金湾闸液压启闭机回油管路真空破坏阀增设技术路线和措施探讨

1 概 述

水闸是水利工程体系中重要的控制性建筑物，是科学管理和调度洪水、保障水资源供给的主要手段之一。江苏省是全国水闸工程最多、门类最全的省份之一[1]。在我省众多水闸工程中，液压式启闭机虽不如卷扬式、螺杆式启闭机运用广泛，但也较为普遍。在日常输油管路检修维护过程中，检修人员经常发现在回油管路阀组接头、三通等处出现渗漏油，拆开回油管路时，管内存在大量积油外溢现象，造成管路检修维护困难，进而给水闸的安全运行带来较为严重的危害。如何有效解决上述问题，避免液压油的无故渗漏，保障液压输油设备检修维护的顺利实施，一直是工程管理者认真思考和亟需解决的问题。本文以江苏省江都水利工程管理处唯一一座采用液压启闭方式的大型水闸——金湾闸液压系统为例，探讨了在其油箱顶部液压系统回油母管上增设真空破坏阀、阻断虹吸现象产生的技术路线和实施方案。

2 工程概况

淮河入江水道金湾闸位于扬州市生态科技新城与江都区交界的金湾河上，系淮河入江水道控制工程之一，它与万福闸、太平闸共同构成淮河入江水道最后一级控制性建筑物。金湾闸共22孔，每孔净宽6m，闸室总宽为157.2m，设计流量3200m3/s，属于大(2)型水闸、2级建筑物，具有排洪、蓄水、引潮等方面综合效益[2]。该闸采用22台套液压式启闭机(油缸型号：QPPYⅡ-2×36t/2×22.5t)、3只储油油箱、9台油泵电机(型号：160SCY14-1B)，以及输油管道(进、回油管路)、控制阀组、干式变压器、高低压开关柜等液压及变配电系统设备。液压启闭机管路布置见图1，油箱管路俯视见图2。

图1 金湾闸液压启闭机管路布置

图2 金湾闸油箱管路俯视

3 造成液压系统回油管路检修维护困难的危害和原因分析

3.1 危害

自2004年金湾闸液压系统改造后，因回油管路检修功能未优化设计，检修人员更换回油管路密封圈，对管路进行检修维护时，都因回油管伸入油箱内部过深，一旦拆开低位管路阀组接头和三通，管内大量液压油外溢，造成回油管路检修维护困难，给工程的正常运行带来较为严重的危害和安全隐患：液压油外溢造成油箱内储油量大幅减少，若低于下限油位，直接影响液压启闭机的正常启闭；渗漏油的部位易附着灰尘、黏附油污，极大影响设备外观，给检修人员的检修维护带来困难；渗漏的液压油造成较大经济损失和浪费，对河道水体及周边环境带来较为严重的污染。

3.2 原因分析

运行管理单位技术人员针对这一情况，认真分析产生回油管路渗漏油、管内积油外溢进而造成检修困难的原因：由于油箱内液压油液面高于回油管路内液压油液面，存在一定高度差(约1.5m)，管内最高点液压油在重力作用下往低位管口处移动，在回油管内部形成负压真空，导致油箱内的液压油被吸进回油管内，产生虹吸现象[3](见图3)。

图3 虹吸现象示意图

4 处置液压系统回油管路检修维护困难的技术路线

第一种技术路线：检修人员在检修维护液压系统回油管路时，在回油母管、支路管道阀组接头和三通下放置接油盆，拆开各回油管路接头、三通，人为直接破坏管内负压真空，让管内积压的液压油自然溢出。待液压油流淌干净后，再行对液压系统各回油管路进行检修。这种方法费时费力，且释放管内积压的液压油时，需要检修人员精神高度集中，小心谨慎地拆卸接头和三通，防止管内积压的油液猛然喷出，造成液压油的大量浪费，并给检修人员的身体健康带来不利影响，污染周边环境。

