龙滩水电工程超大型亚刚体结构伸缩节制造技术

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1、龙滩水电工程超大型亚刚体结构伸缩节制造技术彭拥兵1、何帆2(1.中国水电七局机电安装分局，四川彭山620860；2.龙滩水电开发有限公司，广西南宁　530023)摘要：本文简述了龙滩水电工程压力钢管超大型亚刚体结构型伸缩节的结构型式、结构特点及制造难点，重点介绍了其制造工艺流程和组装、焊接等制作技术及质量控制要点，对焊接变形、焊接线能量、装配间隙等质量控制和焊接工艺参数作了详细的叙述，谨供同行参考。关键词：亚刚体；焊接变形；装配间隙；焊接工艺；质量控制；伸缩节1概述龙滩水电站发电机组引水系统压力钢管布置在上平洞、上弯段、斜井段和下平洞，划分为坝内埋管段和明管段，

2、其中1＃～3＃机压力钢管斜井段的大坝与山体相接处设置有功能型φ10000SJTB型双波壳亚刚体结构伸缩节，为明管，以满足水温变幅、气温变幅、内水压力及压力脉动等变化情况下压力钢管在径向和轴向方向上的补偿功能，保证压力钢管的运行安全。伸缩节本体设计与制作由中国水利水电第七工程局（承包人）与长沙东屋公司共同完成。此伸缩节的结构型式设计新型，改过去常用的内外套筒式结构为焊接法兰螺栓联接的双波壳亚刚体结构，在超大型压力引水管道中的应用，国内尚属首次。2结构特点该亚刚体结构伸缩节主要由厚壁件总成和功能件总成两大部件组成，如图1所示，厚壁件总成长1m，由伸缩管、法兰、环板、

3、刚体环、接力环、长环、短环、增高环、压圈等20多个零部件组成；功能件总成由波壳体、波芯体、导流环等部件组成，重约37t。其结构型式为Φ10000SJTB双波壳水封系统的亚刚体伸缩节，波纹管水封系统与橡胶水封系统均能单独满足强度、刚度、稳定性、变形疲劳寿命及封水等设计条件。　　其波壳体装置为双层球面波纹密封结构，单层波壳体又分为16张瓦片组成（首台为12.5张瓦片），瓦片厚度为3mm，装配在厚壁件总成内壁，内层波壳体波谷内第10页共10页装配聚四氟乙烯（F4）波芯体，瓦片分瓣装焊，每瓣装焊完成后，按设计要求填充F4，要求塞填密实，以有效保证整个亚刚体结构的承压性能

4、。龙滩工程亚刚体结构伸缩节为免维护、免检修结构，能适应以伸缩变位为主，兼有适量弯曲和错位的三维变位伸缩节装置。　　伸缩节外形尺寸为Φ10650mm×1000mm，厚壁件总成材料为WDB620、Q345、0Cr18Ni9Ti三种材质钢板，厚度为δ6mm～δ80mm等八种规格；波壳体和导流环材料为0Cr18Ni9Ti不锈钢，厚度为δ3mm、δ4mm；波芯体材料为聚四氟乙烯类亚刚体材料，组合法兰与压圈节主体通过螺栓组合成整体。伸缩节要求在制造车间进行整体水压试验，波壳体密封性试验1.4MPa/60min,波壳体强度试验1.725MPa/10min。3伸缩节主要技术参数

5、3.1　荷载和伸缩节两端相对位移最高承水压力　　　　　　　　　1.4MPa波壳体抗失稳强度1.4MPa轴向伸缩量　　　+10mm厚壁件总成使用寿命等同压力钢管波壳密封使用寿命≥50年3.2　温度条件水温变幅　　　　　　　　　20℃气温变幅　　　　　　　　　20℃3.3　伸缩节内水流流速及压力脉动频率额定流量　　554.52m3／s相应流速　　　　m／s压力脉动频率　　　　10～50Hz3.4主要外形尺寸及安装运行条件内径　　　　　　　　　　10000mm理论长度　　　　　　　　1000mm最大运行水头　　　　　　179m额定运行水头　　　　　　140m最小运行水

6、头　　　　　　97m4　伸缩节制造难点第10页共10页　　（1）尺寸大：伸缩节的内径为10.0m，单台重量37t，为世界水电站大型伸缩节。　　（2）精度高：设计要求伸缩节径向循环补偿量为5.5mm，刚体环与短环、长环、增高环之间的装配间隙为6.0+30mm，在轴向方向要求短环、长环、增高环之间的装配间隙为8.0mm，φ10650mm的法兰平面度为3.0mm，螺栓紧固后法兰接合面的间隙≤0.5mm，刚体环与长环、增高环半径差在为9mm之内，伸缩管、法兰、短环周长允许偏差+4mm、圆度允许偏差+5mm；波壳体与厚壁件组装间隙≤1.0mm，波壳体纵缝组装间隙≤1.0m

7、m，波壳体纵缝组装错牙≤0.5mm，内外两层波壳体组装间隙1.0～2.0mm，内层波壳体与波芯体塞填间隙≤1.0mm，内外两层波壳体纵缝错开500mm以上。完全通过组装、焊接来保证尺寸精度，在非机加工的条件下制造这么大直径的伸缩节，圆度是很难保证，其制造难度是空前的很大。　　（3）焊接工程量大，焊接变形控制困难：整体结构复杂、部件多、板厚差异大、坡口型式多、焊缝集中、环形部件配合尺寸要求高，加之材质种类多及焊接填充量大，在总长为1m的厚壁件总成上，焊接熔敷金属重量约1000公斤Kg，焊接变形的控制难度极大，焊接变形的控制是整个制造和组装的主要难点。（4）重量限制

8、、刚度小：因受现场运输、