邻孔备用式液压启闭机在密云水库第一溢洪道改建工程中的应用

崔 凯 齐 烁 王鹏宇

(北京市密云水库管理处，北京 101512)

1 工程概况

密云水库是一座以防洪、供水为主要功能的多年调节大型水利枢纽，总库容43.75亿m3，为华北地区最大的水库，是目前首都北京最重要的地表饮用水源地，战略地位极其重要。第一溢洪道位于潮河黄各庄南单薄分水岭上，1960年建成，是密云水库主要泄水建筑物之一，最大泄流量4490m3/s。溢洪道为河岸深孔式，由引渠、闸室和泄槽组成。《密云水库第一溢洪道安全评价报告》结论意见：第一溢洪道存在的工程缺陷已影响密云水库的安全运行，需进行改建，彻底消除隐患。

2018年12月，有关部门批复了第一溢洪道改建工程初步设计概算，总投资2.3亿元，计划2年建设、3年收尾。工程设计方案为原闸施工期用作围堰，在原闸下游建新闸，设5扇9m×8m闸门，工作闸门采用潜孔弧形钢闸门，液压启闭机启闭。

2 启闭机设计

本次改建工程工作闸门启闭设备采用QHSY-2×800/2×160kN-8m液压启闭机，共5套。每套液压启闭机为一机一站且由油源动力控制。一套液压启闭机主要包括1个液压泵站、2套液压阀组、2套行程检测装置、2套控制装置、安全保护装置1套、2组管路、1套液压缸总成及支承结构。其中一个液压泵站包括2台油泵电机组，1用1备，油泵电机组卧式安装；一个油箱液压机油油量满足2孔液压启闭机同时启闭需要。液压阀组包括油源阀组、控制阀组、缸旁阀组，每套液压阀组控制一孔闸门启闭。行程检测装置包括外置静磁栅传感器行程检测装置、集成于陶瓷活塞杆的检测装置各一套，1用1备。控制装置包括PLC控制器、与整体信息化管理配套的远控通信接口，一套控制装置控制2孔闸门启闭。安全保护装置主要由系统超、欠压报警、保护，油位、油温超限保护，电机超载保护，行程检测保护，电气设备故障保护等装置组成。管路包括进油管、回油管、控制油管，每组管路控制一孔闸门启闭。液压缸总成包括液压缸、活塞杆(陶瓷杆)、密封件等。

3 技术创新

3.1 液压泵站一控二，邻孔互为备用

传统的液压机，液压泵站上液压泵为1备1用，每个泵站只控制1孔闸门。本次研制的液压机是一台泵站可控制2孔闸门。每套液压启闭机包括2个液压缸组、1个液压泵站及液压和电气控制系统等主要部分。液压和电气控制系统既可现地控制又可集中控制，同时还设有现场检修调试、应急启闭手动控制功能。

3.1.1 液压泵站设计

本工程采用液压泵站及应急启闭手动控制装置，可通过切换的方式甩开故障零部件，及时启闭闸门，在安全性可以做到万无一失。即1号泵站、控制柜主控1号闸门、备控2号闸门；2号泵站、控制柜主控2号闸门、备控1号闸门；3号泵站、控制柜主控3号闸门、备控5号闸门；4号泵站、控制柜主控4号闸门、备控3号闸门；5号泵站、控制柜主控5号闸门、备控4号闸门。当需要控制另一台液压泵站时，可关闭本孔高压控制球阀，打开邻孔高压球阀，启动液压泵站即可远程控制另一套液压泵站。

3.1.2 工作原理

以1号闸门为例介绍启闭机工作原理(见图1)。

图1 液压启闭机原理图

a.开启闸门。空载启动一台液压泵电动机组，延时10s左右，电磁阀YV1、YV2通电，油源阀组动作为系统建压，压力油分两路经34调速阀和件36比例调速阀调同步后进入左右液压缸有杆腔，便可开启闸门。

b.关闭闸门。空载启动一台液压泵电动机组，延时10s左右，电磁阀YV1、YV3通电，压力油打开47液控单向阀，液压缸有杆腔油液经件30比例调速阀调和件28调速阀调同步后流回左右液压缸无杆腔，同时压力油向液压缸无杆腔补油，便可关闭闸门。

c.闸门同步控制。在启闭过程中，以其中一台油缸为基准缸，比例调速阀自动实时调节流量跟踪这台油缸，从而实现双缸同步，双缸误差不大于10mm，当偏差不小于10mm时开始纠偏，大于15mm时报警，大于20mm时报警停机，如果比例阀出现故障，可通过旁路纠偏调速实现同步控制。