第二种技术路线：针对人工拆卸管路释放液压油、直接破坏管内负压真空这一技术路线的缺点和带来的不利因素，技术人员考虑到回油管路为低压管道，拟在回油母管上方段设置截止阀，依靠阀杠压力，使阀瓣密封面与阀座密封面紧密贴合，阻止介质(液压油)回流。但经仔细分析后，发现如要设置截止阀，必须采用截断直径102mm的回油母管、焊端连接截止阀这一技术路线，该技术路线对原回油管路的改动破坏较大，焊端连接施工工艺相对复杂(焊端连接需对焊接部位进行焊前预热和焊后热处理)，对施工人员的焊接技术提出较高要求(焊缝严密，避免脱焊、漏焊)。

第三种技术路线：综合比较以上两种技术路线，技术人员经理论研究、查阅工程图纸、多方调研，最终确定了“在油箱顶端液压系统回油母管驼峰上方增设结构较为紧凑的真空破坏阀(对回油管路的改动较小)，阻断虹吸现象产生”技术路线，采取相应措施，有效地解决了上述问题。

5 处置液压系统回油管路检修维护困难的技术措施

5.1 真空破坏阀原理

发生虹吸现象时，由于回油管内部产生负压真空，面临液压油反流风险。通过增设真空破坏阀，打开阀门密封件，将外界大气引入回油管，由于外界大气压与回油管内部压力存在压差作用，外界空气的介入让回油管内部压强升高，迫使管内液压油断开，重新压入油箱内，进而破坏了虹吸现象。

5.2 真空破坏阀选型

真空破坏阀是阻断虹吸现象产生的核心部件。它是一种能自动消除给水(油)管道内真空、有效防止虹吸回流的装置，分为大气型、压力型和软管型[4]。大气型真空破坏阀，一种可在给水(油)管内压力小于大气压时导入大气的阀体，适用于其下游管道上不设置可关断阀门且出口无回压可能的场所；压力型真空破坏阀，一种在给水(油)管道内失压至某一设定压力时先行断流，继后产生真空时导入大气防止虹吸回流的阀体，适用于连续压力工况；软管型真空破坏阀，一种专用连接软管的阀体，适用于下游专门连接软管且可能产生虹吸回流和低背压回流的场所。

由于金湾闸回油管道内部与外界大气压存在压差，需一定压力介入回油管内，迫使管内液压油断开，破坏管内虹吸，因此排除大气型真空破坏阀，而软管型真空破坏阀适合设置在给水(油)管道出口连接的柔性管道上，不适合连接在硬质管路上，所以此次技术改造选择压力型真空破坏阀，综合考虑成本因素，优化选择Q11F-16P DN20低压球阀，其主要技术参数见表1。

表1 Q11F-16P DN20低压球阀主要技术参数

5.3 真空破坏阀增设措施

分别拆卸下三只油箱顶部液压系统回油母管，在管道驼峰上方(最高点)钻开直径16mm的孔洞(对回油母管的破坏较小，且易于焊接操作)、焊接底座，缠绕生胶带后，螺接安装三只真空破坏阀(低压球阀，型号：Q11F-16P DN20)。检修人员随后在对回油管路进行检修前，打开阀门密封件，将外界大气压力引入管内，破坏负压真空，阻断虹吸现象的产生，其安装见图4。

图4 金湾闸回油管路真空破坏阀增设示意图(图中虚线方框内为真空破坏阀增设位置)

6 结 语

经检修人员多次试验与现场检查，通过在油箱顶端液压系统回油母管驼峰上方增设真空破坏阀，有效阻断虹吸现象产生，回油管路阀组接头、三通等处无渗漏，管内积油外溢现象彻底消除，实现了此次技改的目标和初衷。该技术路线和措施技术成熟、使用可靠、故障率低、经济适用，适合于直升式平面闸门、弧形闸门、翻板闸门、横拉闸门等闸门型式的液压式启闭机的安全运行和系统设备维护；不仅可以在水闸启闭机械中推广运用，还可应用于升降机、凿岩机、甲板起重绞车等其他工程领域装配有液压传动装置的机械设备。下一步，将根据该装置在金湾闸工程的实际使用情况，进一步总结经验，不断完善优化，努力提升工程设备维养水平，确保工程运行安全。