CN105171342B - 大型泵站虹吸式出水流道模型的制作成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大型泵站虹吸式出水流道模型的制作成形方法，属于水利工程泵站技术领域。该方法的特征是：将虹吸式出水流道的制作成形过程分为骨架成形、小段成形和整体成形三个主要阶段；引入误差易于控制的虹吸式出水流道的骨架，作为小段成形和整体成形的依托；将虹吸式出水流道按图纸分为若干个小段，按所述各个小段的展开图下料；借助于骨架，对各个小段进行成形操作并与骨架点焊连接，逐段拼接实现整体成形；利用三维扫描技术对整体成形后的虹吸式出水流道进行检验和修整。本发明提供的虹吸式出水流道模型制作方法，具有一系列有效的误差控制措施，可保证虹吸式出水流道模型的制作成形精度，为提高泵装置模型性能试验的质量提供了必要条件。

Description

大型泵站虹吸式出水流道模型的制作成形方法

技术领域

本发明属于水利工程泵站技术领域，具体涉及大型泵站虹吸式出水流道模型的制作成形方法，应用于泵装置模型性能试验所需的虹吸式出水流道模型的精确制作成形。

背景技术

虹吸式出水流道具有水力性能优异、断流方式简单可靠的突出优点，大型低扬程立式泵装置较多地应用了虹吸式出水流道。为检验大型低扬程泵装置的水力性能，有关规范要求在大型低扬程泵站正式开工建设前必须进行泵装置模型性能试验。虹吸式出水流道由进口段、直线段、驼峰段和下降段组成，在其立面方向为曲率变化很大的曲线形，其断面形状则由进口断面的圆形渐变为出口断面的矩形。应用于大型泵装置模型性能试验的出水流道模型一般要求采用厚度为5mm的钢板制作，由于虹吸式出水流道的三维形体复杂，采用现有方法制作的虹吸式出水流道模型存在较大误差。现有的制作方法是由熟练的钣金工根据经验，通过手工绘图将虹吸式出水流道拆分为数块，用硬纸板剪样，根据所剪纸样切割下料，对下料完成后的钢板进行敲打成形，最后进行整体拼接。由于现有方法的绘图拆分、放样下料、分块成形和整体拼接等操作过程较为粗糙，缺乏控制误差的有效措施，所制作的虹吸式出水流道模型的误差较大，远不能满足高精度泵装置模型性能试验的要求。

发明内容

本发明针对上述现有方法的缺陷，提供用于虹吸式出水流道模型精确成形的制作方法。本发明的特征是，将虹吸式出水流道模型的制作成形过程分为骨架成形、小段成形和整体成形三个主要阶段；引入误差易于控制的虹吸式出水流道模型的骨架，作为小段成形和整体成形的依托；将虹吸式出水流道模型按图纸分为若干小段，按各小段的展开图逐段切割钢板下料；借助于骨架，分别对各个小段进行成形加工并与骨架点焊连接，逐段拼接实现整体成形；利用三维扫描技术对整体成形后的虹吸式出水流道模型进行检验和修整。本发明提供的虹吸式出水流道模型制作成形方法，具有一系列有效的误差控制措施，可保证虹吸式出水流道模型制作成形的精度，为提高泵装置模型性能试验的质量提供了必要条件。

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

1．将虹吸式出水流道模型分为A、B两段制作：所述虹吸式出水流道模型的进口段为流道A段，所述虹吸式出水流道模型的直线段、驼峰段和下降段连成一起为流道B段；

2．引入误差易于控制的虹吸式出水流道模型的骨架，作为所述虹吸式出水流道模型小段成形和整体成形的依托；骨架由所述虹吸式出水流道模型的纵向对称平面和所述虹吸式出水流道模型的各个断面构成；

3．按所述虹吸式出水流道模型的图纸，将流道A段和流道B段分别分为若干小段，通过实体模型设计软件得到所述各个小段的展开图，采用数控线切割机对钢板进行切割得到所述各个小段的展开图钢板；

4．逐个小段对所述展开图钢板进行冷压弯曲加工，并借助于骨架，将所述小段成形，使其能与骨架的相应位置贴合；

5．将所述成形后的小段逐个与骨架点焊连接，拼接成整体；在拼接过程中逐步拆除所述骨架中的断面，最后拆除所述骨架中的纵向对称平面；

6．利用三维扫描技术对所述整体成形后的虹吸式出水流道模型内壁进行检测，并将检测结果与所述虹吸式出水流道模型的三维图形进行比较，根据比较结果，对不符合要求之处进行修整；

