超大型钢管制造新技术在梨园水电站的应用.pdf

水 力 发 电 第 4 1卷第 5期 2 0 1 5年 5月 超 大 型 钢 管 ； = 造 新 孜 术 在 梨 园 水 电 玷 的 应 用 段 利 明 ，许屹 ( 云南华 电金 沙江 中游水 电开发有限公 司 ，云南 昆明 6 5 0 2 2 8 ) 摘 要 ：梨 园水 电站压力钢管 H D值为 1 2 9 81 4 1 6 m。 ，属 于超大 型压力钢 管。在国 内首次将 自动组焊 的制造新技 术进行 了实 际应用并获得成功 ，该技术 占地少 、自动化程度高 、质量稳定性 好 ，为大型水 电工程钢管 加工 、存放场 地 规划 困难 提供 了解决方案 。可替代传统工艺方式 ，为建设先进 、生态友好 的水力发 电工程服务 。 关建词 ：压力钢管 ；制造 ；自动组焊 ；梨园水电站 Ap pl i c a t i o n o f Ne w Te c h nol og y on Su pe r La r g e Pe ns t o c k M a nu f a c t ur e i n Li y uan Hydr o po we r S t at i o n DUAN L i mi ng ， XU Yi ( Yu n n a n Hu a d i a n J i n s h a R i v e r Hy d r o p o we r D e v e l o p me n t C o ，L t d ，Ku n mi n g 6 5 0 2 2 8 ，Y u n n a n ，C h i n a ) Abs t r a c t ：Th e HD v a l u e o f p e n s t o c k us e d i n Li y ua n Hy d r o po we r S t a t i o n i s i n t he r a ng e o f 1 29 8 1 41 6 m A n e w t e c h no l o g y wh i c h c a n a ut o ma t i c a l l y a s s e mb l e a n d we l d pe n s t o c k i s f i r s t l y a p p l i e d i n t h e ma nu f a c t ur e o f t h e s e s u p e r l a r g e p e n s t o c k s i n Ch i n aTh i s ne w t e c h no l o g y pr o v i d e s a n e f f e c t i v e s o l u t i o n f o r t he ma n u f a c t u r e o f s up e r l a r g e pe n s t o c k s i n l i mi t e d p r o c e s s i n g a n d s t o r a g e s i t e be c a us e o f i t s l e s s l a n d o c c u pa t i o n， h i g h a u t o ma t i o n de g r e e a n d hi g h qu a l i t y s t a b i l i t y Th i s ne w t e c h n o l o g y c a n r e p l a c e t r a d i t i o n a l p r o c e s s i n g me t h o d T h e a p p l i c a t i o n o f t h i s n e w t e c h n o l o g y w i l l b e n e f i t t h e c o n s t r u c t i o n o f h y d r o p o w e r p