用蓄能器保压的大容量启闭机液压系统设计与应用_图文

1、 文章编号:1671-3354(200806-0008-04收稿日期:2008-08-16作者简介:熊绍钧,男,高级工程师。用蓄能器保压的大容量启闭机液压系统设计与应用熊绍钧(长江水利委员会长江勘测规划设计研究院,湖北武汉430010摘要:介绍了由蓄能器自动执行的新型保压方式在水布垭水利枢纽放空洞偏心铰式弧形闸门5500kN 液压启闭机上的应用,论述了蓄能器在液压系统中的功能,蓄能器的选型,容积计算,使用和维护注意事项。关键词:弧形闸门;液压启闭机;蓄能器;水布垭水利枢纽中图分类号:TH137文献标志码:ADesign and application of hydraulic system o

2、f a high capacityhoist with pressure maintaining accumulatorXI ONG Shaojun(Changjiang Investigation ,Planning ,Design &Research Institute ,Changjiang Water Res ources C ommission ,Wuhan 430010,China Abstract :The application of the pressure maintaining accumulator to the hydraulic system of a 55

3、00kN radial gate s hoist of Shuibuya Hydroproject is described.The functions of the accumulator in hydraulic system ,its type selection and v olume esti 2mation ,and the cautions in operation and maintenance are explained.K ey w ords :radial gate ;hydraulic hoist ;accumulator ;Shuibuya Hydroproject在

4、水利水电工程液压启闭机中,因油缸或液压系统泄漏导致闸门下滑是一个目前还不能完全避免的问题,常见的解决办法是电控程序中设置闸门下滑自动回升功能,即每当下滑量达到设定值时,油泵电机自动启动,通过对油缸下腔供压力油,将闸门提升复位。这种办法虽然可达到目的,但设备频繁启动将对液压泵和电机寿命产生不利影响,更为严重的是,闸门止水因反复摩擦易受损坏。对于偏心铰弧形闸门而言,如果下滑量偏大,超过弧门顶紧止水后允许的下滑量,将导致压紧式止水的破坏,直接引起止水失效和高速缝隙射流,进而导致闸门的振动,危及泄水建筑物的运行安全。因此,研究新的下滑控制方法十分必要。在水布垭放空洞偏心铰弧门5500kN 液压启闭机上

5、,尝试采用了蓄能器进行自动补泄保压、避免闸门下滑的方法,有一定的效果。1启闭机概况水布垭水利枢纽的放空洞布置于右岸,是水库放空检修的唯一通道,并兼顾施工后期导流及导流洞堵截后向下游供水的任务。放空洞孔口尺寸为6m ×7m ,工作闸门为偏心铰式弧形闸门,设计水头152.20m ,面板半径为14m ,由液压启闭机操纵运行。液压启闭机由1台(主机5500/1000kN 摆动式双作用液压启闭机和1台(副机5500/1800kN 竖式双作用液压启闭机组成。主机用于操纵弧形工作门的开启与关闭;副机的作用是控制偏心铰,即在工作门闭门到位后操纵偏心铰使工作门前移并压紧止水,或在开启工作门前操纵偏心铰

6、使工作门后撤并松开止水。主机和副机共用一套液压系统,在满足系统控制闭锁的条件下,两者按程序动作,两只油缸分时动作。启闭机的主要技术参数见表1。82008年第6期2008Number 6湖北水力发电表1启闭机主要技术参数项目5500/1000kN主机5500/1800kN副机启闭机机型竖式摆动双作用液压启闭机竖式摆动双作用液压启闭机操纵对象操纵弧形工作闸门操纵弧门偏心铰启闭机数量/台11额定启门力/kN 55005500额定闭门力/kN 10001800工作行程/mm 90453000提升速度/(m min -10.740.74下降速度/(m min -122蓄能器在液压启闭机上的应用2.1启闭

7、机运行方式及工作原理该启闭机主副机协调配合进行启闭操作。启门程序为:启动副机下压闸门偏心铰机构转动,止水松开副机停机主机上拉闸门提升至全开位(或检修位主机停机。闭门程序为:启动主机下压闸门下降至关终位主机停机副机上拉闸门止水压缩量达到要求值副机停机蓄能器自动接入副机油缸有杆腔,对副缸进行保压锁紧,使闸门止水始终处于压缩状态(也可利用副缸上的手动锁锭装置将副缸长期锁定。启闭机的液压系统原理见图1 。图1启闭机液压系统原理图2.2蓄能器的功能分析蓄能器主要是将压力液体的液压能以势能的形式储存,在系统需要时再将这种势能转化为液压能,它可以作为辅助或应急动力源,也能用于补充系统漏损液体,稳定系统工作压

