液压系统和液压缸组成 .在液压系统的控 制下,液压缸内的活塞体内壁做轴向往复运动,从而带动连接在活 塞上的连杆和闸门做直线运动,以达到开启、关闭孔口的上的. 液压系统包括动力装置、控制调节装置、辅助装置等 .多套启闭 机可共用一个液压系统.动力装置一般为液压泵,它把机械能转化为液压能.液压泵一般采 用容积式泵,如叶片泵和柱塞泵.叶片泵和柱塞泵有结构紧凑,运转 平稳,噪音较小,使用寿命长等优点.柱塞泵虽然价格较高 ,但可以 得到高压、大流量,且流量可调.近年来国内液压启闭机普通采用 中高压,所以大多数采用柱塞泵 .另外,因其重要性,液压启闭机的 液压系统

2、一般设置两套液压泵,互为备用.控制调节装置是指液压控制阀组 ,包括节流阀、换向阀、溢 流阀等阀组,其作用是对液压油的流量、方向、压力等方面各自 起控制调节作用,以实现对液压系统的各种性能要求.启闭机上液 压控制阀大多数是标准元件,并普通采用插装技术.插装阀具有组 合机能强,集成度高,噪音低,密封性好,机构紧凑,全球维护等优点. 选择不同结构及形式的先导控制阀、控制盖及集成块与插装件组 合,便可获得具有换向、调压、调速等功能的插装阀组 .双吊点的 液压启闭机因不能像卷扬式启闭机一样采用机械同步 ,故控制阀 组需考虑同步措施. 辅助装置包括油箱、油管、管接头、压力表、滤油器等 .油箱的 用途是储油

3、和散热,并能沉淀油中杂质,分离油中的空气和水分等. 油管、管接头把动力装置、调节控制装置、液压缸连接起来 ,组 成一个完整的液压回路,液压油中杂质会使运动零件磨损,增加泄 露和减少元件的寿命,甚至堵塞阀组等,影响液压系统的使用,设置 滤油器对液压油进行过滤是十分必要的.液压缸是液压传动中的执行元件 ,把液压油的液压能转化 为机械.液压缸由缸体、端盖、活塞、活塞杆、吊头等零件组成 . 根据液压缸内压力油的作用方向可分为单作用液压缸和双作用 液压缸两类.单作用液压缸常是柱塞式或者套筒,也可以是活塞式. 双作用液压缸形成两个油腔,两个油腔都可以进出压力油.液压启闭机也称之为闸门液压启闭机 ,它是指利

4、用液体 的压力能来传递能量，从而控制闸门的开启或关闭的一种启 闭机。它包括液压传动系统和电气控制系统。由液压泵组、 液压阀组、液压缸、油箱及附件、电气柜及操作台等五部分 组成。液压启闭机其工作原理是：当液压泵把原动机输出的机 械能变为液体压力能，经过油管道及液压阀进入液压缸，通 过液压缸及活塞杆把液体的压力能转变为工作机的机械能， 从而驱使闸门完成开启或关闭等动作。 与其它启闭机相比，液压启闭机具有以下优点：(1) 它结构简单，布置紧凑，体积小，重量轻；(2) 液压启闭机比其它的启闭机的承载能力更大，并能够远距 离传递动力；(3) 缓冲性能好，传动平稳，调速和换向方便；(4) 液压传动与电气控

5、制相结合，便于实现自动化；(5) 液压元件已经系列化、标准化，设计简单，制造周期短；(6) 液压元件可以自行润滑，经久耐用；(7) 易于防止过载，工作安全可靠。 液压启闭机的缺点主要是：液压缸与活塞杆配合精度高，加 工成本较高；另外，密封质量较差时液压油容易渗漏。1 液压启闭机的特点 闸门液压启闭机是指利用液 体的压力能来传递能量，从而控制闸门的开启或关闭的一种 启闭机。它包括液压传动系统和电气控制系统。由液压泵组、 液压阀组、液压缸、油箱及附件、电气柜及操作台等五部分 组成。其工作原理是：液压泵把原动机输出的机械能变为液 体压力能，经过油管道及液压阀进入液压缸，通过液压缸及 活塞杆把液体的压

6、力能转变为工作机的机械能，从而驱使闸 门完成开启或关闭等动作。与其它型式相比，液压启闭机具有以下优点：(1) 结构简单，布置紧凑，体积小，重量轻；(2) 承载能力大，并能够远距离传递动力；(3) 缓冲性能好，传动平稳，调速和换向方便；(4) 液压传动与电气控制相结合，便于实现自动化；(5) 液压元件已经系列化、标准化，设计简单，制造 周期短；(6) 液压元件可以自行润滑，经久耐用；（7）易于防止过载，工作安全可靠。 液压启闭机的缺点主要是：液压缸与活塞杆配合精度 高，加工成本较高；另外，密封质量较差时液压油容易渗漏。2 国内液压启闭机应用情况 液压启闭机在我国水电工程中的应用已经有 20 多年