r o j e c t s i n a n a d v a n c e d a n d e c o s y s t e m f r i e n dl y wa y Ke y W o r ds ：p e ns t o c k；ma nu f a c t ur e ；a u t o ma t i c a s s e mbl y a nd we l d i n g ； L i y u a n Hy dr o p o we r St a t i o n 中图分类号 ： T V 5 4 7 2 文献标识码 ：A 文章编号 ：0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 5 ) 0 5 0 0 8 8 - 0 3 1 工程概况 梨 园水 电 站 压 力 钢 管 采 用 单 机 单 管 布 置 ，4条 压 力 钢 管 全 长 7 8 9 1 8 9 1T I ，设 计 总 工 程 量 8 8 0 4 5 t ， 管 节 3 6 9节 。 压 力 钢 管 管 壁 采 用 牌 号 为 ADB 6 1 0 D 低 碳 贝 氏 体 钢 板 、 厚 2 64 4 mm，共 计 8种 规 格 ， 加 劲 环 材 质 Q 3 4 5 R，厚 2 0 mm。 压 力 钢 管 包 括 直 管 、 弯管 和渐 变 管 3种 管 型 。直 管按 管 节 长 2 5 m 制 造 安 装 ，最大 吊装 单元 尺 寸 为 2 5 X cI ) 1 2 5 m。1号 压 力 钢 管 直 径 由 1 1 m 变 为 9 8 m，2、3、4号 直 径 由 1 2 i n变为 9 8 i n；第 一节压 力钢 管设有 3道 阻水 环 ， 标准 节钢管 2道加 劲环 ；压力 钢管 HD值 为 1 2 5 41 3 6 8 m ，制 造 安 装 难 度 较 大 。 2 传统钢管现场组焊方案 根据 工程 招 投 标 的 规划 方 案 ，梨 园水 电站 钢 管 囫 e r e L ， f 5 首 先 采 取 了 常 规 的 工 地 制 造 流 程 ， 在 坝 址 右 岸 下 游 设 立 了钢 管 制 造 厂 ，在 钢 管 制 造 厂 内 完 成 钢 板 下 料 、 卷制 、平 台 组 对 、纵 缝 立 焊 、加 劲 环 组 焊 及 管 节 防 腐 等工序 ，之 后 临时存 放在 堆放场 地 。 钢 管 制 造 厂 占 地 面 积 1 3 1 8 0 I n ，地 面 设 置 8个 直 径 1 4 i n的 组 圆 焊 接 平 台 ， 场 地 布 置 见 图 1 。 组 圆 平 台 区域 安 装 1台 6 0 t龙 门 吊 车 ，3套 轨 道 式 起 重 设 备平行 布 置 ，具 备月 产 3 0节 钢管 的能力 。瓦片 和 加 劲环安 装 为人 工 组 对 ，以一 个 辐 射 式 支 撑 架 做 圆 度 钢 管 调 节 。 钢 管 瓦 片 间 纵 缝 焊 接 为 立 焊 T - 工 电 弧 焊 ，加劲 环 环 向角 焊 缝 为 C O 气 体 保 护 焊 ，一 面 焊 完 之后 翻转 1 8 0 。 再 焊另 外一 面 。 收 稿 日期 ：2 0 1 5 - 0 2 1 0 作者简介 ：段 利明 ( 1 9 7 4 一) ，男 ，云南 昆明人 ，工 程师 ，主要 从事机 电金属结构技术管理工作 第 4 1卷第 5期 段利 明 ， 等 ： 超 大型钢 管制 造新 技术在 梨 园水 电站的应 用 图 1 钢 管 加 工 厂 平 面 布 置 示 意 在 安 装 场 地 具 备 条 件 时 ，将 存 放 的 管 节 用 拖 车 分 别 运 到 引 水 洞 下 平 段 出 口 明 槽 及 1号 施 工 支 洞 处 卸 车 ， 为 满足 钢 管 运 输 需 要 ，1号 施 工 支 洞 的 设 计 断 面 为 8 m1 6 9 m( 宽 高 ) 。卸 车 后 钢 管 用 轨 道 运 输 台 车 运 到 安 装 点 。 