章鵬
摘 要：三峽船閘作為世界上最大的船閘，其人字門和反弧門等設備均採用液壓技術進行驅動，如何保證水平布置的人字門油缸運行的平穩和可靠是三峽船閘安全運行的重要因素。本文就液控式平衡閥在三峽船閘人字門油缸液壓系統所起的作用、運行初期出現的問題及解決的方案進行了初步研究。
關鍵詞：三峽船閘 液壓系統 液控式平衡閥
三峽船閘作為舉世矚目的長江三峽水利樞紐工程的重要組成部分，確保其在運行過程中的安全性和穩定性是非常重要的。三峽船閘人字門和反弧門都是通過液壓系統啟閉的，液壓控制系統的安全性和穩定性直接影響到船閘的正常運行。因此在設計和製造過程中採用了大量的進口液壓元件：如採用了力士樂的比例變量泵和恆壓變量泵；Parker公司的二通插裝閥和Hydac公司的壓力傳感器等。其中Beringer公司的LBc40系列平衡閥在人字門液壓控制系統中對於人字門油缸運行的平穩性起著非常關鍵的作用。
以下通過對人字門液壓系統的分析，談談LBc40系列平衡閥在三峽船閘人字門液壓系統中的應用，人字門油缸及平衡閥原理圖如下：
1、人字門關門過程
根據船閘人字門運行特點，關門過程為水平關門，整個人字門運行所阻力較小。目前液壓系統配製雙平衡閥迴路，在三峽船閘的多次有水調試過程中可知系統運行壓力僅為70bar左右，此時回油平衡閥的壓降損失為20bar左右。當負載壓力為和運行方向一致的正向負載時，此時油缸有杆腔壓力將會升高。從而系統壓力也會有所提高，系統壓力的提高使回油平衡閥控制油壓力上升，平衡閥開口變大對系統進行自動補償，液壓系統達到新的平衡點，此時回油平衡閥壓降降低。由測試曲線可知LBC平衡閥控制壓力的敏感性，可使平衡閥控制壓力點基本維持在空載運行壓力附近，即系統運行壓力基本穩定。
當負載壓力為和運行方向相反的負向負載時，由於系統壓力克服負載壓力而上升，此時回油平衡閥控制壓力升高，其開口變大對系統進行自動補償，液壓系統達到新的平衡點，此時回油平衡閥壓降降低，其閥口壓降補償由於負載力產生的影響。
2、人字門關門過程
人字門開門過程相對複雜，不僅受門樞阻力、動水阻力和風浪影響，還受到閘室水位超灌超泄影響。
在三峽船閘的運行過程中，可知系統運行壓力僅為60bar左右，回油平衡閥壓力損失為20bar左右，人字門運行負載阻力影響和動水阻力影響，均可通過平衡閥的自動補償性能進行補償。在系統低速運行時，系統運行壓力為60bar左右，回油平衡閥壓力損失為20bar左右，亦可通過平衡閥進行自動補償。
當超灌超泄現象反向水頭達到200mm時，人字門液壓系統自動進行退讓，使下游超灌水頭低於200mm。此過程後，人字門轉入開門運行工況，此時負載產生一定的壓力作用在無杆腔，負載力方向與運行方向一致，為正向負載。人字門運行可以認為是勻速低速運行，根據油缸力平衡原理，可知此時液壓系統運行壓力有提高趨勢，又因LBC平衡閥的負載敏感性，液壓系統壓力提高使回油平衡閥控制壓力上升，其平衡閥閥口壓降降低，液壓系統在原系統運行壓力附近達到平衡點。
但根據三峽船閘電氣控制方面水平信號的設置情況和現在有水調試的情況看來，人字門有時會處於正向水頭開門狀態。如果此時人字門進入開門工況，此時負載產生一個很大的壓力作用在有杆腔，負載方向和運行方向相反，此時系統壓力升高將會無杆腔平衡閥達到一個很大的開口或處於全開位置，無杆腔平衡閥的反向壓力損失很小。油缸會加速運行一小段距離。當油缸有杆腔壓力降低，有杆腔和無杆腔重新回到壓力平衡狀態時。此時回油平衡閥控制壓力降低，其開口變小對系統進行自動補償，此時回油壓降升高，液壓系統達到新的平衡點。
3、平衡閥部分性能測試數據
由LBC40型平衡閥正向壓降損失數據不難看出，LBC40型平衡閥的正向壓力損失比較大，但如果在平衡閥旁並聯一個單向閥，其正向壓力損失在通過500L/min流量時，其壓損也僅為10bar左右。當油缸運行，特別是開門運行時，有杆腔工作壓力比較高，如果平衡閥的壓損過大，將會導致液壓系統發熱和系統工作壓力過高甚至超過系統的最高設定壓力值，這對液壓元件的使用壽命影響非常大甚至有可能在運行過程中產生超壓報警，影響船閘的正常運行。因此並聯一個平衡閥來減小平衡閥的正向壓力損失。
