國電機械設計研究院 潘一毅
杭州和達機電工程有限公司

　　一、企業簡介

　　國電機械設計研究院（簡稱：國電機械）創建于1956年，由原電力部杭州機械設計研究所（簡稱：杭機所）和電力部產品質量標準研究所組成，隨著國家電力體制的改革重組于中國華電集團，是以服務于電力為主的跨行業、跨地區、集技術咨詢、設計研究、制造成套、安裝調試及運行維護等全過程于一體的科技型企業。

　　國電機械現有員工近500名，擁有八家專業化公司，七個研究及檢測中心，年產值連續6年超過10億元。業務領域涵蓋電力建設、電力生產、電力需求側管理應用技術、工業及民用自動控制和電力技術服務等五大方向，許多研究成果在三峽等眾多大型水電工程、大型火力發電廠、南水北調、杭州灣跨海大橋、廣州大學城等許多國家重點建設工程中獲得了廣泛的應用和贊譽，產品已逐步進入國際市場。2006年3月，中國華電集團公司決定依托我院組建“中國華電集團公司動力技術研究中心”，為集團公司推進科技進步、增強自主創新能力，全面實施“358”發展戰略提供科技保障；也為我院的發展提供了更加廣闊的新空間。

　　杭州和達機電工程有限公司是國電機械設計研究院混凝土機械研究所為適應市場經濟發展而組建的經濟實體,是浙江省高新技術企業。公司依靠先進的技術和長期積累的經驗,為顧客提供設計、制造、安裝、調試一條龍服務。在五十多年的科研、設計和生產中積累了豐富的經驗,培養了一支強有力的科研設計隊伍,完成了多種高效大型施工設備。如：1956年設計了國內第一座混凝土攪拌樓； 1996年生產了第一套國內領先水平的船用混凝土攪拌系統；1990年生產了第一套鋼筒混凝土管制造設備。公司產品分布于各大型建設工程。公司還承擔了三峽工程大型施工設備和“六•五” 、“七•五” 、“八•五” 、“九•五”技術攻關項目。

　　公司主要從事以下科研、開發和經營活動：
　　1、混凝土攪拌樓站：固定式混凝土攪拌樓（站）、船用攪拌站。
　　2、電站制冷系統：混凝土溫控系統、冰庫、片冰氣力輸送裝置。
　　3、PCCP制管設備：鋼筒卷焊機、差速纏絲機、輥射噴漿機等PCCP成套設備。

　　二、裝備研發歷程

　　1985年受電力部指派，我院開始對PCCP生產技術的研究和探索，并于1986年7 月赴美國、西德考察，對美國的兩家最大的砼管道公司艾美隆公司（Ameron Co.）和普萊斯兄弟公司（Price Brothers Co.）及西德的地偉達砼管道公司（Dywidag Co.）的科研、設計、制管廠、設備制造廠、施工安裝工地、核電站等進行了實地考察和技術座談，了解和收集了PCCP方面的技術資料。電力部根據考察的情況決定籌建國內首條大口徑PCCP生產線，由于外匯資金等原因，決定引進部分設備，如鋼筒螺旋卷焊機、承插口生產設備，DN2600mm芯模及管模，鋼絲接頭機、吊具等，購買了水壓試驗機制造圖。立式差速纏絲機和立式輥射噴漿機兩臺關鍵主機的研制任務交給我院，從而組成一套完整的生產線。我院從1988年開始組織科研人員攻關研發、設計，1989年完成樣機制造，于1990年6月在山東電力管道公司完成安裝調試并投入生產，開始生產的是DN2600mm電廠循環水用管，從而填補了我國PCCP的空白。當年又在消化吸收卷焊機芯模的基礎上，研制了我國首臺DN1600mm的芯模，用于引黃工程山東淄博段13.5km、DN1600mm的PCCP管線，從而開創了生產各種規格PCCP的歷史，但比美國晚了60多年。

