專利名稱：壓力鋼管加勁環(huán)與瓦片焊接時不會產(chǎn)生弧度變形的瓦塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于水電站壓力鋼管，特別涉及超大直徑壓力鋼管的瓦塊。
背景技術(shù)：
在水利'水電建設(shè)工程中， 一節(jié)壓力鋼管多由兩塊(或多塊)瓦片焊接而成，在鋼管的 外壁圓周上設(shè)置有加勁環(huán)。傳統(tǒng)的壓力鋼管設(shè)計中，加勁環(huán)的高度和道數(shù)是由鋼管抵 抗外水壓力和鋼管自身強(qiáng)度、鋼度所需而決定的，未作焊接變形方面的特別要求。傳 統(tǒng)壓力鋼管的制造，是在管壁與加勁環(huán)各自的連接縱縫焊接完成，二者均已形成圓周 封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)的情況下，去焊接管壁與加勁環(huán)間的貼角焊縫。由于焊縫收縮應(yīng)力在整 個圓周均勻分布，形成環(huán)形，相互抵消，因此不會發(fā)生管壁的弧度變形，鋼管的圓度 能夠得到保證。但是，當(dāng)壓力鋼管直徑超大時(比如重慶彭水電站，直徑達(dá)14m，由5塊瓦片構(gòu)成)， 鋼管不能在廠內(nèi)組成整圓(受制于運(yùn)輸條件)，只能以瓦片形式進(jìn)洞。為盡量減輕進(jìn)洞后 二期制作及安裝工作量，廠內(nèi)應(yīng)完成盡可能多的工作。就需要在瓦片未形成整圓，縱 縫未焊接的情況下，將瓦片與加勁環(huán)裝焊，并要保證瓦片裝焊后的弧度符合要求，才 能保證進(jìn)洞后組成整圓的壓力鋼管圓度。如果不改進(jìn)瓦片與加勁環(huán)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計形 式，焊接時就會產(chǎn)生弧度變形。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種壓力鋼管瓦片與加勁環(huán)間貼角焊縫焊接時不產(chǎn)生 弧度變形的壓力鋼管瓦塊結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)是壓力鋼管加勁環(huán)與瓦片悍接時不會產(chǎn)生弧度變形的瓦塊， 包括瓦片1，該瓦片1的外側(cè)凸面上沿圓周方向焊接有至少一道加勁環(huán)2。加勁環(huán)2與 管壁間貼角焊縫3的形心面4同加勁環(huán)2與管壁所構(gòu)成曲梁的形心面5相互重合；加勁環(huán)距相鄰管口 (瓦片邊緣)的距離為1/ (2n)，相鄰兩道加勁環(huán)間距為1/n， l為瓦 片寬度(即管長)，n為加勁環(huán)道數(shù)；貼角焊縫3的斷面為近似的直角三角形。所述加 勁環(huán)2與管壁間貼角焊縫3的形心面4是由幾條貼角焊縫的環(huán)向形心線所構(gòu)成的平行 于管壁的一個曲面；加勁環(huán)2與管壁所構(gòu)成曲梁的形心面5是二者所構(gòu)成"t "型曲梁的形心所在面，也是一個平行于管壁的曲面。當(dāng)曲梁發(fā)生弧度變形時，加勁環(huán)2與管壁所構(gòu)成曲梁的形心面5是曲梁的變形中性層(對超大直徑壓力鋼管來說，曲梁可以等效為直梁)。若外力作用線與形心面5平行但不重合，就會發(fā)生一側(cè)伸長， 一側(cè)縮短，相對于形心面5構(gòu)成了彎曲力矩，導(dǎo)致曲梁弧度變形；若設(shè)計時使加勁環(huán)2與管壁間貼角焊縫3的形心面4同加勁環(huán)2與管壁所構(gòu)成曲梁的形心面5相互重合，焊接收縮應(yīng)力就正好位于曲梁的形心面5上，不對形心面5構(gòu)成彎曲力矩，使兩側(cè)均勻縮短，就不會產(chǎn)生弧度變形。在曾樂主編的《現(xiàn)代焊接技術(shù)手冊》(上海科學(xué)技術(shù)出版社)中有這方面的理論依據(jù)當(dāng)焊縫在構(gòu)件中的位置不對稱時，焊縫的壓力F形成一偏心力，會引起構(gòu)件的縮短和撓曲，其彎曲力矩M=Fe，構(gòu)件的撓度f=ML2/ (8EJ) =FeL2/ (8EJ)式中e—偏心距，即F到形心的距離。由此可知6=0時，即焊縫的收縮力F位于結(jié)構(gòu)的形心面時，構(gòu)件的撓度f-0。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1. 改變了傳統(tǒng)壓力鋼管制造模式，不必非得在廠內(nèi)制造成整圓結(jié)構(gòu)，可以以瓦塊 形式進(jìn)洞內(nèi)組圓后安裝。