平衡閥嘯叫聲產生的原因及其解決辦法
在三峽船閘初期的無水和有水調試過程中，都存在人字門油缸在伸出過程中即有杆腔平衡閥在回油過程中產生比較大的嘯叫聲，經現場判斷分析可知這都是由於液壓脈動現象造成的，即是在不改變閥的壓差的情況下，流量會出現時大時小的情況。這種現象一般多出現在節流閥口處於小開口狀態或進出壓差較大的情況下。結合三峽液壓系統具體工作情況分析其產生的原因，可能為以下幾個方面：
在關門過程中，由於無杆腔工作壓力較小，那即是有杆腔平衡閥控制壓力比較小，平衡閥工作在小開口的情況下。此時就容易產生液壓脈動。
由於油液受到擠壓後產生帶電的極性分子，而節流縫隙的金屬表面上存在電位差，故極性分子被吸附到縫隙表面，形成牢固的邊界吸附層，吸附層厚度一般為5～8μm，因而影響節流縫隙的大小。以上堆積、吸附物增長到一定厚度時，就會被液流沖刷掉，隨後又重新吸附在閥口上。這樣周而復始，就形成了液壓脈動。
閥口壓損過大時，將會使閥口溫度升高，液體受擠壓程度增強，金屬表面也更易受摩擦作用而形成電位差，也就容易產生形成了液壓脈動。
油液中的機械雜質或因氧化析出的膠質、瀝青等污物堆積在節流縫隙口，減小了節流縫隙口的大小，從而產生液壓脈動。
解決人字門有杆腔平衡閥嘯叫聲的方法
在滿足平衡閥工作性能的情況下加大平衡閥中R1 和R2的阻尼大小，這樣就加大了平衡閥控制活塞的兩端壓力差，這能在控制壓力不變的情況下增加平衡閥的開口大小，從而減輕或消除脈動現象，也就減小了平衡閥的嘯叫聲。
對液壓油進行定期過濾，保證油液的清潔度，清除了油液中的膠質雜質，減小了它們在節流縫隙口堆積的可能性，也能夠減小平衡閥的嘯叫聲。
（作者單位：長江三峽通航管理局）
摘 要：三峽船閘作為世界上最大的船閘，其人字門和反弧門等設備均採用液壓技術進行驅動，如何保證水平布置的人字門油缸運行的平穩和可靠是三峽船閘安全運行的重要因素。本文就液控式平衡閥在三峽船閘人字門油缸液壓系統所起的作用、運行初期出現的問題及解決的方案進行了初步研究。
關鍵詞：三峽船閘 液壓系統 液控式平衡閥
三峽船閘作為舉世矚目的長江三峽水利樞紐工程的重要組成部分，確保其在運行過程中的安全性和穩定性是非常重要的。三峽船閘人字門和反弧門都是通過液壓系統啟閉的，液壓控制系統的安全性和穩定性直接影響到船閘的正常運行。因此在設計和製造過程中採用了大量的進口液壓元件：如採用了力士樂的比例變量泵和恆壓變量泵；Parker公司的二通插裝閥和Hydac公司的壓力傳感器等。其中Beringer公司的LBc40系列平衡閥在人字門液壓控制系統中對於人字門油缸運行的平穩性起著非常關鍵的作用。
以下通過對人字門液壓系統的分析，談談LBc40系列平衡閥在三峽船閘人字門液壓系統中的應用，人字門油缸及平衡閥原理圖如下：
1、人字門關門過程
根據船閘人字門運行特點，關門過程為水平關門，整個人字門運行所阻力較小。目前液壓系統配製雙平衡閥迴路，在三峽船閘的多次有水調試過程中可知系統運行壓力僅為70bar左右，此時回油平衡閥的壓降損失為20bar左右。當負載壓力為和運行方向一致的正向負載時，此時油缸有杆腔壓力將會升高。從而系統壓力也會有所提高，系統壓力的提高使回油平衡閥控制油壓力上升，平衡閥開口變大對系統進行自動補償，液壓系統達到新的平衡點，此時回油平衡閥壓降降低。由測試曲線可知LBC平衡閥控制壓力的敏感性，可使平衡閥控制壓力點基本維持在空載運行壓力附近，即系統運行壓力基本穩定。
當負載壓力為和運行方向相反的負向負載時，由於系統壓力克服負載壓力而上升，此時回油平衡閥控制壓力升高，其開口變大對系統進行自動補償，液壓系統達到新的平衡點，此時回油平衡閥壓降降低，其閥口壓降補償由於負載力產生的影響。
2、人字門關門過程
