1.本发明涉及机电安装、焊接技术领域，尤其涉及一种引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺。
背景技术：2.中小型水电站大多采用引水式发电，由上游取水通过压力管道引至厂房，且一般为多台机组联合发电，压力管道至厂房位置采用“y”型或“卜”型岔管及支管通过蝶阀与机组连接。
3.因岔管受力情况复杂，根据相关设计规程规范完成后，不能很好的验证其设计的可靠性、合理性，一般需要对其进行水压试验以验证制造质量的可靠性与设计的合理性，引水式压力钢管岔管水压试验工艺的优化具有十分重要的现实意义。
4.因此，有必要提供一种引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺解决上述技术问题。
技术实现要素：5.本发明提供一种引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺，解决了引水式压力钢管岔管水压试验工艺有待优化的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺，包括以下方法：
7.s1，封头设计，岔管封头采用椭圆形结构形式；
8.s2，水压试验管路的布置，在岔管主管封头下侧底部设置排水孔，在其顶端设置排气孔和进水孔，兼用测压管，每个孔口各设置阀门一个，岔管内排气孔管口伸入岔管内最高点，以便保证充水时排尽管内空气，当管内水充满时，在进水孔管口装上压力表，排水孔外装接打压泵；
9.s3，封头焊接，进行封头与压力管道的焊接及附件设备焊接；
10.s4，实验进行，优先选取压力测试部位，选择水源及排水渠道，依次进行冲水排气，加压，检验，降压，排水，清除测试设施。
11.优选的，所述步骤s1中的岔管封头半长轴与半短轴之比为2：1。
12.优选的，所述椭圆形封头的厚度计算公式为：
13.s＝pd/(4[σ]φ-p)
×
d/2h+c
ꢀꢀꢀꢀ
式1。
[0014]
优选的，所述步骤s3中焊接时根据岔管材质及封头的材质，制定合理的焊接工艺，其中两个封头应在内侧进行封底焊接，一个封头与岔管的焊接采用单面焊接双面成形工艺。
[0015]
优选的，所述步骤s4中冲水排气主要在岔管封头完成焊接后，利用自来水管进行无压注水，待排气管路有持续的水流出时关闭进水管阀门，停止注水。
[0016]
优选的，所述管道内充满水后，全面检查焊缝位置、封板有无重大变形、渗漏水现
象，确保无异常现象后方可进行加压。
[0017]
优选的，所述加压的过程采用梯级式加压，每次加压后保持10分钟，密切监视压力变化，并对试验管道进行全检查，确保无异常后继续缓慢加压到试验压力。
[0018]
优选的，所述管道内达到试验压力值后，保持30分钟，并用0.5-1.0kg小锤在焊缝两侧各15-20mm处轻轻敲打，观察有无渗漏水现象，之后降压。
[0019]
优选的，所述管道内的水压试验前及试验后，对岔管岔管a锥与b锥、c锥水平轴线焊缝位置采用盲孔法进行残余应力测试。
[0020]
优选的，所述管道水压试验过程中，对月牙肋与岔管角接焊缝采用应变应力变化过程监测。
[0021]
与相关技术相比较，本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺具有如下有益效果：
[0022]
本发明提供一种引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺，通过钢岔管水压试验压力值、岔管管径条件，设计并校核封头的受力情况，选择最优的封头材料，并确定其封头的板厚及外形尺寸；根据水压试验的目的及液体压力原理，确定安全可靠的试验程序步骤，保证了水压试验的质量、安全，缩短了施工周期；根据岔管的形状进行水压试验管路布置；根据岔管焊缝的特点对主体焊缝进行应力测试；通过应力测试设备对钢岔管水压试验过程结构应力和水压试验前后焊缝残余应力进行测试，并进行数据分析，验证了岔管制造可靠性，也验证了水压试验的成功。
附图说明
[0023]
图1为本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺的工艺流程图；
[0024]
图2为本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺中的钢岔管水压试验封头图；
[0025]
图3为本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺中的岔管示意图；
[0026]
图4为本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺中使用到的3#封头管路布置图；
