三峡工程水工金属结构介绍

第一章液压启闭机

第一节概述

在水利水电工程中，水工液压启闭设备主要用于操作闸门启闭，通常由液压泵站、液压油缸、液压管路、控制阀组及电气检测保护等装置组成，它在最初应用到水利水电工程中时，因收到当时国内工业技术水平的制约，未得到广泛的应用，随着材料工艺的发展和机加工水平的革新，特别是到20世纪70年代末，无缝钢管在液压缸内孔工艺上的成功应用，使液压缸总成的的技术经济指标得到显著优化，改革开放后，国外先进液压技术和液压元器件产品进入国内市场，进一步加速了液压启闭机技术的发展，液压启闭机已成为目前水利工程中主流启闭设备。

在三峡水利枢纽工程中，共设置有23套泄洪深孔弧形工作门、26套进水口快速门、8套排沙孔工作门、3套排漂孔弧形工作门、两套冲沙闸和1套电源电站工作门，包括围堰发电期时的22个导流底孔，他们的启闭都是采用液压传动来实现。在三峡水利枢纽工程各类液压启闭机总计约需120多台，总重达9700多吨，最大油缸行程可达16m。

在双线五级船闸中，共有24扇巨型人字闸门，通过相应的液压启闭机来操作。在其输水系统中，总共有24个反向弧形闸门，也采用了液压启闭机操作。在垂直升船机中，也有少量的液压启闭机用于上、下闸首处的卧倒门和下闸首的工作门。

这些液压启闭机的可靠运行是确保长江防洪、发电、航运发挥综合效益的关键之一。

与启闭机械配套工作的是闸门。闸门是水利枢纽中最重要组成部分之一，主要用于是调节上下游水位，实现防洪、引水发电、通航、排沙等的作用发挥。闸门种类很多，一般可按闸门的工作性质、设置部位、使用材料和构造特征等进行分类。在三峡枢纽工程中应用的全部为钢制闸门，按构造特征主要包括两种类型，深孔、排漂孔、冲沙闸和五级船闸输水系统工作阀门为弧形工作门，其它均为平面闸门，其中弧门为潜孔闸门。

表1-1-1 三峡主体工程液压启闭机主要技术参数

目前，液压技术的发展前沿是插装技术和比例阀控制技术，用液压-电子技术控制大流量大功率的液压系统，且容易实现远程自动化集中控制。在三峡工程中，一般的液压启闭机有远方、现地、检修和手动四种控制方式，切换至“远方”位时，可实现中控室和集控式直接控制，当需要现地操作时，可切换操作方式至“现地”，这两种方式均是利用PLC程序进行控制，在程序中在启泵和电磁阀动作前会先判断液位、油温是否正常、运行过程中会判断速度是否正常，滤芯压力是否报警，如出现异常则蜂鸣报警提示或直接发出停泵指令，确保系统工作安全。

不难看出，三峡液压启闭设备在工程中有着非常重要的地位及作用，特别是应用在这样一个世界级的水电工程上，它的技术难度更不容忽视。从泄洪调节水位，保护机组故障飞逸，到确保航道通畅，液压启闭设备和闸门又具有各自的工作特性和技术要求，在接下的章节中，我们将详细分析液压系统控制和闸门检修和运行的相关知识。

第二节液压启闭机

一、三峡主体工程中液压启闭机分类

在水利工程中，液压启闭机是操作闸门的一种启闭设备，液压启闭机种类很多，按照液压启闭机油缸的作用方式可分为单作用缸和双作用缸，除此之外，根据吊点数量，还有单吊点和双吊点之分；根据油缸固定型式还有有浮动式、摆动式和固定式之分。在三峡工程中包含了各种类型的液压启闭机，我们一般按照液压启闭机的用途来分，主要有下面四种型式：QPPY系列普通平面闸门液压启闭机：应用在三峡大坝8个排砂孔。本系列产品根据结构形式又分为三个系列，分别为QPPYⅠ系列（柱塞式）、QPPYⅡ系列（活塞式）、QPPY-D 系列（倒挂式）。

QPKY系列平面快速闸门液压启闭机，如三峡机组进水口；

QHSY系列深孔弧门液压启闭机，如三峡工程23个泄洪深孔；

QRWY系列人字闸门液压启闭机，如三峡永久船闸的液压启闭机。

这些系列代号的命名分别与各自的特点的闸门形式有关。譬如，QPKY系列平面快速闸门液压启闭机，“Q”—代表启闭机，“P”—代表平面闸门，“K”—代表快速，“Y”—代表液压。

三峡主体工程共有62套液压启闭机，26套QPKY系列平面快速闸门液压启闭机，8套QPPY系列普通平面闸门液压启闭机，28套QHSY系列深孔弧门液压启闭机。

下面内容将重点讲解三峡主体工程中液压启闭机的组成、内部结构及重要的零部件特点。

二、三峡液压启闭机油缸的组成

液压启闭机实际上是一个液压传动系统，通常由液压泵站、油缸、液压阀组、液压管道及电气检测和控制装置组成，通常我们在本节中，我们着重讲解三峡液压启闭机主要零部

件的特点。

液压油缸是液压启闭设备的执行机构，主要功能是将压力油的能量转变为活塞杆往复直线运动的机械能，以实现启闭闸门。根据各自所需工况的不同，油缸的结构特点也有所不同，其主要构件有活塞、活塞杆、缸筒、导向套、端盖，另外三峡快速门油缸内部还设置有缓冲套，排沙孔液压油缸顶部设置有机械锁定装置。

下面以三峡快速门液压油缸的内部结构为例，重点讲解其内部零部件结构，其他油缸的内部结构大致相似，不同的是油缸的支承型式，深孔和排漂孔采用“十字铰”内嵌球面轴承。

1-充液阀 2-上缸盖 3-活塞 4-支承锥面 5-缸体 6-缓冲套

7-缸体焊缝 8-测压接口 9-下端盖 10-下腔油管 11-活塞杆

图1-2-1 快速闸门液压油缸的结构图

如图2-1的油缸是QPKY系列快速闸门油缸的典型结构形式，主要由前后端盖（2、9），活塞杆11、缸体5、缓冲套6、活塞3等组成。启闭机油缸竖式安装，尾部锥面或球面支承，可以使油缸自由摆动，以消除启闭机和闸门的制造和安装误差对油缸运行的不利影响，球面支承在理论上受力状态比其他支承型式更为理想，但因球面加工制造和检测上尚存在一定难度，行业内现多采用锥面进行支承，三峡二期工程机组进水口液压启闭机设计图纸中基本采用球面支承，但国内厂家实际生产能力达不到理想球面要求，在三峡三期工程中机组进水口油缸的支承型式变为了锥面支承。

1.缸体

随着液压技术在我国水工机械产品的不断发展和广泛应用，液压缸的需求朝着大型和超大型，以及高可靠性和稳定性发展趋势,为提高超大型液压启闭机制造工艺工装水平,国内液压缸制造厂家引进和研制了超大型油缸体加工刀具系列,并采用一次拉镗滚压工艺及内孔珩磨工艺两种加工方法，是的油缸缸体内表面达到Ra0.4和H8级的加工精度，达到目前世界先进水平。