张家港走马塘工程设计说明.doc

液压启闭机制造设计文件 常州力安液压设备有限公司设计说明1.概述 常州力安液压设备有限公司在全国同行中具有多年丰富的设计、制造、安装、调试、运行维护的经验和及时、准确的售后服务，已建立了一套完整的设计、制造、服务质量保证体系，于二零零二年通过ISO9002质量保证体系认证。在我们做本工程液压启闭机方案时，总结了国内外液压启闭机的设计、制造、使用和维护经验，根据本工程的功能特点，从可靠性要高、经济性要好、运行维护简便等方面着重考虑，并全面执行SL41-93、DL/T5019-94等规范和标准。1.1本方案三大技术特色：1.1.1油缸动密封圈采用德国MERKEL公司进口的水利油缸专用产品，该公司为世界著名密封件生产厂家之一，该种密封圈的特点是不仅耐介质、耐磨、耐老化，耐温范围-30+110，而且安装维护简便。1.1.2升卧式闸门开度测量（油缸行程检测）采用进口绝对型编码器，数字显示闸门开度值，并输出位置信号。该型号绝对型编码器还在国内很多工程中使用过，质量可靠，性能优越。鱼道闸门和输水阀门开度测量（油缸行程检测）采用德国BALLUFF内置式位移传感器，数字显示闸门开度值，并输出位置信号。该型号绝对型编码器还在国内很多工程中使用过，质量可靠，性能优越。1.1.3液压系统中主要电磁换向阀选用REXROTH进口阀件，电磁溢流阀选用PARKER进口阀件， REXROTH和PARKER均为世界著名品牌，这些阀件精度高、质量好，其产品广泛应用于工业和航空事业，足以确保系统的品质优良，性能可靠和经久耐用。1.2 结构与功能：升卧式液压启闭机油缸为水平布置式，钢丝绳通过油缸两端的动滑轮组和机架上的定滑轮组与闸门连接，实现双吊点闸门的同步提升。液压控制系统均包含下述功能：一次、二次安全调压保护，分别满足启门和闭门时压力控制要求，并起安全保护作用。方向控制，实现启门和闭门动作，在此功能里设置了消除换向冲击的功能，使闸门启、停平稳。任意位置锁定，在任何开度均通过液控单向阀实现安全锁定，防止任何意外事故对闸门系统产生影响。1.3.1 节制闸液压启闭机主要技术参数：序号名称参数备注1最大启门力2400KN2工作行程12500mm3最大行程12500mm4油缸外径426mm5柱塞杆直径340mm6油泵63SCY14-1B7电动机Y225S-437KW 1480rpm8启门压力17.6MPa9闸门关闭时间6.25min10闸门开启时间6.25min11系统压力等级31.5MPa1.3.2 鱼道闸门液压启闭机主要技术参数：序号名称参数备注1最大启门力100KN2最大闭门力10KN3工作行程3500mm4最大行程3500mm5油缸外径152mm6油缸缸径125mm7柱塞杆直径80mm8油泵10SCY14-1B9电动机Y100L2-42.2KW 1460rpm10启门压力13.8MPa11闭门压力0.8MPa12闸门关闭时间3.5min13闸门开启时间3.5min14系统压力等级31.5MPa1.3.3 上闸首闸门液压启闭机主要技术参数：序号名称参数备注1最大启门力2400KN2工作行程13000mm3最大行程13000mm4油缸外径426mm5柱塞杆直径340mm6油泵63SCY14-1B7电动机Y225S-437KW 1480rpm8启门压力17.6MPa9闸门关闭时间6.5min10闸门开启时间6.5min11系统压力等级31.5MPa1.3.4 阀门液压启闭机主要技术参数：序号名称参数备注1最大启门力100KN2最大闭门力10KN3工作行程3000mm4最大行程3000mm5油缸外径152mm6油缸缸径125mm7柱塞杆直径80mm8油泵25SCY14-1B9电动机Y132S-45.5KW 1460rpm10启门压力13.8MPa11闭门压力0.8MPa12闸门关闭时间3min13闸门开启时间3min14系统压力等级31.5MPa1.3.5 下闸首闸门液压启闭机主要技术参数：序号名称参数备注1最大启门力2600KN2工作行程15500mm3最大行程15500mm4油缸外径550mm5柱塞杆直径415mm6油泵80SCY14-1B7电动机Y225M-445KW 1480rpm8启门压力17.7MPa9闸门关闭时间10.3min10闸门开启时间10.3min11系统压力等级31.5MPa1.4 油缸：a. 