首頁>技術(shù)中心>技術(shù)資訊>用蓄能器保壓的大容量啟閉機液壓系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用
用蓄能器保壓的大容量啟閉機液壓系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用
發(fā)布時間：2017-09-01
在水利水電工程液壓啟閉機中,因油缸或液壓系統(tǒng)泄漏導(dǎo)致閘門下滑是一個目前還不能完全避免的問題,常見的解決辦法是電控程序中設(shè)置閘門下滑自動回升功能,即每當下滑量達到設(shè)定值時,油泵電機自動啟動,通過對油缸下腔供壓力油,將閘門提升復(fù)位。這種辦法雖然可達到目的,但設(shè)備頻繁啟動將對液壓泵和電機壽命產(chǎn)生不利影響,更為嚴重的是,閘門止水因反復(fù)摩擦易受損壞。對于偏心鉸弧形閘門而言,如果下滑量偏大,超過弧門頂緊止水后允許的下滑量,將導(dǎo)致壓緊式止水的破壞,直接引起止水失效和高速縫隙射流,進而導(dǎo)致閘門的振動,危及泄水建筑物的運行安全。因此,研究新的下滑控制方法十分必要。在水布埡放空洞偏心鉸弧門5 500 kN液壓啟閉機上,嘗試采用了蓄能器進行自動補泄保壓、避免閘門下滑的方法,有一定的效果。
1 啟閉機概況
水布埡水利樞紐的放空洞布置于右岸,是水庫放空檢修的唯一通道,并兼顧施工后期導(dǎo)流及導(dǎo)流洞堵截后向下游供水的任務(wù)。放空洞孔口尺寸為6 mX m,工作閘門為偏心鉸式弧形閘門,設(shè)計水頭152.20 m,面板半徑為14 m,由液壓啟閉機操縱運行。液壓啟閉機由1臺(主機)5 500/1 000 kN擺動式雙作用液壓啟閉機和1臺(副機)5 500/1 800 kN豎式雙作用液壓啟閉機組成。主機用于操縱弧形工作門的開啟與關(guān)閉;副機的作用是控制偏心鉸,即在工作門閉門到位后操縱偏心鉸使工作門前移并壓緊止水,或在開啟工作門前操縱偏心鉸使工作門后撤并松開止水。主機和副機共用一套液壓系統(tǒng),在滿足系統(tǒng)控制閉鎖的條件下,兩者按程序動作,兩只油缸分時動作。
2 蓄能器在液壓啟閉機上的應(yīng)用
2.1 啟閉機運行方式及工作原理
該啟閉機主副機協(xié)調(diào)配合進行啟閉操作。啟門程序為:啟動y副機下壓―閘門偏心鉸機構(gòu)轉(zhuǎn)動,止水松開―副機停機―主機上拉―閘門提升至全開位(或檢修位)―主機停機。
閉門程序為:啟動―主機下壓―閘門下降至關(guān)終位―主機停機―副機上拉―閘門止水壓縮量達到要求值―副機停機―蓄能器自動接入副機油缸有桿腔,對副缸進行保壓鎖緊,使閘門止水始終處于壓縮狀態(tài)(也可利用副缸上的手動鎖錠裝置將副缸長期鎖定)。
2.2 蓄能器的功能分析
蓄能器主要是將壓力液體的液壓能以勢能的形式儲存,在系統(tǒng)需要時再將這種勢能轉(zhuǎn)化為液壓能,它可以作為輔助或應(yīng)急動力源,也能用于補充系統(tǒng)漏損液體,穩(wěn)定系統(tǒng)工作壓力,吸收液壓泵的脈動和系統(tǒng)內(nèi)的液壓沖擊。蓄能器在本液壓系統(tǒng)中的主要功能是補充泄漏和保持恒壓,它能自動保壓、自動補油。