3 新技 术的应用 超 大 型 钢 管 自动 化 技 术 是 近 年 我 国 自主 研 发 的 一 项创 新 型 项 目，在 保 留传 统 的 钢 板 划 线 、下 料 、 卷板 工 艺前 提 下 ，采 用 智 能 化 组 焊 设 备 进 行 钢 管 的 现 场 组 焊 ，实 现 了 瓦 片 机 械 组 对 、 钢 管 自 动 调 圆 、 纵缝 埋 弧 自动 焊 接 、加 劲 环 机 械 组 对 及 其 角 焊 缝 的 埋 弧 自动焊 接等 工艺 流程 。极 大 地减 轻 了人 工 组 对 、 焊 接 的劳动 强度 ，埋 弧 自动焊 替 代手 工 焊 电弧 焊 接 ， 使焊 接质 量 及稳定 性 更加 容易 保证 。 梨 园 水 电 站 采 用 了 Z H1 2 0型 智 能 化 钢 管 组 焊 专 机设 备 ，设 备 主机 由 固定 式 机 架 、动力 箱 、 回转 支 撑架 、焊接 设备 和控 制 系统 构 成 ，并 配 备 了带 加 劲 环组 焊 功能 的 滚 轮架 和埋 弧 自动 焊 设 备 ，设 备 结 构 如 图 2所 示 。 为 了达 到操 作 界 面 简 单 友 好 、调 速 范 围 宽 、 自动 测 量 和 大 扭 矩 的 设 计 要 求 ， 设 备 控 制 系 统 综 合 了 工 控 机 触 摸 屏 界 面 、数 字 化 的 控 制 装 置 、 行程 传感 器 和伺 服 电机 驱 动 系统 等 技 术 。该 设 备 瓦 片 组 对 采 取 机 械 组 对 方 式 ， 组 对 后 可 自 动 测 量 管 口 直径 及 不平 度 ，钢 管纵 缝 焊接 后 圆度调 整 由 1 2组 成 对均 布 的支 撑 杆 一键 操 作 完 成 。加 劲 环 利 用 组 焊 功 能 的滚轮 架 ，在 可 旋 转 的 钢 管 下 端 依 次 进行 机 械 组 对 。 纵 缝 及 加 劲 环 焊 接 均 采 用 埋 弧 自 动 焊 。 Z H1 2 0 型智 能化 钢 管 组 焊 专 机 设 备 的主 要 性 能参 数 ：适 用 直径 91 2 r n，单 节质 量 4 0 t ，单节管 长 2 5 0 0 m， 主 轴 力 矩 8 0 t m ，1 2 m 直 径 线 速 度 0 2 0 0 0 m s ， 每 个 支 撑 点 推 拉 力 2 0 t 2 0 t ，支 撑 调 节 量 5 0 0 m m 4 - 3， 外 形 尺寸 1 2 m X 1 3 m 6 r n( 长 X高 宽 )， 自动 焊 机 MZ 1 0 0 02 。 该设 备 自 2 0 1 2年 2月 开始设 备 调 试 ，通 过 两个 月 的工艺 试 验 、参 数 调 整 ，设 备 性 能 和作 业 人 员 的 水 平得 到 较 好 的 发 挥 ，形 成 了稳 定 的生 产 能 力 。新 图 2 ZH1 2O型 智 能化 钢 管 组 焊 专 机 设 备 技 术 的优点 随着 时 间 的推移 越 来越 明显 ，至 2 0 1 3年 4月 形 成 了 2天 稳 定 生 产 一 节 钢 管 的 能 力 。 3 1 不 同制造 技术 经济 技术 比较 由于 梨 园水 电 站 采 用 了 两 种 不 同 的 工 艺 进 行 钢 管 制造 ，产 生 了 非 常有 益 的技 术 经 济 对 比，对 于 今 后 国内外 的类似 工程 有非 常重 要 的参 考 价值 。 钢 管 自动 化 技 术 采 用 了 高 度 的 机 械 化 和 低 速 超 大 扭矩 动力 系统 ，即 使 是直 径 1 2 m、质 量超 过 3 0 t 的钢管 也可 以稳 定地 进 行定 速 或变 速 转 动 ，突破 了 原 先 自动化 工 艺 中超 大 型 钢 管不 能 转 动 ，采 用 焊 机 运 动 的方式 ，技 术 实 用 性 高 ，大 大 减 少 了 焊 接 准 备 工 作 ，提高 了焊 接 质量 。