本发明提供一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统，属于大型压力钢管合拢节安装技术领域。包括上游侧填墩，下游侧填墩，分别安装于上游侧填墩和下游侧填墩上的上游侧压力钢管和下游侧压力钢管，安装于上游侧压力钢管一端部的波纹管伸缩节，设置于下游侧压力钢管上的滑动支座支撑环以及位于滑动支座支撑环底部的滑动支座支墩，所述系统还包含位于波纹管伸缩节和下游侧压力钢管之间的合拢节以及沿合拢节圆周分布的波纹管伸缩节受力转换U型粱。本发明还提供所述系统的安装方法。本发明解决了大、中型明敷压力钢管合拢节在不同环境温度下的安装问题，使得合拢节压缝、焊接不受环境温度的限制，提高了安装时间及质量，节约安装成本。
1.一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统，其特征在于，所述系统包括上游侧填墩，下游侧填墩，分别安装于上游侧填墩和下游侧填墩上的上游侧压力钢管和下游侧压力钢管，安装于上游侧压力钢管一端部的波纹管伸缩节，设置于下游侧压力钢管上的滑动支座支撑环以及位于滑动支座支撑环底部的滑动支座支墩，所述系统还包括位于波纹管伸缩节和下游侧压力钢管之间的合拢节以及沿合拢节圆周分布的波纹管伸缩节受力转换U型粱；
所述系统对相邻填墩之间压力钢管合拢节进行安装的方法，包括以下步骤：
A、在夏天，合拢节的闭合应选择在阴天或早晨太阳未直接照射到钢管之前，在冬天，合拢节的闭合应选择中午有太阳时，此时闭合时的环境温度在管线设计规定的安装闭合温度范围内，当闭合时环境温度超出设计规定的闭合温度范围内时，应对合拢节进行拉伸或压缩预变位，预变位量△L按下式计算：△L＝a1L(t-t0)
式中：△L为膨胀节拉伸或压缩的应变位量，单位为mm，
a1为钢管材料在环境温度下的线膨胀系数，单位为/℃，
L为安装该膨胀节的钢管段上下游两镇墩之间的直线距离，单位为mm，t为安装闭合时的环境温度，单位为℃，
t0为管线设计规定的安装闭合温度范围的临界值，单位为℃；
B、环境温度在设计范围内实际测量合拢节位置钢管圆周方向的开口长度，根据钢管周长确定等分点，并按等分点测量实际开口尺寸；
C、合拢节由2块瓦片组成，合拢节切割前应按实际测得的开口尺寸及圆周分布点放样到2块分瓣瓦片上，通过放样曲线对合拢节进行切割；
A、合拢节瓦片吊装时应在低于环境温度条件下进行，此时开口尺寸大于实际切割后的瓦片尺寸，瓦片才能容易的放入到开口中；
B、初步调整瓦片两端环缝错压，将2块分瓣瓦片组装成整圆，并完成纵缝定位焊焊接；
A、根据钢管直径大小设计波纹管伸缩节受力转换U型粱，均布对称焊接在合拢节两端的压力钢管和波纹管伸缩节端部；
B、U型梁均布对称焊接时应在设计要求的环境温度下进行，焊接完成后应及时割除波纹管伸缩节内置的临时定位加固板解除伸缩节的约束，防止超过环境温度时伸缩节起不到自动调节作用而将焊缝拉裂；
A、为了更好的控制环缝焊接收缩，在完成定位焊后均匀焊接骑马板；
B、压缝完成后先焊接纵缝，再焊接环缝，环缝焊接过程中采用锤击消除应力；
C、环缝焊接前在伸缩节内壁用样冲均布做出标识，并测量尺寸，以便于在设计环境温度时检查焊缝的收缩量。
2.如权利要求1所述一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统，其特征在于，所述波纹管伸缩节受力转换U型粱沿合拢节的圆周分布4组或8组，且波纹管伸缩节受力转换U型粱的一端与波纹管伸缩节焊接，另一端与下游侧压力钢管焊接。
3.如权利要求1所述一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统，其特征在于，所述波纹管伸缩节包括上游侧钢管固定端，波纹管，下游侧钢管可移动端以及临时定位加固板。
4.如权利要求1所述一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统，其特征在于，所述波纹管伸缩节受力转换U型粱由呈横梁以及分布在横梁两侧的侧梁构成，其中横梁的长度由合拢节的长度确定，材质为20#工字钢，侧梁材质为钢板。
5.如权利要求1所述一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统，其特征在于，所述步骤1)前，还包括对合拢节安装前应具备的条件进行核对，具体为：A、检查对应的合拢节编号是否正确，相邻两镇墩之间的所有钢管和钢管节间环缝全部焊接完成，所有临时支撑均已割除，确保钢管轴线方向在环境温度变化情况下无任何约束；
