1、浅谈波纹管伸缩节在别迭里水电站压力钢管中的应用摘 要：本文介绍了波纹管伸缩节的特点，以及波纹管伸缩节在较大距离压力钢管中的应用，根据实际情况对波纹管伸缩节的安装及压力管道的合拢提出一些建议。 关键词：波纹管伸缩节压力钢管 中图分类号： TM622 文献标识码： A 一、简介 别迭里水电站工程，位于新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜自治州阿合奇县库兰萨日克乡境内的托什干河上。引水压力管道由 4 根单管管径为 4.2m 的压力钢管组成，单根管道长度 1577m。波纹管伸缩节位于镇墩内部，每个部位的伸缩节负责其下游钢管（两个镇墩之间的钢管）的伸缩。单根管线上共设六个伸缩节：压力前池设一个伸缩节，缓坡段
2、约 300m 钢管设一个伸缩节；缓坡段与斜直段交界处设一个伸缩节。 二、波纹管伸缩节的特点 压力钢管是水电站水工建筑物的重要组成部分，而伸缩节又是压力钢管的重要构件，它是压力管道中为减少或消除温度变位和沉陷变位所产生的附加应力而设置的。在以往的水利工程中，大多使用套筒式伸缩节。实践表明，套筒式伸缩节在运行中很少完全避免渗漏，需要经常进行维护，而且维护过程比较困难。波纹管伸缩节是在近来水利工程实践中逐渐发展起来的一种新型伸缩节12。在波纹管伸缩节中，波纹管和压力钢管是焊接成一体的，这种结构形式，使其不但可以很好地适应管道轴向变位和横向位移，而且具有较好的防渗效果。波纹管伸缩节所具有的补偿位移大、
3、安装方便、不漏水、运行可靠、免维护等突出优点，已逐步被业内人士认同。 在别迭里水电站压力钢管中使用的波纹管伸缩节是由中国江苏同方机械制造有限公司制造的。采用外套筒加内导流筒结构，SUS304 不锈钢波纹管伸缩节，其结构模型和技术参数见图 1 与图 2。 图 20.6MPa 波纹管伸缩节的设计参数及技术性能表 三、伸缩节的安装 别迭里水电站压力钢管采用的波纹管伸缩节位于各镇墩内部所设的伸缩节室里面，待伸缩节安装完成后才能进行镇墩的浇筑以及管道的合拢。其安装工序与钢管的安装相似，但是为了保证伸缩节的安全运行，还需要注意下述情况： 、先测量已备好的伸缩节的周长为伸缩节安装划出定位轴线； 、伸缩节焊接
4、时不得将地线接于波纹管的管节上； 、在管道未合拢前不能卸开法兰螺栓，安装时波纹管处于“零”位； 、 钢管最终凑合的部位不宜离伸缩节的距离太长,避免因为伸缩节上下游的钢管过长、钢管表面温度变化太大时产生的应力超过法兰螺栓的承受极限，导致其损坏和伸缩节的变化。 由于别迭里水电站所处的地理环境，压力钢管安装在野外进行，昼夜温差大、日照时间长等原因造成钢管轴向变位与径向位移比较大。所以压力钢管宜以镇墩为起点从下游向上游进行分段安装。提前安装伸缩节并进行伸缩节室（镇墩）的浇筑也是保证伸缩节安装精度与以后能正常工作的措施。 四、管道的合拢及伸缩节的运行 1、管道合拢的最佳温度与间隙 钢管合拢时，凑合节和其
5、它管段之间总留有一定的间隙。焊接时，需要采取施加预应力，或者温度控制的方法，消除这段间隙，从而方便施工人员进行焊接。分析可知，间隙的大小将对凑合节的安装难度，以及伸缩节能够获得最安全的工作应力和最优良的使用效果都起到相当大的作用。下文将对此进行具体讨论，以确定间隙大小并获得适合安装温度的方法。设凑合节的最佳安装温度为 T。在温度为 T 时，且没有任何外力情况下，凑合节和其它钢管间的初始间隙为 。焊接时，焊缝的收缩变位为 h，其值约等于 0.1 倍的钢管厚度。波纹管的轴向变位载荷ds=+h+w。w 为波纹管受内压影响产生的轴向变位荷载，为钢管的理论伸缩量：=LT（=1.210-5,L 为钢管的长
