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江汉运河龙洲垸船闸启闭系统检修技术方案

2021-07-01彭兴无刘意

中国水运 2021年5期
关键词:船闸检修

彭兴无 刘意

摘 要:本文主要针对龙洲垸船闸液压油缸渗漏问题,对其渗漏机理进行研究分析,通过理论、实践的方式对启闭机检修及油缸更换的技术方案进行论述,为类似工程问题提供参考。

关键词:船闸;液压启闭机;油缸渗漏;检修

中图分类号:TV91          文献标识码:A            文章编号:1006—7973(2021)05-0156-04

1船闸概况

江汉运河是新中国成立后第一条人工运河,进口位于长江中游荆州市龙洲垸,途经荆门市沙洋县,在潜江市高石碑镇汇入汉江,全长67.22公里。龙洲垸船闸位于运河入口,设计为单线单级千吨级船闸。船闸采用可承受双向水头的钢质弧形三角门,上游闸门高约19.50m,重约450吨,是目前国内最大的三角闸门。其中船闸闸阀门采用钢质提升平板门,采用短廊道集中输水。

上、下闸首每侧边墩工作闸门和阀门启闭机共用一套液压泵站,采用比例泵控制技术,三级安全保护设计,确保设备在船闸不同工况下能正常运行。船闸闸阀门运行由立卧式摆动双作用液压启闭机作用,液压泵站采用分散式布置。

2 启闭机运行现状

经多年运行,龙洲垸船闸上游左侧阀门油缸发生渗漏故障,运行时出现异响、不保压自落及爬行等异常情况,无法保障船闸安全生产,为恢复船闸原有技术状况,保证船闸安全运行,亟需进行检修。

3 龙洲垸船闸液压油缸渗漏问题的探究

3.1 关于渗漏问题的理论研究

3.1.1渗漏的分类

概括来讲,船闸油缸渗漏主要分为外渗漏和内渗漏两种。液压油缸的内渗漏指双作用油缸的活塞头密封出现泄漏现象,泄漏发生在内部;外渗漏指不论双作用还是单作用油缸,缸口与柱塞杆间以及导套与缸体间的密封出现泄漏现象,液压油泄漏到了外面。

3.1.2内渗漏的危害及原因

作为液压系统的执行元件,严格控制内泄漏量对油缸极其重要。当发生内泄漏时,如果在伸缩运动过程中,轻则会影响其工作效率,重則直接导致整机无法正常工作;而如果是在保压过程时,轻则会导致活塞杆缓慢回缩,严重时会造成如吊重急落、主机倾翻等重大事故。

影响液压缸内泄漏的因素是多方面的,如由于磨损、变形等造成的密封间隙的改变,密封件的磨损老化,气体、水及颗粒状杂质对液压油的污染,液压缸工作温度和密封两端压力差的极化,结构设计的合程度以及零部件的加工装配精度等等。

3.1.3外渗漏的危害及原因

液压油泄漏到环境中,除了造成的经济损失及对环境和机器本身的污染外,更严重的是使既定的控制动作受到影响,出现闸门飘移、阀门自坠、无法建立系统压力等故障,影响液压系统的正常工作,造成系统瘫痪甚至人身事故。外渗漏产生的主要原因主要有以下两点:

(1)油污染。据统计,在油缸外渗漏故障中,有75%以上都是由于液压油选择不当或油液污染引起。液压油被污染后会形成微小的固体颗粒,这些颗粒会加速相对滑动的元器件表面的磨损,加速了活塞杆自身和密封元件的磨损、划伤,而最终导致出现渗漏。

(2)系统自身冲击和震动。系统工作的温度、湿度及疲劳程度等工作环境一定程度上影响了系统内部压力变化。当系统压力发生突变时,整个系统动作速度也会随之变化,并在此过程中产生较大的自身冲击和震动,促使管路接口松动,并在液压油瞬间形成的高压力峰值作用下出现渗漏。

由此可见,磨损、变形、油液污染、裂纹、压力过大、密封不好等都是造成油缸内、外渗漏的主要原因。对龙洲垸船闸油缸渗漏机理进行分析,发现船闸液压系统渗漏的原因所在并寻求有效的解决措施十分紧迫。

3.2 龙洲垸船闸液压油缸渗漏类型的研究

3.2.1确定渗漏类型

龙洲垸船闸出现阀门油缸异响、不保压自落及爬行故障后,经现场系统检查及研究,排除油缸外渗漏故障可能性。

为明确渗漏故障,进行如下计算校验:

根据流体在环形缝隙中流量的计算公式,内泄漏量:

(1)

式中:为缸筒内径;为液压油动力粘度;活塞密封长度;为活塞与缸筒同轴时的单侧间隙值;为偏心比;为偏心距;为密封两端压力差;为活塞与缸筒的相对速度。查询图纸及技术文件参数计算得出:

