液压启闭机原理结构分析与应用选择探讨

陈争军

（陕西省泾惠渠管理局 陕西 三原 713800）

1 概况

液压启闭机作为水工闸门的启闭设备已在很多大中型灌区水利设施中得到广泛应用。如从上世纪九十年代开始，在陕西泾惠渠灌区改造中由灌区所属机械厂设计制作，相继把渠首枢纽底孔排沙闸、总干2#排沙闸、山西庄分水闸、杨府分水闸、西郊水库联合闸等十多处分、配水闸点的螺杆式启闭机更换成液压启闭机，并在2005年和2006年灌区信息化建设中，对各闸点液压启闭机进行了技术改造，经过技术改造后的液压启闭机不仅运行更安全可靠而且实现了水量调度、控制远程化，使之满足了现代水利工程管理的需要,液压启闭机作为水利工程闸门的启闭设备以其环保、节能、操作维修方便等诸多优点已在泾惠渠灌区分、配水设施上得到广泛应用。

2 液压启闭机原理结构分析

液压启闭机是以液压油作为介质来传递动能，通过活塞和液压缸的相对运动，实现闸门的开启和闭合，一台液压启闭机一般由控制系统（液压操作系统和电器操作系统）和液压缸组成，液压缸内活塞体和液压缸的相对直线往复运动带动连接在活塞杆上的闸门作直线（或弧线）运动，从而达到闸门开启和关闭的目的。

2.1 液压启闭机以液压油作为介质既传递动能同时也是各运动部件之间的润滑介质

机械零部件之间运动必须有润滑，润滑充分,零部件之间的磨损就会减小，相应啮合噪音小，能量损失小，零件之间相对运动就会平稳，设备的使用寿命就会延长，液压启闭机以液压油作为介质在密封空间反复循环既传递动能同时也是各运动部件之间的润滑剂，所以液压启闭机相对螺杆式启闭机和卷扬式启闭机在润滑方面更为充分，各运动部件之间的磨损以及能量损耗更小。

2.2 液压启闭机的启、闭动作通过相对独立的部件来执行

液压启闭机启、闭闸门通过它另外一个相对独立的部件——液压缸来完成，当液压油通过液压系统传输到液压缸后，又通过活塞（杆）将压力传递到闸门上，用活塞受力面积的大小和相应的油缸直径来确定启闭吨位，通过活塞和缸体的相对轴线运动来带动闸门完成开启和闭合。这种原理和结构要比螺杆式启闭机通过变速箱改变扭矩、通过丝母和丝杆的相对旋转，带动丝杠延轴线运动来实现闸门的启闭要简单。液压启闭机运动简单也便于操作，所以故障率就低，后期的维修、养护也相对方便。

2.3 液压启闭机工况控制系统制作过程相对复杂，但原理和结构科学简单

液压启闭机的工作状况由控制系统来完成：控制系统包括液压控制系统（液压泵站）和电器操作系统（配电柜）两大部分组成；

（1）液压控制系统一般由：电动机、液压泵、手压泵、换向阀、溢流阀、调速阀、集成阀、同步阀、单向阀、液控单向阀以及辅助装置（如：油箱、油管、管接头、压力表、滤油器、散热器、压力补偿器）等这些基本液压元件组成，简称液压泵站。根据液压元件性能和功能的不同，所组成的液压泵站就会实现不同的控制功能和控制效果，有人工操作、半人工操作和全自动远程控制。这些液压元件在功能实现上有一个共同点：通过小流量、微电流、小能量、小元件控制大元件实现大流量、大能量的改变和转换，起到四两拨千斤的效果，这些液压元件目前已全部实现了标准化、系列化、通用化、相关元件集成化，维修和更换简单，很方便于液压泵站的功能升级。

（2）电气操作系统（配电柜），这和螺杆式启闭机、卷扬式启闭机相同,是操作人员直接进行控制、操纵启闭机的平台，但是它的内部结构要比螺杆式启闭机、卷扬式启闭机相对复杂，它不仅要控制主电动元件——电动机，还要控制各液压元件的电磁部分（如：电磁换向阀、电磁溢流调压阀、电磁节流调速阀等），来实现这些阀件的电动控制功能。

（3）液压启闭机的控制系统相对其它形式的启闭机要复杂些，但是这些控制作用的实现都是通过已经成为标准件的控制元件来实现的，这些元件可组合可分开，相互之间可用电线、及油管连接，和其它形式的机械传动相比能量的传输不受空间约束，而且很方便的实现一个泵站控制多个油缸（闸门），这种一站多缸及远距液控的结构既节省动力资源又便于操作控制。