8、力,吸收液压泵的脉动和系统内的液压冲击。蓄能器在本液压系统中的主要功能是补充泄漏和保持恒压,它能自动保压、自动补油。水布垭闸门启闭机上采用了蓄能器进行自动补泄保压,在副机油缸有杆腔油路中设置蓄能器(见图1,副机油缸上拉过程中,液压系统中的2台大排量主油泵(Parker 产品,型号PV092R1K 1S1NFWS 投入工作,同时也向蓄能器充液(此时压力为16.3MPa ,另1台主油泵备用。当副机上拉压缩闸门止水到设定位时,系9熊绍钧:用蓄能器保压的大容量启闭机液压系统设计与应用2008年11月统停机,蓄能器中压力油自动进入副机油缸有杆腔进行保压,减缓因液压系统泄漏引起闸门止水松卸及闸门漏水。当蓄

9、能器的压力降至15MPa,压力继电器P J2发讯,充液补油电机M4得电,液压系统中专用的小排量充液补油泵(Parker产品,型号G P2D20空载启动,延时10s后,DT1、DT2、DT3同时得电,系统向蓄能器充液,当压力升至17MPa时,压力继电器P J1发讯,充液停止,整个循环自动进行。蓄能器控制阀组系装接于蓄能器和液压系统之间,用于控制蓄能器油液通断、溢流、泄压等工况的组合阀件。它由截止阀和安全阀组成,其中截止阀为手动式球阀,安全阀一般为直动式或先导控制型二通插装式溢流阀。蓄能器控制阀组的主要功能有:设定蓄能器的安全工作压力,实施对液压系统的安全供液和保压;控制蓄能器与液压系统之间管道的

10、通断,当蓄能器向系统供液或系统向蓄能器供液时打开手动截止阀,当需要停止工作或对蓄能器进行检查维修时,关闭手动截止阀。在蓄能器控制阀组与系统之间,还串联设置了一个单向节流阀,作用是通过控制蓄能器的补液速度,达到减少冲击、改善保压性能的目的。此外,蓄能器在液压系统中还有吸收和缓冲由于快速换向或突然关闭闸门以及快速制动等产生的液压冲击。这种情况下的瞬间压力可高达正常压力的几倍,容易导致液压元件、管道和密封件损坏,引起液压启闭机与闸门振动。设置了蓄能器后,由于蓄能器吸收了液压冲击,所以压力不会剧增,为闸门的安全运行提供了更为可靠的保证。2.3蓄能器的选型常用的蓄能器有气囊式、隔膜式、活塞式、弹簧式和重

11、锤式几种,经过分析和比较,选用气囊式蓄能器较适合水利水电工程液压启闭机的运行工况。气囊式蓄能器由充气阀、壳体、气囊、提升阀、密封圈等组成(见图2,它是通过改变气囊内预充氮气的体积,从而使蓄能器储油腔内的液压油成为具有一定液压能的压力油。在使用时首先向蓄能器充以预定压力的氮气,然后在液压泵压力的作用下,油液进入蓄能器,压缩其气囊,气腔和油腔压力始终相等,从而使气囊处于浮动平衡状态。当系统需要油时,在气体压力作用下,使油液排出。气囊式蓄能器的优点是:气腔和油腔之间密封可靠,二者之间无泄漏;胶囊惯性小,反应灵敏;效率高;结构紧凑,尺寸小,重量轻;容易维护。本启闭机的蓄能器及蓄能器控制阀组采用了德国H

12、Y DAC公司的产品,采用氮气作为可压缩介质来工作,允许工作压力33MPa,允许的工作温度为(-10+80 。图2气囊式蓄能器结构图2.4蓄能器容积的计算(1蓄能器充气压力p0的确定从保护气囊并延长其使用寿命的角度出发(即在系统最低工作压力下,蓄能器的气囊仍未膨胀得与壳体内壁完全接触;而在系统最高工作压力下,气囊收缩后的体积不小于充气压力下原始体积的1/4,一般取:p0=0.25p20.9p1(1式中:p2为系统的最高工作压力(绝对压力;p1为系统的最低工作压力(绝对压力,蓄能器供液压力降至此值时充液泵自动启动对其充液。为了减小蓄能器的体积,这里取大值,即p0= 0.9p1,对本启闭机,p1=