水布埡閘門啟閉機上采用了蓄能器進行自動補泄保壓,在副機油缸有桿腔油路中設(shè)置蓄能器(見圖1),副機油缸上拉過程中,液壓系統(tǒng)中的2臺大排量主油泵(Parker產(chǎn)品,型號PV092R1K1S1NFWS)投入工作,同時也向蓄能器充液(此時壓力為16.3 MPa),另1臺主油泵備用。當副機上拉壓縮閘門止水到設(shè)定位時,系統(tǒng)停機,蓄能器中壓力油自動進入副機油缸有桿腔進行保壓,減緩因液壓系統(tǒng)泄漏引起閘門止水松卸及閘門漏水。當蓄能器的壓力降至15 MPa,壓力繼電器PJ2發(fā)訊,充液補油電機M4得電,液壓系統(tǒng)中專用的小排量充液補油泵(Parker產(chǎn)品,型號GP2D20)空載啟動,延時10 s后,DT1、DT2、DT3同時得電,系統(tǒng)向蓄能器充液,當壓力升至17 MPa時,壓力繼電器PJ1發(fā)訊,充液停止,整個循環(huán)自動進行。
蓄能器控制閥組系裝接于蓄能器和液壓系統(tǒng)之間,用于控制蓄能器油液通斷、溢流、泄壓等工況的組合閥件。它由截止閥和安全閥組成,其中截止閥為手動式球閥,安全閥一般為直動式或先導(dǎo)控制型二通插裝式溢流閥。蓄能器控制閥組的主要功能有:1設(shè)定蓄能器的安全工作壓力,實施對液壓系統(tǒng)的安全供液和保壓;o控制蓄能器與液壓系統(tǒng)之間管道的通斷,當蓄能器向系統(tǒng)供液或系統(tǒng)向蓄能器供液時打開手動截止閥,當需要停止工作或?qū)π钅芷鬟M行檢查維修時,關(guān)閉手動截止閥。在蓄能器控制閥組與系統(tǒng)之間,還串聯(lián)設(shè)置了一個單向節(jié)流閥,作用是通過控制蓄能器的補液速度,達到減少沖擊、改善保壓性能的目的。
此外,蓄能器在液壓系統(tǒng)中還有吸收和緩沖由于快速換向或突然關(guān)閉閘門以及快速制動等產(chǎn)生的液壓沖擊。這種情況下的瞬間壓力可高達正常壓力的幾倍,容易導(dǎo)致液壓元件、管道和密封件損壞,引起液壓啟閉機與閘門振動。設(shè)置了蓄能器后,由于蓄能器吸收了液壓沖擊,所以壓力不會劇增,為閘門的安全運行提供了更為可靠的保證。
2.3 蓄能器的選型
常用的蓄能器有氣囊式、隔膜式、活塞式、彈簧式和重錘式幾種,經(jīng)過分析和比較,選用氣囊式蓄能器較適合水利水電工程液壓啟閉機的運行工況。氣囊式蓄能器由充氣閥、殼體、氣囊、提升閥、密封圈等組成(見圖2),它是通過改變氣囊內(nèi)預(yù)充氮氣的體積,從而使蓄能器儲油腔內(nèi)的液壓油成為具有一定液壓能的壓力油。在使用時首先向蓄能器充以預(yù)定壓力的氮氣,然后在液壓泵壓力的作用下,油液進入蓄能器,壓縮其氣囊,氣腔和油腔壓力始終相等,從而使氣囊處于浮動平衡狀態(tài)。當系統(tǒng)需要油時,在氣體壓力作用下,使油液排出。氣囊式蓄能器的優(yōu)點是:氣腔和油腔之間密封可靠,二者之間無泄漏;膠囊慣性小,反應(yīng)靈敏;效率高;結(jié)構(gòu)緊湊,尺寸小,重量輕;容易維護。本啟閉機的蓄能器及蓄能器控制閥組采用了德國HYDAC公司的產(chǎn)品,采用氮氣作為可壓縮介質(zhì)來工作,允許工作壓力33 MPa,允許的工作溫度為(-10~+80)e。
2.4 蓄能器容積的計算
(1)蓄能器充氣壓力p0的確定
從保護氣囊并延長其使用壽命的角度出發(fā)(即在系統(tǒng)最低工作壓力下,蓄能器的氣囊仍未膨脹得與殼體內(nèi)壁完全接觸;而在系統(tǒng)最高工作壓力下,氣囊收縮后的體積不小于充氣壓力下原始體積的1/4),一般取:
式中:p2為系統(tǒng)的最高工作壓力(絕對壓力);p1為系統(tǒng)的最低工作壓力(絕對壓力,蓄能器供液壓力降至此值時充液泵自動啟動對其充液)。
為了減小蓄能器的體積,這里取大值,即p0=0.9p1,對本啟閉機,p1= 15. 1 MPa,因而p0=13.6 MPa,本機的p2=16.4 MPa。
(2)蓄能器有效容積ΔV的計算