缸体选用国产优质无缝钢管制造，牌号为45，其品质稳定可靠。经多年使用，特别是在国内大中型水电工程上的使用验证，其质量甚高。两端焊接法兰，焊接采用优质碳素合金焊丝，采用自动埋弧焊工艺。然后进行回火热处理，消除焊接应力。 缸体内孔的加工工艺：我公司采用的是推镗工艺。推镗工艺是我公司在实践中发展起来的。在加工过程中镗杆受推，切削效率高，成品的圆柱度和直线度好。b.柱塞杆 材料选用45#钢，经正火热处理，以提高其综合机械性能。柱塞杆的主要加工工艺过程：锻件检测粗车100%超声波探伤精车磨削镀铬精磨（抛光）。达到的质量指标为：表面粗糙度Ra0.4m，母线不直度不大于1000：0.1，尺寸精度e8。柱塞杆表面镀铬为双层镀，第一层镀0.040.05mm乳白铬（有效防腐层），增强了镀铬的结合力，对防止镀铬层剥落有好处；第二层镀0.040.05mm硬铬层（有效抗磨）。c.密封件油缸内部的动密封件采用德国MERKEL公司生产的水利工程专用密封，耐久性好，无论高压、 低压均密封可靠，且启动压力低（0.5MPa）,在工程上广为采用。静密封采用优质PARKER进口 “O”形密封圈，这些密封件的耐压性都在32MPa以上，保证使用寿命大于8年以上。1.5.1.1节制闸液压系统：节制闸液压启闭机共4套，其中三套升卧式液压启闭机、一套鱼道闸门液压启闭机，共用一套泵站，采用“一站四缸”控制方式，其中三孔节制闸泵站内设二套63SCY油泵电机组，启门时一台油泵电机组工作，另一台备用，一只油箱、一套调压阀组及全套液压附件、管路设备。控制阀组采用现场安装形式；闭门时由一套油泵电机组10SCY油泵电机组控制。鱼道闸门由一套油泵电机组10SCY油泵电机组控制启闭。a.油泵油泵选用国产优质轴向手动变量柱塞泵，该泵基本参数如下：额定压力为31.5MPa，公称排量63ml/r，公称转速1500rpm；额定压力为31.5MPa，公称排量10ml/r，公称转速1500rpm；该泵品质优良，性能可靠并且经久耐用，足以能确保系统工作的安全可靠。b.油箱油箱采用密封式结构，同时设检修人孔盖，可以方便地更换油液和去除杂质，并配有回油滤油器和吸湿式空气滤清器来保证系统对油液的各项控制要求。同时油箱设有闲时用来循环过滤油液的专用接口，以满足油液的清洁度达到NAS8级。c.阀组电磁换向阀选用REXROTH公司、电磁溢流阀选用PARKER公司原装进口阀件。阀组配有电磁溢流阀、溢流阀、电磁换向阀、液控单向阀、调速阀及压力继电器等附件。阀组功能先进，结构紧凑，调试维护方便。d.管路采用不锈钢无缝钢管。为减失少压力损和压力冲击，管道系统所有弯头均采用自然冷弯成形弯头。1.5.1.2闸门开度检测装置（油缸行程检测装置）：闸门开度检测装置采用恒力弹簧加不锈钢丝绳收卷机构，将线性位移运动转为旋转运动，带动绝对型旋转编码器旋转，通过PLC换算，检测出闸门的开度。采用绝对型旋转编码器，电气分辨率0.1毫米，精度误差全行程不超过0.1毫米，防护等级IP65，这种传感器不受停电和干扰的影响，只要一给电，就能读取当前位置数值。恒力弹簧及密封件均采用进口产品，恒力弹簧张力为90N。鱼道闸门开度检测装置（油缸行程检测装置）采用德国BALLUFF内置式位移传感器，该传感器，误差小，测量精度高。液压启闭机均设有全开、全关限位开关。1.5.2.1上闸首闸门液压系统：上闸首闸门液压启闭机共3套，其中一套升卧式液压启闭机、二套阀门液压启闭机，共用一套泵站，采用“一站三缸”控制方式，其中闸门泵站内均设两套63SCY油泵电机组，启门时一台油泵电机组工作，另一台备用，一只油箱、一套调压阀组及全套液压附件、管路设备。控制阀组采用现场安装形式；闭门时由一套油泵电机组25SCY油泵电机组控制。