B、波纹管伸缩节已安装完成，与钢管对接的一侧环缝已焊接完成；
C、滑动支座支撑环及滑动支座支墩安装完成且已通过验收。
6.如权利要求1所述一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统，其特征在于，所述闭合温度范围应满足：露天段为15℃～25℃，洞内为10℃～20℃。
7.如权利要求1所述一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统，其特征在于，对于露天安装的钢管段，当t＞25℃时，取t0＝25℃；当t＜15℃时，取t0＝15℃；对于洞内安装的钢管段，当t＞20℃时，取t0＝20℃；当t＜10℃时，取t0＝10℃。
8.如权利要求1所述一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统，其特征在于，所述等分点为16～32个，且相邻等分点弧长不大于500mm。
9.如权利要求1所述一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统，其特征在于，所述合拢节瓦片在长度和宽度方向均有100mm的切割余量；所述放样还应考虑环缝焊接过程中的焊缝收缩量，收缩量为3～5mm。
一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于大型压力钢管合拢节安装技术领域，具体为一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统及方法。
背景技术
[0002] 合拢节安装一直是相邻镇墩压力钢管安装的难点和重点，安装质量的好坏将直接影响引水系统的安全运行和使用寿命，是电站的一大重大安装隐患，好的安装方法不仅可以加快进度，还可以提高安装过程中的安全度，同时也大大地节约了工程成本。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于为了更好的实现水电站项目中合拢节的安装，提供一种相邻镇墩之间压力钢管合拢节的安装系统及安装方法。采用本发明系统及方法可以提高合拢节的安装质量，加快安装速度，提高安装过程中的安全度，有效节约工程成本。
[0004] 本发明目的通过以下技术方案来实现：
[0005] 一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统，所述系统包括上游侧填墩，下游侧填墩，分别安装于上游侧填墩和下游侧填墩上的上游侧压力钢管和下游侧压力钢管，安装于上游侧压力钢管一端部的波纹管伸缩节，设置于下游侧压力钢管上的滑动支座支撑环以及位于滑动支座支撑环底部的滑动支座支墩，所述系统还包括位于波纹管伸缩节和下游侧压力钢管之间的合拢节以及沿合拢节圆周分布的波纹管伸缩节受力转换U型粱。
[0006] 作为本发明所述一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统的一个具体实施例，所述波纹管伸缩节受力转换U型粱沿合拢节的圆周分布4组或8组，且波纹管伸缩节受力转换U型粱的一端与波纹管伸缩节焊接，另一端与下游侧压力钢管焊接。
[0007] 作为本发明所述一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统的一个具体实施例，所述波纹管伸缩节包括上游侧钢管固定端，波纹管，下游侧钢管可移动端以及临时定位加固板。
[0008] 作为本发明所述一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统的一个具体实施例，所述波纹管伸缩节受力转换U型粱由呈横梁以及分布在横梁两侧的侧梁构成，其中横梁的长度由合拢节的长度确定，材质优选为20#工字钢，侧梁材质优选为钢板。
[0009] 一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装方法，采用上述所述的安装系统对相邻填墩之间压力钢管合拢节进行安装，包括以下步骤：
[0010] 1)合拢节长度的确定
[0011] A、在夏天，合拢节的闭合应选择在阴天或早晨太阳未直接照射到钢管之前，在冬天，合拢节的闭合应选择中午有太阳时，此时闭合时的环境温度在管线设计规定的安装闭合温度范围内，当闭合时环境温度超出设计规定的闭合温度范围内时，应对合拢节进行拉伸或压缩预变位，预变位量△L按下式计算：
