基于X流道泵站快速斷流系統的運行分析與改進

陳 飛，潘雯璽，錢立君，王亞乒，陸 昊

（江蘇省常州市長江堤防工程管理處，江蘇 常州 213127）

1 工程概況

江蘇省常州市魏村水利樞紐工程是治太湖骨干工程中湖西高片地區的主要引排工程，1991年12月開工建設，1996年3月建成。工程位于太湖流域湖西片距離德勝河口下游650 m處，距離長江口1.6 km，具有流域防洪、排澇、灌溉、航運、水環境保護等多種功能。工程由60 m3/s（4臺×15 m3/s機組）的引排雙向泵站和3孔×24.0 m（凈寬）設計流量300 m3/s的節制閘及160.0 m×12.0 m×2.5 m套閘組成。

2 X流道泵站快速斷流裝置結構原理分析

魏村泵站采用全調節軸流泵（2000 ZLQ15-2.8），單機流量為15 m3/s，功率為800 kW，電壓為6 kV。閘門采用直立式雙油缸啟閉，油缸為單作用缸，閘門開啟時靠液壓系統壓力，關閉時靠閘門自重泄壓，油缸上腔通過油箱自然吸油排油，由三位四通閥a和液控單向閥b組合構成1組控制閥組控制閘門的雙油缸[1]，液壓系統原理見圖1。三位四通閥a使用的是中間泄壓式三位四通閥，閥組電磁線圈在不通電（停止位）時ABT和油箱互通，為泄壓狀態，不能起到鎖定油缸回路和回路保壓作用，需利用液控單向閥b順向流通反向截止實現油缸保壓、回路鎖定。如果直接使用電磁換向滑閥組合，只能在輕載負荷系統中使用。當油缸運行突然停止，油缸液壓油受閘門自重壓力，對閥芯產生很大沖擊，導致閥組的閥芯磨損變形，出現閥組間隙泄漏現象，油缸活塞桿下滑，所以將液控單向閥b串接于油缸下腔的油路，起到鎖定系統回路，保護三位四通閥組的作用。

圖1 原液壓原理圖

閘門開時，三位四通閥a右側電磁線圈得電動作，閥芯滑向右側，PB和TA導通，液壓油從油泵M經PB，通過單向液控閥b順向進入油缸（K口是控制口，內部不相通，液壓油不會回流）驅動活塞桿。閘門停止時，閥組a失電，閥芯復位到停止狀態，ABT聯通和油箱直通，閥組a泄壓，液控單向閥b反向截止，鎖定油缸回路，閘門保持靜止。閘門關閉時，閥組a左側電磁線圈得電，閥芯滑向左側，PA、TB導通，需要啟動油泵，液壓油經油泵到閥組PA進入液控單向閥b的驅動入口K，液控單向閥打開，油缸里的液壓油通過閘門自重反向回流，經BT流入油箱。

3 運行安全分析

從圖1中可以看出，液控單向閥需從控制口K加壓力后，閥才能打開，使液壓油回流，當閘門關閉時需要啟動油泵給液控單向閥驅動壓力，才能實現快速關閘斷流。當泵站機組在運行過程中出現線路故障全站突然停電時，自動化控制系統就不能實現對閘門快速關閉，導致液控單向閥b無控制壓力源，閘門不能快速關閉斷流。如魏村泵站由于地理位置在長江口，泵站流道兩側產生較大的水位差，若遇到供電線路突發停電，導致閘門不能第一時間關閉，不能快速斷流，機組葉輪會受水位差的影響而倒轉，當達到飛逸轉速時，輕則振動嚴重，重則葉輪飛裂、泵解體，帶來嚴重的安全隱患。

4 X流道泵站快速斷流裝置技術改進

針對運行安全問題，采取閥組更改措施，使用二位四通閥d、二位二通閥e和液控單向閥b組合控制（見圖2）。閘門開啟時，油泵啟動，閥組d的電磁線圈得電，閥芯動作PA導通，液壓油通過液控單向閥b順向導通進入油缸，閘門開啟。閘門停止時，閥組d 失電閥芯復位，PA通路切斷，AT導通，閥組d通過AT向油箱泄壓，由于閥組e不動作，XZ不導通，液控閥b控制口K無壓力，此時液控閥b反向截，支撐閘門負荷，切斷油路保持閘門靜止。閘門關閉時，閥組e電磁線圈得電，閥芯動作XZ導通，通過閘門的自重，油缸下腔產生的壓力油經閥組e的XZ通路進入液控單向閥b的控制口K，打開液控單向閥，使得油缸液壓油通過液控單向閥b經閥組d 的AT通路進入油箱，油缸泄壓，閘門快速關閉。整個關閘過程不需啟動油泵，只要使閥組e得電動作，利用油缸下腔回路壓力油經XZ驅動液控單向閥組d即可 ，停止時閥組e失電，YZ導通，單向液控閥b的K口壓力經YZ到油箱泄壓而截止，閥組e電磁線圈驅動電源是直流24 V，引至泵站直流系統。所以即使在失電的情況下，泵站直流蓄電池也能投入運行，控制系統能正?？焖訇P閉閘門封閉流道保護機組，從而解決通過啟動油泵才能快速關閉閘門的問題，確保泵站機組安全。

圖2 改進后液壓原理圖

5 X流道泵站快速斷流控制系統的問題

5.1 液壓系統內部泄漏

在機組運行過程中由于液壓系統內部泄漏導致閘門下滑，流道會被強迫關閉或者遮擋，一方面水泵產生大量氣蝕毀壞葉輪，另一方面加大機組負荷引起超負荷損壞電機。圖2中主要發生泄漏點為液控單向閥b，由于液控單向閥b起到承載保壓作用，只要油缸泄漏就會失壓，導致閘門下滑。產生泄漏的原因及處理方法：①液壓油有雜物，卡住液控單向閥錐芯，導致錐芯關閉不嚴密，可拆下清洗；②液控閥內彈簧損壞，錐芯無力，須更換閥組；③液控閥錐面與閥座錐面接觸不均勻，須更換閥組[3]。

5.2 油缸活塞桿

由于泵站流道是X流道，進水流道在底下層，底下層流道閘門啟閉機活塞桿常年浸泡在水中，對活塞桿產生腐蝕、氣蝕以及水中雜物撞擊等作用，導致活塞桿表面受損，破壞油缸端口防塵圈以及密封件，導致液壓油外泄，出現安全隱患，因此平時需定期對活塞桿進行檢查、維護。

5.3 液壓油

由于閘門活塞桿長期浸泡在水中以及油箱容積大，泵站液壓啟閉機液壓油易臟，導致液壓油黏度降低、潤滑性能變差，與空氣長時間接觸后，液壓油會氧化產生酸性物質、油泥、漆膜等副產物，導致系統堵閥、卡閥、泄漏等情況發生[4]，需定期對液壓油進行過濾、檢驗、更換。

6 結 語

泵站斷流的控制形式需根據現場條件、地理位置、運行工況等科學合理地選擇控制系統的組合方式，以免對后期系統運行帶來安全隱患，同時泵站管理人員要加強對液壓控制系統的維護，定期檢查、維護、檢測。本文結合液壓系統控制理論，分析魏村泵站閘門液壓啟閉系統的運行及技術改進，提出對泵站閘門液壓控制系統的注意事項及管理要求，為X流道泵站閘門液壓啟閉系統提供技術借鑒。