省 略 了部 分 钢 管 翻 身 和 吊 装 的程 序 ，不 仅 安 全性 提 高 ，而 且 配 合 埋 弧 自动 焊 工 艺 ，钢管 焊 接 质 量 和 速 度 明显 优 于 手 工 焊 条 焊 、 气 体保 护 焊 。另 一 方 面 ，钢 口直 径 、平 面 度 等 的 控 制 高于传 统 工艺水 平 。 以 3 0节 月 的 产 能 比较 ，传 统 的 钢 管 厂 需 要 7 8个 组 对 平 台 ， 仅 仅 组 对 区 域 的 占 地 面 积 不 少 于 3 0 0 0 m ，配置 组对 钢 管 的 铆 工 2 O人 、焊 工 1 5人 ， 焊 机 2 0台 ，而 采 用 钢 管 自动 化 技 术 配 置 组 焊 设 备 23 台 ，全 部作 业人 员 配 置 1 52 0人 ( 含焊 工 34 人 ) 。传 统技 术优 点在 于直 接用 于钢 管制 造 的设 施 或 设 备投入 简 单 、前 期 费用 低 ，但 需 要 较 多 的生 产 场 地 面 积 、人 力 资 源 ， 并 需 与 钢 管 运 输 尺 寸 和 重 量 适 应 的 道 路 和 起 重 设 备 ，而 钢 管 自 动 化 技 术 的 优 势 在 于 钢 管 制造 的 占用 场 地 面积 小 、人 力 资 源 投 入 少 ， 综 合 效 益 好 ， 全 寿 命 成 本 低 ， 但 设 备 前 期 投 入 增 大 。值 得 注 意 的是 ，钢 管 自动化 技 术 可 以优 化 钢 管 运 输 道路 和 起 重设 备 的条 件 ， 以梨 园水 电 站 为 例 ， 若 直 接安 装 23台 Z H1 2 0型智 能 化 钢 管 组 焊 专 机 在 引 水 洞 主洞 内 ，可取 消 大 型钢 管 加 工场 地 只 保 留 少 量 场 地 用 于 钢 板 堆 放 、 划 线 下 料 及 卷 片 卷 制 ， 也 可 取 消钢 管 运 输专 用 通 道 布置 ，可 以 降低 大 型 水 电 W a e r V o 1 4 5 囡 工场地布置难度，节省投资，综合经济效益 5 结 语 突 出 。 3 2 应 用成 果 梨 园 水 电 站 在 国 内 外 水 电 工 程 中 首 次 将 超 大 型 钢 管 自动 化 生 产 技 术 进 行 了 成 功 应 用 ， 截 止 2 0 1 3年 5月 1 7 日 ，梨 园水 电 站 运 用 智 能 化 钢 管 组 焊 技 术 总 计 完成 了 4 7节 (共 1 3 0 0 t ，纵 缝 3 5 2 m、加 劲 环角 焊 缝 总 长 7 0 8 8 m) 压 力 钢 管 制 作 。 根 据 检 测 结 果 ： 纵缝超 声波 探伤 一 次合 格 率 达 9 9 7 ，钢 管 制 作 尺 寸 和 形 位 公 差 优 于 传 统 工 艺 。 该 项 目具 有 智 能 化 的 特点 ，可 改善 产 品质 量 、节 省 人 力 、提 高 工 效 、减 少 占地 、节 约 投 资 。该 组 焊 设 备 设计 紧凑 、功 能完 善 ，创 造 了压力 钢 管 在 洞 内智 能 化 组焊 的条 件 。该 技术在 梨 园水 电 站成 功 进 行 了规 模 化应 用 ，开 创 了 钢管智 能化 组 焊技 术 的先 例 ，已具 备 产 业 化 基 础 和 全 面推广条 件 。 4改进方向 因梨 园水 电站 压 力 钢 管前 期 按 传 统 生 产 方 式 进 行规 划及 组织 生 产 ， 自动 化设 备 安 装 在 钢 管 制 作 厂 内使 用 ，受 钢 管存 放 场 地 、起 重 能 力 、运 输 条 件 等 影 响 ， 限 制 了 该 技 术 在 大 节 组 对 ，管 节 对 接 环 缝 自 动 焊接等 设计 性 能 的 体 现 。如 在 规 划或 施 工 方 案 中 将 引水洞 洞 身 内扩 挖 出 一段 压 力 钢 管 生 产 段 ，将 钢 管 自动 化 组 焊 设 备 就 近 放 置 在 隧 道 内 的 钢 管 安 装 工 位 上 ，实现钢 管 制 造 安 装 一体 化 施 工 ，减少 露 天作 业 方式易 受刮 风 、降水气 候条 件 的不 利影 响 。 