[0012] △L＝a1L(t-t0)
[0013] 式中：△L为膨胀节拉伸或压缩的应变位量，单位为mm，
[0014] a1为钢管材料在环境温度下的线膨胀系数，单位为/℃，
[0015] L为安装该膨胀节的钢管段上下游两镇墩之间的直线距离，单位为mm，[0016] t为安装闭合时的环境温度，单位为℃，
[0017] t0为管线设计规定的安装闭合温度范围的临界值，单位为℃；
[0018] B、环境温度在设计范围内实际测量合拢节位置钢管圆周方向的开口长度，根据钢管周长确定等分点，并按等分点测量实际开口尺寸；
[0019] C、合拢节由2块瓦片组成，合拢节切割前应按实际测得的开口尺寸及圆周分布点放样到2块分瓣瓦片上，通过放样曲线对合拢节进行切割；
[0020] 2)合拢节吊装及组圆
[0021] A、合拢节瓦片吊装时应在低于环境温度条件下进行，此时开口尺寸大于实际切割后的瓦片尺寸，瓦片才能容易的放入到开口中；
[0022] B、初步调整瓦片两端环缝错压，将2块分瓣瓦片组装成整圆，并将完成纵缝定位焊焊接；
[0023] 3)波纹管伸缩节的受力转换
[0024] A、根据钢管直径大小设计波纹管伸缩节受力转换U型粱，均布对称焊接在合拢节两端的压力钢管和波纹管伸缩节端部；
[0025] B、U型梁均布对称焊接时应在设计要求的环境温度下进行，焊接完成后应及时割除波纹管伸缩节内置的临时定位加固板解除伸缩节的约束，防止超过环境温度时伸缩节起不到自动调节作用而将焊缝拉裂；
[0026] 4)合拢节压缝和焊接
[0027] A、为了更好的控制环缝焊接收缩，在完成定位焊均布焊接骑马板；
[0028] C、压缝完成后先焊接纵缝，再焊接环缝，环缝焊接过程中采用锤击消除应力；
[0029] C、环缝焊接前在伸缩节内壁用样冲均布做出标识，并测量尺寸，以便于在设计环境温度时检查焊缝的收缩量。
[0030] 作为本发明所述一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装方法的一个具体实施例，所述步骤1)前，还包括对合拢节安装前应具备的条件进行核对，具体为：
[0031] A、检查对应的合拢节编号是否正确，相邻两镇墩之间的所有钢管和钢管节间环缝全部焊接完成，所有临时支撑均已割除，确保钢管轴线方向在环境温度变化情况下无任何约束；
[0032] B、波纹管伸缩节已安装完成，与钢管对接的一侧环缝已焊接完成；
[0033] C、滑动支座支撑环及滑动支座支墩安装完成且已通过验收。
[0034] 作为本发明所述一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装方法的一个具体实施例，所述闭合温度范围应满足：露天段为15℃～25℃，洞内为10℃～20℃。
[0035] 作为本发明所述一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装方法的一个具体实施例，对于露天安装的钢管段，当t＞25℃时，取t0＝25℃；当t＜15℃时，取t0＝15℃；对于洞内安装的钢管段，当t＞20℃时，取t0＝20℃；当t＜10℃时，取t0＝10℃。
[0036] 作为本发明所述一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装方法的一个具体实施例，所述等分点为16～32个，且相邻等分点弧长以不大于500mm为宜。
[0037] 作为本发明所述一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装方法的一个具体实施例，所述合拢节瓦片在长度和宽度方向均有100mm的切割余量；所述放样还应考虑环缝焊接过程中的焊缝收缩量，通常为3～5mm为宜。
[0038] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0039] 本发明提供了一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统和方法，可以从根本上解决了大、中型明敷压力钢管合拢节在不同环境温度下安装的技术问题，使得合拢节压缝、焊接不受环境温度的限制，从而大大提高了压力钢管合拢节安装时间，使安装质量也得到了保证，同时也节约了安装成本。
附图说明
[0040] 图1为本发明相邻填墩之间压力钢管合拢节安装系统的结构剖视图。
[0041] 图2为图1中合拢节、伸缩节以及波纹管伸缩节受力转换U型粱的安装放大图。
[0042] 图3为波纹管伸缩节的结构示意图。
