2023年飞来峡二三线船闸人字门及阀门原型调试研究范文.docx

天道酬勤 飞来峡二、三线船闸人字门及阀门原型调试研究 陈景祥 摘 要：飞来峡二、三线船闸是目前广东省内最大船闸，为保证船闸人字门和输水工作阀门正常平安高效工作，同时更好地积累大型船闸金属结构设备的运行经验，对飞来峡二、三线船闸人字门和输水工作阀门运行特性进行调试研究，结果说明：人字门采用三阶段加减速启闭过程，液压启闭机油压过程线较为平稳，油压值和压力值均远小于液压启闭机设计额定值，能满足液压启闭机平安运行要求;工作阀门启闭过程中，油缸有杆腔最大压力根本已接近或超过设计值，运行过程需重点调试;工作阀门在开启过程中各向加速度值均较小，振动强度小，运行较平稳。 关键词：人字门 工作阀门 启闭特性 1.引言 国内外对船闸原型调试工作十分重视，国外船闸中，如美国老邦纳维尔船闸、约翰德船闸、冰港船闸、湾泉船闸及新威尔逊船闸等，通过调试改变阀门开启方式为间歇开启，改善了阀门工作条件，减小了闸室水面比降、紊动和旋涡，减小了船舶系缆力和闸室的超灌和超泄。 国内的三峡船闸，进行了为期长达12个月的原型调试〔不包括设备安装调试〕及12个月的试通航，通过原型调试和调试，一方面综合论证船闸输水系统性能及闸阀门工作条件;另一方面又根据原型情况，优化和调整船闸运行方式，提出各项措施及时解决了调试中的多项关键技术难题，找到最优的运行调度方案。此外，我国近年来还对如渠江金盘子船闸、嘉陵江草街船闸、涪江潼南船闸、大化船闸、长洲船闸、清远二线、濛浬二线、白石窑二线等船闸进行了原型调试，解决了船闸运行过程中问题，保证了船闸和过闸船舶的平安运行，提供了船闸运行效率。 从国内外实际原型调试成果说明，通过原型调试和调试的船闸，及时解决船闸在运行初期存在的問题，使其船闸的性能可以到达较佳的状态，过闸船舶及船闸设备的平安也得到保证，船闸的航运效益十分显著。 飞来峡二、三线船闸尺度均较大，各项水力指标高，且随着新技术新设备的应用，其性能除设计时需充分论证外，都需在船闸建成后进行反复的原型调试，以发现和解决其存在的问题，确保船闸平安高效运行。 2.工程概况 飞来峡二、三船闸是目前广东省内最大船闸位于北江干流中游飞来峡区黄洞村旁弯曲河段，下与清远船闸衔接，上与白石窑、濛浬、孟州坝三座船闸衔接，实现飞来峡至韶关165km的渠化，是航道等级提高的重要节点工程。 二、三线船闸规模相同，船闸级别为Ⅲ级〔1000吨级〕，闸室有效尺寸〔长×宽×水深〕200m×34m×4.5m。船闸的通航净空均为10m。船闸上游最高通航水位为24.81m，相应的下游通航水位为10.37m;上游最低通航水位为18.81m，下游通航水位为16.86m;上游正常蓄水位为24.81m。闸室上游检修水位为24.81m，下游检修水位为14.31m。上游设计洪水位31.98〔0.20%〕，上游校核洪水位33.98〔0.01%〕。上闸首底槛高程14.31m;下闸首底槛高程5.87m。 船闸金属结构设备有上闸首上游检修闸门、上闸首人字门、下闸首人字门、下闸首下游检修闸门;充水廊道进口拦污栅，充、泄水廊道工作闸门，充、泄水廊道上、下游检修门;人字门的廊道工作阀门均采用液压启闭设备。人字门门高19.7m，单扇闸门宽20.2 m;工作阀门尺寸尺寸5.0×4.5m〔宽×高〕，净水头14.44m。 3.人字门及工作阀门原型调试的目的 船闸人字门及工作阀门原型调试是一项重要根底性技术工作。原型调试前，已在设备制造厂完成了上、下闸首人字门及其液压启闭机整体预拼装及设备组装试验，输水廊道工作阀门及其液压启闭机整体预拼装及设备组装试验和各单项设备出厂试验等调试及测试工作，对各机械设备和电气系统的主要功能进行了测试，对各设备主要系统性能指标进行了调试和预整定。在此根底之上，按照现场实际条件，通过机电设备联合调试，到达以下目标： 〔1〕船闸人字闸门运行过程中，考虑有水作用下，调试人字门运行特性，绘制油缸压力变化过程线、闸门启闭速度、行程曲线，分析启闭力变化规律、人字门启闭特性与同步特性，测定人字门的同步运行偏差，进一步优化人字门调度方案。 