呼和浩特抽水蓄能電站鋼岔管水壓試驗封頭選型及計算

劉 涌

（新疆匯通水利電力工程建設(shè)有限公司，烏魯木齊 830000）

1 工程概況

呼和浩特抽水蓄能電站位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市東北部的大青山區(qū)，距離呼和浩特市中心約20km。電站總裝機容量1200MW，裝機4臺，單機容量 300MW。電站建成后接入蒙西電網(wǎng)，在電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、以及事故備用任務(wù)。電站樞紐主要由上水庫、水道系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、下水庫工程組成，工程等別為一等，工程規(guī)模為大(Ⅰ)型。主要建筑物按1級建筑物設(shè)計，次要建筑物按3級建筑物設(shè)計。

電站設(shè)計兩個引水高壓鋼岔管。兩個鋼岔管體型尺寸、所用材料、工作狀態(tài)等完全相同。岔管采用對稱“Y”型內(nèi)加強月牙肋結(jié)構(gòu)，主管直徑4.6m，支管直徑3.2m，最大公切球直徑5.2m，分岔角70°，岔管最大外形尺寸約為6.07m×7.10m×5.51m設(shè)計材料為寶鋼生產(chǎn)的80kg級B780CF高強鋼，鋼岔管壁厚70mm，肋板壁厚140mm，設(shè)計內(nèi)水壓力9.06MPa。

依據(jù)設(shè)計技術(shù)文件要求，為了驗證設(shè)計及明確鋼板和焊接接頭的可靠性和安全性，以及消除某種程度的焊接殘余應(yīng)力按設(shè)計有關(guān)技術(shù)文件進(jìn)行鋼岔管水壓試驗。

2 鋼岔管設(shè)計材料特性

鋼岔管制造所用板材為 B780CF高強鋼化學(xué)成分和力學(xué)性能和工藝性能，見表1、表2。

(1)焊接裂紋敏感性系數(shù)Pcm≤0.25%。

(2)碳當(dāng)量Ceq≤0.57%。

(3)肋板鋼材的硫含量：S≤0.005%。

3 水壓試驗結(jié)構(gòu)布置

依據(jù)以往工程施工經(jīng)驗，鋼岔管水壓試驗采用錐殼加標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭形式結(jié)構(gòu)布置，結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。封頭結(jié)構(gòu)形式選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭，封頭內(nèi)徑選用2400mm，為便于焊接及切割除后重復(fù)利用，封頭直邊加長200mm，封頭制造3個。封頭與鋼岔管之間設(shè)置錐殼連接，錐殼半頂角設(shè)計選型α=30°。主錐殼選型φ4600/φ2400，制造1個；支錐殼選型φ3200/φ2400，制造2個。 為便于封頭及錐殼制造所用鋼板便于及時快速生產(chǎn)與到貨，選用與鋼岔管母材一致的鋼材制造。封頭及錐殼制造鋼材選用 B780CF鋼板。封頭及錐殼的選型、設(shè)計及計算應(yīng)符合GB150規(guī)范技術(shù)條件。

表1 B780CF高強度鋼化學(xué)成份（%）

表2 B780CF高強度鋼力學(xué)性能和工藝性能

圖1 水壓試驗結(jié)構(gòu)布置簡圖

圖2 封頭制造簡圖

圖3 主錐殼制造簡圖

圖4 支錐殼制造簡圖

4 封頭計算

4.1 計算參數(shù)

Pc= 9.06×1.25 = 11.325MPa

Di= 2400mm

R = D (標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭H = 0.25D)

ψ = 1

[σ]t= 665 MPa

4.2 厚度計算

計算公式為GB150第7.1.2.1條標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的厚度公式（7-1）計算：

取2.0倍安全系數(shù)即20.5×2.0=41(mm)，采用42mm厚790MPa級鋼板制造封頭。封頭制造簡圖見圖2。

5 錐殼計算

5.1 錐殼計算參數(shù)

Pc= 9.06×1.25=11.325MPa

Dc= 4600/3200mm

α=30°

ψ=1

[σ]t= 665 MPa

5.2 厚度計算

計算公式為GB150第7.2.2條錐殼的厚度公式（7-7）計算：

取1.5倍安全系數(shù)即45.6×1.5=68.4mm，31.7×1.5=47.5mm，我方擬對φ4600/φ2400主錐殼采用70mm厚鋼板制造，對φ3200/φ2400支錐殼采用50mm鋼板制造，鋼板材質(zhì)均為B780CF鋼板。

錐殼制造簡圖見圖3、圖4。

6 結(jié) 論

鋼岔管水壓試驗所需的悶頭和附件設(shè)計符合GB150標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。根據(jù)水壓試驗的需要，同時應(yīng)在悶頭上或試驗用聯(lián)接管段上設(shè)置進(jìn)人孔、排氣孔、進(jìn)水孔、排水孔和測試儀表安裝孔等。

為便于封頭制造材料及時到貨，選取了相同材質(zhì)的鋼材制造，同時加大封頭設(shè)計的安全系數(shù)，加大了封頭制造材料的重量，雖增加了費用，但節(jié)約了較長的工期。

封頭設(shè)計增加200mm的直邊長度，便于在以后的工程中重復(fù)利用，相對節(jié)約了成本。