非对称“Y”形岔管展开工艺探讨

李青松，李大双

（陕西省引汉济渭工程建设有限公司，陕西 西安 710032）

0 前言

我国水利工程建设中，压力钢管的岔管按其加强方式的不同可分为贴边岔管、三梁岔管、月牙肋岔管、球形岔管和无梁岔管等形式[1]，实际应用中采用月牙肋岔管的形式最多。月牙肋岔管的施工由工艺设计、排料、原材采购、切割下料、压头卷制、纵缝焊接、整形、组装、焊接、消应、水压试验、防腐等主要工序组成。岔管的展开图绘制是岔管制造工艺设计的重要组成部分，涉及排料、原材采购、切割下料、卷制等多个工序，一旦展开图绘制过程出现错误，将直接导致岔管成品质量。在水电项目实际施工过程中，引水钢岔管展开图放样的方法有很多，近年来有很多学者对其进行了深入研究，例如何清和等开发了基于Visual Basic 平台的钣金件展开长度、折弯线尺寸的自动便携计算软件[2]；卢俊生研究了基于Autodesk inventor 软件的水电站引水发电系统钢叉管三维建模展开并生成放样坐标的方法[3]以及利用Excel 数据三角函数表对特定图形进行展开，这些软件只需输入特定参数便可自动计算出相应的放样坐标，但是当岔管相对复杂特殊，例如拥有多边斜切、软件中没有相应模型时，仍然需要人工去展开放样。传统人工放样方法不仅效率低下速率慢，而且放样的精确度也往往得不到保证，误差率高，对工程质量和工期造成不利影响。

所以，以引黄济渭工程岔管制造为依据，对于月牙肋岔管的展开图绘制技术进行细致介绍。通过岔管下料由三维转变成二维的全过程详解及分析，加深展开图绘制技术的理解。为以后的类似工程提供借鉴依据。

1 概述

引汉济渭工程黄金峡水利枢纽工程中，泵站出口压力钢管的岔管采用非对称“Y”型月牙肋岔管。泵站出口压力钢管通过6 个岔管与主管相接，经过下平段、弯管段及竖井段、渐变段连接出水池，将水输出。压力钢管最大静水头128 m，考虑水锤后的设计水头取200 m。主管直径6.0 m，支管直径2.2 m。

泵站6 个岔管，由右向左尺寸逐渐扩大，岔管重量由42.62 t～83.05 t 不等，岔管主材采用45 mm 厚07MnMoVR 钢板，月牙肋采用同材质壁厚为80 mm的钢板。尺寸不一但结构一致。黄金峡水利枢纽工程中1 号岔管尺寸最大，主管直径5.4 m，支管为5.1 m 及2.2 m，岔管具有尺寸大、板材强度高、形状复杂等特点。

2 岔管外形分析

本工程岔管为典型非对称“Y”型月牙肋岔管，其主管为扩大渐变的圆锥，直管为收缩渐变的圆锥，主、支管公切于一假想球，两个锥管贯穿的不平衡力由嵌入壳内部的月牙形加强肋来承担。根据黄金峡水利枢纽设计图纸分析，岔管可解析为3 个大小不一的圆锥体通过切割得到岔管部件，岔管示意图如图1 所示。

图1 岔管示意图

3 岔管展开工艺详解

岔管的展开利用AutoCAD 软件进行，总体思路为锥管射线投影法。通俗理解为将锥体斜切几刀得到的立体图形，将几个斜切锥管展开，将断面绘制在锥体展开平面图上得到岔管1、岔管2、岔管3 的平面展开图。本文取锥管1 举例，详细描述锥管部件展开过程。

3.1 锥管补全及展开

（1）将锥管1 取出，调整为轴线水平，并补全为圆锥体，如图2 所示。

图2 锥管补全图

（2）以e 点做垂直于轴线的线段与ab 边延长位置相交于f 点。在轴线位置画出fe 断面即圆形，将圆等分，等分数量根据钢管大小进行确定，等分数量越多绘图越精确，在黄金峡水利枢纽项目中实际为36 等分，本文中为方便介绍，取12 等分。将等分点做平行于轴线到fe 断面，再以O 点为原点过等分点在fe 断面投影点做射线即可得到，锥管实际立面图的12 等分线位置，如图3 所示。

图3 等分射线图

（3）展开时可以ab 边为中线展开绘制，也可以de 边为中线展开绘制，但考虑实际下料时以ab 边为中心展开得到的平面图排料时节约钢板，因此此处直接以de 边为中线绘制。再将锥体平面展开即可得到补全锥体平面展开图，等分线同样绘制于图形上即得到图4。

图4 锥管补全展开平面及等分图

图5 g 点切线图

3.2 a e 断面展开绘制

（1）在得到12 等分的实际立面图后，从图4 可看出，每根射线与ae 断面的交点即是实际ae 断面的点位，求得交点到0 点的实际距离，绘制于补全锥体平面展开图上即可得到平面点位。实际距离求法多种多样，为可直接在图上得到实际距离，此处可根据几何图形特性理解为以每个交点垂直于轴线正切锥体，所得到的图形中斜边长即是该点实际至O 点距离。

（2）以等分线3 与ae 断面交点举例

（3）在交点做垂直于轴线的切线与斜边相交于g点，g 点至O 点距离即是锥体ae 断面上g 点至O 点的实际距离。同理可得到所有射线与ae 断面交点至O 点的实际距离。如图6 所示。

图6 射线与ae 断面交点实际长度图

（4）绘制实际锥管1 的展开图中，根据各射线与ae 断面交点实际距离，绘制于补全锥管的展开图上，再将各点位用样条曲线连接即可得到锥管1 平面展开图上段ae 断面实际图形，如图7 所示。

图7 ae 断面实际展开线图

3.3 bc、cd 断面展开绘制

根据ae 断面展开绘制方式，可得到bc、cd 断面，注意，上述分析过程可看出bc 断面与射线实际只有6 个交点，cd 断面与射线交点实际有8 个交点，但还需作出延长多画2 个交点点位，以防绘图后缺失一个边角。bc、cd 断面绘制完毕后如图8 所示。

图8 bc、cd 断面实际展开线图

将多余线进行删除最终即可得到锥管1 平面展开图，如图9 所示。

图9 锥管1 平面展开图

至此，得到了岔管部件锥管1 完整的平面展开图。同理，利用同样的方式可得到其他岔管部件的平面展开图。

4 注意事项

一般来说设计图纸通常给的是内壁或者外壁的尺寸，但在平面展开工程中，因板材存在壁厚，如果单方面以内壁或外壁的尺寸做展开工艺，在卷板过程中钢板内外壁处发生延展或者压缩造成尺寸改变，产生偏差。因此展开前需根据设计图纸画出岔管钢板材中心为尺寸的图形，再进行展开。

5 结语

通过对岔管展开设计的方式进行细致介绍，可以有效的提高技术人员对于非对称“Y”月牙肋岔管展开工艺的掌握，从而达到提高岔管制造精度及整体工艺水准。岔管放样方式多种多样，利用AutoCAD 软件完成岔管的平面展开能有效的减轻技术人员计算负担，因此掌握岔管的展开绘制方法是很有必要的。