抽水蓄能电站压力钢管加劲环卧式安装技术研究与应用

王 刚，徐云鹏

（中国水利水电第七工程局有限公司机电安装分局，四川 成都 610213）

0 引言

压力钢管是抽水蓄能电站上/下库输水系统中不可或缺的重要组成部分，是保障电站运行的重要设备之一。压力钢管具有耐压、耐腐蚀、耐磨、稳定性好等特点，其主要作用是保障电站的抽水与发电工作的正常有效运行。为提高压力钢管在运行中抗外压稳定能力，在钢管外壁设计装配焊接有加劲环。

芝瑞抽水蓄能电站引水系统采用“一管两机”供水方式，尾水系统采用“一机一洞”的布置型式。引水系统由引水隧洞、上平段、上斜段、中平段、下斜段和下平段组成。压力钢管管径由6.2 m～5.6 m～4.8 m，支管管径3.4 m，支管直径在厂房明管前由3.4 m 渐变为2.3 m。尾水系统主要为平段，压力钢管内径5.6 m。

该项目所有压力钢管均为地下埋管，压力钢管制造用钢板材质为Q345R/600 MPa/800 MPa，加劲环和阻水环材质与主管材质相同匹配使用。在引水系统各工作井的钢管首端、末端设置有3 道阻水环，其余部位根据不同外水压设计有不同环间距、不同数量的加劲环，加劲环厚度为24 mm，环高150 mm。同时为减小外水压力，在钢管外壁设有贴壁排水系统。

传统的压力钢管加劲环装配主要采用钢管立式的方式，进行分段、分层装配，这种组装的方式加劲环分段多，从而会导致加劲环对接缝增多，导致加劲环整体焊接工作量增加；装配时，一般采用工装配合千斤顶的方式进行，工装与钢管连接多采用点焊固定的方式连接，这样无形中增加加劲环装配完成后的焊疤打磨量，且对母材损伤大，对于高强钢除正常焊接外一般不允许其他点焊，施工局限性大。这种传统施工方式效率低，占用各类施工资源。本文主要介绍加劲环卧式安装技术。

1 加劲环卧式安装技术

1.1 加劲环制备

（1）加劲环根据不同管径进行分类，按每圈加劲环分两段进行制作。

（2）加劲环采用数控等离子切割机排料进行下料，切成板条状，两端切割长300 mm 弧段（根据钢管外径确定加劲环弧段内径），用于加劲环卷制起弧，以控制加劲环接缝处与管壁贴合质量。

（3）加劲环采用液压冷弯机进行卷弧弯制，加劲环卷制：大直径的3～5 次冷弯成型，小直径的7～9次冷弯即可成型。不能一次卷制成型防止出现卷制缺陷（加劲环卷制后进行取样送检，且力学性能满足使用要求）。