7．为保证所述虹吸式出水流道模型的刚度，在其外壁焊接加强筋。

本发明的目的是这样实现的：

1．将虹吸式出水流道模型分为A、B两段制作：所述虹吸式出水流道模型的进口段为流道A段，所述虹吸式出水流道模型的直线段、驼峰段和下降段连成一起为流道B段；按所述虹吸式出水流道模型的图纸，将流道A段和流道B段分别分为若干小段；

2．按下列步骤分别制作流道A段和流道B段的骨架：

（1）采用数控线切割机，分别按所述流道A段和流道B段纵向对称平面的图形将厚度为5mm的钢板切割成形，得到流道A段和流道B段骨架的龙骨；

（2）将所述流道A段和流道B段各个断面的中部切除5mm，得到扣除了龙骨厚度的各个断面左右对称的半断面图形；采用数控线切割机，按所述半断面图形逐对将厚度为2mm的钢板切割下料，得到所述骨架的一系列半断面钢板；

（3）分别按所述流道A段和流道B段图纸中各断面的位置，将所述半断面钢板逐对与龙骨点焊连接，形成流道A段和流道B段的骨架；

3．按下列步骤分别对流道A段和流道B段的各个小段进行制作成形：

（1）通过实体模型设计软件分别得到流道A段和流道B段的各个小段的展开图，采用数控线切割机按所述各个小段的展开图将厚度为5mm的钢板切割为各小段的展开图钢板；

（2）所述各小段的展开图钢板各有4个圆弧段，每个圆弧段内侧的长度均为L（单位为mm），取n=[0.05L]，分别对每个圆弧段进行n等分，并在所述各小段的展开图钢板上相应位置绘制n+1条等分线；若L小于20mm，则取n＝0，即：仅在圆弧段的中心绘制1条等分线；

（3）沿所述各小段展开图钢板的中心线将其分割为左右对称的“半小段”的展开图钢板；

（4）对所述各“半小段”的展开图钢板打坡口，坡口位置位于所述“半小段”成形后的外周；

（5）成对地对所述“半小段”展开图钢板逐个圆弧、逐条等分线地沿所述等分线进行冷压弯曲加工，得到左右对称的初步成形的“半小段”，将初步成形的“半小段”逐一与骨架进行贴合比较，再根据比较结果进行局部修整，逐步完成所述各个小段的成形；

4．按下列步骤分别对流道A段和流道B段进行整体成形：

（1）分别由流道A段和流道B段的进口至出口逐个小段地将所述成形后的小段与骨架点焊连接；将所述点焊连接完成后的小段进口一侧的所述半断面钢板敲掉；

（2）对所有小段完成第（1）步骤后，对各相邻小段之间的连接缝进行满焊；

（3）第（2）步骤完成后，拆除所述骨架的龙骨；

5．按下列步骤分别对流道A段和流道B段进行检验与修整：

（1）采用三维扫描仪分别对整体成形后的流道A段和流道B段的内壁进行三维扫描；

（2）将三维扫描得到的图形与所述流道A段和流道B段的三维图形分别进行比较，根据比较结果对不符合要求之处进行修整；

6．在流道A段制作完成后，在流道A段外壳上依次焊接填料函支座和轴承支座，使流道A段与模型泵的叶轮室、导叶体构成完整的模型泵段；流道A段进口与模型泵导叶体出口之间采用法兰连接，该法兰为圆形法兰，设止口，采用青壳纸止水；

7．流道A段与流道B段之间通过法兰A与法兰B连接，法兰A与法兰B采用厚度为30mm的钢板制作；法兰A与法兰B孔口的形状为直边圆角形，法兰A与法兰B孔壁的形线是流道形线的一部分；法兰A与法兰B的加工步骤如下：

（1）完成法兰面加工和法兰螺栓孔打眼等工作；

（2）将法兰A与法兰B通过其四周的螺栓夹紧，采用数控机床完成法兰A和法兰B孔壁形线的加工，使其与所述虹吸式出水流道模型的形线保持一致；

（3）由于法兰A和法兰B的孔口形状为直边圆角形，为保证法兰A与法兰B在连接后孔壁齐平，在第（2）步骤完成且所述螺栓未松开之前在法兰A和法兰B的面板上开设两个锥形定位销孔；

（4）拆掉法兰A和法兰B四周的螺栓，将法兰A焊接在流道A段的出口断面，将法兰B焊接在流道B段的进口断面；所述流道钢板的内壁与所述法兰的孔壁齐平，焊缝位于所述流道钢板的外侧；