6、度） 。钢管合拢后，波纹管受到轴向拉伸或轴向压缩作用，当伸缩节在最高工作温度（Tmax）时，波纹管受到最大的压缩力 +h-L（Tmax- T）+w；当伸缩节在最低工作温度（Tmin）时,波纹管受到最大的拉伸力 +h-L（Tmin-T）+w。而这两个作用力是完全相关的一方的增加必然导致另一方的减小。而能控制的因素只有安装温度跟凑合节与其它钢管之间的间隙。如果能够通过对这两者的控制，使波纹管受到的最大作用力最大拉伸力与压缩力相等（见式 1） 。max=+h+L（Tmax- T）+w= +h-L（Tmin-T）+w （1） 就可以获得最佳的安装效果。 从减少安装困难的角度分析，初始间隙 的大小应能够
7、使凑合节比较方便地放入其它管段中和其它管段紧密相连，从而便于焊接。所以，最理想的安装间隙为 35mm，此间隙值也是最小的安装间隙值，只能增加不能减小。施工气温选择的余地相对较大，而且容易进行控制。所以，施工中建议先确定 ，然后代入公式（1）进行计算，如果忽略同样大小的轴向拉伸和轴向压缩作用下，最大结构应力的差别，则最终可得求取最佳安装温度的简化公式：T=(Tmax+Tmin)/2-(+h+w)/( L)。根据别迭里水电站的实际情况计算得出凑合节的最佳安装温度为 12左右，别迭里水电站安装凑合节的温度为 13左右，满足理论要求。 2、管道合拢后伸缩节的运行 根据别迭里水电站所处的地理环境，钢管在
8、安装期间其表面温度变化极大。在夏季太阳直射的情况下其表面最高温度可达 70左右（因为钢管表面防腐采用的是无溶剂环氧沥青漆，比较吸热） ，冬季其表面温度会降低到-20左右，造成其轴向变位比较大，所以压力钢管合拢后，为避免损坏伸缩节，应采取相应的措施，及时进行冲水试验或钢管的回填。在凑合节安装完成后，我们分别对伸缩节的伸缩变化及管壁温度进行了测量（见下表） 。 伸缩变化及管壁温度测量记录 表 1 注：1、表中伸缩节变化与理论伸缩量中 “+”表示伸长， “-”表示收缩； 2、在下午测量的管壁温度均为钢管表面极端温度，测量时间为 2010年 9 月； 3、理论计算的伸缩量以 13时伸缩节处于“零”位计
9、算，两镇墩之间的钢管长度按 300m 计算。 通过上表可以看出，实际测量情况中 300m 钢管的实际伸长量与理论计算值相比，差距较大，这主要是由于此段钢管的凑合节安装（伸缩节发挥作用）的温度大于最佳安装温度和钢管凑合时间隙太大，以及实际情况下钢管处于非直线状态与钢管表面受热不均匀引起的。 五、结语 引水压力钢管处于海拨较高、温差较大的地区时，在伸缩节安装完成后应及时进行伸缩节室（镇墩）的浇筑，以确保其安装精度。 选择适合的温度进行压力钢管的合拢，以保证伸缩节的最佳工作状态。同时，为了避免因管道距离长、钢管表面温度变化大时产生的应力使伸缩节损坏，应注意两个情况：一、钢管最终凑合的部位不宜离伸缩节的距离太长；二、压力钢管合拢后，宜及时进行钢管的回填。 参考文献： 1 李正良，洪建凡等. 波纹管伸缩节在水电站压力管道上的应用J.水电站设计，2000，16（4）. 2 李文臣.浅谈压力钢管.波纹管的套管式伸缩节装置在水电厂的应用J.青海电力，2001， （1）：40 41. 3 陈军，段云岭，杜效鹄，潘家铮.波纹管伸缩节设计参数的研究J.水利水电学报，2004.
