水利水电工程中液压启闭机故障的应对措施

水利水电工程中液压启闭机故障的应对措施

发表时间：2018-08-13T15:14:58.760Z 来源：《基层建设》2018年第21期作者：潘锦根

[导读] 摘要：液压启闭机是保障船闸正常运行非常重要的一个组成部分，其功能是负责闸阀门的启闭工作，运行质量直接关系到闸门整体功能的有效发挥。

广州市番禺区市桥河工程管理所广东广州 510000

摘要：液压启闭机是保障船闸正常运行非常重要的一个组成部分，其功能是负责闸阀门的启闭工作，运行质量直接关系到闸门整体功能的有效发挥。本文简要阐述了液压启闭机经常出现的故障状况，结合实a际案例，针对指出相关应对措施，希望为今后水利工程项目建设提供参考。

关键词：液压启闭机；故障；阀门；水闸

前言

启闭机是水闸建设中的一项永久设备，液压启闭机是以液压系统作为水闸启闭机的主要组成部分，来完成闸阀门的启闭动作，由于液压设备中的各种元件和传动液体都处于封闭的工作状态，不同于其他机械设备那样直观，故此其故障具有隐蔽性、多样性、不确定性和因果关系复杂等特点，液压启闭机在整个水闸的投资中占比虽不是很大，但其在工作上的完善和灵活以及可靠程度密切关系着水舶过闸的快慢与安全。而液压系统工作一段时间后器件难免会有故障等情况发生。

1.概述

液压启闭机能便于实现自动化和远程控制，具有体积小、工作稳定、启闭力大等优点，自动化程度高，涉及程序较为复杂，现场设备管理维护人员专业技能参差不齐，且液压、自动控制系统较为抽象，对液压系统认识不充分，往往是无从下手。要想做好液压系统和相关电气元件的故障排查工作，要掌握液压启闭机基本构成及启闭机工作流程。

以南水北调中某河节制闸为例，采用2孔弧形闸门，一孔两机，型号为QHLY-2x630KN-YL。启闭机组成包括：2套溢洪道油缸总成（含4支油缸、4套缸旁保压安全阀块、4套埋件总成）4套闸门行程检测装置（4套YQX-II-NC2-5）2套液压泵站设备及液压管路系统、2套现地电气控制柜及其附件、专用检修工具等。闸门在运行过程中，最为典型的故障就是液压和电气自动化问题，这将直接影响输水调度。因此，准确判断故障，及时排除故障，对启闭机的运行管理十分重要。

2.液压启闭机常见故障

在长距离输水调度中，节制闸启、停频繁，运行条件复杂和苛刻，对故障敏感。液压系统自身特性决定其故障率较高，且出现故障难以查找原因。此外液压启闭机作为液压系统的组成部分，其故障往往跟整个系统有关。整套系统各类传感器众多，信号的传输也是非常典型的故障[1]。从故障现象分类，液压启闭机故障主要如下。

2.1 闸门下滑

在《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规范》中规定的闸门沉降量：因液压缸及液压系统的渗漏的闸门沉降，在48小时内不得大于200mm。当油缸下滑量超过200mm时，就可以认定为液压系统故障。

闸门提升至指定开度或全开时，闸门在48小时内下滑量超过200mm，电气控制系统发出声光报警信号，并自动启动一台油泵将闸门恢复至原开度。闸门因故障继续下滑量大于230mm时，发出声光报警，并自动启动另一台油泵将闸门提升恢复至原开度。闸门下滑量严重超标，说明液压系统内部存在严重泄露，根据液压系统原理，泄露部位应在液压油缸和控制阀组[2]。

油缸内泄露大多为油缸活塞密封损坏，从表面分析多为密封件失效，损坏、挤出、密封表面被拉伤造成。主要原因有：油液污染、密封表面粗糙度不当、密封件尺寸不匹配、油温过高、密封件加工质量或装配不当等。总结起来为：一是液压油问题；二是加工精度问题；三是装配问题；四是密封装置的可靠性。