7、的 历史，特别是近年来，液压技术更趋成熟，应用更加广泛。 表 1 所列是国内采用的较有代表性的液压启闭机。从表 1 可 以看出，目前我国液压启闭机的设计和制造能力都达到了相 当高的水平和规模；最大启闭力可达到8000kN,行程超过 16m,油缸直径大于1m，活塞杆直径大于0.5m。从表1还可 以看出，液压启闭机更多地用于操作弧型闸门、人字闸门、 快速闸门或高水头深孔事故闸门，主要原因是液压启闭机用 于这几种型式的闸门上更能体现其优点。从国内一些工程的 实际运行情况看，这几年生产的液压启闭机的质量有了很大 的提高，而生产成本却有所降低，工程效益愈来愈显著。表 1 国内较有代表性的液压启闭机序号

8、工程名称闸门型式、规格（孑L口宽X高-水头）/m液压启闭机型号、规格（代号-容量/kN-行程/m）启闭机重量/t1福建沙溪口表孔弧门17X14-14QHLY-2X1300-8.5202云南漫湾表孑弧门 13X21-21QHLY-2X2200-8.3313湖南五强溪表孔弧门 19X23-23QHLY-2X4500-124四川铜街子表孔弧门 14X18.5-18QHLY-2X1600-10.2355浙江富春江人字门 12.4X25QRWY-2X750-1.842X156江西万安人字门 8.9X36.2QRWY-2X7502X157福建水口人字门 12X19进口平面快速门QRWY-2X6308湖北隔

9、河岩7.5X10.5-57.5QPKY-5000/2500-10.540/tr9湖南五强溪进口平面事故门 9X13-39QPPY-4500/3000-1410云南漫湾进口平面事故门 7X9-49QPPY-4500/2000-1041.611福建水口进口平面事故门 9.2X11.5-42QPPY-4000/2000-14.53012甘肃刘家峡泄水洞平面工作门 3X8-70QPPY-6000-96013天生桥一级放空洞弧门 6.4X7.5-130QSHY-5000/2000-11.314福建水口闸首平面下沉门 12X13QPPY-2X800-10.5253 广西应用液压启闭机现状3.1 应用情况液

10、压启闭机在广西水电工程中的应用相对较晚，最 早是在澄碧河工程上应用，但澄碧河所用的启闭机还不是单 纯的液压启闭机，而是液压和卷扬的综合型式。直到近年来， 在桂平船闸、岩滩电站、昭平电站、京南船闸等工程中，才 开始应用真正意义的液压启闭机。广西应用液压启闭机情况 见表 2。表 2 广西应用液压启闭机一览表序号工程名称闸门型式、规格（孔口宽X高冰头）/m液压启闭机型号、规格启闭机重量序（代号-容量/kN-行程/m）/t1桂平船闸人字门24X25-24.9QRWY-2X1100-4.62X132桂平船闸 输水平面工作门 3.5X3.5QPPY-6000-43京南船闸 上人字门 12X6.5-6QRW

11、Y-2X320/2X160-2.682X3.14京南船闸 下人字门 12X18.65-18QRWY-2X500/2X400-2.72X3.55京南船闸 输水平面工作门 1.8X2-15QPPY-250-2.51.56岩滩电站进口平面快速门8.2X14.1-48QPKY-8000/6000-16.591.27昭平电站溢流坝弧门14X12-12QHLY-2X800-6.58昭平船闸 上一字门 8X3.95-3QRWY-320/132-3.89昭平船闸 下一字门 8X14.5-14QRWY-320/320-5.110昭平船闸 输水平面工作门 9.1X1.5QPPY-630-2.53.2 工程效益鉴于

12、液压启闭机具有结构简单、布置紧凑、承载能力大、调速和换向方便、运行平稳、容易实现自动化控制等 许多优点，在水电工程建设中恰当地选用液压启闭机可以获 得显著的工程效益。如前所述，液压启闭机主要用于弧型闸 门、人字闸门、快速闸门和高水头、大容量的深孔闸门。对于表孔或深孔弧型闸门，在大孔口、大启门力、 特别是靠自重不能关门而需要施加闭门力的情况下，液压启 闭机要比卷扬启闭机或其它型式的启闭机更容易满足使用 要求，同步问题也容易解决，还可以简化水工布置，节省土 建投资，而且枢纽建筑物显得协调美观，工程效益是比较明 显的。例如，昭平电站的溢流坝表孔弧型工作闸门采用液压 启闭机，省去了坝顶启闭机工作桥，坝

13、面布置紧凑，不影响 交通；在工程投资方面，虽然液压启闭机的单价较高，但是 其重量较轻，而且土建方面节省了投资。表 3 是根据 1993 年价格对液压式启闭机和卷扬式启闭机两种方案所作的经 济比较，两种方案的总造价相差不大，但是，液压启闭机方 案有工作可靠，启闭平稳，施工方便，操作灵活，便于集中 控制等诸多优点，总的工程效益还是液压式启闭机优于卷扬 式。表 3 昭平弧门启闭机两种方案经济比较表表 3 昭平弧门启闭机两种方案经济比较表启闭机型式台 数单重总重/t/t液压式1015150QHLY-2*800-6.5卷扬式1025250启闭机造土建造价总价价/万元/万元/万元3425347300453