（5）法兰A和法兰B之间采用橡胶板止水；

8．为保证虹吸式出水流道模型具有足够的刚度，分别在所述流道A段和流道B段的外壁焊接横竖两个方向的加强筋；

9．对成形、焊接工作全部完成后的流道A段和流道B段进行退火处理；

10．对退火处理后的所述流道A段和流道B段的内、外壁进行打磨和油漆。

与现有方法相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明具有虹吸式出水流道模型制作成形精度高的突出优点，为保证泵装置模型性能试验的有效性和精确性提供了必要条件。

第二，应用本发明制作的虹吸式出水流道模型分为两段，其进口段与模型泵组装成模型泵段的整体，为模型泵段在制造厂完成组装和转动系统的整体调试提供了必要条件，模型泵轴系的调整精度可得到充分保证。

第三，本发明稍加改动即可推广应用于低扬程泵装置其它型式出水流道模型的制作，这对于全面解决大型泵装置出水流道模型制作的质量问题具有重要意义。

附图说明

图1（a）是本发明实施例的虹吸式出水流道模型立面单线图；

图1（b）是本发明实施例的虹吸式出水流道模型平面展开单线图；

图2是本发明流道A段的分段示意图；

图3是本发明流道B段的分段示意图；

图4是本发明的流道A段骨架示意图；

图5是本发明的流道B段骨架示意图；

图6是本发明的小段展开图；

图7是本发明成形后的流道A段的透视图；

图8是本发明成形后的流道B段的透视图；

图9是本发明的模型泵段示意图；

图10是本发明的法兰A平面形状示意图；

图11是本发明的法兰A和法兰B剖面形状示意图；

图中：1进口段，2直线段，3驼峰段，4下降段，5龙骨，6中心线，7模型泵叶轮室，8模型泵导叶体，9流道A段，10填料函支座，11轴承支座，12螺栓孔，13锥形定位销孔，14法兰A，15法兰B，16橡胶板止水。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

实施例

某大型低扬程泵站叶轮直径为3000mm，采用虹吸式出水流道，为满足泵装置模型性能试验的要求，需用厚度为5mm的钢板制作该站虹吸式出水流道的模型。拟采用的模型泵叶轮直径为300mm，原、模型的尺寸比为10:1。该流道模型的立面单线图和平面展开单线图分别如图1（a）和图1（b）所示。

应用本发明制作所述虹吸式出水流道模型的步骤如下：

1．将虹吸式出水流道模型分为A、B两段制作；所述虹吸式出水流道模型的进口段1为流道A段，所述虹吸式出水流道模型的直线段2、驼峰段3和下降段4连成一起为流道B段；按虹吸式出水流道模型的图纸，将流道A段分为9小段、10个断面，如图2所示，将流道B段分为30小段、31个断面，如图3所示；

2．按下列步骤分别制作流道A段和流道B段的骨架：

（1）采用数控线切割机，分别按所述流道A段和流道B段纵向对称平面的图形将厚度为5mm的钢板切割成形，得到流道A段和流道B段骨架的龙骨5；

（2）将所述流道A段和流道B段各个断面的中部切除5mm，得到扣除了龙骨厚度的各个断面左右对称的半断面图形；采用数控线切割机，按所述半断面图形逐对将厚度为2mm的钢板切割下料，得到所述骨架的一系列成对的半断面钢板；

（3）分别按所述流道A段和流道B段图纸各断面的位置，将所述半断面钢板逐对与龙骨5点焊连接，形成流道A段和流道B段的骨架；图4所示为流道A段的骨架示意图，图5所示为流道B段的骨架示意图；

3．按下列步骤分别对流道A段和流道B段的各个小段进行分段成形：

（1）通过实体模型设计软件分别得到流道A段、流道B段的各小段的展开图，图6所示为其中一个小段的展开图；采用数控线切割机按所述各小段的展开图将厚度为5mm的钢板切割为各小段的展开图钢板；

（2）所述展开图钢板有4个圆弧段，每个圆弧段内侧的长度均为L（单位为mm），取n=[0.05L]，分别对每个圆弧段进行n等分，并在所述各小段的展开图钢板上相应位置绘制n+1条等分线；若L小于20mm，则取n＝0，即：仅在圆弧段的中心绘制1条等分线；本实施例图6所示每个圆弧段内侧的长度均为L=108mm，取n=[0.05×108]=5，分别对每个圆弧段进行5等分，并在所述展开图钢板上相应位置绘制6条等分线，如图6中的虚线所示；

