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1、(10)申请公布号 CN 102853193 A(43)申请公布日 2013.01.02CN102853193A*CN102853193A*(21)申请号 201210359738.8(22)申请日 2012.09.24F16L 41/02(2006.01)B21C 37/28(2006.01)(71)申请人武汉大学地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学(72)发明人伍鹤皋 汪洋 杜芳琴 苏凯白建明(74)专利代理机构武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 42222代理人鲁力(54) 发明名称一种平底钢岔管及其制造方法(57) 摘要本发明涉及一种平底钢岔管及其制造方法。本发。
2、明的平底钢岔管，包括主管、一端与主管的一端连通的左支锥、一端与主管的一端连通的右支锥、所述左支锥的一侧与右支锥的一侧贴靠并焊接固定；左支锥另一端和右支锥的另一端分别连通有左支管和右支管，所述主管、左支锥、右支锥左支管和右支管的底部均位于同一高程处。具有如下优点：平底钢岔管体型不同于其他钢岔管各管节轴线同一高程的原则，而是保证了各管节管底同一高程。管底同一高程具有独特的优势，在高压管道检修时可以自流排水，不需要采用水泵抽水或在钢岔管上留孔并接专用排水系统。大大缩短排水时间，增加了检修的有效工时；该体型匀称，没有畸形部位，受力合理，没有应力集中现象。(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书11。
3、页 附图6页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 11 页 附图 6 页1/2页21.一种平底钢岔管，其特征在于，包括主管（1）、一端与主管（1）的一端连通的左支锥（2）、一端与主管（1）的一端连通的右支锥（3）、所述左支锥（2）的一侧与右支锥（3）的一侧贴靠并焊接固定；左支锥（2）另一端和右支锥（3）的另一端分别连通有左支管（4）和右支管（5），所述主管（1）、左支锥（2）、右支锥（3）左支管（4）和右支管（5）的底部均位于同一高程处。2.根据权利要求1所述的一种平底钢岔管，其特征在于，所述左支锥（2）和右支锥（3）与主管（1）连通处沿主管（1）。
4、外壁周向设置有腰梁（6）。3.根据权利要求1所述的一种平底钢岔管，其特征在于，所述左支锥（2）与右支锥（3）焊接固定处周向设置有一U型架（7）。4.根据权利要求1所述的一种平底钢岔管，其特征在于，所述左支锥（2）与右支锥（3）焊接固定处内壁还设有一内加强月牙肋板。5.一种权利要求1所述的平底钢岔管的制造方法，其特征在于，基于定义：左支锥轴线与主管轴线夹角右支锥轴线与主管轴线夹角则分岔角为主管半径R、左支管半径r1、右支管半径r2、左支锥半锥顶角1、右支锥半锥顶角2、腰梁加强梁宽为YL、U梁外伸长度为UL、内加强月牙肋板内伸长度为NL，在钢板上裁剪出地形对应的所需形状，然后卷制成主管（1）、左支。
5、锥（2）、右支锥（3）左支管（4）和右支管（5），焊接在一起，其中，所述主管基于公式：其中，(0,2)为参数方程基本未知变量；所述左支锥和右支锥均基于公式：x12+z12=(R/cos-y1tan)2，其中，(0,2)为参数方程基本未知变量，对于左支锥代表1、对于右支锥代表2；所述左支管和右支管均基于公式：其中，(0,2)为参数方程基本未知变量；所述主管与左支锥和右支锥相贯线方程均基于公式：其中，(0,2)为参数方程基本未知变量，r为中间变量；所述左支锥与右支锥相贯线基于公式：其中，(0,2)为参数方程基本未知变量，a、b为中权 利 要 求 书CN 102853193 A2/2页3间变量；所述。
6、左支锥与左支管、以及右支锥与右支管相贯线基于公式：其中，(0,2)为参数方程基本未知变量，对于左支锥代表1、对于右支锥代表2；所述腰梁外围曲线基于公式：其中，(0,2)为参数方程基本未知变量，为中间变量；所述U型梁外围曲线基于公式：其中，(0,2)为参数方程基本未知变量，CL，DL为中间变量；所述内加强月牙肋板内缘线基于公式：其中，(0,2)为参数方程基本未知变量，CL，DL为中间变量。权 利 要 求 书CN 102853193 A1/11页4一种平底钢岔管及其制造方法技术领域0001 本发明涉及一种钢岔管及其制造方法，尤其是涉及一种平底钢岔管及其制造方法。背景技术0002 目前，一大批世界级。
7、的大型电站正在我国西南兴建或处于规划当中，水电站的设计水头与引水管道管径的乘积HD值越来越大、工程地质条件越来越复杂，这对我国水电建设的科技水平和技术提出新的要求。而钢岔管是抽水蓄能电站和常规引水式电站的重要组成部分之一，其安全至关重要。在已建与在建的电站中，钢岔管已得到广泛应用。常用的岔管型式主要有：贴边岔管、三梁岔管、月牙肋岔管、球形岔管、无梁岔管等。0003 在设计合理、制作安装达到相关规范要求的情况下，已投入生产运行的所有钢岔管型式均能分配水流，且结构安全稳定。较为先进的月牙肋钢岔管甚至能保证具有较小的水头损失和较好的应力状态。但是，在运用过程中，所有以上钢岔管型式均不能考虑水电站压力。