图1 先导式液控单向阀

先导式液控单向阀阀芯上的密封圈损坏或者弹簧失效也是导致下滑的一个重要原因，液控单向阀。启闭机开启闸门时，液压缸利用先导式液控单向阀阀芯锥面密封，保持系统压力。因启闭机的启停次数频繁，阀芯在多次动作后会有一定量的磨损；阀芯锥面一侧为有杆腔压力油，油压较高，另一侧为回油道，油压基本为零；在压差作用下，液压缸高压侧通过磨损处泄漏至回油箱，形成系统内漏，使有杆腔油量减少，活塞下移。单向阀弹簧失效也会导致同样问题，致使闸门下滑[3]。

油缸柱塞杆的支撑结构磨损，致使活塞在往复运动过程中偏斜，刮伤油缸内壁，使有杆腔和无杆腔之间不能有效密封，严重情况不但内漏，还会产生外漏，导致闸门不能正常工作。如果液压系统内漏存在与闸门启闭过程中，将影响闸门启闭速度，油缸不能平稳运行，甚至出现突发性故障，导致闸门快速下滑至底部。

在日常维护过程中，故障初期判断尤为重要，可以很好的预防事故的发生，判断系统是否内漏简单的办法就是堵死一端，另一端加压，看液压油缸是否动作，或油缸运行到极限位置，换向阀继续加压，听换向阀是否有液压油流动声音，如有声音，可以初步判定系统内漏。

2.2 左右开度超差

双吊点闸门液压启闭机在闸门启闭过程中，两油缸同步精度控制在10mm以内，闸门启闭过程中，一缸动作，一缸不动或动作滞后，左右偏差超过正常范围，液压启闭机就会发出声光报警，并停止工作。对于左右开度超差原因分析，首先要了解开度同步控制原理。同步控制，采用以物理量的速度粗调为辅、以旁通泄油的位置精调为主的同步控制方式[4]。

粗调方法：在管路过流能力配置上，选用同一规格的油管，使管路在同压、同速下的过流能力相同；在流速控制上，采用桥式整流板、比例调速阀调节，使有杆腔内液压油始终受调节，使进出两有杆腔液压油在同压过流能力上基本相同；在油压分配上，两液压油缸采

用同一出流油源，使供油压力相同，从而实现两活塞杆，伸长的速度同步粗调。

精调方法：在两油缸位置偏差超过设定值时，高侧液压缸的电磁换向阀得电动作卸掉部分油量，降低活塞杆伸长，缩小左右油缸开度偏差，达到同步精调。闸门开度由活塞杆的伸长量决定。由形成检测装置检测闸门开度，经编码器传输给PLC，由PLC经程序控制输出信号经比例放大板传输到电磁换向阀，从而实现开度闭环控制。

分析出现左右油缸超差的情况有两种：一是动态偏差；二是静态偏差。究其原因可分为液压系统故障，传感器传输故障或PLC程序故障。调速阀中的各单向阀、单向节流阀卡阻，不能开启；编码器损坏或电缆脱落导致开度传输信号故障；PLC程序错乱导致接收、传输错误的信号。

3.处理措施及典型案例分析

液压设备由机械、液压、电器及其仪表等装置有机地组成统一体，针对闸门下滑和油缸左右超差典型故障，不能从某一方面思考问题，应该全面分析问题产生的根源，从以下三个方面做好设备的维护保养工作，对避免故障发生和查找故障原因非常重要。

3.1 闸门下滑案例分析及对策

3.1.1 典型案例分析

为确保输水过闸流量，通过程序设定闸门一旦下滑量超过20mm，就会出现报警。以节制闸1#闸门为例，左侧液压缸下滑频繁，每天需纠偏2～3次才能适应自动化远调要求，影响正常的自动化调度。通过测出48小时的最大下滑记录，制定维修方案。现场工作人员将1#闸门上调至开度0.5m（原开度0.4m），控制方式切换为现地，关闭进油管路、回油管路，次日进行测试，期间24小时下滑记录最大达到20mm，出现报警。记录数据由启闭机厂家推算出48小时下滑80mm左右，图2为24小时系统封闭后下滑曲线。

图2 闸门下滑曲线图

对于1#闸门左侧下滑现象，初步判定为油缸内泄漏，内漏原因为活塞头密封圈破损导致轻微渗漏，在闸门频繁动作下，加剧了密封圈的损坏，最终导致下滑量超出规定要求。此类故障解决难度很大，需将闸门退出调度，把左侧油缸从支座上拆除，吊上节制闸启闭室地面，进行液压油缸的拆检、维修，并根据情况更换油缸密封。