[0043] 图4为本发明波纹管伸缩节受力转换U型粱的结构示意图。
[0044] 附图标记：1-上游侧压力钢管，2-波纹管伸缩节，21-上游侧钢管固定端，22-下游侧钢管可移动端，23-导流衬管，24-导流管，25-波纹管，26-吊耳Ⅰ，27-上游侧加强环，28-下游侧加强环，29-吊耳Ⅱ，210-外套管端环，211-外套管，212-临时定位加固板，213-水压试验衬环，214-波纹加强环，215-波纹加强环板，216-聚胺脂，3-下游侧压力钢管，4-滑动支座支撑环，5-滑动支座支墩，6-合拢节，7-波纹管伸缩节受力转换U型梁，71-横梁，72-侧梁，8-上游侧镇墩,9-下游侧镇墩。
具体实施方式
[0045] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0046] 一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统，如图1所示，所述系统包括上游侧填墩8，下游侧填墩9，分别安装于上游侧填墩8和下游侧填墩9上的上游侧压力钢管1和下游侧压力钢管3，安装于上游侧压力钢管1一端部的波纹管伸缩节2(下文中简称伸缩节)，设置于下游侧压力钢管3上的滑动支座支撑环4以及位于滑动支座支撑环4底部的滑动支座支墩5，所述系统还包含位于波纹管伸缩节2和下游侧压力钢管3之间的合拢节6以及沿合拢节6圆周分布的波纹管伸缩节受力转换U型粱7(下文中简称U型梁)。
[0047] 合拢节、伸缩节以及波纹管伸缩节受力转换U型粱的安装放大图如图2所示，根据管径大小，波纹管伸缩节受力转换U型粱7沿合拢节6的圆周分布4组或8组，U型梁7的一端与波纹管伸缩节6焊接，另一端与下游侧压力钢管3焊接。
[0048] 本发明中所述的波纹管伸缩节2可以采用本领域现有的常规波纹管伸缩节结构，主要包括上游侧钢管固定端，波纹管，下游侧钢管可移动端以及临时定位加固板。其中，上游侧钢管固定端与上游侧压力钢管相连；下游侧钢管可移动端与合拢节相连；临时定位加固板为伸缩节出厂前零位调节，现场安装好后割除。
[0049] 进一步，所述波纹管25伸缩节的结构图如图3所示，图3只给出了上半部分波纹管伸缩节的结构，下半部分的结构与上半部分的结构一样。包括上游侧钢管固定端21，下游侧钢管可移动端22，焊接在上游侧钢管固定端21内侧的导流衬管23，焊接在导流衬管23内侧的导流管24，位于上游侧钢管固定端21以及下游侧钢管可移动端22之间设置有波纹管25，所述上游侧钢管固定端21的外侧设置有并列排布的吊耳Ⅰ26和上游侧加强环27，所述下游侧钢管移动端22的外侧设置有并列排布的下游侧加强环28和吊耳Ⅱ29，所述吊耳Ⅱ29的外侧设置有外套管端环210，所述上游侧加强环27和外套管端环210之间设置有外套管211，所述下游侧钢管可移动端22的内侧设置有临时定位加固板212，临时定位加固板212与下游侧钢管可移动端22之间设置有水压试验衬环213。
[0050] 上述优选的伸缩节波纹管结构中，上游侧钢管固定端21与上游侧压力钢管1相连，吊耳Ⅰ26和吊耳Ⅱ29用来吊装，导流管24和导流衬管23焊接在一起，一方面起稳流态作用，另一方面为波纹管25起到内侧保护作用。上游侧加强环27、外套管211、外套管端环210三者组合在一起为波纹管25起到外侧保护作用，波纹管25的前端固定在上游侧钢管固定端21与导流管24之间，波纹管25的后端固定在下游侧钢管可移动端22与导流管24之间，波纹管25的U型槽内设置有波纹加强环214，波纹加强环214上设置有波纹加强环板215，二者对波纹管25起着定位，变形保护作用，二者还可随波纹管25的变化而移动，并处于浮动状态。下游侧加强环28和下游侧钢管可移动端22两者组成为活动端并与合拢节6相连。临时定位加固板212优选为8块，在U型7梁焊接好后及时割除，波纹管25内侧还填充有聚胺脂216，可以膨胀或压缩。
[0051] 进一步，所述波纹管伸缩节受力转换U型粱的具体结构如图4所示，由横梁71以及分布在横梁71两侧的侧梁72构成，其中横梁71的长度由合拢节6的长度确定，材质优选为20#工字钢，侧梁72材质优选为钢板。波纹管伸缩节受力转换U型粱7的作用是在合拢节6安装时对波纹管伸缩节2进行控制的一种受力转换装置，其装置结构简单、使用方便、成本较低，又可明显提高工程进度，同时也能保证安装质量。