8、钢管在检修维护过程中自流排水的要求，如果需要检修维护，只能采用水泵抽水或者岔管管壳部位留孔接排水管进行排水等方式。发明内容0004 本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种保证了各管节管底同一高程，在高压管道检修时可以自流排水，不需要采用水泵抽水或在钢岔管上留孔并接专用排水系统。可大大缩短排水时间，增加了检修的有效工时的一种平底钢岔管及其制造方法。0005 本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种体型匀称，没有畸形部位，受力合理，没有明显的应力集中现象的一种平底钢岔管及其制造方法。0006 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：0007 一种平底钢。
9、岔管，其特征在于，包括主管、一端与主管的一端连通的左支锥、一端与主管的一端连通的右支锥、所述左支锥的一侧与右支锥的一侧贴靠并焊接固定；左支锥另一端和右支锥的另一端分别连通有左支管和右支管，所述主管、左支锥、右支锥左支管和右支管的底部均位于同一高程处。0008 在上述的一种平底钢岔管，所述左支锥和右支锥与主管连通处沿主管外壁周向设置有腰梁。0009 在上述的一种平底钢岔管，所述左支锥与右支锥焊接固定处周向设置有一U型架。0010 在上述的一种平底钢岔管，所述左支锥与右支锥焊接固定处内壁还设有一内加强月牙肋板。0011 一种平底钢岔管的制造方法，其特征在于，基于定义：左支锥轴线与主管轴线夹角右支锥。
10、轴线与主管轴线夹角则分岔角为主管半径R、左支管半径r1、右支管半说 明 书CN 102853193 A2/11页5径r2、左支锥半锥顶角1、右支锥半锥顶角2、腰梁加强梁宽为YL、U梁外伸长度为UL、内加强月牙肋板内伸长度为NL，在钢板上裁剪出地形对应的所需形状，然后卷制成主管、左支锥、右支锥左支管和右支管，焊接在一起，其中，0012 所述主管基于公式：0013 其中，(0,2)为参数方程基本未知变量；0014 所述左支锥和右支锥均基于公式：0015 x12+z12=(R/cos-y1tan)2，其中，(0,2)为参数方程基本未知变量，对于左支锥代表1、对于右支锥代表2；0016 所述左支管和右。
11、支管均基于公式：0017 其中，(0,2)为参数方程基本未知变量；0018 所述主管与左支锥和右支锥相贯线方程均基于公式：0019 其中，(0,2)为参数方程基本未知变量，r为中间变量；0020 所述左支锥与右支锥相贯线基于公式：0021 其中，(0,2)为参数方程基本未知变量，a、b为中间变量；0022 所述左支锥与左支管、以及右支锥与右支管相贯线基于公式：0023 其中，(0,2)为参数方程基本未知变量，对于左支锥代表1、对于右支锥代表2；0024 所述腰梁外围曲线基于公式：0025 其中，(0,2)为参数方程基本未知变量，为中间变量；说 明 书CN 102853193 A3/11页600。
12、26 所述U型梁外围曲线基于公式：0027 其中，(0,2)为参数方程基本未知变量，CL，DL为中间变量；0028 所述内加强月牙肋板内缘线基于公式：0029 其中，(0,2)为参数方程基本未知变量，CL，DL为中间变量。0030 因此，本发明具有如下优点：本发明的优点和效果：1.平底钢岔管体型不同于其他钢岔管各管节轴线同一高程的原则，而是保证了各管节管底同一高程。管底同一高程具有独特的优势，在高压管道检修时可以自流排水，不需要采用水泵抽水或在钢岔管上留孔并接专用排水系统。可大大缩短排水时间，增加了检修的有效工时；2.通过实际水电站的钢岔管为例对平底钢岔管的受力特性进行研究后，验证了该体型的可。
13、靠性和实用性，该体型匀称，没有畸形部位，受力合理，没有明显的应力集中现象。附图说明0031 图1a为本发明的的主视结构示意图；。0032 图1b为图1a的俯视结构示意图。0033 图1c为图1a的左视结构示意图。0034 图1d为为本发明的的立体结构示意图。0035 图2a为本发明的基本已知工程参数，以俯视图表达。（其中，28-主管半径R、29-左支管半径r1、30-右支管半径r2、31-左支锥轴线与主管轴线夹角32-右支锥轴线与主管轴线夹角33-左支锥半锥顶角1、34-右支锥半锥顶角2、35-腰梁加强梁宽为YL、36-U梁外伸长度为UL、37-内加强月牙肋板内伸长度为NL）。0036 图2b。
