摘要：本文通过对老挝南塔水电站工程球形岔管制作过程中的成形和加工的总结，积累了一定的制作经验，为制作高强钢超大型球形岔管提供了较好的制造参考价值，其成果为今后的类似球形岔管的制作过程中提供了一定的指导意义。
关键词：压力钢管；球形岔管；球形岔管成形；球形岔管加工；球形岔管焊接
一、概述
老挝南塔河发源于老挝与中国边境的山区，由北向南蜿蜒流经老挝琅南塔省（Luang Namtha）、乌多姆赛省（Oudomxay）、博胶省（Bokeo），在博胶省孟巴塔（Muang Pak Tha）村镇附近汇入湄公河，流域面积8900km2。南塔河1号水电站坝址位于南塔河上帕山村（Pha Xang）附近，下距湄公河汇合口约62km。电站的开发任务为发电，同时具备一定的调洪能力。坝址集雨面积7630km2，多年平均流量168m3/s。水库总库容19.675亿m3，正常蓄水位455.00m，相应库容17.55亿m3，死水位442.50m，相应库容10.795亿m3，调节库容6.755亿m3。电站总装机容量168MW。
二、球形岔管设计原理
1、球形岔管是另外一种岔管类型，它的结构型式很简单：在分岔部位设置一个球壳（半径R0，厚度t0）。主管和支管均直接和球壳相连，各管道的轴线都应通过球心。主管一般为圆筒，支管可以为圆筒或圆锥。管道和球壳的相贯线都是完整的圆。球形岔管有不少优点：例如布置灵活，各管道间的夹角选用范围广，支管可以指向任意方向（主、支管可以不在一个平面内），也可以布置多于两条的支管。分岔部位的主要受力结构为球壳，受力较均匀和明确，分析简单，加固梁均为环形梁等等。但球形岔管也存在一些缺点，例如水头损失较大，往往需在壳体内设置导流板。另外，球壳是非展开曲面，必须分块下料，用模具热压成型，然后拼焊而成，制作上较困难。补强环要用锻钢制造，球形岔管制作完成后还需进行整体退火[1]。
2、老挝南塔水电站工程球形岔管设计原理：老挝南塔水电站工程球形岔管主管直径为ф8250mm，三个支支管直径为ф4550mm，球岔处球的直径为11110mm，设计水头为70米，该岔管属于超大型压力钢岔管。
老挝南塔球岔管结构图 老挝南塔球岔管分块图
整个岔管的材料均采用高强钢Q390C，岔管共由15部分组合而成，每个部分由板厚为40毫米的异形板卷制而成，导流板厚度为20毫米，导流板上设置有透水孔，导流板需要压制成不规则形状。该球形岔管设计打破了传统的球形岔管设计思路与方法，使球形岔管从原来的只能使用于小型高水头电站转变为球形岔管可使用在大中型水电站工程中，在球形岔管的设计中填补了非常重要的一环。
三、球形岔管的成形制作与加工
1、老挝南塔水电站工程球形岔管制作精度要求较高、岔管体积较大，从而制作较困难。为满足制作质量的具体要求，放样需采用三维软件对其进行精确完整的立体建模，从而更加直观、准确的确定分块位置及每条焊缝的具体要求，模型与制造出的产品保持一致性，三维建模在整个球形岔管的制作过程中起着至关重要的作用。
2、下料设备采用数控切割机，首先将三维建模的立体图形按分块型式导入CAD图形，将CAD图形按1:1的比例导入数控切割机，为保证下料的精度，先不对板材进行下料工作，将火嘴替换为石笔在板材上进行下料实验，实验完成后对其几何尺寸精确进行测量，每个位置的尺寸与图纸相符且尺寸公差在允许范围内，最后即可对下料板材进行数控全自动切割下料。
3、在岔管管节之间的环缝之间的焊缝需要进行坡口的开设，从而使焊接后可以保证钢管的半径和球形岔管厚度，及时处理好岔管节的顶部和腰部夹角问题，及时处理好坡口的边缘加工工作。坡口的加工采用半自动切割机进行开设，坡口开设的过程中需要控制坡口的角度和坡口断面的光滑度，在开设坡口的过程中重点需要控制坡口应连续性，不能断续的进行坡口的开设。[2]