阀门由一套油泵电机组25SCY油泵电机组控制启闭。a.油泵油泵选用国产优质轴向手动变量柱塞泵，该泵基本参数如下：额定压力为31.5MPa，公称排量63ml/r，公称转速1500rpm；额定压力为31.5MPa，公称排量25ml/r，公称转速1500rpm；该泵品质优良，性能可靠并且经久耐用，足以能确保系统工作的安全可靠。b.油箱油箱采用密封式结构，同时设检修人孔盖，可以方便地更换油液和去除杂质，并配有回油滤油器和吸湿式空气滤清器来保证系统对油液的各项控制要求。同时油箱设有闲时用来循环过滤油液的专用接口，以满足油液的清洁度达到NAS8级。c.阀组电磁换向阀选用REXROTH公司、电磁溢流阀选用PARKER公司原装进口阀件。阀组配有电磁溢流阀、溢流阀、电磁换向阀、液控单向阀、调速阀及压力继电器等附件。阀组功能先进，结构紧凑，调试维护方便。d.管路采用不锈钢无缝钢管。为减失少压力损和压力冲击，管道系统所有弯头均采用自然冷弯成形弯头。1.5.2.2闸门开度检测装置（油缸行程检测装置）：上闸首闸门开度检测装置采用恒力弹簧加不锈钢丝绳收卷机构，将线性位移运动转为旋转运动，带动绝对型旋转编码器旋转，通过PLC换算，检测出闸门的开度。采用绝对型旋转编码器，电气分辨率0.1毫米，精度误差全行程不超过0.1毫米，防护等级IP65，这种传感器不受停电和干扰的影响，只要一给电，就能读取当前位置数值。恒力弹簧及密封件均采用进口产品，恒力弹簧张力为90N。阀门开度检测装置（油缸行程检测装置）采用德国BALLUFF内置式位移传感器，该传感器测量误差小，测量精度高。液压启闭机均设有全开、全关限位开关。1.5.3.1下闸首闸门液压系统：下闸首闸门液压启闭机共3套，其中一套升卧式液压启闭机、二套阀门液压启闭机，共用一套泵站，采用“一站三缸”控制方式，其中闸门泵站内均设两套80SCY油泵电机组，启门时一台油泵电机组工作，另一台备用，一只油箱、一套调压阀组及全套液压附件、管路设备。控制阀组采用现场安装形式；闭门时由一套油泵电机组25SCY油泵电机组控制。阀门由一套油泵电机组25SCY油泵电机组控制启闭。a.油泵油泵选用国产优质轴向手动变量柱塞泵，该泵基本参数如下：额定压力为31.5MPa，公称排量80ml/r，公称转速1500rpm；额定压力为31.5MPa，公称排量25ml/r，公称转速1500rpm；该泵品质优良，性能可靠并且经久耐用，足以能确保系统工作的安全可靠。b.油箱油箱采用密封式结构，同时设检修人孔盖，可以方便地更换油液和去除杂质，并配有回油滤油器和吸湿式空气滤清器来保证系统对油液的各项控制要求。同时油箱设有闲时用来循环过滤油液的专用接口，以满足油液的清洁度达到NAS8级。c.阀组电磁换向阀选用REXROTH公司、电磁溢流阀选用PARKER公司原装进口阀件。阀组配有电磁溢流阀、溢流阀、电磁换向阀、液控单向阀、调速阀及压力继电器等附件。阀组功能先进，结构紧凑，调试维护方便。d.管路采用不锈钢无缝钢管。为减失少压力损和压力冲击，管道系统所有弯头均采用自然冷弯成形弯头。1.5.3.2闸门开度检测装置（油缸行程检测装置）：节制闸门开度检测装置采用恒力弹簧加不锈钢丝绳收卷机构，将线性位移运动转为旋转运动，带动绝对型旋转编码器旋转，通过PLC换算，检测出闸门的开度。采用绝对型旋转编码器，电气分辨率0.1毫米，精度误差全行程不超过0.1毫米，防护等级IP65，这种传感器不受停电和干扰的影响，只要一给电，就能读取当前位置数值。恒力弹簧及密封件均采用进口产品，恒力弹簧张力为90N。阀门开度检测装置（油缸行程检测装置）采用德国BALLUFF内置式位移传感器，该传感器，误差小，测量精度高。液压启闭机均设有全开、全关限位开关。1.6设备主要部分的组装与调试说明：1.6.1油缸总成是这部分设备的主要部分，油缸零部件在组装前经过再检查并清洗达到清洁度标准进入装配工序。油缸装配好后必须在试验站进行各项规定的试验。 空载试验：在无负荷的情况下，油缸往复全行程动作3次，应无爬行、振动和外部漏油。 