14、为图2a的侧视图表达。0037 图3a为本发明的主管部分数学方程附图（其中，11-主管方程、12-支锥方程、13-支管方程、14-主管与支锥相贯线方程、15-支锥与支锥相贯线方程、16-支锥与支管相贯线方程）。0038 图3b为图3a的梁系部分数学方程附图（其中，17-腰梁外围曲线方程、18-U梁外围曲线方程、19-内加强月牙肋板内缘线方程）。0039 图4a为本发明的工艺示意图的主管截面示意图（其中，21为为展开参数），0040 图4b为图4a的主管展开示意图（其中，21为、22为R，均为展开参数）。0041 图4c为本发明的工艺示意图的锥管截面（其中，23为、24为、25为，均为展开参数）。
15、。0042 图4d为图4c的锥管展开示意图（其中，21为、26为/sin，均为展开参数）。0043 图5a为工程实例网格图。0044 图5b为图5a的梁系部分。0045 图5c为主管段施工图。0046 图5d为过渡段施工图。说 明 书CN 102853193 A4/11页70047 图5e为支管段施工图。0048 图5f为腰梁施工图。0049 图5g为U梁外围施工图。0050 图5h为肋版施工图。具体实施方式0051 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，主管1、左支锥2、右支锥3、左支管4、右支管5、腰梁6、U型架7。0052 实施例：0053 本发明的平底。
16、钢岔管，包括主管1、一端与主管1的一端连通的左支锥2、一端与主管1的一端连通的右支锥3、所述左支锥2的一侧与右支锥3的一侧贴靠并焊接固定；左支锥2另一端和右支锥3的另一端分别连通有左支管4和右支管5，所述主管1、左支锥2、右支锥3左支管4和右支管5的底部均位于同一高程处。0054 其中，在左支锥2和右支锥3与主管1连通处沿主管1外壁周向设置有腰梁6；左支锥2与右支锥3焊接固定处周向设置有一U型架7；并且在左支锥2与右支锥3焊接固定处内壁还设有一内加强月牙肋板。0055 与以往所有岔管型式不同的是，要求各管节的管底高程相同，这样必然使支锥的轴线倾斜，不再水平。主管与支锥相交，支锥与支管相交，管管。
17、相交时只要保证公切球的半径相同，所有相贯线均为平面曲线，这对加强梁的制作安装以及结构的受力都是有利的。0056 支锥与支管相交处，不平衡力较小，不设置加强梁；支锥与主管相交处，截面半径较大，不平衡力随之增大，应设置加强梁约束局部应力；两支锥相交处由于相贯线较长，切截面较大，不平衡力很大，借鉴内伸月牙形加强梁的钢岔管体型，此处设置内伸月牙形加强梁以承担不平衡力。0057 下面介绍一下本发明中主管1、左支锥2、右支锥3、左支管4、右支管5、腰梁6、U型架7、内加强月牙肋板的制作方法：0058 对于平底钢岔管，该体型的基本已知工程参数有10个，分别为：左支锥轴线与主管轴线夹角右支锥轴线与主管轴线夹角。
18、（那么分岔角为）、主管半径R、左支管半径r1、右支管半径r2、左支锥半锥顶角1、右支锥半锥顶角2、腰梁加强梁宽为YL、U梁外伸长度为UL、内加强月牙肋板内伸长度为NL（见附图1a至图1d）。0059 定义以下的中间变量及坐标转换关系：0060 （1）坐标系OXYZ和坐标系OX2Y2Z2的变换关系：0061 (x2,y2,z2)T=T1(x,y,z)T0062 其中：0063 0064 说 明 书CN 102853193 A5/11页80065 0066 （2）坐标系OX1Y1Z1和坐标系OX2Y2Z2的变换关系：0067 (x1,y1,z1,)T=T2(x2,y2,z2,)T0068 其中：0。
19、069 0070 （3）坐标系O3X3Y3Z3和坐标系OX2Y2Z2的变换关系：0071 (x2,y2,z2)T=T3(x3,y3,z3)T+(L,0,0)T0072 其中：0073 0074 0075 0076 （4）局部坐标系O5X5Y5Z5与基准坐标系的转换关系：0077 0078 其中：0079 0080 0081 （5）坐标系O6X6Y6Z6与坐标系O5X5Y5Z5的转换关系：0082 0083 其中：0084 0085 0086 非对称结构（基本中间变量同对称结构）：0087 （6）局部坐标系OX4Y4Z4与基准坐标系转换关系为：说 明 书CN 102853193 A6/11页90。
20、088 0089 其中：0090 0091 0092 0093 0094 0095 0096 0097 0098 0099 （7）局部坐标系OX5Y5Z5与局部坐标系OX4Y4Z4的转换关系为：0100 0101 其中：0102 0103 说 明 书CN 102853193 A7/11页100104 0105 （8）局部坐标系O6X6Y6Z6与局部坐标系O5X5Y5Z5转换关系为：0106 0107 其中：0108 0109 0110 0111 0112 0113 0114 0115 0116 0117 设(0,2)则各部分的方程如下：（见附图3a至图3b）0118 （1）主管方程：0119 0120 （2）支锥方程：0121 x12+z12=(R/cos-y1tan)20122 （3）支管方程：0123 0124 （4）主管与支锥相贯线方程：0125 说 明 书CN 102853193 A10。