用于補償系統(tǒng)泄漏的蓄能器所需的有效容積為:一定時間里,啟閉機不工作的情況下,系統(tǒng)中所有元件的泄漏量的總和。蓄能器在工作過程中,壓力差Δp是變化的,所以元件的泄漏量也是變化的。開始較大,后來隨著蓄能器中的壓力降低而減少。但要精確計算所有元件的泄漏量的總和幾乎不可能,因此不妨認為補充的油量相當于油缸活塞下滑8 mm的泄漏量,則可計算出相應(yīng)ΔV=2.7 L。
(3)蓄能器總?cè)莘eV0的確定
蓄能器的總?cè)莘e即充氣容積V0。根據(jù)啟閉機的工作狀況,因補充泄漏過程緩慢,可認為蓄能器工作在等溫狀態(tài)。等溫過程時理想的氣體容積Vi按式(2)計算:
經(jīng)計算,Vi=37.8 L,考慮實際氣體特性的修正因素,根據(jù)p2/p1=1.1,查得修正系數(shù)Ci=1.13,則V0=CiVi=42.7 L。
因此按公稱容積50 L選取蓄能器(型號SB330H-50A1/112A-330A),查HYDAC蓄能器產(chǎn)品樣本,其有效氣體容積為47.5 L,滿足要求。
2.5 蓄能器的使用和維護注意事項
蓄能器是精心設(shè)計、制造并按標準檢驗的壓力容器,正確的安裝、使用和維護是保證其使用性能、安全可靠工作和延長壽命的前提條件。使用蓄能器時主要應(yīng)注意以下幾方面問題:1）氣囊式蓄能器只能充氮氣,絕不能充氧氣,以防引起爆炸;2）蓄能器要安裝在便于檢查和維修的位置,要遠離熱源,并且必須用抱箍或卡箍等緊固件牢靠固定;3）氣囊式蓄能器應(yīng)使其油口朝下(充氣閥朝上)垂直安裝,這樣在液體排放時可獲得最大的輸出流量。如果采用臥式安裝,氣囊就趨向于向蓄能器殼體托靠并產(chǎn)生摩擦,這將造成皮囊磨損加快;4）蓄能器屬于壓力容器,不允許對其進行敲打,更不允許在其上進行任何焊接、鉚接或機械加工;5）充油狀態(tài)下的氣囊式蓄能器是不能拆卸的,否則會引發(fā)設(shè)備或人身事故,因此對液壓回路或蓄能器本身進行檢修時也必須先釋放蓄能器內(nèi)的壓力油;6）要定期(一般每半年一次)對皮囊進行氣密性檢查,定期更換皮囊及密封件,一旦發(fā)現(xiàn)皮囊中充氣壓力低于規(guī)定值,必須及時補充氮氣,以保證蓄能器能供給系統(tǒng)足夠的壓力油;7）要定期檢查蓄能器表面處理層和其內(nèi)部的銹蝕情況,如發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時更換;8）蓄能器最高工作壓力應(yīng)低于產(chǎn)品所規(guī)定的最高工作壓力,且p2/p0,這將保證最佳效率和工作壽命;9）蓄能器工作參數(shù)的設(shè)定應(yīng)保證在排放液體時不能全部排空,達到最低工作壓力時必須保留少量油液(約為蓄能器容積的10%,以使氣囊不會在每次膨脹過程中撞擊提升閥,保證皮囊的工作壽命;10）油溫對蓄能器皮囊的壽命也有相當大的影響,工作油溫過高或過低,都會縮短皮囊的使用壽命,因此系統(tǒng)的工作溫度要控制在一個合理的范圍內(nèi)。
3 結(jié) 語
要保證放空洞閘門關(guān)閉時不漏水,其啟閉機的工作性能是重要因素之一。鑒于水布埡放空洞偏心鉸弧門設(shè)計水頭高、啟閉容量大、液壓控制系統(tǒng)較復(fù)雜,給啟閉機的運行尤其是如何使閘門止水始終保持壓縮狀態(tài)帶來了一定的困難,設(shè)計中通過采用蓄能器自動保壓鎖緊油缸這一措施,提高了啟閉機的運行可靠性并改善了閘門的封水效果。該閘門和啟閉機自2005年投入使用以來,狀況良好,達到了設(shè)計的預(yù)期目標。
摘自：中國計量測控網(wǎng)