（3）沿所述各小段展开图钢板的中心线6将其分割为左右对称的“半小段”的展开图钢板；

（4）对所述各“半小段”的展开图钢板打坡口，坡口位置位于所述“半小段”成形后的外周；

（5）成对地对所述“半小段”展开图钢板逐个圆弧、逐条等分线地沿所述等分线进行冷压弯曲加工，得到左右对称的初步成形的“半小段”，将初步成形的“半小段”逐一与骨架进行贴合比较，再根据比较结果进行局部修整，逐步完成所述小段的成形；

4．按下列步骤分别对流道A段和流道B段进行整体成形：

（1）分别由流道A段和流道B段的进口至出口逐段将所述成形后的小段与所述骨架的龙骨5点焊连接；将所述点焊连接完成后的小段进口一侧的所述半断面钢板敲掉；

（2）对所有小段完成第（1）步骤后，对各相邻小段之间的连接缝进行满焊；

（3）第（2）步骤完成后，拆除所述骨架的龙骨5；

5．按下列步骤分别对流道A段和流道B段进行检验与修整：

（1）采用三维扫描仪分别对整体成形后的流道A段和流道B段的内壁进行三维扫描；

（2）将三维扫描得到的图形与所述流道A段和流道B段的三维图形分别进行比较，根据比较结果对不符合要求之处进行修整；图7所示为成形后的流道A段的透视图，图8所示为成形后的流道B段的透视图；

6．在流道A段9制作完成后，在流道A段9外壳上依次焊接填料函支座10和轴承支座11，使流道A段9与所述模型泵叶轮室7、模型泵导叶体8构成完整的模型泵段，如图9所示；流道A段9进口与所述模型泵导叶体8出口之间采用法兰连接，该法兰为圆形法兰，设止口，采用青壳纸止水；

7．流道A段与流道B段之间通过法兰A14与法兰B15连接，法兰A14与法兰B15采用厚度为30mm的钢板制作；图10所示为法兰A的平面形状示意图，图11所示为法兰A和法兰B的剖面形状示意图；法兰A14与法兰B15的加工步骤如下：

（1）完成法兰面加工和法兰的螺栓孔12的打眼工作；

（2）将法兰A14与法兰B15通过其四周的螺栓夹紧，采用数控机床完成法兰A14和法兰B15孔壁形线的加工，使法兰A14与法兰B15孔壁形线与所要求的流道形线保持一致；

（3）在第（2）步骤完成后且所述螺栓未松开之前在法兰A14和法兰B15的面板上开设两个锥形定位销孔13；

（4）拆掉法兰A14和法兰B15四周的螺栓，将法兰A14焊接在流道A段的出口断面，将法兰B15焊接在流道B段的进口断面；所述流道钢板的内壁与所述法兰的孔壁齐平，焊缝位于所述流道钢板的外侧；

（5）法兰A14和法兰B15之间采用橡胶板止水16；

8．分别在流道A段与流道B段的外壁焊接横竖两个方向的加强筋；加强筋的材料采用6×600mm的扁钢，相邻两道加强筋的间距为250mm；加强筋与流道外壁的焊接方式：焊缝长度为50mm的两侧分段交错焊接；

9．对成形、焊接工作全部完成后的流道A段和流道B段进行退火处理；

10．对退火处理后的所述流道A段和流道B段的内、外壁进行打磨和油漆。

Claims (6)

1.大型泵站虹吸式出水流道模型的制作成形方法，其特征是，包含以下步骤：

（1）将虹吸式出水流道模型分为A、B两段制作，所述虹吸式出水流道模型的进口段为流道A段，所述虹吸式出水流道模型的直线段、驼峰段和下降段连成一起为流道B段；按虹吸式出水流道模型的图纸，将流道A段和流道B段分别分为若干小段；

（2）分别制作流道A段和流道B段的骨架；（3）按流道A段和流道B段的各小段展开图下料，借助于骨架，分别对流道A段和流道B段的各个小段进行分段成形；

（4）将成形的各个小段与对应的骨架相连接，之后逐段拼接，分别完成流道A段和流道B段的整体成形；

（5）分别对初步整体成形后的流道A段和流道B段进行整体检验与修整；

（6）在流道A段制作完成后，在流道A段外壳上依次焊接填料函支座和轴承支座，使流道A段与模型泵的叶轮室、导叶体构成完整的模型泵段；流道A段进口与模型泵导叶体出口之间采用法兰连接，该法兰为圆形法兰，设止口，采用青壳纸止水；