[0027]
图5为本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺中的水压试验压力循环图；
[0028]
图6为本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺中测点的x向应力与试验压力对应图；
[0029]
图7为本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺中测点的y向应力与试验压力的对应；
[0030]
图8为本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺中需要使用到的封头锁紧设备的结构示意图。
[0031]
图中标号：
[0032]
1、钢管岔管本体；
[0033]
2、封头本体；
[0034]
3、锁定机构，31、固定板，32、旋转轴，33、限位板；
[0035]
4、限位环；
[0036]
5、连接轴；
[0037]
6、锁定卡板。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
[0039]
请结合参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，其中，图1为本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺的工艺流程图；图2为本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺中的钢岔管水压试验封头图；图3为本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺中的岔管示意图；图4为本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺中使用到的3#封头管路布置图；图5为本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺中的水压试验压力循环图；图6为本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺中测点的x向应力与试验压力对应图；图7为本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺中测点的y向应力与试验压力的对应；图8为本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺中需要使用到的封头锁紧设备的结构示意图。
[0040]
一种引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺，包括：
[0041]
s1，封头设计，岔管封头采用椭圆形结构形式；
[0042]
s2，水压试验管路的布置，在岔管主管封头下侧底部设置排水孔，在其顶端设置排气孔和进水孔，兼用测压管，每个孔口各设置阀门一个，岔管内排气孔管口伸入岔管内最高点，以便保证充水时排尽管内空气，当管内水充满时，在进水孔管口装上压力表，排水孔外装接打压泵；
[0043]
s3，封头焊接，进行封头与压力管道的焊接及附件设备焊接；
[0044]
s4，实验进行，优先选取压力测试部位，选择水源及排水渠道，依次进行冲水排气，加压，检验，降压，排水，清除测试设施。
[0045]
通过钢岔管水压试验压力值、岔管管径条件，设计并校核封头的受力情况，选择最优的封头材料，并确定其封头的板厚及外形尺寸；根据水压试验的目的及液体压力原理，确定安全可靠的试验程序步骤，保证了水压试验的质量、安全，缩短了施工周期；根据岔管的形状进行水压试验管路布置；根据岔管焊缝的特点对主体焊缝进行应力测试；通过应力测试设备对钢岔管水压试验过程结构应力和水压试验前后焊缝残余应力进行测试，并进行数据分析，验证了岔管制造可靠性，也验证了水压试验的成功。
[0046]
如图2所述，椭圆形封板是一种能适应各种直径及较大工作压力的封头，所述步骤s1中的岔管封头半长轴与半短轴之比为2：1。
[0047]
椭圆性封头在内压力作用下，能够很好地保持其原有轮廓，变形匀称，故选用半长短轴比例为2：1。
[0048]
所述椭圆形封头的厚度计算公式为：
[0049]
s＝pd/(4[σ]φ-p)
×
d/2h+c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式1；
[0050]
式中：
[0051]
s—封头板厚度，单位mm；
[0052]
p—岔管试验压力值，单位mpa；
[0053]
d—管口内径即椭圆封头长轴，单位mm；