對超大直徑鋼管來說，運(yùn)輸問題解決，可節(jié)約大量的開挖成 本。2. 可先單獨(dú)對瓦塊裝焊加勁環(huán)后，再組圓焊接管壁縱縫，不必先焊接縱縫后再加 裝加勁環(huán)，對施工場地的要求和工序的安排更加靈活。3. 不必在瓦塊內(nèi)弧裝焊強(qiáng)力支撐來控制焊接變形，節(jié)約材料。4. 也不必預(yù)留反變形來控制瓦片的弧度，避免反變形的計算選取和反變形收不回去的風(fēng)險。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A的剖視圖；圖3是由該實(shí)用新型組成的壓力鋼管示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1和圖2所示， 一塊瓦片上設(shè)計布置有n=2道加勁環(huán)。取加勁環(huán)2的高度 h=300mm,加勁環(huán)2的厚度t2=24mm，瓦片1的厚度t產(chǎn)40mm，貼角焊縫3在加勁環(huán) 2上的焊角高度『14mm。設(shè)瓦片寬度為1，加勁環(huán)距相鄰管口的距離為1/4，兩道加 勁環(huán)的間距為1/2。可根據(jù)材料力學(xué)計算得出，加勁環(huán)2與管壁1所構(gòu)成曲梁的形心面5到管壁中心層的距離為<formula>formula see original document page 5</formula>，貼角焊縫3 (斷面為直角三角形)的形心4到管外壁的距離似2 + —A為三。要使兩個形心重合，則有公式<formula>formula see original document page 5</formula>可根據(jù)上式計算得出單節(jié)鋼管瓦片1的寬度1=2121.lmm。然后將上述尺寸的鋼管 下料、切割、巻制成瓦片1，在對圓平臺上將各瓦片1組對成一個整圓，適當(dāng)點(diǎn)焊縱 縫，并對管口調(diào)圓；加裝加勁環(huán)2，形成整體環(huán)形結(jié)構(gòu)；將瓦塊連同各自的加勁環(huán)在 管壁縱縫處拆開成為不封閉的曲梁結(jié)構(gòu)；焊接加勁環(huán)2之間的連接縱縫；焊接加勁環(huán) 2與瓦片間的貼角焊縫3，尾工處理，打磨、防腐；將焊接完加勁環(huán)的瓦塊運(yùn)進(jìn)洞后， 在洞內(nèi)組圓平臺上重新對圓，焊接管壁縱縫。如圖3所示，由于每塊瓦塊的弧度得到了保證，組成整圓后的圓度也就得到了保證。
權(quán)利要求1、壓力鋼管加勁環(huán)與瓦片焊接時不會產(chǎn)生弧度變形的瓦塊，包括瓦片(1)，其特征在于該瓦片(1)的外側(cè)凸面上沿圓周方向焊接有至少一道加勁環(huán)(2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力鋼管加勁環(huán)與瓦片焊接時不會產(chǎn)生弧度變形的瓦塊，其特征在于加勁環(huán)(2)與管壁間貼角焊縫(3)的形心面(4)同加勁環(huán)(2)與管壁所構(gòu)成曲梁的 形心面(5)相互重合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力鋼管加勁環(huán)與瓦片焊接時不會產(chǎn)生弧度變形的瓦塊，其 特征在于所述加勁環(huán)(2)與管壁間貼角焊縫(3)為近似直角三角形。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力鋼管加勁環(huán)與瓦片焊接時不會產(chǎn)生弧度變形的瓦塊，其 特征在于加勁環(huán)(2)之間的距離為瓦片(1)的軸向距離與加勁環(huán)(2)道數(shù)的比值。
專利摘要壓力鋼管加勁環(huán)與瓦片焊接時不會產(chǎn)生弧度變形的瓦塊，屬于水電站壓力鋼管，特別涉及超大直徑壓力鋼管的瓦塊。包括瓦片，瓦片的外側(cè)凸面上沿圓周方向焊接有至少一道加勁環(huán)，加勁環(huán)與管壁間貼角焊縫的形心面同加勁環(huán)與管壁所構(gòu)成曲梁的形心面相互重合。該實(shí)用新型具有焊接加勁環(huán)與瓦片間貼角焊縫時不會產(chǎn)生瓦塊弧度變形的特征。改變了傳統(tǒng)壓力鋼管制造模式，不必非得在廠內(nèi)制造成整圓結(jié)構(gòu)，可以以瓦塊形式進(jìn)洞內(nèi)組圓后安裝。
文檔編號F16L9/04GK201126065SQ20072008249
公開日2008年10月1日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者姚秀全 申請人:中國水利水電第七工程局機(jī)電安裝分局