d.闸门自动回复。闸门提升至指定开度或全开位后，若因液压系统泄漏使闸门下滑40mm，控制系统自动启动工作泵组，提升闸门至下滑前位置。闸门下滑40mm，工作泵未运行，闸门下滑至80mm，自动报警并启动备用泵，闸门回位，停泵。闸门下滑100mm，备用泵未启动时故障报警。

e.泵站备控。当需要控制另一台液压泵站时，可关闭36、37、38高压球阀，打开45高压球阀，启动液压泵站即可远程控制另一套液压泵站。

3.2 双重行程检测装置

目前，国内弧门液压启闭机的行程检测装置的类型主要有外置式钢丝绳行程检测装置、内置式钢丝绳行程检测装置、静磁栅行程检测装置、陶瓷杆配套的行程检测装置。此次液压启闭机安装两种行程检测装置，一种是与陶瓷杆配合的行程检测装置，另一种是静磁栅传感器行程检测装置，这两种装置工作原理不一样，共同使用可提高行程检测的准确性，做到万无一失。行程检测装置1用1备，实时检测双缸行程，在启闭过程中，以其中一台油缸为基准缸，比例调速阀自动实时调节流量跟踪这台油缸，从而实现双缸同步，双缸误差不大于10mm，超过10mm时控制阀组自动调节进油量，实时纠偏，保持双缸同步直到设定闸门开度。

3.2.1 液压缸活塞杆的行程测量系统

该测量系统的作用原理为：当活塞杆在传感器下面移动时，由于活塞杆外表有平头齿槽能使传感器和活塞杆表面之间的距离发生变化，并相应地引起磁场的变化，因而能测得活塞杆的具体位置。由于传感器安装在一个由低摩擦系数耐磨材料制成的滑动衬套内，滑动衬套又被安装在特殊形状的不锈钢外壳内，故能保证传感器与活塞杆的接触，能防水和防尘(见图2)。

图2 液压缸活塞杆的行程测量系统

3.2.2 静磁栅传感器行程检测装置

静磁栅行程检测装置通过抱箍的型式直接固定于油缸的缸体和下吊头上，并且不与液压油直接接触，在需要检修维护时，可以在不影响油缸使用的情况下直接将其拆下，维护简单而方便。根据大量的工程实例，静磁栅行程检测装置在调试结束后故障率较低，在实际使用过程中基本可以实现传感器部分的免维护(见图3)。

图3 静磁格栅传感器行程检测装置

工作原理：静磁栅尺由安装座固定安装在油缸上，电缆由后部引出；测量杆使用工业级不锈钢方管定制，前部装有万向关节轴承，利用前安装座与油缸活塞杆前部连接，通过安装在油缸上的不锈钢导向套管导向，工作时随着油缸的伸缩运动，不锈钢测量杆对应在静磁栅尺上做无接触移动，静磁栅尺上感应到闸门开度信号，直接测量活塞杆绝对位移，测量精度为1mm，静磁栅尺传感的是直接的直线位移信号，静磁栅尺上的屏蔽电缆将信号传送至电气控制系统。产品结构简单直观，高度可靠。

3.3 无电应急操作装置

无电时一般启闭机就无法工作了，为保证防洪减灾时急用，本项目配备了一台应急操作装置，无电时也能启闭闸门。当液压泵站出现故障，电机油泵组无法启动时，打开泵站快速接头，使用高压软管将各接头连接，启动应急装置，为液压启闭机的油缸提供一定的流量及压力的液压油而实现应急操作可以实现闸门启闭动作。

4 应用情况分析

本次第一溢洪道新建工作闸门启闭设备采用的QHSY-2×800/160kN-8m液压启闭机，综合考虑到运行维护、安全、应急保障等多方面因素，具有以下几大特点：ⓐ外电源末端互投，保证供电安全；ⓑ油泵电机组2用1备，安全性更高；ⓒ油源阀组、油管配备保护装置，可自动切断油源，切换邻孔液压机站；ⓓ实时检测双杠行程、及时纠偏，保证双杠同步；ⓔ配备有无电应急操作装置，无电时也能启闭闸门。本工程采用的液压启闭机一机一站、邻孔备用，可靠性高、安全性强、应急响应及时，作为具有防洪功能的泄水和水闸系统工作闸门的启闭机使用，能够高效保障设备正常运行，保证建筑物运行安全。在类似老闸改造项目中有很大的借鉴意义，值得推广。

5 结 语

固定卷扬启闭机是传统的启闭设备，安全可靠性较高，但其安全保护装置少，发生过闸门坠落事故，运行平稳性一般，景观效果差，不适宜精细化管理需要，也不符合国内水工金属结构设备发展趋势。本次新建邻孔备用式液压启闭机满足安全可靠、运行平稳、技术先进、经济合理、景观协调要求，监控数据采集便捷，精度高，更能够满足北京智慧水务、精细化管理要求。