贾琳鹏
南水北调中线信息科技有限公司 北京 100038
摘要：南水北调中线工程液压闭机主要用于各种控制门。起动机组运行由调度中心远程控制，调整闸门开度，稳定总水量和水位，保证供水安全。根据国内外先进的液压结算机设计经验，设计了南北调水中心线工程液压结算机系统，分析了其设计方案和液压系统，实践表明液压结算机系统稳定、可靠、耐用，并且可以符合工程要求。
关键词：液压启闭机；节制闸；远程控制；南水北调中线工程；
前言
河南省南水北调一期干渠北段是南水北调重点控制工程。总断面长度为195 249公里。共有9个设计单位，有335座不同类型的建筑物，按职能划分为控制、控制、维护、取水口和配水口。南北主要输水渠道全年供水，全线供水调控、自动化和保障率较高。液压启闭机液压驱动结合电气控制实现自动控制，缓冲性能好，调速方便，能更好地满足工程运行管理要求。因此，节制闸、控制闸、分水口门工作闸门的启闭设备均选用液压启闭机。
一、液压启闭机设计
1.设计原则
液压闭机设备应符合本工程四季运行要求、液压工程后的丛式机组设计规范以及水工建筑物的线形截面和布置要求。设备必须美观，线条流畅，表面光滑，颜色协调一致。启闭机的结构装配类型应符合国家铁路和公路运输法规、施工、吊装和运输的刚度要求以及设备现场最大吊装单位的要求。
2.运行操作要求
弧形闸门分节制闸和控制闸，故有两种运行操作要求。节制闸液压启闭机。节制闸的运行方式分为小开度（调水）流量调节和大区间局部开启/关闭运行，其中大于1m范围的运行区域为大区间运行。大间隔模式根据给定的多阶V-t曲线工作，根据控制门的工作情况，液压启闭机的工作方式如下:全开和全关调速工作、全开或全开和小开。每个液压泵站配备两个手动可变油泵电机单元。当小型开口(供水)调整流量时，一个单元工作并相互预留；当本地操作间隔打开/关闭时，两个组同时运行。任意开门时，油缸活塞杆因泄漏滑动20毫米以上时，电气控制系统应发出声光信号，自动启动油泵，使门恢复到规定高度。
液压启闭机操作可进行闸门全行程启闭、局部启闭。每个液压泵站配备两组手动可变油泵马达，一组工作，另一组备用。如果阻塞阀的活塞杆由于油缸泄漏而在开口处滑动，则应在24小时内控制滑动，最长100 mm。当油缸活塞杆滑移量大于100 mm时，电气控制系统发出声光信号，自动启动油泵，并在规定高度重新开门。如果活塞杆由于故障继续下降到200 mm以下，电气控制系统必须发出声光报警信号，并自动启动另一个油泵，使门恢复到规定高度。72小时内自动重设的次数不得超过2次。液压启闭机的启动和关闭要灵活，油缸开、关时要顺畅运行。液压启闭机应能可靠地关闭任何地方的门，并应有相应的指示装置和任意的限制和关闭功能。液压系统应配备有限的压力保护装置，以保护设备的安全运行。
3.活塞杆设计
弧形闸门液压启闭机油缸活塞杆长期处于水中或飞溅区，活塞杆应为2Cr13不锈钢。活塞杆的外表面镀铬，染色法和镀层厚度根据SL41规范确定，匹配前去除应力，匹配后脱盐处理。平门液压机活塞杆材料的力学性能不低于GB699中n 45钢的力学性能。活塞杆的外表面镀铬，染色工艺及贴合层厚度根据SL41规范确定。必须在贴合前后用氢处理一级锻件，100%超声波探伤，符合二级质量标准GB/T6402。同时，应检查活塞杆锻造材料(热处理后)σ的上下限值。活塞杆两端的螺纹公差采用GB 197 7类精度。活塞杆导向段的外径公差在GB1801中不得小于F7，舍入公差在GB1184中不得小于8。
二、液压系统设计说明
1.液压系统主要回路
液压启闭机系统主要设计有压力控制、方向控制、速度控制、安全锁定等环。