最低启动压力试验：不加负荷，油缸压力从零增加到柱塞杆平稳移动时的最低启动压力应不超过0.5MPa。 耐压试验：按试验压力进行，保压10分钟以上，不能有外泄漏或其他变形及破坏现象。1.6.2液压油泵、阀等元件须有质量合格证、质量保证及厂内运行记录，并且应清洁无损伤，方能进行组装和调试。油泵初次运行前应通过油泵泄油口加满油，且点动运行，并检查电机转向是否为顺时针，然后空载运行3040min应无不正常现象出现。油泵无负载正常运行后，应观察压力表并调节溢流阀，使油泵在25%，50%，75%，100%的工作压力下分别运行15min，应保证无振动、异常噪音和过热现象出现。上述工作完成后，调节溢流阀使压力达到1.1倍的工作压力进行，应同样无振动和异常噪音。 阀组应按照系统的具体要求进行动作试验和耐压试验，应保证动作平稳和准确，耐压时无渗漏和破坏现象。1.7 涂装： 根据招标文件规定的技术要求，为了满足要求，我公司经过调研和咨询，采用重防腐涂料系列产品和涂装施工，保证涂装质量达到目前最高的要求。1.8安装规程和现场调试说明： a. 检查液压启闭机全部设备是否已按设计完备，各零部件是否完好无损，油缸、油口是否封堵完好。 b. 安装前应证实闸门、门槽、安装基准面等已符合设计要求，安装所需的专用设备（起吊、焊割、弯管、清洗）已具备。 c. 油缸吊装就位时应采取适当措施防止柱塞杆滑动。 d. 电气设备的安装和接线应正确。 e. 液压油管应进行二次安装，第一次配管、试装，然后拆下清洗，干燥后再安装，安装好后短接进出油管，用专用冲洗设备进行循环冲洗直到达到清洁度要求。安装其余要求按DL/T5019-94中第8.4条执行。f. 调试：调试前应对已安装各部分进行再检查，确定各连接无误，然后按照DL/T5019-94中第8.5条规定逐项进行。1.9设备的包装、搬运、贮存技术说明：液压启闭机主要有液压缸、液压泵站、管路、埋件和备品备件。液压启闭机液压缸包装时必须选好支点，一般用2个支点，选在离两端1/4-1/3的位置，重量基本平衡，再做支承架，并且在液压缸和支架之间衬垫橡皮，在支架上设计有钢丝绳起吊位置，支架必须有足够的强度。液压缸在厂内试验完毕，封堵油口，再次检查防腐质量，最后装支承架，液压泵站、电气控制设备在厂内试验完毕后，用木箱包装，防水、防潮包装，备品备件防水、防潮包装，所有包装箱上都必须说明体积、重量和吊点位置，泵站和电气设备箱上还必须注明防震和方向标志。液压启闭机重量比较大，在吊装、搬运时必须选用足够强度的钢丝绳，严格按吊装点吊装，慢慢放下，减少震动。泵站设备、备品备件必须室内存放，液压缸、控制阀组自出厂日期起一年内可直接进入安装，如超过一年，必须进行解体清洗、检查、重新安装试压合格后才能进行工地安装。备品备件中的密封件必须密封避光保存，在今后使用前还必须检查其自然老化情况。2. 机械部分技术方案2.1本设计计算主要是根据招标文件规定的各项要求，依据“水电水利工程启闭机设计规范DL/T5167-2002” 和“水利水电工程启闭机制造、安装及验收规范SL381-2007”、“ 张家港市走马塘工程液压启闭机采购招标文件”以及从以往工程上总结出的经验资料，以保证稳定、可靠运行为第一目的，兼顾操作维护简便，尽量节省投资。2.2液压启闭机主要技术规格参数的确定：2.2.1液压启闭机主要技术规格参数2.2.1.1根据技术要求，节制闸门液压启闭机主要技术参数为：最大启门力：2400kN工作行程：12500mm最大行程：12500mm闸门关闭时间：6.25min闸门开启时间 ：6.25min共设置一套液压泵站，采用“一站四缸”的控制方式，泵站内均设两套泵组，根据以上主要参数来确定液压启闭机油缸缸体的缸径D，柱塞杆直径d，缸筒壁厚，油泵形式、电机功率、油箱容积、油管规格等。柱塞杆直径d和缸径D及缸筒壁厚计算方法说明： 本计算次序为：先根据技术要求，选定柱塞杆直径，并校核其稳定性,再根据允许的工作压力，选取合适的油缸缸径，然后再计算缸筒壁厚，并校核。