加劲环串浆孔待弧度卷制合格验收完成后，采用等离子仿形切割机进行划线切制。需控制好串浆孔间距，防止贴壁排水角钢安装时无法对齐。

（5）不同管径、不同材质加劲环制备时进行材质及管径标识。

1.2 加劲环卧式安装

1.2.1 加劲环组对前检查

（1）对管节进行复检，核对管节编号，进行外形尺寸、卷曲弧度和外观检查，避免将上道工序有缺陷的管节投入加劲环组对。

（2）对加劲环进行复检，核对加劲环的弧度和外形尺寸以及编号。

（3）在钢管卧式预组装状态下安装加劲环。钢管卧式状态放置于滚焊台车上，确保钢管随滚焊台车转动和纵向移动。

（4）加劲环装配前，对分瓣部件进行整圆预拼检查。预拼装使其在自由状态下组圆，调整加劲环对接缝的间隙、错边量和内圈弧度满足要求。

1.2.2 加劲环卧式安装技术设备配置及介绍

压力钢管加劲环卧式组装设备配置：滚焊台车、自主设计研发的加劲环卧式安装控制装置、起吊设备以及电焊机等。

（1）滚焊台车、自主设计研发的加劲环卧式安装控制装置、压力钢管及加劲环相对位置如图1、图2。

图1 滚焊台车和卧式安装控制装置

图2 压力钢管及加劲环相对位置

（2）自主设计研发的加劲环卧式安装控制装置三维视图如图3。

图3 加劲环卧式安装控制装置三维视图

（3）自主设计研发的加劲环卧式安装控制装置侧视图如图4。

图4 加劲环卧式安装控制装置侧视图

（4）设备介绍

滚焊台车：滚焊台车滚轮间距可根据不同钢管直径进行调整，以满足多规格直径钢管制作的使用。

自主设计研发的加劲环卧式安装控制装置：参见图1～图4 通过焊接的方式将工字钢、钢板、滚轮及驱动电机组合焊接为移动式支撑平台①；将6 件支撑耳板③用满焊的形式分别固定在移动式支撑平台①、凹槽滚轮架⑦及支撑架⑧上对应位置；将油缸④连接孔与支撑耳板③组合并装配上油缸支撑轴②；将1 件凹槽滚轮⑥、1 件滚轮轴⑤与凹槽滚轮架⑦组合拼装；将1 件滚轮轴⑤通过支撑耳板③穿过凹槽滚轮架⑦及1 件凹槽滚轮⑥装配；将1 件油缸支撑轴②通过凹槽滚轮架⑦上支撑耳板③连接孔与油缸④连接孔装配；将1 套配电箱⑩安装在移动式支撑平台①上对应位置；将6 件锁定板⑬组装焊接在移动式支撑平台①行走轨道上对应位置。将4 套车档⑭组装焊接在移动式支撑平台①行走轨道上对应位置。

起吊设备：根据施工现场自行配备门机或悬臂吊，覆盖加劲环卧式安装工位即可。

焊接设备：手工电弧焊。

其他辅助性设备、工器具，根据现场使用适时配置。

（5）加劲环卧式安装

1）将压力钢管加劲环采用门机吊装至钢管外壁已划线位置进行端部对齐并点焊定位；

2）移动滚焊台车使加劲环位于装置滚轮凹槽中；

3）将装置通过锁定与地面固定，防止工作过程中设备移动，无法顶紧加劲环；

4）油缸顶升通过凹槽轮使加劲环与钢管外壁贴实后，点焊加固；

5）转动滚焊台车让加劲环随钢管一起转动，并适时进行点焊加固，利用装置使加劲环与管壁间隙变小且间距得到有效的控制。

1.2.3 加劲环安装质量控制

（1）加劲环的对接焊缝与钢管纵缝错开100 mm以上，加劲环、止水环与钢管管壁间的焊缝为双面连续焊缝。

（2）加劲环卷弧制备时内圈弧度用弦长2 m 的样板检查时，样板与加劲环内圈表面间的间隙不大于2.5 mm。

（3）加劲环与钢管外壁的局部间隙不大于3 mm。

（4）直管段加劲环组装的极限偏差，满足设计图纸要求：加劲环与管壁垂直度ɑ≤3 mm；加劲环组成的平面与管轴线的垂直度b≤4D/1 000 且不大于12 mm；相临两环的间距偏差±30 mm[1，2]。

2 结论

①加劲环卧式安装技术操作简单。首先将限位销插入限位耳板中，再将加劲环分别吊至移动式支撑架台车上，可调式定位器对应的凹槽中插入防滑插销进行加劲环临时反向定位固定，将移动式支撑装置移动至加劲环安装工位后，配合滚焊台车转动装配加劲环，重复操作。②使用范围广。根据加劲环数量及间距，调整安装对应的可调式定位器即可进行不同数量的钢管加劲环装配。③效率高。一次可完成多环加劲环装配。④使用安全。这种加劲环安装作业，可避免门机配合滚焊台车装配加劲环带来的吊装风险，通过这种控制装置可有效防止加劲环在装配过程中掉落的风险。⑤作业质量优良。施工过程中，在加劲环间距通过定位装置固定后，可使加劲环的装配尺寸得到有效的控制，同时通过钢管自重使管外壁与加劲环相贴，能有效减少用敲击装配加劲环而造成材料的损伤，可有效的保护母材不受损伤。⑥节省人力。这种加劲环装配控制装置能有效减少人力投入，以前装配加劲环需要4～5 人才能完成，通过这种装置仅需2～3 人即可完成施工作业，有效提高作业效率。这种压力钢管加劲环卧式安装技术应用效果好，值得持续应用。