专利名称：压力钢管加劲环与瓦片焊接时不会产生弧度变形的瓦块的制作方法
技术领域：
本实用新型属于水电站压力钢管，特别涉及超大直径压力钢管的瓦块。
背景技术：
在水利'水电建设工程中， 一节压力钢管多由两块(或多块)瓦片焊接而成，在钢管的 外壁圆周上设置有加劲环。传统的压力钢管设计中，加劲环的高度和道数是由钢管抵 抗外水压力和钢管自身强度、钢度所需而决定的，未作焊接变形方面的特别要求。传 统压力钢管的制造，是在管壁与加劲环各自的连接纵缝焊接完成，二者均已形成圆周 封闭环形结构的情况下，去焊接管壁与加劲环间的贴角焊缝。由于焊缝收缩应力在整 个圆周均匀分布，形成环形，相互抵消，因此不会发生管壁的弧度变形，钢管的圆度 能够得到保证。但是，当压力钢管直径超大时(比如重庆彭水电站，直径达14m，由5块瓦片构成)， 钢管不能在厂内组成整圆(受制于运输条件)，只能以瓦片形式进洞。为尽量减轻进洞后 二期制作及安装工作量，厂内应完成尽可能多的工作。就需要在瓦片未形成整圆，纵 缝未焊接的情况下，将瓦片与加劲环装焊，并要保证瓦片装焊后的弧度符合要求，才 能保证进洞后组成整圆的压力钢管圆度。如果不改进瓦片与加劲环的传统结构设计形 式，焊接时就会产生弧度变形。发明内容本实用新型的目的是提供一种压力钢管瓦片与加劲环间贴角焊缝焊接时不产生 弧度变形的压力钢管瓦块结构。本实用新型的结构是压力钢管加劲环与瓦片悍接时不会产生弧度变形的瓦块， 包括瓦片1，该瓦片1的外侧凸面上沿圆周方向焊接有至少一道加劲环2。加劲环2与 管壁间贴角焊缝3的形心面4同加劲环2与管壁所构成曲梁的形心面5相互重合；加劲环距相邻管口 (瓦片边缘)的距离为1/ (2n)，相邻两道加劲环间距为1/n， l为瓦 片宽度(即管长)，n为加劲环道数；贴角焊缝3的断面为近似的直角三角形。所述加 劲环2与管壁间贴角焊缝3的形心面4是由几条贴角焊缝的环向形心线所构成的平行 于管壁的一个曲面；加劲环2与管壁所构成曲梁的形心面5是二者所构成"t "型曲梁的形心所在面，也是一个平行于管壁的曲面。当曲梁发生弧度变形时，加劲环2与管壁所构成曲梁的形心面5是曲梁的变形中性层(对超大直径压力钢管来说，曲梁可以等效为直梁)。若外力作用线与形心面5平行但不重合，就会发生一侧伸长， 一侧縮短，相对于形心面5构成了弯曲力矩，导致曲梁弧度变形；若设计时使加劲环2与管壁间贴角焊缝3的形心面4同加劲环2与管壁所构成曲梁的形心面5相互重合，焊接收縮应力就正好位于曲梁的形心面5上，不对形心面5构成弯曲力矩，使两侧均匀縮短，就不会产生弧度变形。在曾乐主编的《现代焊接技术手册》(上海科学技术出版社)中有这方面的理论依据当焊缝在构件中的位置不对称时，焊缝的压力F形成一偏心力，会引起构件的縮短和挠曲，其弯曲力矩M=Fe，构件的挠度f=ML2/ (8EJ) =FeL2/ (8EJ)式中e—偏心距，即F到形心的距离。由此可知6=0时，即焊缝的收縮力F位于结构的形心面时，构件的挠度f-0。 本实用新型的优点1. 改变了传统压力钢管制造模式，不必非得在厂内制造成整圆结构，可以以瓦块 形式进洞内组圆后安装。对超大直径钢管来说，运输问题解决，可节约大量的开挖成 本。2. 可先单独对瓦块装焊加劲环后，再组圆焊接管壁纵缝，不必先焊接纵缝后再加 装加劲环，对施工场地的要求和工序的安排更加灵活。3. 