a.柱塞杆稳定性校核，根据QSWY系列油缸，初选柱塞杆外径d=340mm,内径d1=271mm,由于柱塞杆为45#正火状态s280MPa，= s/2.5=112MPa Pcr =2EI/n(L)2 Pcr -柱塞杆承受的临界力 E-钢的弹性模量。2.1X1011I- 柱塞杆的惯性积-柱塞杆的长度系数. =1L-安装距L=15200mmn-安全系数，取5Pcr=703703NF-柱塞杆所受推力，F=3.14/4*（3402-2712）*17.6=582469NPcrF, 故满足要求。b.根据油缸结构，参考无缝钢管规格选油缸内径为360mm.c.油缸壁厚计算s280MPa，故= s/2.5=112MPa =PmaxD/(2.3- Pmax)其中：Pmax油缸内最高工作压力17.6MPa D缸径360mm 缸体材料的许用应力，=112MPa =26.4mm，因此取成品外径为426，壁厚33mm。d. 缸体强度校核，缸体材料许用应力=112MPa 合成应力 zh1=（z12+h12-z1h1）0.5 z1纵向应力 z1= P（D2-d2）/4D1 h1环向应力 h1=PD1/2 P工作压力17.6MPa D缸内径360mm d柱塞杆直径340mm D1缸体中心直径393mm 缸体壁厚33mm zh1=102.5MPaF, 故满足要求。b.根据油缸结构，参考无缝钢管规格选油缸内径为125mm.c.油缸壁厚计算s280MPa，故= s/2.5=112MPa =PmaxD/(2.3- Pmax)其中：Pmax油缸内最高工作压力13.8MPa D缸径125mm 缸体材料的许用应力，=112MPa =7.1mm，因此取成品外径为152，壁厚13.5mm。d. 缸体强度校核，缸体材料许用应力=112MPa 合成应力 zh1=（z12+h12-z1h1）0.5 z1纵向应力 z1= P（D2-d2）/4D1 h1环向应力 h1=PD1/2 P工作压力13.8MPa D缸内径125mm d活塞杆直径80mm D1缸体中心直径138.5mm 缸体壁厚13.5mm zh1=64MPaF, 故满足要求。b.根据油缸结构，参考无缝钢管规格选油缸内径为360mm.c.油缸壁厚计算s280MPa，故= s/2.5=112MPa =PmaxD/(2.3- Pmax)其中：Pmax油缸内最高工作压力17.6MPa D缸径360mm 缸体材料的许用应力，=112MPa =26.4mm，因此取成品外径为426，壁厚33mm。d. 缸体强度校核，缸体材料许用应力=112MPa 合成应力 zh1=（z12+h12-z1h1）0.5 z1纵向应力 z1= P（D2-d2）/4D1 h1环向应力 h1=PD1/2 P工作压力17.6MPa D缸内径360mm d柱塞杆直径340mm D1缸体中心直径393mm 缸体壁厚33mm zh1=102.5MPaF, 故满足要求。b.根据油缸结构，参考无缝钢管规格选油缸内径为125mm.c.油缸壁厚计算s280MPa，故= s/2.5=112MPa =PmaxD/(2.3- Pmax)其中：Pmax油缸内最高工作压力13.8MPa D缸径125mm 缸体材料的许用应力，=112MPa =7.1mm，因此取成品外径为152，壁厚13.5mm。d. 缸体强度校核，缸体材料许用应力=112MPa 合成应力 zh1=（z12+h12-z1h1）0.5 z1纵向应力 z1= P（D2-d2）/4D1 h1环向应力 h1=PD1/2 P工作压力13.8MPa D缸内径125mm d活塞杆直径80mm D1缸体中心直径138.5mm 缸体壁厚13.5mm zh1=64MPaF, 故满足要求。b.根据油缸结构，参考无缝钢管规格选油缸内径为450mm.c.油缸壁厚计算s280MPa，故= s/2.5=112MPa =PmaxD/(2.3- Pmax)其中：Pmax油缸内最高工作压力17.7MPa D缸径450mm 缸体材料的许用应力，=112MPa =3