水電工程剛體結構伸縮節
一、概述
水電站發電機組引水系統壓力鋼管布置在上平洞、上彎段、斜井段和下平洞,劃 分為壩內埋管段和明管段,其中壓力鋼管斜井段的大壩與山體相接處設置有功能型雙 波剛體結構伸縮節,為明管,以滿足水溫變幅、氣溫變幅、內水壓力及壓力脈動等變 化情況下壓力鋼管在徑向和軸向方向上的補償功能,保證壓力鋼管的運行安全。此伸 縮節的結構型式設計新型,改過去常用的內外套筒式結構為焊接法蘭螺栓聯接的雙波 殼亞剛體結構。
二、結構特點
該剛體結構伸縮節主要由厚壁件總成和功能件總成兩大部件組成,厚壁件總成長 1m,由伸縮管、法蘭、環板、剛體環、接力環、長環、短環、增高環、壓圈等 20 多 個零部件組成;功能件總成由波殼體、波芯體、導流環等部件組成。其結構型式為雙 波殼水封系統的剛體伸縮節,波紋管水封系統與橡膠水封系統均能單獨滿足強度、剛度、 穩定性、變形疲勞壽命及封水等設計條件。
波殼體裝置為雙層球面波紋密封結構,單層波殼體又分為 16 張瓦片組成瓦片厚度
為 3 mm,裝配在厚壁件總成內壁,內層波殼體波谷內裝配聚四氟乙烯(F4)波芯體, 瓦片分瓣裝焊,每瓣裝焊完成后,按設計要求填充 F4,要求塞填密實,以有效保證整 個亞剛體結構的承壓性能。剛體結構伸縮節為免維護、免檢修結構,能適應以伸縮變 位為主,兼有適量彎曲和錯位的三維變位伸縮節裝置。
伸縮節外厚壁件總成材料為 WDB620、Q345、0Cr18Ni9Ti 三種材質鋼板,厚度 為 6mm ~ 80mm 等八種規格;波殼體和導流環材料為 0Cr18Ni9Ti 不銹鋼,厚度為 3mm、4mm;波芯體材料為聚四氟乙烯類亞剛體材料,組合法蘭與壓圈節主體通過螺 栓組合成整體。伸縮節在制造車間進行整體水壓試驗,波殼體密封性試驗 1.1 倍工作 壓力 /60min, 波殼體強度試驗 1.5 倍工作壓力 /10min。
三、伸縮節主要技術參數
3.1 荷載和伸縮節兩端相對位移
***高承水壓力 1.5 倍工作壓力
波殼體抗失穩強度 1.5 倍工作壓力
軸向伸縮量
厚壁件總成使用壽命 等同壓力鋼管
波殼密封使用壽命 ≥ 50 年
3.2 溫度條件
水溫變幅 20℃
氣溫變幅 20℃
3.3 主要外形尺寸及安裝運行條件
內徑 1000-10000mm
理論長度 1000-2000mm
***大運行水頭 179m
額定運行水頭 140m
***小運行水頭 97m
圖1 雙波剛體結構伸縮節結構圖

1. 帶法蘭伸縮管2. 帶法蘭伸縮管的法蘭3. 帶法蘭伸縮管的短環4. 長環5. 結構型伸縮管的增高環6. 結構型伸縮管的環板7. 角位加強板8. 壓圈9. 結構型伸縮管10. 定位螺釘11. 定位螺釘12. 連接螺栓13. 密封壓板14. 帶法蘭剛體環的密封端法蘭15. 帶法蘭剛體環的接力環16. 盤根17. 筋板18. 定位螺釘19. 帶法蘭剛體環的法蘭20. 帶法蘭剛體環21. 盤根22. 連接螺栓23. 角位加強板