(2)

由(1)式分析,易知,对于基本参数已定的液压缸来说,影响其内泄量的主要因素有间隙δ、液压油动力粘度μ、压差Δp以及相对速度u0,其中以间隙δ影响最大。查文献得知如下内泄露量标准,详见表1。

查技术文件得知:龙洲垸船闸阀门油缸内径300mm,对照内泄露量标准表,明确其故障为内泄露。

3.2.2内渗漏的原因分析

(1)密封老化。经拆卸检查发现油缸内部多处密封老化变形,失去基本密封作用。其老化部位主要集中在O形圈(3、16)、V形圈(5)、防尘圈(19)等处。如图1、图2所示。

(2)油液污染。经专业油液检测公司取样检测发现,油缸内部液压油受到一定程度的污染。

4 龙洲垸船闸启闭机系统检修

通过上述理论研究及故障分析,明确因油缸内壁损伤引起内渗漏从而导致出现异响、不保压自落及爬行现象。结合龙洲垸船闸上游左侧阀门油缸运行现状,针对启闭机进行检修及油缸更换。

4.1 新油缸制作

4.1.1理论探究

通过上述理论分析,根据渗漏量与各主要影响因素之间的关系,从而提出以下几方面的改善措施:

(1)适当地减小密封设计间隙或者加大缸筒壁厚;

(2)缸筒材料的选择,在考虑生产能力及经济成本的前提下,尽量提高材料的弹性模量;

(3)选择液压油时,不仅要考虑液压缸工作时的温度范围,还要增加排气孔等装置,严格控制液压油的含气量及水分;

(4)减少液压系统的冲击和振动。在允许的范围内,延长闸阀门开关以及运动部件变向的时间。尽可能增加、改善缓冲装置,减缓速度变化强度,尤其是对动作频繁的液压油缸,以此减小其冲击造成的压力增大;

(5)必须要求合理地设计和加工密封件沟槽。粗糙程度过高或过低都会造成磨损和划伤,导致渗漏;

(6)在装配密封圈时方法要正确,过程中应严格小心。

4.1.2技术要求

(1)液压启闭机所有零部件的加工严格按照各有关图纸上的技术要求执行;

(2)活塞杆、缸体毛坯选择整段无缝钢管;

(3)活塞杆、缸体按照各有关图纸上的技术要求进行热处理,以提高其综合机械性能;

(4)由于密封件密封沟槽的加工精度及表面粗糙度要求很高,因此特别注意零件上该部位的加工;

(5)启闭机活塞杆与连接头的螺纹连接处做防水处理,以防锈蚀;

(6)检验技术要求根据GB/T10205-2000中的有关条款执行;

(7)使用要求、试验项目与方法符合《水运工程质量检验标准》(JTS257-2008)中的有关内容。

4.2 阀门检修工程

根据龙洲垸船闸设备特点采用以下施工流程:阀门井盖板拆除→拆除阀门吊杆→旧阀门吊出门槽→阀门轨道镶面板检查和磨损检测→阀门主侧滚轮磨损检测→阀门止水橡皮检查或更换→阀门防腐→昂落阀门→阀门吊杆安装→试门调整→恢复阀门井盖板。

4.2.1阀门吊杆拆除及吊出阀门

拆除门限位,将阀门提升到最高位置,打开阀门井盖板,操作工下到阀门二层平台顶部,在机房吊点位置悬挂两只5t电动葫芦,在阀门两侧装上卸扣,通过千斤与电动葫芦连接,用2t手拉葫芦及钢丝绳捆绑住最下一节吊杆作保险装置,用扳手拆除阀门最下一节吊杆与上一节吊杆的连接,然后拆除最下一节吊杆与阀门吊座的联接,收紧两葫芦使最下一节吊杆移出阀门槽,此时阀门吊座与吊杆不联接,启动阀门井处的两只5t的电动葫芦,把阀门缓慢上提,直至阀门底部高出检修平台,用方木或工字钢放置在阀门槽检修平台处,通过电动葫芦让阀门缓慢降落置在方木或工字钢上,抄平抄稳阀门,采用拆除第一节吊杆的方法用2t手拉葫芦拆除阀门其它吊杆,为安全起见,阀门顶部两侧的5t葫芦不拆除,用作保险。

