水電站廠房尾水肘管制作實踐

鄒明琦,鄒振忠

(1.比亞迪汽車有限公司,西安 710075；2.中國水利水電第三工程局有限公司,西安 710032)

1 概 況

幾內亞蘇阿皮蒂水利樞紐電站廠房4套尾水肘管，每套重量52.855 t，每套由12個單元節組成，上進口內徑5 191.0 mm，漸變和彎曲90°后，到內壁寬11 463.4 mm，高2 664.4 mm矩形下出口，整體高度6 363.2 mm,上口圓中心到下口矩形邊緣總長度6 497.9 mm。采用δ20 mm、Q235B材料。體型效果見圖1[1]。

2 Auto CAD中三維建模

在Auto CAD中根據設計圖紙提供的肘管各單元節坐標表，畫出肘管單線圖(見圖2左側圖)；再根據設計圖紙提供的各單元節斷面平面圖，與肘管單線圖合成如圖2右側的三維模型框線圖[2]。

圖1 肘管體型圖 單位：mm

3 Auto CAD三維模型中各單元節的提取

(1) 首先在圖2空間模型框線圖中逐步將各單元節(本例為第3單元節)提取出來(見圖3左側)，并將需要展開放樣的圖形單獨提取，在命令行輸入“loft”命令,光標選取弧形線并回車，然后在命令欄輸入“導向(G)”, 光標選取兩弧形的連接線并回車，得到三維線框圖，并通過點擊“視圖”→“視覺樣式”→“概念”，得到圖3右側效果圖[3-4]。

(2) 將圖3右側效果圖單擊Auto CAD “輸出”→選擇“其他格式”→保存為“.sat”格式→點擊“保存”。

圖2 肘管單線和空間模型線框圖 單位：mm

圖3 第3單元節提取圖 單位：mm

4 Auto POL中單元節展開

圖4 第3單元節展開圖

打開Auto POL for Windows軟件，導入保存的“.sat”格式的單元節，點擊“展開”按鈕，出現如圖4左側的界面，在“厚度”一欄輸入鋼板厚度，點擊“展開”按鈕，得到圖4右側的展開平面圖，導出為“.DXF”格式保存，方便在Auto CAD中導入和編輯[1]。

按照上述步驟獲得肘管各單元節的展開平面圖形，在Auto CAD中進行綜合布料(需考慮節間和接板的焊縫錯位)，并將布料結果形成工藝文件交由材料采購、數控切割下料等工序。

5 節間環縫坡口的設計

(1) Auto POL for Windows軟件默認鋼板厚度中心層不發生變化原理，對單元節曲面進行平面展開，不考慮肘管各相鄰單元節環縫對接時存在角度，而使對接處因鋼板厚度存在誤差(見圖5)，因此需要根據肘管各相鄰單元節的環縫對接角度情況進行坡口設計。

圖5 相鄰單元節環縫對接狀態圖

(2) 整個肘管呈90°彎曲形狀，從第1節的圓形斷面過渡到第12節的矩形斷面，圖5按照河流上下游、直徑處的剖面對坡口切割分析如下。

“A放大”為肘管上游側，其陰影為相鄰單元節環縫內壁重疊，“B放大”為肘管下游側，其陰影為相鄰單元節環縫外壁重疊；該陰影處環縫向大壩左右岸方向延伸時，坡口角度隨之發生變化。目前大多數制造加工廠的數控切割機只能按照固定的角度切割坡口，其結果是相鄰單元節環縫對接時的坡口寬度與圖紙要求不符，從而影響其環縫焊接質量。在工藝設計階段按照以下2種方案進行對比：

1) 在Auto CAD中按照鋼板厚度進行三維實體建模，應用“實體編輯”中的“差集”命令，可以得到相鄰單元節環縫的完美吻合。利用“打斷”功能將內壁、外壁的曲面分別提出保存并展開放樣，將放樣的平面展開圖疊加在一起，得到如圖6內外壁坡口切割圖。

圖6 單元節內外壁切割示意圖

2) 在單元節下料階段不考慮坡口設計，在Auto POL for Windows“厚度”一欄輸入鋼板厚度，得到鋼板中心層展開平面圖，直接輸入數控切割機程序中進行下料切割，單元節卷圓組拼時根據實際情況，用劃針按照設計的坡口寬度進行劃線和手工切割。

對以上2種方案的實踐施工進行對比。方案1因動態切割軌跡中的角度不斷變化，無法采用數控切割機切割坡口；采用手工切割時，沒有直觀的參照對象而導致坡口切割質量較差，切割工時較長。方案2卷制成型后相鄰單元節組拼時，雖然因角度變化存在組拼偏差，但可以互為參考，便于劃線和切割。對比結果：方案2要比方案1提高1/3的工效，因此采用方案2比較經濟實用。

6 注意事項

肘管各單元節為空間扭曲形狀，在制作各工序中應注意以下質量控制點：

(1) 第8節至第12節圓弧段較短的單元節，無法采用卷板機卷制，可以采用制作模具在壓力機上進行扭曲弧形面的壓制，其壓制素線控制在100 mm左右，以提高圓弧精度；壓制過程中要不斷用圓弧樣板檢查其圓弧近似設計值；不可壓制過多，以免造成圓弧直徑小于設計值，加大反壓修正難度。

(2) 相鄰單元節組拼時，環縫坡口寬度劃線完成后，建議采用靠尺，避免手工切割不穩，導致坡口角度偏差和切割斷面鋸齒形缺陷過大；同時，盡可能不要一次切割到位，采取分次修正切割的方法，保證坡口切割質量。

(3) 肘管必須進行整體安裝狀態總拼和加固，只有總拼才能發現配合質量缺陷，并加以修正；檢測空間幾何尺寸滿足設計值要求后，安裝定位板并標識各單元節安裝中心參考線，以保證縮短工地安裝調整時間和提高安裝精度。

7 結 語

對幾內亞蘇阿皮蒂水利樞紐電站廠房4套尾水肘管的制作實踐進行了簡要的敘述，為類似工程在Auto CAD中三維建模，轉換到Auto POL for Windows中平面展開放樣的操作路徑，以及相鄰單元節環縫坡口的加工方法，提供了參考經驗。