[0054]
h—封头半短轴，单位mm；
[0055]
c—封头壁厚补偿值，单位mm；
[0056]
φ—焊缝系数；
[0057]
[σ]＝σs/n；
[0058]
n为安全系数，在静载情况下取n＝1.5～2。
[0059]
所述步骤s3中焊接时根据岔管材质及封头的材质，制定合理的焊接工艺，其中两个封头应在内侧进行封底焊接，一个封头与岔管的焊接采用单面焊接双面成形工艺。
[0060]
所述步骤s4中冲水排气主要在岔管封头完成焊接后，利用自来水管进行无压注水，待排气管路有持续的水流出时关闭进水管阀门，停止注水。
[0061]
所述管道内充满水后，全面检查焊缝位置、封板有无重大变形、渗漏水现象，确保无异常现象后方可进行加压。
[0062]
所述加压的过程采用梯级式加压，每次加压后保持10分钟，密切监视压力变化，并对试验管道进行全检查，确保无异常后继续缓慢加压到试验压力，水压试验压力循环见图5。
[0063]
所述管道内达到试验压力值后，保持30分钟，并用0.5-1.0kg小锤在焊缝两侧各15-20mm处轻轻敲打，观察有无渗漏水现象，之后降压。
[0064]
所述管道内的水压试验前及试验后，对岔管岔管a锥与b锥、c锥水平轴线焊缝位置采用盲孔法进行残余应力测试。
[0065]
根据测点数值判断，钢岔管环缝沿焊缝方向的原始残余应力数值较高，且为拉应力，普遍达到或接近材料的屈服强度，垂直于环焊缝方向的焊接残余应力值较低，大部分为压应力，经水压试验后，各个测点应力消除效果比较理想。对σx统计表明，水压试验后的∑σx比水压试验前明显降低；且岔管轴向的焊接残余应力即σy高的部位应力消除效果明显，ε
x
/εy为沿焊缝方向和垂直焊缝方向的输出应变，单位με，σx/σy为沿焊缝方向和垂直焊缝方向的残余应力，单位mpa，盲孔法应力释放系数a＝-0.2254με/mpa，b＝-0.6490με/mpa
[0066]
所述管道水压试验过程中，对月牙肋与岔管角接焊缝采用应变应力变化过程监测，其测试应力与水压力变化曲线如图6，7所示。
[0067]
测点(1)的x向应力值与试验水压呈良好的线性对应关系，线性度r＝0.9977；
[0068]
同样，测点(1)的y向应力值与试验水压呈良好的线性对应关系，线性度r＝0.9986，说明不仅测试系统稳定可靠，而且水压试验过程中岔管各测试部位处于弹性变形状态。
[0069]
水压试验过程中，底部测点出现了压应力，说明水压试验过程中，受闷头的影响，岔管腰部向外膨胀的同时，顶底向内靠拢。
[0070]
试验工况受闷头的影响，岔管局部的应力，尤其是轴向力大于运行工况时的应力。
[0071]
请再次参阅图8，在封头部分焊接检测时，为了提高焊接后连接部分的稳定，在钢管岔管与封头之间增加封头锁紧设备，封头锁紧设备包括：
[0072]
钢管岔管本体1和封头本体2，所述封头本体2焊接安装在所述钢管岔管本体1上；
[0073]
锁定机构3，所述锁定机构3包括固定板31、旋转轴32和限位板33，所述固定板31固定安装在所述钢管岔管本体1上，所述固定板31上转动安装有旋转轴32，所述旋转轴32上固定安装有限位板33；
[0074]
限位环4，所述限位环4套设安装于所述钢管岔管本体1上；
[0075]
连接轴5，所述连接轴5固定安装于所述限位环4上；
[0076]
锁定卡板6，所述锁定卡板6固定安装于所述连接轴5上，所述锁定卡板6抵接安装在所述封头本体2上。
[0077]
通过在钢管岔管本体1和封头本体2之间安装锁定机构3，在锁定卡板6抵接在封头本体2上，方便配合限位环4和连接轴5对锁定卡板6进行锁定，从而实现对安装后封头本体2的限位，保障封头本体2与钢管岔管本体1之间连接的密封性。
[0078]
旋转轴32转动安装在固定板31上，限位板33固定安装在旋转轴32上。
[0079]
限位环4上设置有豁口，旋转轴32穿过豁口；
[0080]
旋转轴32上的限位板33对准豁口的外侧时，限位环4能够正常的在旋转轴32上滑动调节；
[0081]
旋转轴32上的限位板33旋转90
°
后，限位板33抵接在限位环4上，形成对限位环4的安装限位，保障限位环4、连接轴5及锁定卡板6安装后的稳定性。
[0082]
与相关技术相比较，本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺具有如下有益效果：
[0083]
通过钢岔管水压试验压力值、岔管管径条件，设计并校核封头的受力情况，选择最优的封头材料，并确定其封头的板厚及外形尺寸；根据水压试验的目的及液体压力原理，确定安全可靠的试验程序步骤，保证了水压试验的质量、安全，缩短了施工周期；根据岔管的形状进行水压试验管路布置；根据岔管焊缝的特点对主体焊缝进行应力测试；通过应力测试设备对钢岔管水压试验过程结构应力和水压试验前后焊缝残余应力进行测试，并进行数据分析，验证了岔管制造可靠性，也验证了水压试验的成功。