不必在瓦块内弧装焊强力支撑来控制焊接变形，节约材料。4. 也不必预留反变形来控制瓦片的弧度，避免反变形的计算选取和反变形收不回去的风险。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是图1的A-A的剖视图；图3是由该实用新型组成的压力钢管示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示， 一块瓦片上设计布置有n=2道加劲环。取加劲环2的高度 h=300mm,加劲环2的厚度t2=24mm，瓦片1的厚度t产40mm，贴角焊缝3在加劲环 2上的焊角高度『14mm。设瓦片宽度为1，加劲环距相邻管口的距离为1/4，两道加 劲环的间距为1/2。可根据材料力学计算得出，加劲环2与管壁1所构成曲梁的形心面5到管壁中心层的距离为<formula>formula see original document page 5</formula>，贴角焊缝3 (断面为直角三角形)的形心4到管外壁的距离似2 + —A为三。要使两个形心重合，则有公式<formula>formula see original document page 5</formula>可根据上式计算得出单节钢管瓦片1的宽度1=2121.lmm。然后将上述尺寸的钢管 下料、切割、巻制成瓦片1，在对圆平台上将各瓦片1组对成一个整圆，适当点焊纵 缝，并对管口调圆；加装加劲环2，形成整体环形结构；将瓦块连同各自的加劲环在 管壁纵缝处拆开成为不封闭的曲梁结构；焊接加劲环2之间的连接纵缝；焊接加劲环 2与瓦片间的贴角焊缝3，尾工处理，打磨、防腐；将焊接完加劲环的瓦块运进洞后， 在洞内组圆平台上重新对圆，焊接管壁纵缝。如图3所示，由于每块瓦块的弧度得到了保证，组成整圆后的圆度也就得到了保证。
权利要求1、压力钢管加劲环与瓦片焊接时不会产生弧度变形的瓦块，包括瓦片(1)，其特征在于该瓦片(1)的外侧凸面上沿圆周方向焊接有至少一道加劲环(2)。
2、 根据权利要求1所述的压力钢管加劲环与瓦片焊接时不会产生弧度变形的瓦块，其特征在于加劲环(2)与管壁间贴角焊缝(3)的形心面(4)同加劲环(2)与管壁所构成曲梁的 形心面(5)相互重合。
3、 根据权利要求2所述的压力钢管加劲环与瓦片焊接时不会产生弧度变形的瓦块，其 特征在于所述加劲环(2)与管壁间贴角焊缝(3)为近似直角三角形。
4、 根据权利要求1所述的压力钢管加劲环与瓦片焊接时不会产生弧度变形的瓦块，其 特征在于加劲环(2)之间的距离为瓦片(1)的轴向距离与加劲环(2)道数的比值。
专利摘要压力钢管加劲环与瓦片焊接时不会产生弧度变形的瓦块，属于水电站压力钢管，特别涉及超大直径压力钢管的瓦块。包括瓦片，瓦片的外侧凸面上沿圆周方向焊接有至少一道加劲环，加劲环与管壁间贴角焊缝的形心面同加劲环与管壁所构成曲梁的形心面相互重合。该实用新型具有焊接加劲环与瓦片间贴角焊缝时不会产生瓦块弧度变形的特征。改变了传统压力钢管制造模式，不必非得在厂内制造成整圆结构，可以以瓦块形式进洞内组圆后安装。
文档编号F16L9/04GK201126065SQ20072008249
公开日2008年10月1日 申请日期2007年12月14日 优先权日2007年12月14日
发明者姚秀全 申请人:中国水利水电第七工程局机电安装分局