王琦，楊勇，方東林

(中國葛洲壩集團機械船舶有限公司，湖北 宜昌 443002)

1 氣壓式沉柜概述

1984年中國葛洲壩集團機械船舶有限公司建造了我國首臺沉柜(命名為自浮式檢修沉柜)，用于大壩檢修，當(dāng)時設(shè)備技術(shù)落后，檢修時需依靠人力在江面拖動，對人員身體有一定影響，檢修能力不足。2008年中國葛洲壩集團機械船舶有限公司在原來沉柜基礎(chǔ)上建造了新型沉柜(專利名稱，氣壓式沉柜;專利號，200620163305)，增加了電氣控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)，檢修能力大大提高。

氣壓式沉柜是用于葛洲壩水利樞紐二江泄水閘閘室、護坦平面、1∶12斜坡段及049縫檢查和維修工作的水下工程機械。根據(jù)檢修面的實際情況，具備建立水下帶壓和常壓2種工作環(huán)境的能力，該設(shè)備具有自浮、下潛和動力移位的功能。

2 氣壓式沉柜的組成及原理

氣壓式沉柜由工作母船、動力電纜、控制電纜、高壓油管及沉柜組成。工作母船上有液壓動力泵站、電氣柜、水冷卻設(shè)備等。液壓泵站通過長度為50 m的油管與新沉柜浮箱上的進、回油接口相連，向新沉柜的液壓推動系統(tǒng)、沖水清淤系統(tǒng)提供動力。實現(xiàn)推進系統(tǒng)的驅(qū)動及調(diào)速、螺旋槳的擺動、沖水清淤系統(tǒng)中液動設(shè)備和水下液動施工用工具的驅(qū)動等功能。氣壓式沉柜結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

圖1 氣壓式沉柜結(jié)構(gòu)布置圖

該液壓系統(tǒng)由液壓泵站、閥臺、推動系統(tǒng)、沖水清淤系統(tǒng)組成。液壓泵站安裝在工作母船上，可整體拆裝，使用及維護方便，主要零部件進行了特殊設(shè)計及處理，保證在水下工作時的密封并防止意外情況。液壓站系統(tǒng)壓力為16 MPa，最大流量為105 L/min。閥臺安裝在沉柜浮箱上，為了減小浮箱的整體重量，閥塊沒有采用45號鍛鋼件而使用了特殊的航空鋁合金材料，減小了浮箱上浮的阻力。推動系統(tǒng)安裝在浮箱的四角，由擺動油缸、液壓馬達、螺旋槳、角度傳感器、管路等組成。在浮箱浮起狀態(tài)下可在液壓螺旋槳的推動下，沿大壩平行和垂直的4個方向做直線運動。沖水清淤系統(tǒng)由液動水泵、液動水炮、手持式水槍、電動蝶閥、管路及閥件等組成，分別布置在新沉柜盾底斜壁上和控制室內(nèi)。安裝在新沉柜盾底內(nèi)的設(shè)備采用可拆卸形式，在新沉柜更換盾底時，可重新安裝到使用的盾底內(nèi)，避免重復(fù)配置。液動水炮射程為20 m，體積流量為35 m3/h，左右旋轉(zhuǎn)范圍為 －75°～ +75°，上下旋轉(zhuǎn)范圍為 －100°～ +25°。在作業(yè)時，利用氣動系統(tǒng)增加氣壓排空沉柜內(nèi)的江水，操作人員從人行通道進入盾底，用清淤工具對水下雜物進行清理。

3 安裝調(diào)試中出現(xiàn)的問題

3.1 溫度控制

工程船上的液壓動力站向沉柜的執(zhí)行裝置提供動力。

在沉柜的調(diào)試試運轉(zhuǎn)過程中，經(jīng)過幾次試運行操作，發(fā)現(xiàn)在液壓泵站空載、水冷卻器開啟的情況下，隨著液壓泵站運行時間的加長，液壓油溫度升高，進而電氣柜報液壓油溫度過高故障信號，導(dǎo)致沉柜液壓泵站不能長時間運行而自動停機。在水冷卻器開啟、液壓泵站負(fù)荷狀態(tài)下，電氣系統(tǒng)仍發(fā)出油溫過高故障信號。油溫過高對液壓系統(tǒng)是非常致命的，長時間油溫過高必然會使液壓元件密封受到破壞、液壓元件漏油，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)無法工作。

圖2 改造前液壓泵站俯視圖

經(jīng)過設(shè)計各方的溝通，認(rèn)為空載時液壓油長時間通過溢流閥閥芯卸荷對油溫影響很大，因此，中國葛洲壩集團機械船舶有限公司技術(shù)人員對工作母船上液壓泵站的管路進行了改造。改造前液壓泵站俯視圖如圖2所示，改造后液壓泵站俯視圖如圖3所示。

改造前，液壓油通過溢流閥組建立壓力，由于比例閥組操控的動力源裝置一直沒有開啟，動力油路徑為:液壓泵→溢流閥卸荷→卸荷液壓油→油箱，在此過程中，電機產(chǎn)生的機械能完全轉(zhuǎn)化為熱能和動力勢能釋放在油箱里面，因此，油箱很快發(fā)熱，而且溫度越來越高。水冷卻系統(tǒng)在比例閥組沒開啟之前沒有發(fā)揮作用。

改造后，液壓泵站空載，執(zhí)行機構(gòu)不工作時液壓油的路徑為:液壓泵→溢流閥卸荷→卸荷液壓油→水冷卻器→回油濾器→油箱，從而起到冷卻的作用。液壓泵站負(fù)載，執(zhí)行機構(gòu)工作時液壓油的路徑為:液壓油→沉柜閥臺→執(zhí)行裝置→沉柜閥臺→回油管→水冷卻器→回油濾器→油箱。