〔2〕船闸闸室充、泄水过程中，绘制闸室水位升降速度、人字门前后水位变化过程和阀门井水位变化过程曲线，测定充〔泄〕水末期闸室水位惯性超高和超降值，分析人字门前后水位差对闸门启闭的影响，分析船闸输水系统水动力特性 。 〔3〕船闸输水阀门运行过程中，考虑有水作用下，调试船闸输水阀门单、双边运行特性，绘制阀门油缸压力变化过程线、阀门启闭速度、行程曲线，分析启闭力变化规律、阀门启闭特性与同步特性，进一步优化阀门运行方式。 4.人字门及工作阀门原型调试方法 人字门、工作阀门启闭力的测量手段为在人字闸门启闭机有杆腔和无杆腔上分别布置了油压传感器，测量油压变化过程，并计算闸门启闭力。 为了提高同步性测量的手段，并兼顾测量启闭速度、启闭行程等参量，采用动态激光测距传感器对启闭机的同步性进行调试。在人字门及工作阀门上分别安装两个激光测距传感器，在启闭过程中，激光测距传感器实时测量其行程，通过对行程曲线进行分析处理，得到启闭机启闭过程线，通过对两路激光器输出数据的比拟分析，分析其同步特性。 采用三向振动加速度传感器，测试阀门开启过程中的振动频率曲线，监测输水阀门运行时的振动特性，能直观的反响阀门的震动特性，加速度传感器安装在最后一节吊杆上，能有效的反响出阀门在启闭过程中的振动情况。 5.人字门及工作阀门原型调试结果 5.1人字门运行特性 为了解有水运行工况下人字门启闭过程同步性，人字门液压启闭机油压稳定性及启闭力大小，原型调试对上、下闸首人字门运行轨迹进行了测量，并对油缸数据进行了采集，并根据启闭机油缸油压计算得到了人字门启门力变化过程线，见图1～2. 从人字门启闭门力过程线可以看出船闸人字门启门力峰值在-758KN～-872KN 之间，远小于设计额定启门力 2000KN，充裕度也较大。船闸人字门闭门力峰值-1102KN～-1200KN 之间，小于设计额定启门力 2000KN，充裕度也较大。值得注意的是，启闭力峰值均为负值，活塞杆受压，无杆腔内压力较高，引起这一现象那么犹如前文分析的情况相同，人字门加速和减速段较短，走完设计行程后，受速度惯性影响，左右两侧人字门挤压太紧。以上原型调试成果说明，在闸门启闭过程中，人字门闸门液压启闭机油缸压力和输出压力，远小于设计额定值，能保证液压启闭机平安运行要求。 5.2工作阀门运行特性 对输水工作阀门运行特性进行调试，测量工作阀门启闭程的启闭力，测量成果见图3。 从启门力方面看，工作阀门最大启门力 921KN～1021KN 之间，启门力已接近甚至超过设计值，液压设备已处于极限运行状态。因此，建议在后续运行中，重点对设计水头，工作阀门液压启闭机运行情况进行调试，并复核设计水头下启闭力的大小，复核液压启闭机额定启闭力及压力值，以便应对启闭力超设计情况，评估阀门在此种工作况下对活塞杆、液压设备、吊杆等设备的影響。 5.3工作阀门振动特性 为对输水阀门振动特性进行监测，在工作阀门最下一节吊杆上安装了三向振动加速度传感器，监测阀门启闭过程中的振动特性，振动特性图见图4。 由原型调试得到的工作阀门振动过程曲线可知：在各工况下，阀门振动加速度值均较小，说明动水启门过程中，水流对阀门的影响较小，门槽与导向轮贴合较好。闭门时各闸首工作阀门加速度值较启门时更小，说明阀门振动对阀门及液压设备影响小。 6.结语 〔1〕人字门采用三阶段加减速启闭过程，液压启闭机油压过程线较为平稳，油压值和压力值均远小于液压启闭机设计额定值，能满足液压启闭机平安运行要求。启门过程在加速段，加速行程较短，加速度较大，闭门过程那么为在减速段，减速行程较短，使人字门在到达位置的时候两扇闸门间有明显碰撞，实际行程稍大于设计行程，无杆腔油压激增，腔内压力增大，建议人字门增加加速度及减速度行程，使运行更加科学合理。 〔2〕工作阀门启闭过程中，油缸有杆腔最大压力根本已接近或超过设计值，启闭力也同样存在超过设计值的问题，该种水头下，还未到达最大设计水头，建议重点调试设计水头下阀门动水启门启闭力，并进一步核实液压启闭机额定启门力及压力值，以便应对启闭力超设计情况，评估阀门在此种工作况下对活塞杆、液压设备、吊杆等设备的影响。 〔3〕线船闸工作阀门在开启过程中各向加速度值均较小，振动强度小，运行较平稳。