应用CAD提高水工业月牙肋岔管设计效率鼓风机
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应用CAD提高水工业月牙肋岔管设计效率
应用CAD提高水工业月牙肋岔管设计效率 2011年12月09日 来源： 摘要：针对月牙肋岔管的体型特点，结合锦潭水电站岔管的设计，首次采用CAD作图法，对岔管的外部体型和月牙肋肋板体型进行设计。比解析法提高了设计准确性、精度和设计效率。 关键词：月牙肋 岔管 CAD设计 1 概述
压力钢管是水利水电工程中输水建筑物的组成部分。它将水从水库、前池或者调压室中在承受压力的条件下引入水轮机或其他设备，以满足发电、供水等要求。当一根钢管需要供应多台机组，或者从钢管中引走一部分流量供其他用途时，便需要设置岔管，所以岔管的设计是钢管设计中的重要内容之一。
根据加强方式不同可分为以下几种常见的岔管型式：三梁岔管、月牙形内加强肋岔管、贴边岔管、球型岔管和无梁岔管。设计岔管时，为了满足结构上妥善解决不平衡内外水压力问题，使岔管有足够的安全度，并使材料节约、尺寸缩小、施工方便，还要满足水力学上水流平稳、水头损失小等要求，其体型设计和结构计算十分复杂。本文将对月牙肋型钢岔管的CAD体型设计及计算中遇到的一些问题做进一步的探讨。
锦潭水电站位于广东省英德市西北部，是以发电为主，同时兼顾灌溉，减免洪涝灾害并促进地方经济发展的综合利用工程。枢纽主要建筑物有混凝土双曲拱坝和引水式电站厂房。引水隧洞总长360m，由上、下平段和上、下弯段及斜井段组成，上平段、上弯段、斜井段及下弯段为钢筋混凝土衬砌，下平段为钢管衬砌，主管管径3m，经岔管分出三条支管与三台水轮机前蝶阀相接。
经方案比较，考虑到内加强月牙肋岔管，具有结构合理，水头损失小，要求洞室开挖断面小，制造简单，便于整体运输等优点，且适用于HD值较大的情况，较适合本工程，故给予选用。受工程各方面限制设置为双卜型岔管，见图1。
图1
2.月牙型内加强肋岔管的体型CAD设计过程
现今的各种关于月牙型内加强肋岔管的设计资料，包括《水电站压力钢管设计规范》（DL/T 5141-2001）中对月牙型内加强肋岔管的体型设计方法，几乎都采用的是数解法，即通过已经定型的公式来计算岔管各点坐标、参数等，从而最后绘出岔管几何体型。
随着CAD技术的发展和CAD出图的普及，使得用CAD法确定及绘制月牙型内加强肋岔管几何体型变得简单可行。下文将结合锦潭水电站钢岔管设计做详细介绍。
2.1确定岔管轴线夹角α
本工程α角选用60°。这里说的α角并不是“规范”中的ω角，α角见“图2”，ω角在后文的几何设计时确定的。
2.2确定岔管公切球半径Ri与公切球位置
为了方便制图与计算，本工程采用管壁中线法制图。根据“规范”，Ri取主管半径1.2倍左右，公切球半径选1815mm。
此时，可绘制出“图2”如下：
图2
因公切球球心位置在支管2上，故公切球位置已经固定，见图2。
2.3确定岔管钝角区与锐角区转角
钝角区腰线转折角C1、支管腰线转折角C2不宜大于15°，本工程取14°。最大直径处腰线转折角C0不宜大于12°，本工程取12°。C3等过渡角在现行规范中并没有明确规定，同时参考“规范”中弯管相邻管节转角不宜大于10°的规定，本工程C3角取10°。
2.4调整转角斜边长度控制整体岔管体型
这一步是比较复杂和麻烦的，希望读者自行进行调整，在满足规范的前提下使岔管体型变化平顺，尽量接近“规范”中岔管体型，同时注意满足环向焊缝不宜小于300mm的构造要求。本工程调整后见图3： 图3
需要注意的是，图3中A点并不在公切球上，而是两条公切球切线的交点。
2.5绘制岔管相贯线
相贯线的绘制方法请参考有关书籍，在这里就不详细论述了。相贯线的绘制见图4：
图4
2.6岔管轴线的确定
岔管由三个主岔管节和若干过渡管节组成，每两个相邻管节间存在一个公切球，公切球球心间的连线即为管轴线。而只需要选择三条切线就可以确定出公切球。如选择图5中线1、线2、线3就可以绘出公切球1。
图5
绘制出所有公切球，并将公切球球心连线，就可绘出岔管轴线。