其中，压力控制电路具有两级泄压调节功能，主要用于液压泵-电机组的真空起动，提供液压缸启闭时的工作油压力，打开单阀控制油压力方向控制电路主要通过改变主液压回路方向换向阀芯位置来控制液压油的通断和流通方向，实现液压缸的动作控制。调速回路通过在液压缸中安装带有杆腔的调速阀来控制液压缸活塞杆的伸缩速度，从而避免了双速状态下系统流量变化的负面影响。安全锁定回路是在液压缸有杆腔回路中设置安全锁定阀组，通过集成式单向液控阀控制液压油的流通方向，从而使闸门锁定在行程范围内的任何开口。溢流阀集成到阀门组中，实现液压缸下腔的过压保护。悬挂式双点门启闭机液压系统还设计了同步校正电路，主要在两侧液压缸杆电路中，闭环控制系统采用双环调速阀+双向阀校正+行程检测装置。两侧液压缸上安装的位移传感器实时监控液压缸的位移。当液压缸的同步误差大于或等于偏差修正调整值时，PLC将信号返回给液压系统的通阀，并动态调整相应液压缸杆的进油量和回油量以及通过电路的分流量。要同步左右圆柱体，请执行以下操作。同时，两个调速阀平行于两个比例的调速阀，便于调试。如果其中一个双向调速阀出现故障，电梯可以正常工作。
2.液压系统动作说明
液压启闭机系统主要控制闸门，包括启闭、同步校正、定位控制和压力控制。本节以弧形建筑门为例。当闸门开启和关闭时，液压泵-电动机组以大约10秒钟的延迟空启动，相应的电磁阀启动。压力油通过比例调速阀进入两侧液压缸的杆腔，无杆腔的液压油通过单向阀返回油箱。闸门下降时，空载启动液压泵-电动机组,延迟约10秒钟。相应的电磁阀通电，液压油开液压控制阀。液压缸杆腔中的液压油在比例调速阀通过后返回无杆腔。与此同时，压力油通过溢流阀注入液压缸无杆腔，通过单向阀注入油箱。在门的开关过程中，同步校正动作是通过门的开关行程控制装置监控液压缸的行程。当两侧液压缸同步误差大于或等于≥5mm时，控制器自动调节比例调速阀的电流，调整两侧液压缸的进油量和出油量，使门同步。当两侧液压缸同步误差大于或等于≥10mm时，液压系统自动停止并发出报警信号。
定位控制动作是在闸门处于开启状态时，在液压系统泄漏时可自动将闸门提升至原始位置，打开时门下降100mm，液压快门下降100mm时不启动时门继续下降120mm， 液压机可以自动打开液压泵的另一组电机电源(集成式启闭机除外)，将门提升到其原始位置，并发出声光报警信号。压力控制动作是当PK1压力传感器发出信号时，表示系统压力过高，泵停止并发出声光报警。PK2发出信号时，表示系统压力过低，发出声光报警，10秒后转入备用泵。当PK3发出无杆腔压力过大的消息时，必须停止修理。PK4和PK5发出信号时，表示杆腔内压力过低，停止泵并发出声光报警。
结束语
综上所述，南水北调项目是我国一个重要的核心战略项目，旨在减少我国水资源的不平等分配，促进北方的可持续和全面的经济、社会和环境发展。液压启闭机是确保所有北南水交换站安全稳定运行和成功实现供水目标的重要基础设备。通过结合国内外先进设计经验和采用先进制造技术，南水北线工程液压封闭系统的性能和可靠性得到了显着提高。实际运行后，闭机系统具有稳定性、可靠性、耐久性和动作精度等特点，能够满足相应工程部门的运行要求。
参考文献：
[1]刘远书,高文文,侯坤,杨益.南水北调中线水源区生态环境变化分析研究[J].长江流域资源与环境,2015,24(3):440-446.
[2]熊雁晖,漆文刚,王忠静.南水北调中线运行风险研究(一)———南水北调中线工程风险识别[J].南水北调与水利科技,2010,8(3):1-5.
[3]汪瑶.南水北调中线工程对海河流域的生态调度影响浅析[J].低碳世界,2017,(24):70-71.
[4]刘立钧,涂铸.南水北调中线工程核心水源区城市协同发展实施战略[J].天津城建大学学报,2018,24(4):312-317.
[5]张乐群,吴敏,万育生.南水北调中线水源地丹江口水库水质安全保障对策研究[J].中国水利,2018,(1):44-47.
[6]杨光,姚林娉,耿鹏举,陈霞.西霞院排沙洞及底孔工作闸门液压启闭机设计[J].人民南水,2009,31(10):48-49.
[7]葛玉麟.启闭机采用电液比例同步控制液压系统的设计应用[J].液压气动与密封,2010,30(4):13-15.