浅谈水电站引水系统空间弯管的安装

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1、浅谈水电站引水系统空间弯管的安装作者：李文凌中国水电七局安装分局金属结构厂摘要：木文结合四川省峨边县杨村电站压力钢管工程中空间弯管的安装实例，简要介绍了水电站空间弯管控制点的计算及女装、检验方法，该方法比较准确的控制了杨村电站空间弯管的安装精度，一次性通过了监理的验收。关键词：空间弯管安装控制点计算计算机辅助在水电站的大直径钢管安装工稈中，因空间弯管的直径较大、分节较多，并口其空间位置计算较为复杂，给安装工作带来了一定的难度。笔者以四川省峨边县杨村电站压力钢管中的空间弯管女装为例，做具体介绍，着車介绍了空间弯管控制点的计算及管口中心点的安装尺寸检查方法。

2、1、工程概况：杨村电站采用一管三机联合供水，由一条主管（包括两个弯管），两条岔管和三条支管组成。其中主管直径为4.2m,壁厚20〜30mm,钢管材质全部采用16MnRo该工程压力钢管的斜坡段钢管轴心线与水平夹角为22.686°，接斜坡段的下弯管为空间弯管，转角后进入水平段。下弯管中心线半径20m,内径4.2m,壁厚28mm,下弯段夹角62.5279°,其布置如图1：側视图图1空间弯管布置图因该空间弯管吨位较重、管径较大，根据设备情况及现场吊装能力，将卜-弯管等分为16个小节，每小节重约4.2吨，在钢管厂将每两个小节组焊成一个大节，在现场安装8个人节弯管。

3、因卞弯管无法整体安装，如每节弯管不能准确定位，加之空间弯管安装时有一定的空间转角，将比直管的安装产牛更大的累积误差。因此，每节弯管的准确定位也显得尤其車要。下弯管尺寸及分节情况如图2（图中为下弯管平放于地而的视图，P点为圆心，010、020为弯管中心起点与终点的圆弧切线，A〜G为弯管各大节中心点）：0;图2下变管分节图2、安装方法：2.1空间弯管安装前的准备：在制作阶段将每节弯管的上下左右中心（钢管水平放置中心，非空间位置中心）在钢管的管壁上做出明显标记（可在管口处用样冲打出中心，并用红油漆标出）。将每节弯管的椭圆度调整到规范耍求范用内并用足够强度的井字

4、型支撐固定。将与下弯管相接的水平段钢管作为定位节，精确安装定位并用足够强度的工字钢加固。重点应控制定位节与下弯管相接管口的椭圆度、垂直度，上、下中心吊垂线应在同一线上，左、右中心应在同一高稈。Itl测暈人员根据弯管分节情况计算出的结果放出各节弯管中心的高程点及其在地血的投影点，作为今后钢管女装时的控制点。以上几点准备丄作必须认真仔细的做好，这对Z后空间弯管的安装精度起重要影响。2.2空间弯管的安装及控制点的计算空间弯管计算的难点在于对其空间结构的理解（见图3）,在此可将其看作将整段弯管平放于地血，然后以010为轴线旋转一定角度，使020为地血的夹角Z02

5、/002"为斜坡段坡度（22.686°）相同。因此关键在求出轴线旋转角度Z02,0’02",其计算方法如下：（02‘为弯管与斜管段的交点，02〃为02’在水平血的投影点，0’为02在010延长线上的垂足）•.*020=0]0=Rxtag[^0lP02/2]Z0'002=ZOf。2002=0。2XcosZ-O^OO^00=002xcosZO00200；=00；xsinZ0；00；0t?2=-Z0；0‘0；=a茂昭（0；0；/0‘0；）安装时，将与定位节钢管相接的首节下弯管中心按计算出的角度旋转后挂装，其旋转角度町按以下方法控制：通过计算求出弯管首节下中心旋

6、转的弧长，将旋转后的下中心对准定位节的下中心挂装。其中心旋转弧长的计算方法如下：l=rxax2jr/360式中1:弯管中心旋转的弧长r：钢管的半径a:钢管旋转的角度(ZO2‘O'02")当首节弯管女装加固好后，其余各节弯管即可以中心对中心的方法依次安装。每节弯管在加固之前应通过事先放的屮心控制点检查其安装尺寸是否符合设计尺寸，如令出入应找岀谋差原因并给出处理方案。中心控制点的他标计算方法如下：图4中D为弯管某节中心点，M为D点随钢管旋转后的空间点，M'为M在地面的投影点。以O1为原点，求出NM‘、O1N、MM'即可得出该节弯管屮心的x、y、z坐标。0NO

7、i・.・OlD=2XRXsin(f3/2)ZD01N=3/2ZDNM=«(注：«为钢管旋转角)・・・AD=MN=01DXsin(P/2)OlN=OlDXcos(B/2)MM'=MNXsina根据上述计算方法，即可求出每节弯管管口(人〜6点)的三维坐标。除计算方法外，也可用计算机辅助设计的方法简便的求出弯管屮心坐标点。笔者就是用Auto-CAD按1：1画出整段弯管的平面图，然后转换到主视图屮，以首节弯管屮心轴线的切线为原心将图形旋转之前所计算出的钢管旋转角度，再转换到平面图屮，将坐标系原点移动到O1点，用坐标查询工具即可得出空间弯管中心线上任一点的三维坐标

8、。这种计算机辅助设计的方法即可减少计算量，也可对计算出的结果进行验证。2.3空间