水电站钢岔管应力测试分析

某水电站岔管采用“一分为二”的月牙肋形式，岔管钢材采用07MnMoVR调质钢或Q500CF-C级低焊接裂纹敏感性高强度钢。根据设计要求，钢岔管出厂交付使用时应按相关要求进行水压试验。

由于岔管的板厚大、结构刚性拘束大，焊接时会产生较大的焊接残余应力。为检验钢岔管结构设计的合理性，验证钢岔管焊接接头性能的可靠性，并确定通过水压试验部分消除钢岔管焊接残余应力的实际情况，在岔管水压实验过程中，同时对其进行应力测试。

岔管检测点布置及安装

共18个测点，其中，管壁2*8点，肋板2点。布置方式：内侧点环向布置，外侧点横向布置，相对应的测点呈垂直方向。

根据该水电站钢岔管压水试验技术要求，本试验采用电阻应变片检测钢板在压水过程中的应力变化，采用电阻应变仪采集应变。

钢岔管水压试验

试验压力

岔管水压试验*大压力2.1MPa。试验压力分为如下四个阶段：P₁=0.8MPa，P₂=1.2MPa，P₃=1.7MPa、P₄=2.1MPa。岔管水压试验的加压速度为不大于0.05MPa/min。

试验步骤

1. 首先向岔管内充水，直至水从排气管溢出，岔管充水工作即告结束。

2. 用压力泵向岔管内分级加压，顺序加压至预定级别压力后，停止加压，稳压30min，并对岔管进行应力测试。

3. 加压至*大工作压力1.7MPa时，关闭加压泵的进水阀门，维持压力30min。压力表指示的压力应保持稳定，不应有指针颤动现象，测试应力、应变，并对岔管进行认真检查，用木锤敲击管壁及焊缝，检查焊缝情况。

4. 若步骤3正常，则继续加压至p₄，关闭加压泵的进水阀门，维持压力30min，压力表指示的压力应无变动。测应力、应变。然后将压力再回降至P₃，并在维持此压力的情况下，对岔管进行详细检查。

5. 完成步骤4且压力正常，开始逐级减压，各级稳压30min，对岔管进行应力测试。

6. 岔管水压试验按照规定的程序完成后，应随即通过增压系统的溢流控制阀将系统外压力卸至钢管内水的自重压力；在确认管段上端的排气阀门打开后。方可进行钢管内水的排放作业。

水压试验测试结果及分析

测试结果

表1所示为钢岔管外侧测点应力观测结果。因现场条件复杂，观测时外侧4^#、8^#测点测试值无效。根据表2制作岔管水压试验岔管外侧测点应力与加压过程线图可知，外测6^#测点及拟合线匹配良好，卸压过程线与加压过程线基本拟合。

表2是钢岔管内侧及肋板内缘测点应力分布，根据表2制作钢岔管水压试验岔管内侧测点应力与加压过程线图可知，内侧5#、10^#与拟合线匹配良好，卸压过程线与卸压过程线基本拟合。

结果分析

1. 钢岔管在加压过程中，表现为管内受拉较大。管内、外测点应力值与试验水压呈良好的线性对应关系。试验表明测试系统稳定可靠，且水压试验过程中岔管各测试部位均处于弹性变形状态。

2. 当水压达到1.7MPa时，岔管管壳上各测点的应力水平不高，说明岔管本体有足够的安全储备。

3. 水压在达到2.1MPa时，管内测点受拉，肋板部位测点*大拉应力达到187.89MPa。尽管发头上未布置应变片，但可以推测该焊缝内侧所受的拉力值不低。

总结

试验过程中未发生岔管渗漏和焊接开裂现象，说明钢岔管的制造质量良好，满足使用要求。钢岔管腰部及月牙肋板所受应力值较大，在水压试验及发电运行时应注意监测。