[0084]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
技术特征：1.一种引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺，其特征在于，包括以下方法：s1，封头设计，岔管封头采用椭圆形结构形式；s2，水压试验管路的布置，在岔管主管封头下侧底部设置排水孔，在其顶端设置排气孔和进水孔，兼用测压管，每个孔口各设置阀门一个，岔管内排气孔管口伸入岔管内最高点，以便保证充水时排尽管内空气，当管内水充满时，在进水孔管口装上压力表，排水孔外装接打压泵；s3，封头焊接，进行封头与压力管道的焊接及附件设备焊接；s4，实验进行，优先选取压力测试部位，选择水源及排水渠道，依次进行冲水排气，加压，检验，降压，排水，清除测试设施。2.根据权利要求1所述的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺，其特征在于，所述步骤s1中的岔管封头半长轴与半短轴之比为2：1。3.根据权利要求1所述的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺，其特征在于，所述椭圆形封头的厚度计算公式为：s＝pd/(4[σ]φ-p)
×
d/2h+c式1。4.根据权利要求3所述的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺，其特征在于，所述步骤s3中焊接时根据岔管材质及封头的材质，制定合理的焊接工艺，其中两个封头应在内侧进行封底焊接，一个封头与岔管的焊接采用单面焊接双面成形工艺。5.根据权利要求4所述的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺，其特征在于，所述步骤s4中冲水排气主要在岔管封头完成焊接后，利用自来水管进行无压注水，待排气管路有持续的水流出时关闭进水管阀门，停止注水。6.根据权利要求5所述的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺，其特征在于，所述管道内充满水后，全面检查焊缝位置、封板有无重大变形、渗漏水现象，确保无异常现象后方可进行加压。7.根据权利要求6所述的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺，其特征在于，所述加压的过程采用梯级式加压，每次加压后保持10分钟，密切监视压力变化，并对试验管道进行全检查，确保无异常后继续缓慢加压到试验压力。8.根据权利要求7所述的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺，其特征在于，所述管道内达到试验压力值后，保持30分钟，并用0.5-1.0kg小锤在焊缝两侧各15-20mm处轻轻敲打，观察有无渗漏水现象，之后降压。9.根据权利要求8所述的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺，其特征在于，所述管道内的水压试验前及试验后，对岔管岔管a锥与b锥、c锥水平轴线焊缝位置采用盲孔法进行残余应力测试。10.根据权利要求9所述的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺，其特征在于，所述管道水压试验过程中，对月牙肋与岔管角接焊缝采用应变应力变化过程监测。
技术总结本发明提供一种引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺。所述引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺，包括以下方法：S1，封头设计，岔管封头采用椭圆形结构形式；S2，水压试验管路的布置；S3，封头焊接，进行封头与压力管道的焊接及附件设备焊接；S4，实验进行，优先选取压力测试部位，选择水源及排水渠道，依次进行冲水排气，加压，检验，降压，排水，清除测试设施。本发明提供的引水式水电站压力钢管岔管水压试验工艺，根据岔管焊缝的特点对主体焊缝进行应力测试；通过应力测试设备对钢岔管水压试验过程结构应力和水压试验前后焊缝残余应力进行测试，并进行数据分析，验证了岔管制造可靠性，也验证了水压试验的成功。也验证了水压试验的成功。也验证了水压试验的成功。
技术研发人员：刘旻
受保护的技术使用者：国家能源集团科学技术研究院有限公司
技术研发日：2022.07.14
技术公布日：2022/11/1