4.2.2吊落阀门及调试

落门前,全面清理打扫门槽周围及止水埋件表面,不得有任何妨碍阀门运行的障碍物,同时对起吊设备及止水橡皮螺栓的紧固程度进行全面检查,确认条件均具备时方可进行落阀,吊落阀门时,启动电动葫芦,牵引阀门下落,门槽两侧站人扶正阀门,开始进槽时注意门上止水不能与胸墙及轨道相碰,始终保持阀门垂直下落,注意左右侧方向及间距,阀门主滚轮进槽接近到轨道时后,应缓慢下落,用撬棍找正阀门,让滚轮顺着轨道自由下落,控制好电动葫芦速度,阀门落到位后,检查顶、底、侧止水与止水埋件的间隙,用塞尺检查间隙的尺寸,止水过紧或间隙过大,需把阀门重新提升至门槽顶进行橡皮调整,重新再落阀门检查止水间隙,直至止水橡皮与止水件间隙在技术标准范围内。

随后将阀门落至清理干净的底止水槽钢上,从底到顶的顺序把阀门吊杆安装好,使阀门与启闭机联接,用启闭机对阀门上下运行进行全面调试,全行程开关阀门运行不少于3次,主要检查阀门主侧滚轮运转灵活,无异常响声及振动,阀门上下起落平稳。限位开关动作灵敏准确,阀门开关到位正确,各止水橡皮压缩量及间隙符合要求,止水橡皮在起落过程中无损伤及撕裂现象,调试结束后,对所有部件如吊耳、铰点、止水螺栓紧固情况进行全面检查应符合要求。

4.3 启闭机检修工程

4.3.1龙洲垸船闸上游左侧油缸拆卸方案设计

(1)技术难点分析。龙洲垸船闸故障油缸布置于船闸上游左侧机房内部。机房设计为5面封闭式混凝土结构。限于现场环境约束,考虑施工经济成本,不可拆除机房墙面或屋顶将油缸运出。

(2)方案措施。利用启闭机房顶吊环,使用葫芦将油缸起吊,侧面利用钢丝绳将油缸横拉放倒,拆除机房北面窗户,汽吊吊出。

4.3.2龙洲垸船闸上游左侧油缸拆卸具体步骤

(1)启闭机房阀门油缸顶处主梁顶吊环切除。拆除内置式开度仪并做好防护。主梁与褛板接合部开孔,钢丝绳环箍主梁并固定,将手动葫芦悬扑在钢丝绳上。打入膨胀螺栓并固定钢板,在钢板上焊接U型环,用于固定钢丝绳及手动葫芦;

(2)将阀门关闭至全关位,将吊杆系统与启闭机脱离并固定。将启闭机开至最大开度位,并将活塞杆与油缸通过细钢丝绳绑定,便于拆卸吊装;

(3)拉紧手动葫芦、钢丝绳等安全保障设施,切断电源并拆除控钊线路。清点检查吊装机具,将5t平车移到合适位置,并垫上枕木;

(4)拆除与启闭机油缸相联结的各种元器件(油管及电线等);

(5)拆除启闭机支架与预埋件的连接螺栓,并通过悬挂在主梁钢丝绳上的两个手动葫芦将启闭机油缸、活塞杆及支架整体吊出启闭机地面高程;

(6)通过地面上U型环及手动葫芦将整體结构卧倒在地面5t平车的枕木上并将支架结构与油缸活塞杆等脱离;

(7)将启闭机油缸及活塞杆固定在平车上,通过平车移动出房外(窗户位置以拆除),用50t汽车吊吊离。

4.4 新油缸安装及试运行

(1)油缸安装应符合《水运工程质量检验标准》(JTS257-2008)的有关规定,并严格按总体布置图上的尺寸进行;

(2)焊缝采用间断贴角焊,加筋板遇交叉焊缝时切角,焊缝高度为6mm;

(3)机架顶、底面应平整,无翘曲变形;

(4)中心位置允许偏差为2mm;

(5)表面涂漆防腐处理;

(6)启闭机装配前用汽油把零件清洗干净,上下法兰的紧固螺栓的螺纹没有凹陷和断裂,局部微小的崩扣不超过两处;装配时无碰伤、擦毛零件表面,各紧固件对称拧紧。装配后保证各部位运转灵活,无卡阻和爬行现象。

5 结语

本文结合江汉运河龙洲垸船闸启闭机检修工作实际,针对船闸启闭机检修及油缸更换等具体工作展开论述,对相关技术方案及要点进行探索。龙洲垸船闸大修通航以来,液压启闭机系统运行安全可靠,信号准确,工况良好,经受住了实践考验,对其它船闸液压启闭机检修具有一定的借鉴意义。

参考文献:

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[2]胡庆华.京杭运河淮安三线船闸闸室设计介绍[J].水运工程,2002,(7):10-12.

[3]杨晓旻.船闸液压启闭机故障分析与解决[J].华东科技(学术版),2012,(003):22.

[4]唐永.关于船闸启闭机的管理与维护措施应用研究[J].大技,2018,(3):165-166.

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