　　二十多年來，我院和達公司對PCCP成套設備的研究、開發與創新從未間斷過，我們采用新技術陸續研發了芯模、三輥卷圓機，承口環成型機、承插口環脹圓機、鋼筒水壓試驗機、管芯吊具、鋼筒吊具、翻管機、成品管水壓試驗機、成品管外載荷試驗機、管模等一大批成套設備，特別是2000年設計研發的我國首臺大口徑PCCP薄壁鋼筒自動螺旋卷焊機在成都金煒正式投產，一舉獲得成功。該機一次卷焊成型的范圍目前已擴大至DN1.4～DN4.0m。2004年我們又開發研制了DN0.6～DN1.2m中小口徑PCCP薄壁鋼筒連續自動螺旋卷焊機，經過不斷改進，目前可采用板寬1000mm、1250mm兩種規格，通徑擴大至DN0.6～DN1.4m，滿足了用戶的需要，卷制的鋼筒質量好，連續穩定，受到用戶好評。長期的努力、敬業地付出使我院在預應力鋼筒混凝土管（PCCP）的建廠和生產線設備方面結累了豐富的成功經驗，作為我國最早研發PCCP設備的單位，我院擁有大口徑薄壁鋼筒卷焊機，小口徑薄壁鋼筒卷焊機，立式差速纏絲機，二合一纏絲噴漿機等多項國家專利產品。目前,我院不僅能夠提供生產PCCP的成套設備，而且在成套設備的性能、功能及生產效率等方面，已基本達到美國同類設備的先進水平。這些高新技術產品的國產化，不僅填補了國內空白，而且在價格上大大低于進口設備，為我國推廣普及應用PCCP創造了有利條件。在協會和全國新老用戶的支持下，我們研制的PCCP生產設備在全國得到了廣泛的應用，產品相繼在山東電力、無錫華毅、深圳太陽、北京太陽、北京河山、北京國統、濟南山水、新疆國統、哈爾濱國統、成都金煒、哈爾濱金煒、哈爾濱華慶、杭州騰龍、金華巨龍、寧夏匯泉、浙江華浙、河北千秋、天津澤寶、遼寧龍泉、北京遠通、鶴壁虎亨江、南寧鴻基、鄭州康暉、武漢雙強、西安紅旗、寧夏青龍、鄒平禹王等PCCP生產企業投入使用，運行良好，深受用戶贊譽。在包括萬家寨、磨盤山、大伙房、南水北調等引水工程中發揮了重要作用。

　　我院和達公司還積極參與國家標準GB/T19685-2006《預應力鋼筒混凝土管》的制定，并為標準提供了多條被采納的意見。作為PCCP三項關鍵設備標準的主要起草單位，起草、編寫、制定了JC/T1032-2007《預應力鋼筒混凝土管和三階段管用纏絲機》、JC/T877-2007《預應力鋼筒混凝土管和三階段管用輥射機》、JC/T1033-2007《預應力鋼筒混凝土管用鋼筒卷焊機》等項中國建材行業標準。對規范國內PCCP關鍵生產設備提供了技術保證，起到了很好的規范和引導作用。協會領導和國內PCCP專家對我們研發PCCP生產設備，推動我國PCCP行業的發展，給以了高度評價。鑒于我院和達公司對我國PCCP所做的貢獻，中國混凝土和水泥制品協會多次給與表彰并授予“技術進步貢獻獎”。在此我要感謝協會領導和長期關心支持我們的朋友，正是因為有你們的信任和支持，使得我們在PCCP行業取得了如此的業績，也正是因為有你們提出的寶貴意見和建議，才使得我們的產品不斷改進、不斷創新、不斷提高。到目前為止，我們為全國PCCP生產企業提供的三臺關鍵主機如下：鋼筒螺旋卷焊機共28套，差速纏絲機共34套，輥射噴漿機共27套，合計達89套。

　　三、主要裝備簡介

　　1．大口徑PCCP薄壁鋼筒自動螺旋卷焊機

　　大口徑PCCP薄壁鋼筒自動螺旋卷焊機是我院在參觀學習了美國90年代進口樣機并根據其成型原理而研制的，它更適合我國使用。該機在構造上以人為本,盡可能方便操作,關鍵設備仍采用進口件，而造價卻只有原進口設備的十分之一。在使用性能上不低于進口設備：如同步性能比進口的好，故漏焊點更少，因此焊接效率已超過進口機；原進口設備在改變管子口徑時需重新搭配鏈輪，操作比較麻煩，國產機可直接由電控調整參數實現，比較方便；等等。

　　鋼筒螺旋卷焊機操作方便、自動化程度高、焊接質量好，只要將成卷鋼板，吊放在放板車的放板機上，卷鋼板通過自動放板、調平、鋼板拉緊、除銹、壓邊等工序后，直接送到芯模驅動裝置的芯模上，在芯模上部的行走門架上有一臺自動埋弧焊機，在邊放板邊旋轉芯模過程中，焊機靠自動跟蹤裝置沿著鋼板的螺旋線，將搭接好的鋼板焊牢。在焊接過程中，芯模的回轉速度與放板車的行走速度、焊機行走門架速度，必須嚴格保持同步。邊卷邊焊直至焊接完一個鋼筒為止，并在焊接過程中，通過剪板機將多余的鋼板按螺旋線自動剪下，被剪下的斜鋼板，正好是下一個鋼筒所需要的斜板，因此所有的鋼板得到充分利用，不產生廢料現象。承口與插口也同時被焊好，做到一次成型鋼筒。