（7）流道A段与流道B段之间通过法兰A与法兰B连接，法兰A与法兰B采用厚度为30mm的钢板制作；法兰A与法兰B孔口的形状为直边圆角形，法兰A与法兰B孔壁的形线与流道形线保持一致；

（8）在成形后的流道模型外壁焊接横竖两个方向的加强筋；

（9）对成形、焊接工作全部完成后的流道A段和流道B段进行退火处理；

（10）对退火处理后的所述流道A段和流道B段的内、外壁进行打磨和油漆。

2.根据权利要求1所述的大型泵站虹吸式出水流道模型的制作成形方法，其特征是，按下列步骤分别制作所述流道A段和流道B段的骨架：

（1）采用数控线切割机，分别按所述流道A段和流道B段纵向对称平面的图形将厚度为5mm的钢板切割成形，得到流道A段和流道B段骨架的龙骨；

（2）将所述流道A段和流道B段各个断面的中部切除5mm，得到扣除了龙骨厚度的各个断面左右对称的半断面图形；采用数控线切割机，按所述半断面图形逐对将厚度为2mm的钢板切割下料，得到所述骨架的一系列半断面钢板；

（3）分别按所述流道A段和流道B段图纸各断面的位置，将所述半断面钢板逐对与龙骨点焊连接，形成流道A段和流道B段的骨架。

3.根据权利要求1所述的大型泵站虹吸式出水流道模型的制作成形方法，其特征是，按下列步骤分别对所述流道A段和流道B段的各个小段进行分段成形：

（1）通过实体模型设计软件分别得到流道A段和流道B段的各个小段的展开图，采用数控线切割机按所述展开图将厚度为5mm的钢板切割为各小段的展开图钢板；

（2）所述各小段的展开图钢板各有4个圆弧段，每个圆弧段内侧的弧长均为L（单位为mm），取n=[0.05L]，分别对每个圆弧段进行n等分，并在所述各小段的展开图钢板上相应位置绘制n+1条等分线；若L小于20mm，则取n＝0，即：仅在圆弧段的中心绘制1条等分线；

（3）沿所述各小段展开图钢板的中心线将其分割为左右对称的“半小段”的展开图钢板；

（4）对所述各“半小段”的展开图钢板打坡口，坡口位置位于所述小段成形后的外周；

（5）成对地对所述“半小段”展开图钢板逐个圆弧、逐条等分线地沿所述等分线进行冷压弯曲加工，得到左右对称的初步成形的“半小段”，将初步成形的“半小段”逐一与骨架进行贴合比较，再根据比较结果进行局部修整，逐步完成所述各个小段的成形。

4.根据权利要求2所述的大型泵站虹吸式出水流道模型的制作成形方法，其特征是，按下列步骤分别对所述流道A段和流道B段进行整体成形：

（1）分别由流道A段和流道B段的进口至出口逐个小段地将所述成形后的小段与骨架点焊连接；逐个小段地将所述点焊连接完成后的小段进口一侧的所述半断面钢板敲掉；

（2）对所有小段完成第（1）步骤后，对各相邻小段之间的连接缝进行满焊；

（3）第（2）步骤完成后，拆除所述骨架的龙骨。

5.根据权利要求1所述的大型泵站虹吸式出水流道模型的制作成形方法，其特征是，按下列步骤分别对所述流道A段和流道B段进行检验与修整：

（1）采用三维扫描仪分别对整体成形后的流道A段和流道B段的内壁进行三维扫描；

（2）将三维扫描得到的图形与所述流道A段和流道B段的三维图形分别进行比较，根据比较结果对不符合要求的部位再进行局部修整。

6.根据权利要求1所述的大型泵站虹吸式出水流道模型的制作成形方法，其特征是，所述法兰A与法兰B的加工步骤为：

（1）完成法兰面加工和法兰螺栓孔打眼工作；

（2）将法兰A与法兰B通过其四周的螺栓夹紧，采用数控机床完成法兰A和法兰B孔壁形线的加工，使其与所述虹吸式出水流道模型的形线保持一致；

（3）在第（2）步骤完成且所述螺栓未松开之前在法兰A和法兰B的面板上开设两个锥形定位销孔；

（4）拆掉法兰A和法兰B四周的螺栓，将法兰A焊接在流道A段的出口断面，将法兰B焊接在流道B段的进口断面；所述流道钢板的内壁与所述法兰的孔壁齐平，焊缝位于所述流道钢板的外侧；

（5）法兰A和法兰B之间采用橡胶板止水。