以同一闸站2#液压启闭机为例，在设备充水试验水头到达汤阴辖区，节制闸开始参与调度。调度期间，值班员发现节制闸2#闸门有下滑现象，左侧下滑较重，右侧下滑轻微。闸控记录显示2#闸门3小时内左侧下滑30mm，左右开度差达32mm。通过对闸门液压油缸检查判断分析，2#闸门左右侧液压油缸液控单向阀存在问题，密封效果不佳导致闸门下滑，采取紧急措施关闭进出口高压球阀，更换左右侧液控单向阀，经过一段时间运行，系统恢复正常。

3.1.2 应对措施

液压启闭机液压油的清洁程度决定了系统工作性能，对每套液压系统按液压油清洁度检测工艺要求进行油液清洁度检测，污染度超过-/17/14GB/T14039-2002标准的系统泵站，按照自循环过滤液压油净化工艺要求进行油液过滤净化，直到再次检测符合-/17/14GB/T14039-2002要求。

液压启闭机密封失效造成液压油泄露，影响系统正常运行和系统安全，闸门切换启闭过程中，要经过“停止”，以减少液压冲击，不要人为加大系统压力和运行负荷，密封失效是闸门下滑的主要原因。因此，密封维护至关重要，首先保持系统清洁，其次保证正常油温，一般油温应在5°C～25°C，避免阳光直接照射。

3.2 左右超差案例分析及对策

3.2.1 典型案例分析

2#闸门试运行初期，无论在动态还是静态状况下，经常有超差故障发生，经检查发现，缸旁液控单向阀密封面损坏，进一步分析造成损坏的原因就是因为闸门动作过程中，产生巨大冲击力，致使液控单向阀损坏。观察发现闸门左右两侧偏斜多达55mm，但通过开度传感器输出信号偏差在10mm以内。

首先采取闸门落底清零，闸门落底后，左右开度全部显示为零，当闸门全开时发现闸门仍然偏斜，且在运行过程中出现左右超差，通过闸门分段动作发现闸门每运行2000mm都会向反方向倾斜，最后得出结论为油缸闸门支座和油缸闸孔支座不同步，所以通过分段设置PLC程序，始终保持闸门左右开度在一定范围之内。采用不同的纠偏电压，减少闸门运行过程中超差量。闸门左右开度偏差小于纠偏值闸门自行纠偏，确保闸门平稳运行，避免闸门偏斜导致的液压冲击对液控单向阀的损坏。

3.2.2 应对措施

做好启闭机控制柜电气元件防尘、防潮，检查接触器、继电器触点状况，每半年检查端子接线状况，防止接线松脱。检查、测量各传感器传输信号是否正常，保证设备清洁卫生，每月测量一次设备绝缘，检查设备指示灯、仪表指示是否准确。

由于旁路放油回路操作简单、经济适用，在节制闸设置纠偏回路，液压系统通过两组调速阀将主油路分成两路进入闸门两侧油缸，通过油量确保左右两侧油缸同步。由于闸门运行过程中存在不确定因素导致油缸不同步。通过行程检测装置将信号传给PLC，当旁路纠偏系统接收到PLC发出的纠偏信号后，旁路纠偏系统将闸门启闭运行过程中相对高一侧油缸放油，控制两侧油缸同步偏差，当两侧油缸开度达到设定值时，PLC发出信号停止纠偏。

4.结语

在船闸机电设备中，液压启闭机具有力矩大，运行平稳和易调速的优点，对水库调节上下游水位和流量、实现供水、灌溉以及防洪功能性有着重要的作用，所以多数船闸都采用了液压启闭机作为闸门和阀门的驱动机构，闸阀门启闭频率高，因而容易磨损，也会出现一些故障，此时必须全面掌握设备特性，排除故障，以良好的日常维护工作保障液压启闭机运行稳定和水闸的安全运行。

参考文献：

[1]翁文廷.普定水电站弧形闸门改造[J].广东水利水电.2010（04）75-77