　　為滿足卷焊不同口徑的鋼筒，放板車上設有擺角裝置、升降裝置、回轉裝置、搖板、擋輪等機構，使卷鋼板能精確地焊接到不同口徑的芯模上。
該機的主要特點是：焊接速度快，勞動生產率高，每臺機只需要兩人操作，鋼板經壓邊搭接后與承、插口環同時焊接，因此鋼筒的鋼度好，承、插口環的定位精確，焊縫平整、光滑等優點。設備自動化程度高，在焊接過程中，在改變焊接速度時，芯模回轉、放板車和行走門架也同步改變速度。在不改變鋼筒直徑的條件下，鋼板不需要修剪，全部鋼板都能得到利用。全套設備的占地面積小，可節省大量的土建費用。[Page]

　　2．中小口徑PCCP薄壁鋼筒連續自動螺旋卷焊機
　　目前我國內襯式預應力鋼筒混凝土管PCCPL鋼筒的生產方式大都采用人工拼焊方式進行：工序繁雜，生產人員多，配套設備多，相應的占地面積較大；鋼板在直縫焊機、卷板機、剪板機、卷板機導向等設備間起吊轉運，費時又費力，生產效率低，鋼筒質量差。鋼板浪費率占5%以上。

　　為克服以上不足，創新研制出“高效、優質、經濟、環保”的PCCPL鋼筒生產設備，我公司于2004年開始研發中小直徑薄壁鋼筒螺旋卷焊機。該設備采用連續自動螺旋卷焊、定長自動切割的方式生產PCCPL的內襯鋼筒：只需單臺設備，工序簡單，占地面積小；極大地簡化了生產過程，一次成型，節省了90％以上的輔助時間，生產效率極高。并有利于提高PCCPL成品管的內在質量。

　　在研制過程中，克服了國內鋼板質量不穩定及品種、規格變化的情況而引起的鋼筒出現喇叭口的現象。經過多次的改進，終于成功研制出適用國內市場需要的PCCPL用鋼筒螺旋卷焊機，填補了國內空白。

　　該機的主要特點：自動化程度高，生產效率高；節約原材料（鋼板）及成本； 筒體剛性好，外形美觀，便于和承、插口環的快速組裝；焊縫均勻、平整、光滑，焊接質量好；配備焊藥自動回收系統，環保無污染；先進的電氣控制系統，在允許調速范圍之內，可任意改變送板速度；全套設備占地面積小，可節省大量的基建投資；PCCPL成品管內在質量得到有效保證；

　　3．立式差速纏絲機

　　立式差速纏絲機的作用是將高強綱絲自動纏繞在混凝土管芯上，同時通過計算機程序控制施加預應力，達到承受荷載的設計要求。

　　在設備的性能、構造及組成部分等方面，它與美國設備相同，如纏絲的應力測定、顯示及自動記錄、應力波動的控制、應力的調整、螺距調整等都已經達到很高水平。本公司的纏絲機科技含量較高，能適應不同管徑的PCCPE，整機采用能量返饋技術，實際功率消耗較低。最近還研發了能纏繞斜口管的纏絲機，相信對我國PCCP行業將有更大的幫助。

　　鋼絲的應力可事先在電腦上設定，在纏繞過程中也可任意修正。纏繞的全過程中，電腦顯示屏上清晰顯示應力的數值，并記錄下應力數值和應力曲線，作為技術檔案保存，也可隨時通過打印機打出，供分析研究。纏絲的螺距也可事先設定，在纏繞過程中可任意修正，當設定好應力及螺距之后，在纏繞全過程中不會改變，也不受纏繞速度變化的影響。纏絲與送纏是同步進行的，而應力的產生主要是通過控制纏絲與放絲的線速度差來實現的。

　　該機的主要特點是：生產范圍廣、纏絲速度快、勞動生產率高、設備完善，特別是電控系統，采用電腦控制及電腦管理，操作及使用都比較方便，自動化程度高。在纏繞過程中，應力真實，波動小，螺距精確，線速度的調整幅度寬，設備可靠耐用，能耗低。

