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        布爾津山口水電站尾水肘管制作技術(shù)

        2012-10-19 00:47:26文智敏
        水利建設(shè)與管理 2012年10期
        關(guān)鍵詞:布爾津肘管山口

        文智敏

        (新疆匯通水利電力工程建設(shè)有限公司 烏魯木齊 830000)

        尾水管是水輪機組流道的一部分,其主要作用是排水和回收能量。尾水管結(jié)構(gòu)形式一般由水輪機制造廠通過水力模型試驗確定,主要的型式有:直錐型。適合于小型水輪機;彎錐型。適合于臥軸水輪機;彎肘型。適合于大中型水輪機。彎肘型尾水管可以減小廠房開挖深度,改善水力性能效果明顯,在大中型水輪機組中得到普遍采用。彎肘型尾水管由錐管段、肘管和水平擴散段三大部分組成。錐管和水平擴散段展開計算簡單、下料卷制工藝非常成熟,本文不贅述。下面以新疆布爾津山口水電站大機尾水肘管為例,重點介紹尾水肘管展開計算、排板及壓制成型。

        1 工程實例

        布爾津山口水電站大機肘管俯視圖及斷面形式及尺寸見圖1、下表。

        圖1 布爾津山口水電站大機肘管側(cè)視圖及斷面形式圖

        布爾津山口水電站大機肘管各斷面尺寸表

        續(xù)表

        2 展開模型的建立和展開方法

        按照上表推算中性面尺寸,按照中性面尺寸建立任意管節(jié)展開放樣計算模型,如圖2所示。

        圖2 任意管節(jié)示意圖

        幾何體展開的方法主要有平行線法、射線法和三角形法。由于尾水肘管各素線既不相互平行、又不能全部集交于一點,因此只能采用三角形法進行展開計算。

        由各斷面尺寸表可求得圖中如下參數(shù):P上、P下、R上、R下、Z上、Z下、β;計算步長 δ為已知,可根據(jù)需要擬定,一般步長越小,展開計算精度越高。

        2.1 計算 P上(i)、P下(i)

        2.2 計算投影長度Li、Li'

        根據(jù) P上(i-1)、P下(i)、Li';P上(i)、P下(i)、Li等多個三角形,利用余弦定理計算:

        2.3 計算Y向差值Ei、Ei'

        2.4 由三角邊長 Li、Li'和 Y向差值 Ei、Ei'求解實長Sc(i)、Sc(i')

        2.5 展開圖繪制

        確定各邊實長之后,依照相鄰關(guān)系繪制各三角形,如圖3所示。

        圖3 1/2展開示意圖

        2.6 編制展開程序注意事項

        按照上述展開方法,如果不利用計算機語言編制計算程序,而單純依靠Excel等應(yīng)用程序計算,很容易發(fā)生錯誤,并且很難發(fā)現(xiàn)錯誤。利用CAD自帶的開發(fā)語言LISP編寫展開程序(或用其他計算機語言),計算準(zhǔn)確、快捷,并可以將計算結(jié)果存放于數(shù)據(jù)、圖形、文本等多種類型的文件中,方便查詢,對制作生產(chǎn)非常便利。

        在編程過程中應(yīng)特別注意以下問題的處理:

        a.展開程序是按照中性層尺寸進行的,因此展開計算之前應(yīng)該根據(jù)實樣尺寸進行板厚處理,求得中性層尺寸(P上、P下、R上、R下、Z上、Z下、β)。

        b.計算步長依據(jù)工件尺寸確定,一般步長越小,計算結(jié)果越精確。但是步長太小將導(dǎo)致展開三角形頂角過小,從而導(dǎo)致使用三角和反三角函數(shù)等過程計算數(shù)據(jù)過大或者過小,超過計算機有效數(shù)位,產(chǎn)生溢出,導(dǎo)致誤差增大。一般計算步長按照管節(jié)窄邊(00')與比值在1~2之間為宜。

        c.注意斷面中弧線與直線交點的處理。在使用三角法展開工件時,上口和下口斷面直線段對應(yīng)直線段,不進行等分,展開后為梯形;弧線段對應(yīng)弧線段,按照計算步長要求等分,展開后為三角形。

        程序編制完成之后,進行檢驗計算,核對特征點數(shù)據(jù)和展開圖。核準(zhǔn)無誤后,依次計算各管節(jié)展開圖并編號。

        3 排板下料

        按照鋼板尺寸和焊縫拼接錯縫要求,本著省料、省工(切割和焊接工作量)的原則進行排板。在電腦中模擬管節(jié)分塊并編號、排版,求得最佳排版方案:即鋼板用量省(剩余料塊較大,方便在后續(xù)工作中使用);切割和焊接工作量少;兩者統(tǒng)籌兼顧,達到制作成本最低。

        布爾津山口水電站肘管制作工程中通過電腦模擬排版,分塊、排版過程如圖4所示。通過反復(fù)模擬比較,整板利用率和鋼材利用率都得到了較大提高,整版利用率達到80%,鋼材綜合利用率達到85%以上。

        圖4 管節(jié)分塊、排板下料示意圖

        4 壓制與成型

        由于彎肘型尾水肘管各條素線不集中交于一點,在壓制過程中如果只按一個方向的素線(如圖3中1-1'、2-2'、N-N'素線)壓制將形成螺旋上升型瓦片,無法拼合成型。按照三角形展開原理,肘管是由許多個三角形組成的面拼合而成的,而不是梯形面拼合而成的。因此,按1-1'方向的全部素線壓制完成后,還必須按照1'-2、2'-3方向素線壓制。瓦片壓制完成后,在地樣平臺上檢驗上下兩個端口與地樣的吻合度。

        瓦片檢驗合格后,進行小節(jié)拼接??紤]到瓦片運輸因素,布爾津山口水電站大機尾水肘管分成40個瓦片出廠,在工地加工廠進行整體拼裝。出廠前,尾水肘管進行了試拼裝。

        5 結(jié)語

        金屬結(jié)構(gòu)件制作過程中,展開計算是關(guān)系到排板下料、拼裝組對等后續(xù)工序能順利完成的重要前提,合理排板是節(jié)約材料、減少工作量的關(guān)鍵所在。

        目前布爾津山口水電站尾水肘管已經(jīng)安裝完成,經(jīng)檢測各項制作安裝指標(biāo)符合規(guī)范要求,制作安裝質(zhì)量等級達到優(yōu)良。?

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