目前 自动 化 钢 管 生 产 各 环 节 均 已 取 得 成 功 ，但 钢 管 防腐 工 序 还 无 法 集 成 在 该 设 备 上 ， 这 需 要 再 进 一 步 研 究 防 腐 工 艺 以 与 自 动 化 生 产 技 术 相 配 套 。 进 一 步 改 进 量 测 系 统 ， 实 现 产 品 形 位 尺 寸 自 动 测 量 及 数 据 生 成 。 通 过 梨 园 水 电 站 大 型 钢 管 自动 化 制 造 新 技 术 的 实 际应 用 ，证 明该 技 术 具 备 在 洞 内 、高 原 或 其 他 恶 劣环境 下生 产 钢管 的条 件 ，如 在设 计 规 划 阶段 就 考 虑 采 用 此 技 术 ，可 大 大 减 轻 工 程 规 划 设 计 阶 段 对 于 道路 和场地 布 置 的难 度 及 工 程 量 。在 施 工 阶段 可 借 鉴 工 厂 化 、标 准 化 、 规 模 化 生 产 的 管 理 模 式 ，实 现 钢管施 工 过程 的网 络 信 息化 管 理 ，可 以 实 时 收集 现 场 数 据 ，有 利 于 质 量 进 度 管 理 ， 同 时 为 建 立 系 统 的 大型 钢管 工程 数 据 库 提供 了基 础 。结 合 焊 接 新 技 术 的发 展 ， 将 焊 接 全 过 程 的 数 字 化 ， 改 变 水 电 站 压 力 钢管施 工 粗放 、落 后 的形 象 ，这 不 仅 是众 多 中 国水 电建 设 科 技 工 作 者 的 愿 望 ，也 将 成 为 焊 接 工 程 技 术 发 展 的里 程 碑 。 参考文献 ： 1 彭智祥 ，杨瑾 水 电站洞 内大型钢管技术研 究 c 第 一届水力 发 电技 术 国 际会 议 论 文 集 ( 第 二 卷 ) 北 京 ：中 国 电 力 出版 社 ， 2 0 0 6 2 水利水 电工程施工手册 编委 会金属结构 制作与机 电安装工 程( 第 4卷 ) M 北京 ：中国电力 出版社 ， 2 0 0 4 3 陈继深 ， 谷鸿飞压力钢管制 造安装 的实践 与探讨 M 北京 ： 中国电力出版社 ， 2 0 0 3 4 黄国清天生桥二级水 电站 号 隧洞压力 钢管 瓦片制作 中几何 尺寸的控制 J 水利水 电技术 ， 2 0 0 3 ， 3 4 ( 1 0 ) ： 5 3 5 5 5赵云德 ， 姚秀全彭水水 电站 1 4 m直径压力 钢管制造 安装总体 方案优化 J 四川水力发 电， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 1 5 1 7 ， 4 9 6 段汝建 ， 彭智祥锦屏一级水电站压力钢管制安新技术试验 J 水利水电施 工 ， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 6 8 6 9 ，9 5 7 D L T 5 0 1 7 -2 0 0 7水 电水 利工程 压力 钢管制 造安 装及 验 收规 范 S ( 责任 编辑 高 瑜 ) 广 告 目 次 中国水 电十 一局郑 州科研 设计 有 限公 司 封 二 上 海福伊 特 西 门子水 电设 备有 限公 司 前插 1 北 京华科 同安监控 技术 有 限公 司 前插 2 、 3 基康 仪器 股份 有 限公 司 前插 4 南京科 明 自动化设备 有 限公 司 前插 5 郑 州机械 研 究所 前插 6 团W a P o V o 1 4 ， 5 挪曼尔特( 上海) 贸易有 限公司 前插 7 株 洲南方 阀 门股 份有 限公 司 前插 8 杭 州 国电大坝 安全工 程有 限公 司 后插 1 北京 中水科 海利 工程 技术 有 限公 司 后插 2 、 封 三 北 京木联 能工程 科技 有 限公 司 封底 中铁 岩锋 成都科 技有 限公 司 内 1 0 2