中國葛洲壩集團機械船舶有限公司技術(shù)人員對改造前、后液壓系統(tǒng)的油溫變化情況進行監(jiān)控和采集，得到的數(shù)據(jù)見表1。

3.2 比例流量閥的調(diào)試

沉柜的電氣控制系統(tǒng)元件安裝在控制室內(nèi)，整個沉柜控制室空間狹小，動力電纜與控制電纜縱橫交錯，給整個電氣的安裝和調(diào)試帶來了困難。在調(diào)試試運行過程中發(fā)現(xiàn)，螺旋槳轉(zhuǎn)動斷斷續(xù)續(xù)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，比例閥電路板的比例信號受到嚴(yán)重干擾甚至無法傳輸?shù)诫姶砰y，導(dǎo)致比例流量閥的節(jié)流口開關(guān)不能到位。經(jīng)過設(shè)計各方的溝通，將控制電纜更換為屏蔽控制電纜，更換電纜后的測試結(jié)果顯示:比例信號穩(wěn)定、可靠，螺旋槳轉(zhuǎn)動均勻、平穩(wěn)，達到了設(shè)計要求。

圖3 改造后液壓泵站俯視圖

表1 改造前、后液壓系統(tǒng)油溫對比

3.3 螺旋槳的安裝和調(diào)試

沉柜推動系統(tǒng)依靠安裝在浮箱4個角上的螺旋槳推動前進。螺旋槳槳葉直徑為? 300 mm，轉(zhuǎn)速可在20～180 r/min范圍內(nèi)調(diào)整，最大推力為3 kN。螺旋槳的調(diào)試主要包括螺旋槳轉(zhuǎn)速的調(diào)試和角度傳感器的調(diào)試。

沉柜通過擺動油缸的調(diào)整，兩兩一組推動沉柜向4個方向移動，當(dāng)其中一對螺旋槳推動時，另一對螺旋槳起著糾偏作用，保證沉柜航向正確。根據(jù)航速要求，由比例流量閥來調(diào)節(jié)液壓螺旋槳的速度，操作人員在控制室通過操縱手柄來定位沉柜的航向和速度。在調(diào)試試運行時，質(zhì)檢人員用轉(zhuǎn)速表對4個螺旋槳的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整和整定，從而確定比例流量閥的電流信號，保證螺旋槳的轉(zhuǎn)速同步和沉柜移動時的正確航向。

角度傳感器調(diào)整。當(dāng)轉(zhuǎn)向油缸擺動時，安裝在油缸上的編碼器向控制室傳輸信號，操作人員根據(jù)傳感器信號確定螺旋槳的轉(zhuǎn)向是否到位。安裝編碼器時要將其信號線和控制回路正確連接，分清楚線號和正、負(fù)極，防止編碼器損毀，并且使用屏蔽控制電纜，防止信號干擾。編碼器量程為0°～360°，油缸的擺動范圍為0°～90°，因此，角度傳感器在0°～90°范圍內(nèi)要精確調(diào)整(此區(qū)間很小，要耐心微調(diào))，待編碼器角度調(diào)整到0°時，將其固定并安裝防水罩，做好防雨、密封措施。

3.4 開機前的準(zhǔn)備與檢查工作

在調(diào)試和試運轉(zhuǎn)前，需進行以下準(zhǔn)備與檢查工作:

(1)系統(tǒng)站內(nèi)、外管道應(yīng)進行單獨徹底的循環(huán)清洗，循環(huán)清洗時，管道內(nèi)流速應(yīng)處于紊流狀態(tài)且沖洗時間為24 h。液壓油最終顆粒度應(yīng)達到NAS8級標(biāo)準(zhǔn)，沖洗完畢要立即封堵關(guān)口，防止二次污染。

(2)液壓系統(tǒng)二次安裝時應(yīng)牢固可靠，空氣應(yīng)排凈，檢查泵吸口油管是否漏氣、油泵內(nèi)是否充滿油液。

(3)檢查電機轉(zhuǎn)向與油泵的進、出口，確認(rèn)油泵與所示旋轉(zhuǎn)方向相符。

(4)裝入油箱中的液壓油應(yīng)進行過濾和油品化驗。油箱內(nèi)的油量應(yīng)保證液壓站及管路初步充液后油位位于正常工作液位之上，至少不低于油箱液位計滿刻度的3/4。

(5)檢查電接點壓力表、閥件、壓力傳感器及液位、液溫、濾器堵塞發(fā)訊等液壓元件是否完好，動作是否正常可靠，信號是否到位，各手動球閥是否按系統(tǒng)原理圖開關(guān)到位。

(6)檢查電氣線路及接線接口是否符合電氣接線圖的要求。

(7)檢查各液壓管道接口是否正確，檢查各連接元件(法蘭、管接頭等)，確保密封件安裝正確、無缺損，緊固件應(yīng)連接牢固、可靠。

(8)單體試運行時監(jiān)測系統(tǒng)運行壓力應(yīng)無異常變化并符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，同時檢查各連接面，若有泄漏，立即停泵并進行檢查處理。

4 結(jié)束語

隨著中國葛洲壩集團機械船舶有限公司氣壓式沉柜調(diào)試和試運轉(zhuǎn)的逐步進行，氣壓式沉柜出現(xiàn)的一些問題已得到徹底解決，氣壓式沉柜正在檢修工作中發(fā)揮著重要作用。