中国水利水电第四工程局有限公司 青海西宁 810000
摘要：随着国内抽水蓄能电站的HD值越来越大，输水发电系统压力管道高强钢的应用比例逐渐增大，加劲环是加于钢管之外以提高其抗外压能力的环形肋，其弧度必须与压力管道外壁相匹配，本文主要总结沂蒙抽水蓄能电站高强钢压力管道加劲环制造工艺，为类似金属结构系统工程提供经验参考。
关键词：压力管道 加劲环 制造 弧度
1.前言
山东沂蒙抽水蓄能电站规划装4台单级混流可逆式水泵水轮机，单机容量300MW，装机容量1200MW，为大（1）型一等工程。该电站有两套独立的输水系统（1#、2#），采用“一洞两机”的布置形式。
山东沂蒙抽水蓄能电站水道系统压力钢管包括：引水隧洞、高压管道钢管及尾水压力钢管两部分，其中加劲环总量为2466.42t。引水系统的压力管道分别由上平段、上弯管、竖井段、下弯段、下平段、岔管段及两条支管段组成。压力钢管内径有6800mm、6200mm、5400mm、3800mm、2500mm，壁厚范围为24mm~60mm。加劲环制造用钢板材质有三种：Q345R及600MPa、800MPa级调质钢，其规格均为150*24mm。尾水四条压力钢管终点为机组尾水管末端，压力钢管内径为5000mm，由直管、渐变管组成，加劲环制造用钢板材质为Q345R。
加劲环所用钢板为国产钢板，其制造工艺先进，成型美观，相对传统成型工艺提高了材料的使用率，大幅降低了损耗率，相比较更加绿色、环保、经济，具有社会推广价值。
2.材质检验
每批钢板到货后，委托第三方进行钢板的化学成分和力学性能抽检复验（见表2.1～2.3），并出具复验报告，合格后投入制造。
Q345R钢板化学成分（%）
表2.1
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注：A、为改善钢材的性能，可添加微量合金元素Nb、V、Ti，其含量应填写在质量证明书中，上述3个元素含量总和分别应不大于0.050%、0.05%、0.03%，此时Alt含量的下限不适用。
B、作为残余元素的Cr、Ni、Cu应各不得大于0.30%，Mo应不大于0.080%，这些元素的总含量应不大于0.70%。
C、成品钢板的化学成分允许偏差应符合GB/T 222的规定。
D、碳当量CEV（%）= C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15
600MPa钢板化学成分（%）
表2.2
注：A、为改善钢的性能，可添加上表之外的其他微量合金元素。
C、成品钢板的化学成分允许偏差应符合GB/T 222的规定。
D、碳当量Ceq≤0.42%，裂缝敏感系数Pcm≤0.20%。
Ceq（%）=C+ Mn/6+ Si/24+ Ni/40+ Cr/5+ Mo/4+ V/14
Pcm（%）=C+Si/30+（Mn+Cu + Cr）/20 +Ni/60+Mo/15+V/10+5B
钢板力学性能和工艺性能
表2.3
钢板成批进行检查，每批钢板由同一牌号、同一炉罐号，同一厚度，同一热处理制度的钢板组成。每批重量不大于30t（Q345R）或60t（高强钢）。
3.切割
依据设计图纸进行计算所需钢板尺寸，同时预留切割余量，提前半年向业主上报钢板采购计划，到货后进行复验。
切割前利用门机及平板车将钢板吊运至指定位置，采用数控火焰切割机进行下料，预留割缝2mm，采用双枪嘴由两侧向中心同时对称的断续切割，防止钢板受热变形，切割完成后去除氧化铁，检查板条是否满足宽度150mm、是否平行、是否有热变形等问题（见图3.1）。
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图3.1 钢板下料
4.成型
4.1成型原理
加劲环成型机理是利用液压凹槽模具施加外载荷冷弯卷制成型，钢板除轴向外其它方向施加限制，并同时缩小磨具之间的间距，并施加一定的载荷使钢板达到塑性变形的程度，通过对钢板力学性能的试验，确定钢板达到塑性变形所需的最小载荷。由于塑性变形为非线性关系，因此依据实验数据，采购大于钢板塑性变形最小载荷的液压设备，液压设备控制模具之间距离的油缸由集成的控制柜进行控制，同时配有仪表盘，能够更加准确反应压力值，给人直观的判断。
4.2成型
成型前的准备工作包括制作与压力机高度相匹配的滚轮、2t的电动葫芦门式起重机的安装、遮雨棚的搭设、模具的下料等。
卷制前将表面氧化铁等去除干净，使用液压提升机将板条提升至整型机工作高度，利用DW-500D液压整型机（额定压力20MPa）与F10法兰成型机（额定压力25MPa）通过对板条多次的卷制成型。
通过逐渐缩小前后缸之间的距离实现对弧度的控制（见图4.2），过程中使用样板对弧度进行时刻检查，卷制完成后利用地样进行比对，检查弧度、半径等外观尺寸是否合格，如不合格则需校准；外观质量是否有毛刺、夹渣等缺陷。
对于卷制过程中端头出现局部不平整的处理，采用压力机进行水平冷压校平；对于局部弧度有偏差的点，使用压力机配合模具进行水平校准；外观若有缺陷则利用磨光机消缺。
校准合格后，打上标识，使用2t的电动葫芦门式起重机吊装至临时存放场地。
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图4.2 加劲环制造现场
图5.1加劲环外形尺寸
5.质量控制措施
卷制前检查确认板料的宽度，确认氧化铁等是否去除干净，否则加劲环成型过程中表面易产生凹凸不平的凹槽和凸起；
卷制过程中及时的清除模具内的残留铁屑等杂物；
利用依据规范要求机加工的样板检查弧度及其它尺寸，如图5.1所示外形标准尺寸，检查加劲环成型质量。
卷制过程中利用样板时刻进行弧度的检查，避免弧度过大或过小，增加后续矫正工序，增加成本投入；
卷制过程中注意拧紧模具上部螺栓，使模具夹紧板条防止板条上下窜动，造成局部的扭曲变形；
6.半成品存放及结论
半成品使用油漆和洋冲作标记，按钢种、直径分类堆放，垫离地面，并搭设防雨布，防止腐蚀、污染和变形。
通过卷制成型工艺制造的加劲环弧度准确，圆弧面光滑，尺寸精确，受到了业主、监理及各参建、参观单位的好评，同时加劲环内弧面与压力钢管外壁配合间隙不到1mm，避免压力钢管装配过程中对压力钢管施加外加应力，确保了加劲环的焊接质量和压力钢管制造的形体尺寸满足合同文件及规范要求。
参考文献：
[1]关沛文，水电站埋藏式加劲压力钢管的结构优化计算与设计优化[J].水利发电学报，2006（02）
[2]陈官福，伍鹤皋，熊德炎，王金龙，郝鹏，王辉，埋藏式加劲环钢管抗外压失稳计算方法的分析与应用[J].2000（01）