（4）随着机电一体化技术的发展和成熟，液压阀件已发展成模块化、智能化，其电气接口、动力接口、机械接口已经系列化、标准化、通用化，靠手动调节旋钮改变压力和流速的溢流阀和调速阀现已被电磁换向阀、电磁溢流调压阀、电磁节流调速阀替代，实现了自动控制或远程调控。

3 液压启闭机的应用选择

水利设施在设计和建设时都是根据地形地貌，因地制宜的进行选址、建设，这就给配套的启闭设施设计和选择带来诸多不便，随着对水利工程管理要求的提高，液压启闭机被广泛应用于现代水利设施中，它在应用选择时应从一下几个方面进行设计选择：

3.1 有环保、节能要求设施的应用选择

靠近水源就必须远离污染，农业灌溉还是人畜饮水工程设施都必须以环保为前提。液压启闭机密封性能好、环保、节能，设备在运行过程中避免了润滑油脂与水源的接触。所以，在泾惠渠灌区、宝鸡峡灌区许多枢纽闸点以及铜川新区供水的豹村水库、宝鸡市供水的冯家山水库、西安市沣惠渠渠首进、排水闸等在最初设计和后期改造时都选择使用了液压启闭机。

3.2 要求操作、养护、维修方便的设施的应用选择

水利设施普遍存在着无专人看管、无专业人员操作、养护，无专业人员维修的情况，这种状况给设备的正常使用埋下质量隐患，液压启闭机操作简单、养护方便、故障率低正适合于农业灌区及水库枢纽工程放水闸门运行管理，也是目前各灌区和病险水库加固工程中启闭设施改造时设计选择的首要出发点。

3.3 要求实现自动化、远程化控制设施的应用选择

现代水利（水电）工程管理要求水闸运行不仅要安全可靠而且便于调度、控制。2005年泾惠渠灌区在信息化建设中，通过在渠首排沙闸、山西庄分水闸、杨府分水闸等闸点的液压泵站上加装数显装置以及流量和压力控制装置，通过改造使液压启闭机在设定负荷和速度下远程操控、安全运行，避免了由于惯性、过压、过载损坏设备和设施。依据现代液压技术的发展，对原液压泵站所用的（手动）溢流阀和（手动）调速阀更换成电磁溢流阀和电磁调速阀，经过简单改造后很方便实现水闸远程、自动化安全操控。

3.4 两孔及多孔闸门、联合闸的应用选择

取水枢纽闸门、联合闸门多根据地形布置，闸门的平面布局和运行状况相对复杂，如采用螺杆式或卷扬式启闭机就需要多套动力源，不便于操作管理，而液压启闭机的动力传输不受空间限制，一个泵站可同时控制多个液压缸（闸门），并能够使各液压缸相对独立的完成复杂的工况。西安沣惠渠渠首枢纽联合闸、泾惠渠渠首底孔排沙闸、泾惠渠总干渠2#排沙、节制闸、山西庄分水闸、北干渠杨府分水闸和宝鸡峡孝母分水闸等液压启闭机在设计制作上都是采用一站多缸；泾惠灌区党家堡抽水站进、排水闸为一站三缸并成功实现两闸门间距500m的远距液压控制。液压启闭机的应用选择使多孔闸、联合闸，许多运行状况相对复杂的闸点在结构上变得简单，在使用操作上变得方便。

4 液压启闭机的应用效果

目前泾惠渠灌区、宝鸡峡灌区（部分）以及西安沣惠渠渠首、冯家山水库枢纽等已广泛采用了液压启闭机。液压启闭机替代螺杆式启闭机和卷扬式启闭机，改变了“两层油”（行水水面一层油、停水设备养护一层油）；解决了“三难”（工人操作难、上级监控难、更新改造养护难）的状况；在泾惠渠灌区经过对液压启闭机技术改造，成功实施了相关分、配水闸点闸门远程控制。为灌区水量统一调度、自动控制运行改造提供了经验借鉴。

5 结语

科技在发展、社会在进步，液压启闭机作为闸门启闭设施以其环保、节能、操控简单、更新改造方便、便于实现自动化控制等优点，能够适应现代水利工程运行管理的需要，将会在水利设施特别是灌区建设中会得到更为广泛的应用。陕西水利