14、45QHQ-2*500-15对于船闸人字闸门、一字闸门和充泄水工作闸门，液压 启闭机的布置比较方便，还便于实现船闸的自动化控制。从 桂平船闸、昭平船闸和京南船闸的运行情况看，效果是良好 的。其中，桂平船闸的闸室长度190m,宽度23m,槛上水深 3.5m，最大水头12.5m，是目前国内已建船闸中仅次于葛洲 坝船闸的第二大船闸，也是广西第一个采用液压启闭机的船 闸,从 1991 年投运至今,液压启闭机运行情况良好,满足了 广西航运干线的通航要求。它的成功运行,为液压启闭机在 广西航运工程中的应用提供了宝贵的经验。对于快速闸门或高水头、大容量的深孔闸门,如果采用 卷扬式启闭机,其结构复杂,体积大,

15、重量大,且闸门一般 还需加重才能闭门,有些结构较难处理,如果采用液压启闭 机,就比较容易满足调速和大容量的要求,而且双作用的液 压启闭机关闭时间快速,可以满足闭门力的要求,可以节省 闸门加重部分的投资。例如岩滩电站的厂房进水口平面快速 闸门，孑L口尺寸(宽X高)为8.2mX14.1m,设计水头为48m, 所需启门力达8000kN,闭门力达6000kN,象这样超大型的 快速闸门,若选用卷扬式或其它型式的启闭机,是很难满足 设计和使用要求的,而采用液压启闭机则为工程建设解决了 一大难题,取得了比较明显的工程效益。3.3 存在问题从广西几个工程的液压启闭机的运行情况来看,总的来 说是良好的,基本上体

16、现了液压启闭机的优点,但是由于各 种原因,也出现过一些问题,存在一些需要改进的地方。例 如：(1)桂平船闸上闸首人字闸门右侧液压启闭机,由于液压 缸两腔(有杆腔和无杆腔)之间发生内漏,加之操作人员的疏 忽，发生过启闭机中部V型架被拉坏而导致船闸断航的事故; (2)昭平船闸下沉式检修门的双吊点液压启闭机曾经存在不 同步的问题;(3)京南船闸人字闸门和充泄水工作闸门的液压 启闭机在初期运行时启闭速度不太稳定,出现不同步和闸门 自行下滑的现象;(4)几个工程的液压启闭机都存在密封圈质 量较差、使用寿命较短、更换较频繁的缺点。从广西几个工程的液压启闭机所出现的问题的原因分 析看，这些问题并非液压启闭机

17、本身所固有的，只要从设计、 制造、安装和运行管理等各个环节上严格把关，是完全可以 避免的。以京南工程的液压启闭机为例：（1）设计方面：厂家 设计时疏忽了一点，即充泄水工作门在启门时也有慢速和调 速的要求（0.2m/min0.9m/min），液压缸无杆腔所设的调速 阀不是双向的，而是单向的节流调速阀，且方向设反了，后 来厂家增设一个反向的单向节流调速阀即解决问题；（2）制造 安装方面：个别油路软管有裂纹而渗油，有些密封圈因国产 原材料质量不过关而且存放时间过长，出现老化现象，这些 问题已由厂家更换处理；（3）运行维护管理方面：这是一个比 较薄弱的环节，液压启闭机所出现的问题有相当部分是由于 这个

18、环节引起的，如左右侧液压启闭机启闭速度不一致、不 同步（可以调整节流调速阀，并检查是否漏油 ）、闸门自行下 滑（检查是否有内漏或外漏现象）、密封圈漏油（可以采用质量 较好、使用寿命较长的聚四氟乙烯组合式密封圈）等问题，有 关人员只要根据安全运行管理制度，定时进行检查、维护、 保养，这些小问题就不会愈演愈大，甚至酿成事故。为此， 应提高运行管理人员的业务水平和素质，把设备的维护、保 养和管理制度落到实处。3.4 液压启闭机的发展和应用前景 鉴于液压启闭机所具有的优点，近年来在国内外都得到 了公认和推广。特别是随着设计、制造、安装、运行水平的 提高，液压新技术（如同步技术、插装技术、比例控制技术等

19、） 和新型密封材料（如聚四氟乙烯组合式密封圈）的成功运用， 产品质量越来越得到保证，另外，液压技术与电子技术互相 结合，使液压启闭机更加适应现代工程建设的发展要求。液 压启闭机在广西的应用将更加广泛。在全国金属结构专业委员会和信息网联合召开的液压 启闭机技术交流会上，与会代表对国内液压启闭机的现状和 前景进行了广泛的探讨，一致认为：虽然我国制造的液压启 闭机的某些元件，特别是密封、导向件与国外先进水平相比 还有一定差距，但是液压启闭机主机的设计水平和制造能力 已经接近世界先进水平。会议建议，对于国内工程中特别重 要的液压启闭机，可以考虑进口部分阀组和密封导向件，但 是主机应该由国内制造，以促进国内制造水平的提高，并节 省设备投资。