AutoCAD在会兰庞雅水电站弯管及岔管放样中的应用

2014-02-28

四川水利 2014年3期

(葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概况

老挝会兰庞雅水电站位于老挝南部的Bolaven高原的HOUAY LAMPHAN GNAI河流上，引水系统经上平洞、明管、竖井、下平洞、岔管段、支管段至蜗壳进口球阀。其中，明管段总长2134m，设有20个镇墩，其中18个镇墩内布置有弯管，共计51节弯管，钢衬壁厚14mm～38mm。埋管段分为上平段、竖井段及下平段，总长度1847m，共计24节弯管，钢衬壁厚34mm～40mm。

岔管总重量为8.7t，主锥管内径2m，支锥管内径1.4m。岔管采用WDB620钢材，管壁厚度48mm(月牙肋厚度为100mm)。

2 弯管展开图画法

2.1 弯管模型

图1 压力钢管立面布置

图1为13#镇墩内压力钢管立面布置图，选取13#镇墩内的弯管作为研究对象，绘制1#弯管的展开图。特别注意，展开图应选取管壁中性面(板中)进行。

图2 1#弯管等分放样

2.2 数据收集

弯管展开图绘制所需数据收集可使用几何作图法和数值计算法，对比两种方法，几何作图法方便简单且清晰明了。

2.2.1 几何作图法

如图2所示，将1#弯管图取出，并旋转至线AB水平，画出俯视图圆P，将圆P分成24等分。以第一、二象限为例，在等分点上做上标记0、1、2、3、……11、12，并过各等分点向上作竖直线与线段CD、线段AB相交，与线段CD相交点标记为0’(C点)、1’、2’、3’、……11’、12’(D点)，与线段AB相交点标记为0”(B点)、1”、2”、3”、……11”、12”(A点)。定义L(n)=n’n” (n=0、1、2、……11、12)，在图中依次量取L(0)、L(1)、L(2)、……L(11)、L(12)的长度。

2.2.2 数值计算法

用数值计算的方法计算出L(n)。如图1所示已知数据，可以使用公式计算L(n)：

L(n)=BC+r(1-cosα(n))tan(β/2) (n=0、1、2、……11、12)

其中，r为弯管中性面截面圆的半径；α(n)=15°n。

n取值不同，从而计算出L(0)、L(1)、L(2)、……L(11)、L(12)的长度。

2.3 展开图绘制

弯管的纵缝方向位于下偏左45°(上游向下游看)，其纵缝长度等于L(9)。首先，画一条水平线，其长度等于弯管中性面截面圆的周长。将水平线分成24等分，过25个点(23个等分点，2个端点)依次向下作竖直线，其长度依次为L(9)、L(8)、……L(1)、L(0)、L(1)……L(11)、L(12)、L(11)、L(10)、L(9)。用样条曲线将竖直线的下端点依次连接并拟合。13#弯管在纵缝位置展开的效果图如图3所示。

图3 弯管展开图

3 岔管展开图画法

3.1 岔管模型

从岔管结构图中提取岔管中性面(板中)轮廓图，并在各部分上做标记1#、2#、3#。岔管是由锥管、月牙肋焊接而成，1#为主锥管，2#、3#为支锥管，位于2#与3#之间部分是月牙肋(如图4所示)。

3.2 3#支锥管等分放样

从图4中将3#支锥管取出，并旋转至AB水平(如图5所示)。延长两边母线BC和AD与过M点的水平线相交于F、E点，反向延长母线BC和AD相交于O点。在图5中画出俯视图底圆P，并将圆P分成36等分，以第二象限为例，做上标记0(F’点)、1、2、……17、18(E’点)。将圆P上的各等分点投影至线段EF上，并将EF上各投影点与O点连接，连接线与线段CM相交于0’(C点)、1’、2’、……8’、9’；与线段DM相交于10’、11’、……17’、18’(D点)。过0’(C点)、1’、2’、……8’、9’作水平线与线段CF相交于0”(C点)、1”、2”、……8”、9”；过10’、11’、……17’、18’作水平线与线段DE相交于10”、11”、……17”、18”(D点)。量取O点至0”(C点)、1”、……17”、18”(D点)的距离。

图4 岔管模型轮廓

图5 支锥管等分放样

3.3 3#支锥管展开图绘制

图6 3#支锥管展开

用样条曲线依次连接0、1、2……8、9、M”，M”、10、11……17、18并拟合，所得曲线为图5中折线CMD的对应展开曲线。在图6中，在线段O’0上量取0B’(0B’与图5中AB的长度相等)，以O’为圆心，B’为起点作圆弧，圆弧端点G落在线段O’K上。选中已画展开图轮廓线，使用MIRROR命令沿O’K进行镜像，创建展开图的另一半。

3#锥管展开图绘制完成后，修改调整展开图，变换成在纵缝位置进行展开的锥管放样图，用于下料图绘制。

3.4 1#、2#锥管展开图绘制

1#主锥管展开图绘制方法(包括特殊点及纵缝位置的画法)与3#锥管展开图绘制所采用的方法类似，这里不再叙述。2#支锥管与3#支锥管结构相同，其展开图也完全相同(包括纵缝位置)。

3.5 月牙肋图形绘制

月牙肋的外缘为椭圆弧，可使用AutoCAD中的椭圆工具绘制；内缘为抛物线，可建立坐标系，绘制坐标点，用样条曲线连接坐标点并拟合。

4 放样及保证措施

在过去，展开放样大多是在空旷的钢板平台上用几何方法制作样板或划线下料，或用计算的方法求展开坐标。随着科学技术和计算机技术的普及，现在已有更多的方法达到这一目的。掌握好弯管及岔管的展开图绘制方法，即可在AutoCAD中完成展开放样，绘制下料图，将下料图导入数控程序完成下料。

使用AutoCAD绘制下料图时，可在图中画出各辅助线，比如滚压线、拼装线。数控切割机是用程序驱动机床运动，从而带动切割工具对物体进行切割。利用此特点，将切割工具进行简单改造，在预演切割过程中，随着机床运动，改造的部位在钢板上进行划线操作，从而将下料图绘制在钢板上；对主要控制尺寸进行检验，无误后可下料。这样做法一是检验弯管及岔管部件下料图的准确性，二是减少人工绘制辅助线这一工序。

岔管是金属结构的重要组成部分，为保证岔管制作顺利完成，检验AutoCAD中放样图是否正确，可在岔管下料前，使用薄铁皮制作岔管模型；在CAD中将岔管各部件的下料图按一定比例缩小，导入数控程序，在薄铁皮上划线；使用相应的工具完成岔管模型各部件的下料，将各部件组拼完成模型制作。岔管模型制作完成后，不仅可以校核各拼装尺寸，还可用于指导岔管制作。