4、钢板的卷制要根据钢板的制作工艺采用合理的卷制方法，提高钢板的成形质量，及时处理好升降和下调的位置关系，保持卷制时速度匀速运动，保证能够一次性完成好弯曲端部的卷制工序。控制好卷板的工艺流程，卷制应多次成形，不能一次或者二次卷制就加工至所需尺寸。钢板卷制完成后使用样板对卷制的钢板进行严格的检测，发现不合格点或超出允许公差范围内的情况应进行返工处理，直到合格为止。
四、球形岔管的组拼
每块板料卷制制作完成并检验合格后，进行板料的厂内预组拼，组拼按先主管后支管从下到上的原则进行，组拼前先对组装平台进行调节，使组装平台水平一致。组装过程中应严格按图纸进行，每块板料的位置及方向与图纸保持一致，组拼时每块板料之间的焊缝应对齐，不能出现错台的情况出现，若出现错台则需对错台处进行机械校正或者火焰校正的方法进行校正，不得强行任意修改焊缝及坡口。[3]
五、球形岔管的焊接
1、焊接的质量控制过程中，要充分提高焊接的钢管的成品定位、校正和清洁处理工作，稳定好焊接量测之间范围的铁锈、油污和氧化杂物处理，及时清除好焊接中出现不良问题，保持焊接位置干净。焊接需要采用固定远红外线加热器、煤气喷灯和电加热器等进行及时预热处理。使得表面温度和焊缝周围之间温度进行相符合，保证焊接的两侧测量点温度具有一定的实时监控效果，促进焊缝的两侧焊接效果。
2、多层焊接的时候要及时做好错开层间焊接，保证焊接的水平，在一定精度范围之内，及时做好拆除和损伤问题处理，提高焊接板焊接质量完整性，同时保证焊接的打磨休整残留焊接问题及时处理，稳定好表面焊接质量。保证双面的焊接效果完整性，促进焊接及时清理和焊接疤痕打磨，然后充分做好连续焊接工作[4]。
3、双面焊接过程中要提高单侧焊接的基础清理工作，保证焊接需要采用合理定位方法，在焊接过程中要提高焊接质量，确定焊接顺序，选择适当的焊接方法，从而提高焊接质量，从小部分焊接到大部位的焊接收缩应力和变形过程中，要提高岔管的焊接方法与顺序，保障焊接成型和各个尺寸之间焊接符合图纸要求。
4、球形主管、支管和球壳的焊接过程中，应注意焊接方法与焊接顺序及焊接的道次、层数。焊接前应对焊接母材进行预热，预热后加盖石棉垫进行保温，当温度恒定后方可进行焊接。焊接完成后应对每条焊缝进行UT探伤无损检测，确保每条焊缝合格，若有焊缝不合格的情况出现，需使用碳棒对不合格焊缝进行清除，清除完成后使用角磨机去除氧化皮后方可进行焊接。[5]
结论
综上所述，随着老挝南塔水电站工程球形岔管的顺利完工，标志着我国水电站工程球形岔管又上了一个新的台阶，球形岔管从开始时的只能用于小型高水头水电站向大中型水电站运用的工程实例。为我国水电事业的飞速发展起到了很大的推动作用。
参考文献
[1]郭明星,王志勇.球形岔管在水电站中的安全应用[J].中国安全生产科学技术.2017(S2).
[2]屈直,王文龙.基于安全评估的电站压力钢管球形岔管的应用实践研究[J].科技创新导报.2017(31).
[3]刘袁.球形岔管的加强肋设计与运用[J].中国水能及电气化.2015(02).
[4]姜德华.球形岔管在隧洞内安装施工技术研究与应用[J].建筑施工.2018(01).
[5]郭明星,王志勇.球形岔管安装中的检测方法及运用[J].中国安全生产科学技术.2017(S2).
论文作者:尹红波
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/5
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