13、15.1MPa,因而p0= 13.6MPa,本机的p2=16.4MPa。(2蓄能器有效容积V的计算用于补偿系统泄漏的蓄能器所需的有效容积为:一定时间里,启闭机不工作的情况下,系统中所有元件的泄漏量的总和。蓄能器在工作过程中,压力差p 是变化的,所以元件的泄漏量也是变化的。开始较大,后来随着蓄能器中的压力降低而减少。但要精确计算所有元件的泄漏量的总和几乎不可能,因此不妨认为补充的油量相当于油缸活塞下滑8mm的泄漏量,则可计算出相应V=2.7L。(3蓄能器总容积V0的确定蓄能器的总容积即充气容积V0。根据启闭机的工作状况,因补充泄漏过程缓慢,可认为蓄能器工作在01湖北水力发电2008年第6期等温状

14、态。等温过程时理想的气体容积V i按式(2计算:V i=p1p2p0(p2-p1V(2经计算,V i=37.8L,考虑实际气体特性的修正因素,根据p2/p1=1.1,查得修正系数C i=1.13,则V0=C i V i=42.7L。因此按公称容积50L选取蓄能器(型号S B330H -50A1/112A-330A,查HY DAC蓄能器产品样本,其有效气体容积为47.5L,满足要求。2.5蓄能器的使用和维护注意事项蓄能器是精心设计、制造并按标准检验的压力容器,正确的安装、使用和维护是保证其使用性能、安全可靠工作和延长寿命的前提条件。使用蓄能器时主要应注意以下几方面问题:气囊式蓄能器只能充氮气,绝

15、不能充氧气,以防引起爆炸;蓄能器要安装在便于检查和维修的位置,要远离热源,并且必须用抱箍或卡箍等紧固件牢靠固定;气囊式蓄能器应使其油口朝下(充气阀朝上垂直安装,这样在液体排放时可获得最大的输出流量。如果采用卧式安装,气囊就趋向于向蓄能器壳体托靠并产生摩擦,这将造成皮囊磨损加快;蓄能器属于压力容器,不允许对其进行敲打,更不允许在其上进行任何焊接、铆接或机械加工;充油状态下的气囊式蓄能器是不能拆卸的,否则会引发设备或人身事故,因此对液压回路或蓄能器本身进行检修时也必须先释放蓄能器内的压力油;要定期(一般每半年一次对皮囊进行气密性检查,定期更换皮囊及密封件,一旦发现皮囊中充气压力低于规定值,必须及时

16、补充氮气,以保证蓄能器能供给系统足够的压力油;要定期检查蓄能器表面处理层和其内部的锈蚀情况,如发现问题应及时更换;蓄能器最高工作压力应低于产品所规定的最高工作压力,且p2/p04,这将保证最佳效率和工作寿命;蓄能器工作参数的设定应保证在排放液体时不能全部排空,达到最低工作压力时必须保留少量油液(约为蓄能器容积的10%,以使气囊不会在每次膨胀过程中撞击提升阀,保证皮囊的工作寿命;油温对蓄能器皮囊的寿命也有相当大的影响,工作油温过高或过低,都会缩短皮囊的使用寿命,因此系统的工作温度要控制在一个合理的范围内。3结语要保证放空洞闸门关闭时不漏水,其启闭机的工作性能是重要因素之一。鉴于水布垭放空洞偏心铰

17、弧门设计水头高、启闭容量大、液压控制系统较复杂,给启闭机的运行尤其是如何使闸门止水始终保持压缩状态带来了一定的困难,设计中通过采用蓄能器自动保压锁紧油缸这一措施,提高了启闭机的运行可靠性并改善了闸门的封水效果。该闸门和启闭机自2005年投入使用以来,状况良好,达到了设计的预期目标。参考文献:1雷天觉.液压工程手册M.北京:机械工业出版社,1990.2成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社,1994.(上接第7页从这10场阵性泥石流输沙率来看,输沙率均值跨越了从5.0t/ms-14.0t/ms这样大的尺度,但它们输沙率大小规模的分布却具有结构自相似性,b值趋于常数。总的看来,可以认为云南东川蒋家沟阵性泥石流物质组成等因素所决定的阵性泥石流输沙过程具有自组织临界性,并可用幂律规律对其进行研究分析,为今后研究泥石流输沙特性提供了一种较为方便可行的方法。4结语泥石流输沙过程现象及其实测资料表明,阵性泥石流输沙过程具有明显脉动性、阵发性的非线性特性。通过对云南蒋家沟泥石流19871991年的10场共有1271阵阵性泥石流输沙率资料进行归纳,初步认为云南蒋家沟阵性泥石流输沙服从幂律分布。参考文献:1康志成.云南东川蒋家沟泥石流运动态特征C/中国科学院成都地理研究所泥石流论文集,1981:142-148.2中国科学院兰州川冻土研究所,甘肃