抽水蓄能電站壓力鋼管加勁環臥式安裝技術研究與應用

王 剛，徐云鵬

（中國水利水電第七工程局有限公司機電安裝分局，四川 成都 610213）

0 引言

壓力鋼管是抽水蓄能電站上/下庫輸水系統中不可或缺的重要組成部分，是保障電站運行的重要設備之一。壓力鋼管具有耐壓、耐腐蝕、耐磨、穩定性好等特點，其主要作用是保障電站的抽水與發電工作的正常有效運行。為提高壓力鋼管在運行中抗外壓穩定能力，在鋼管外壁設計裝配焊接有加勁環。

芝瑞抽水蓄能電站引水系統采用“一管兩機”供水方式，尾水系統采用“一機一洞”的布置型式。引水系統由引水隧洞、上平段、上斜段、中平段、下斜段和下平段組成。壓力鋼管管徑由6.2 m～5.6 m～4.8 m，支管管徑3.4 m，支管直徑在廠房明管前由3.4 m 漸變為2.3 m。尾水系統主要為平段，壓力鋼管內徑5.6 m。

該項目所有壓力鋼管均為地下埋管，壓力鋼管制造用鋼板材質為Q345R/600 MPa/800 MPa，加勁環和阻水環材質與主管材質相同匹配使用。在引水系統各工作井的鋼管首端、末端設置有3 道阻水環，其余部位根據不同外水壓設計有不同環間距、不同數量的加勁環，加勁環厚度為24 mm，環高150 mm。同時為減小外水壓力，在鋼管外壁設有貼壁排水系統。

傳統的壓力鋼管加勁環裝配主要采用鋼管立式的方式，進行分段、分層裝配，這種組裝的方式加勁環分段多，從而會導致加勁環對接縫增多，導致加勁環整體焊接工作量增加；裝配時，一般采用工裝配合千斤頂的方式進行，工裝與鋼管連接多采用點焊固定的方式連接，這樣無形中增加加勁環裝配完成后的焊疤打磨量，且對母材損傷大，對于高強鋼除正常焊接外一般不允許其他點焊，施工局限性大。這種傳統施工方式效率低，占用各類施工資源。本文主要介紹加勁環臥式安裝技術。

1 加勁環臥式安裝技術

1.1 加勁環制備

（1）加勁環根據不同管徑進行分類，按每圈加勁環分兩段進行制作。

（2）加勁環采用數控等離子切割機排料進行下料，切成板條狀，兩端切割長300 mm 弧段（根據鋼管外徑確定加勁環弧段內徑），用于加勁環卷制起弧，以控制加勁環接縫處與管壁貼合質量。

（3）加勁環采用液壓冷彎機進行卷弧彎制，加勁環卷制：大直徑的3～5 次冷彎成型，小直徑的7～9次冷彎即可成型。不能一次卷制成型防止出現卷制缺陷（加勁環卷制后進行取樣送檢，且力學性能滿足使用要求）。