[0052] 波纹管伸缩节2与U型梁7受力转换过程，U型梁7均布对称焊接时应在设计要求的环境温度下进行，焊接完成后应及时割断伸缩节内置的临时定位加固板212解除对伸缩节2的约束(及时割除内置式临时定位加固板212主要目的是为了防止超过设计环境温度时伸缩节2起不到自动调节作用而将U型梁7或临时定位加固板212焊缝拉裂，造成受力转换失败)。临时定位加固板212割断后，其对伸缩节2的约束力自动转换到了均布对称布置的U型梁7上，此时合拢节6处的长度将是一个恒定值，不再随温度的变化而变化，伸缩节2起到了自动调节的作用，因此对合拢节6调整、压缝、焊接等后续工序将不再受温度的变化而受影响，从而提高了施工进度。
[0053] 一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装方法，具体操作过程如下：
[0054] 1、合拢节安装前应具备的条件
[0055] A、合拢节安装前，首先应检查对应的凑合节编号是否正确，相邻两镇墩之间的所有钢管和钢管节间环缝全部焊接完成，所有临时支撑均已割除，确保钢管轴线方向在环境温度变化情况下无任何约束。
[0056] B、伸缩节已安装完成，与钢管对接的一侧环缝已焊接完成。
[0057] C、滑动支座安装完成已通过验收。
[0058] 2、合拢节下料长度的确定与下料
[0059] A、在夏天，合拢节的闭合应选择在阴天或早晨太阳未直接照射到钢管之前；在冬天，合拢节的闭合应选择中午有太阳时。此时闭合时的环境温度在管线设计规定的安装闭合温度范围内。当闭合时环境温度超出设计规定的闭合范围内(露天段为15℃～25℃，洞内为10℃～20℃)时，应对膨胀节进行拉伸或压缩预变位，预变位量△L按下式计算：
[0060] △L＝a1L(t-t0)
[0061] 式中：△L为膨胀节拉伸或压缩的应变位量(+为压缩，-为拉伸)，单位为mm；a1为钢管材料在环境温度下的线膨胀系数，单位为/℃；L为安装该膨胀节的钢管段上下游两镇墩之间的直线距离，单位为mm；t为安装闭合时的环境温度，单位为℃；t0为管线设计规定的安装闭合温度范围的临界值，单位为℃；
[0062] 对于露天安装的钢管段，当t＞25℃时，取t0＝25℃；当t＜15℃时，取t0＝15℃[0063] 对于洞内安装的钢管段，当t＞20℃时，取t0＝20℃；当t＜10℃时，取t0＝10℃；
[0064] B、环境温度在设计范围内实际测量合拢节位置钢管圆周方向的开口长度，根据管子周长确定等分点为16～32个点(相邻等分点弧长以不大于500mm为宜)，并按等分点测量实际开口尺寸。
[0065] C、施工现场的合拢节均为2块瓦片组成，在长度和宽度方向均有100mm的切割余量。合拢节切割前应按实际测得的开口尺寸及圆周分布点放样到2块分瓣瓦片上(放样还应考于环缝焊接过程中的焊缝收缩量，通常为3～5mm为宜)，通过放样曲线用半自动切割机对凑合节进行切割。坡口在拼装后用碳弧气刨打坡口，并用角磨机清理干净。
[0066] 3、合拢节吊装及组圆
[0067] A、合拢节瓦片吊装时应在低于环境温度条件下进行，此时开口尺寸大于实际切割后的瓦片尺寸，瓦片才能容易的放入到开口中。
[0068] B、初步调整瓦片2端环缝错压，将2块分瓣瓦片组装成整圆，并将完成纵缝定位焊焊接。
[0069] 4、波纹管伸缩节的受力转换
[0070] A、根据管子直径大小，设计4组或8组U型梁，均布对称焊接在合拢节的压力钢管和伸缩节端部。
[0071] B、U型梁均布对称焊接时应在设计要求的环境温度下进行，焊接完成后应及时割除波纹管伸缩节内置的临时定位加固板解除伸缩节的约束，防止超过环境温度时伸缩节起不到自动调节作用而将焊缝拉裂。注意：伸缩节解除约束前应做好复测标记，并做好记录。
[0072] 5、合拢节压缝和焊接
[0073] A、为了更好的控制环缝焊接收缩，在完成定位焊均布焊接骑马板。
[0074] B、压缝完成后先焊接纵缝，再焊接环缝，环缝焊接过程中采用锤击消除应力。
[0075] C、环缝焊接前在伸缩节内壁用样冲均布做出4组标识，并测量尺寸，以便于在设计环境温度时检查焊缝的收缩量，即完成本发明相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装。
[0076] 本发明提供了一种相邻填墩之间压力钢管合拢节的安装系统和方法，可以从根本上解决了大、中型明敷压力钢管合拢节在不同环境温度下安装的技术问题，使得合拢节压缝、焊接不受环境温度的限制，从而大大提高了压力钢管合拢节安装时间，使安装质量也得到了保证，同时也节约了安装成本。
[0077] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