人字門開門過程相對複雜，不僅受門樞阻力、動水阻力和風浪影響，還受到閘室水位超灌超泄影響。
在三峽船閘的運行過程中，可知系統運行壓力僅為60bar左右，回油平衡閥壓力損失為20bar左右，人字門運行負載阻力影響和動水阻力影響，均可通過平衡閥的自動補償性能進行補償。在系統低速運行時，系統運行壓力為60bar左右，回油平衡閥壓力損失為20bar左右，亦可通過平衡閥進行自動補償。
當超灌超泄現象反向水頭達到200mm時，人字門液壓系統自動進行退讓，使下游超灌水頭低於200mm。此過程後，人字門轉入開門運行工況，此時負載產生一定的壓力作用在無杆腔，負載力方向與運行方向一致，為正向負載。人字門運行可以認為是勻速低速運行，根據油缸力平衡原理，可知此時液壓系統運行壓力有提高趨勢，又因LBC平衡閥的負載敏感性，液壓系統壓力提高使回油平衡閥控制壓力上升，其平衡閥閥口壓降降低，液壓系統在原系統運行壓力附近達到平衡點。
但根據三峽船閘電氣控制方面水平信號的設置情況和現在有水調試的情況看來，人字門有時會處於正向水頭開門狀態。如果此時人字門進入開門工況，此時負載產生一個很大的壓力作用在有杆腔，負載方向和運行方向相反，此時系統壓力升高將會無杆腔平衡閥達到一個很大的開口或處於全開位置，無杆腔平衡閥的反向壓力損失很小。油缸會加速運行一小段距離。當油缸有杆腔壓力降低，有杆腔和無杆腔重新回到壓力平衡狀態時。此時回油平衡閥控制壓力降低，其開口變小對系統進行自動補償，此時回油壓降升高，液壓系統達到新的平衡點。
3、平衡閥部分性能測試數據
由LBC40型平衡閥正向壓降損失數據不難看出，LBC40型平衡閥的正向壓力損失比較大，但如果在平衡閥旁並聯一個單向閥，其正向壓力損失在通過500L/min流量時，其壓損也僅為10bar左右。當油缸運行，特別是開門運行時，有杆腔工作壓力比較高，如果平衡閥的壓損過大，將會導致液壓系統發熱和系統工作壓力過高甚至超過系統的最高設定壓力值，這對液壓元件的使用壽命影響非常大甚至有可能在運行過程中產生超壓報警，影響船閘的正常運行。因此並聯一個平衡閥來減小平衡閥的正向壓力損失。
平衡閥嘯叫聲產生的原因及其解決辦法
在三峽船閘初期的無水和有水調試過程中，都存在人字門油缸在伸出過程中即有杆腔平衡閥在回油過程中產生比較大的嘯叫聲，經現場判斷分析可知這都是由於液壓脈動現象造成的，即是在不改變閥的壓差的情況下，流量會出現時大時小的情況。這種現象一般多出現在節流閥口處於小開口狀態或進出壓差較大的情況下。結合三峽液壓系統具體工作情況分析其產生的原因，可能為以下幾個方面：
在關門過程中，由於無杆腔工作壓力較小，那即是有杆腔平衡閥控制壓力比較小，平衡閥工作在小開口的情況下。此時就容易產生液壓脈動。
由於油液受到擠壓後產生帶電的極性分子，而節流縫隙的金屬表面上存在電位差，故極性分子被吸附到縫隙表面，形成牢固的邊界吸附層，吸附層厚度一般為5～8μm，因而影響節流縫隙的大小。以上堆積、吸附物增長到一定厚度時，就會被液流沖刷掉，隨後又重新吸附在閥口上。這樣周而復始，就形成了液壓脈動。
閥口壓損過大時，將會使閥口溫度升高，液體受擠壓程度增強，金屬表面也更易受摩擦作用而形成電位差，也就容易產生形成了液壓脈動。
油液中的機械雜質或因氧化析出的膠質、瀝青等污物堆積在節流縫隙口，減小了節流縫隙口的大小，從而產生液壓脈動。
解決人字門有杆腔平衡閥嘯叫聲的方法
在滿足平衡閥工作性能的情況下加大平衡閥中R1 和R2的阻尼大小，這樣就加大了平衡閥控制活塞的兩端壓力差，這能在控制壓力不變的情況下增加平衡閥的開口大小，從而減輕或消除脈動現象，也就減小了平衡閥的嘯叫聲。
對液壓油進行定期過濾，保證油液的清潔度，清除了油液中的膠質雜質，減小了它們在節流縫隙口堆積的可能性，也能夠減小平衡閥的嘯叫聲。
（作者單位：長江三峽通航管理局）
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