加勁環串漿孔待弧度卷制合格驗收完成后，采用等離子仿形切割機進行劃線切制。需控制好串漿孔間距，防止貼壁排水角鋼安裝時無法對齊。

（5）不同管徑、不同材質加勁環制備時進行材質及管徑標識。

1.2 加勁環臥式安裝

1.2.1 加勁環組對前檢查

（1）對管節進行復檢，核對管節編號，進行外形尺寸、卷曲弧度和外觀檢查，避免將上道工序有缺陷的管節投入加勁環組對。

（2）對加勁環進行復檢，核對加勁環的弧度和外形尺寸以及編號。

（3）在鋼管臥式預組裝狀態下安裝加勁環。鋼管臥式狀態放置于滾焊臺車上，確保鋼管隨滾焊臺車轉動和縱向移動。

（4）加勁環裝配前，對分瓣部件進行整圓預拼檢查。預拼裝使其在自由狀態下組圓，調整加勁環對接縫的間隙、錯邊量和內圈弧度滿足要求。

1.2.2 加勁環臥式安裝技術設備配置及介紹

壓力鋼管加勁環臥式組裝設備配置：滾焊臺車、自主設計研發的加勁環臥式安裝控制裝置、起吊設備以及電焊機等。

（1）滾焊臺車、自主設計研發的加勁環臥式安裝控制裝置、壓力鋼管及加勁環相對位置如圖1、圖2。

圖1 滾焊臺車和臥式安裝控制裝置

圖2 壓力鋼管及加勁環相對位置

（2）自主設計研發的加勁環臥式安裝控制裝置三維視圖如圖3。

圖3 加勁環臥式安裝控制裝置三維視圖

（3）自主設計研發的加勁環臥式安裝控制裝置側視圖如圖4。

圖4 加勁環臥式安裝控制裝置側視圖

（4）設備介紹

滾焊臺車：滾焊臺車滾輪間距可根據不同鋼管直徑進行調整，以滿足多規格直徑鋼管制作的使用。

自主設計研發的加勁環臥式安裝控制裝置：參見圖1～圖4 通過焊接的方式將工字鋼、鋼板、滾輪及驅動電機組合焊接為移動式支撐平臺①；將6 件支撐耳板③用滿焊的形式分別固定在移動式支撐平臺①、凹槽滾輪架⑦及支撐架⑧上對應位置；將油缸④連接孔與支撐耳板③組合并裝配上油缸支撐軸②；將1 件凹槽滾輪⑥、1 件滾輪軸⑤與凹槽滾輪架⑦組合拼裝；將1 件滾輪軸⑤通過支撐耳板③穿過凹槽滾輪架⑦及1 件凹槽滾輪⑥裝配；將1 件油缸支撐軸②通過凹槽滾輪架⑦上支撐耳板③連接孔與油缸④連接孔裝配；將1 套配電箱⑩安裝在移動式支撐平臺①上對應位置；將6 件鎖定板?組裝焊接在移動式支撐平臺①行走軌道上對應位置。將4 套車檔?組裝焊接在移動式支撐平臺①行走軌道上對應位置。

起吊設備：根據施工現場自行配備門機或懸臂吊，覆蓋加勁環臥式安裝工位即可。

焊接設備：手工電弧焊。

其他輔助性設備、工器具，根據現場使用適時配置。

（5）加勁環臥式安裝

1）將壓力鋼管加勁環采用門機吊裝至鋼管外壁已劃線位置進行端部對齊并點焊定位；

2）移動滾焊臺車使加勁環位于裝置滾輪凹槽中；

3）將裝置通過鎖定與地面固定，防止工作過程中設備移動，無法頂緊加勁環；

4）油缸頂升通過凹槽輪使加勁環與鋼管外壁貼實后，點焊加固；

5）轉動滾焊臺車讓加勁環隨鋼管一起轉動，并適時進行點焊加固，利用裝置使加勁環與管壁間隙變小且間距得到有效的控制。

1.2.3 加勁環安裝質量控制

（1）加勁環的對接焊縫與鋼管縱縫錯開100 mm以上，加勁環、止水環與鋼管管壁間的焊縫為雙面連續焊縫。

（2）加勁環卷弧制備時內圈弧度用弦長2 m 的樣板檢查時，樣板與加勁環內圈表面間的間隙不大于2.5 mm。

（3）加勁環與鋼管外壁的局部間隙不大于3 mm。

（4）直管段加勁環組裝的極限偏差，滿足設計圖紙要求：加勁環與管壁垂直度ɑ≤3 mm；加勁環組成的平面與管軸線的垂直度b≤4D/1 000 且不大于12 mm；相臨兩環的間距偏差±30 mm[1，2]。

2 結論

①加勁環臥式安裝技術操作簡單。首先將限位銷插入限位耳板中，再將加勁環分別吊至移動式支撐架臺車上，可調式定位器對應的凹槽中插入防滑插銷進行加勁環臨時反向定位固定，將移動式支撐裝置移動至加勁環安裝工位后，配合滾焊臺車轉動裝配加勁環，重復操作。②使用范圍廣。根據加勁環數量及間距，調整安裝對應的可調式定位器即可進行不同數量的鋼管加勁環裝配。③效率高。一次可完成多環加勁環裝配。④使用安全。這種加勁環安裝作業，可避免門機配合滾焊臺車裝配加勁環帶來的吊裝風險，通過這種控制裝置可有效防止加勁環在裝配過程中掉落的風險。⑤作業質量優良。施工過程中，在加勁環間距通過定位裝置固定后，可使加勁環的裝配尺寸得到有效的控制，同時通過鋼管自重使管外壁與加勁環相貼，能有效減少用敲擊裝配加勁環而造成材料的損傷，可有效的保護母材不受損傷。⑥節省人力。這種加勁環裝配控制裝置能有效減少人力投入，以前裝配加勁環需要4～5 人才能完成，通過這種裝置僅需2～3 人即可完成施工作業，有效提高作業效率。這種壓力鋼管加勁環臥式安裝技術應用效果好，值得持續應用。