　　4．立式輥射噴漿機

　　立式輥射噴漿機的作用是將配置好的砂漿混凝土通過輥射機高速、高壓噴射在纏繞鋼絲的混凝土管芯上，從而為預應力鋼絲提供了一個高強度、密實性好、防腐蝕性能強的保護層。立式輥射噴漿機的性能、構造及其組成部分等方面，也基本與美國設備相同，性能也是比較完善的，近幾年來還有比較明顯的改進。如噴漿機連續供料一直為大家所困惑，原設備喂料時，常常結拱下料困難，工作時需有人工輔助，才能順利連續噴漿，而且在噴射較大口徑（DN3m以上）管子時，需要中間補料，分二次噴射過程才能完成。這不僅影響工效，還直接影響產品質量。為了解決這一技術難題，我們研制了皮帶機自動跟蹤上料系統和連續高效寬面噴漿供料裝置，解決了下料不暢，容易結拱，中途補料，噴漿細窄等問題，提高了生產效率和噴射的表面質量。立式輥射噴漿機要求輥射輪達到足夠的線速度，使砂漿噴射到管芯上之后有很高的密實度，并使砂漿與管芯貼結力達到足夠的強度，砂漿的吸水力也應符合標準要求。噴漿機系統的設備應做到齊全，應包括砂漿攪拌站、各種原材料應有自動計量設備、輥射裝置、砂漿喂料系統、提升裝置、回轉工作臺、凈漿噴射系統、操作平臺、中央控制室等，為了做到保護層厚度一次噴射完成，要求回轉工作臺、提升裝置、噴漿喂料等都應有調速裝置，并相互配合調整后才能滿足使用要求。
該機的主要特點是：生產效率高、成品管保護層質量好、設備完善、自動化程度高、使用方便，在噴射各種規格管子時，可不停機一次噴完，從而保證了噴漿的表面質量。砂漿儲料斗下料通暢，在噴射過程中不需要人工輔助就能順利下料。膠帶機送料充分及時，噴出的砂漿比較均勻，輥射輪的線速度高，噴射到管壁上的砂漿粘結力強。

　　5．二合一纏絲噴漿機

　　目前的預應力鋼筒混凝土管制作過程中，纏絲和砂漿保護層兩道工序，分別由纏絲機和噴漿機兩臺設備來完成的，工藝復雜，起吊設備使用頻繁，影響生產率。

　　它是一種適合制造預應力鋼筒混凝土管用的，既可完成纏絲作業，又可完成砂漿保護層作業的新型專用設備，簡化了工藝流程，充分挖掘設備潛力，提高生產效率，減少投資成本。

　　該機的主要特點：采用纏絲、噴漿合二為一的方法，合并了相同功能的部件，簡化了工藝流程和機構，變兩臺設備為一臺設備；結構緊湊，占地面積小，便于工藝布置；減輕設備自重，減少了裝機容量；減少了操作人員，提高了勞動生產率；減少起重機吊次，節省了輔助時間，提高了設備利用率。

　　四、前景展望

　　PCCP在國外的發展和應用已有70多年的歷史，最早的已有100年之久，但在我國只有10多年。我國起步雖較晚，起點卻較高，我們是在引進和借鑒國外最新技術的基礎上迅速建立起來的，就應用技術而言，已經與國外先進水平接近。目前美國已能生產的最大口徑為8m，已投入運行的最大口徑為7.4 m.；與國外相比，我們目前生產的口徑相對還比較小（南水北調北京段國內最大口徑為DN4.0m的PCCP）。我國是一個水資源緊缺的國家，水資源在時空分布上極不平衡，在空間分布上南方水多，北方水少；在時間分布上，降雨量主要集中在夏季三個月內，其它月份降雨量很少。干旱缺水是我國尤其是北方地區經濟發展的重要制約因素。據統計我國669座城市中有400座供水不足，110座嚴重缺水。隨著我國國民經濟的快速發展和城市化進程的加快，通過跨地區、跨流域的調水工程解決城市用水是一種必然的發展趨勢。水利部前部長汪恕誠曾經指出：跨流域調水將是21世紀中國水利的一大特點。PCCP的綜合優勢十分明顯，在大口徑輸水管線選材時，已越來越顯示出其優越性和競爭力。因此可以預料，隨著我國工業化快速發展和人民生活水平的不斷提高，對水的需求量快速增長，對大口徑管的需求量也會越來越多，大力發展PCCP已成為必然趨勢。因而需要更多的專用生產設備，運輸和安裝設備才能滿足要求，有待我們加速研究開發。

　　PCCP在我國經過近二十年的開發應用，已逐漸被人們所接受：萬家寨引黃工程采用了DN3m的PCCP，運行情況良好；南水北調工程北京段采用了DN4.0m的PCCP，通過了驗收。從1990年至今，全國已有PCCP生產廠家已近50家（包括PCCPE，PCCPL），累計生產PCCP超過5300多公里。

　　PCCP生產裝備在我國的發展和應用也比較快，從90年代初開始如果算是第一代產品的話，那么到現在應該是第五代或第六代產品了。作為PCCP生產裝備的科研單位，發展過程中我們還有很多工作要做，裝備技術上還要繼續優化，創新。我公司愿與各位同仁一道，繼續努力，為我國PCCP的繁榮和發展，作出更大的貢獻。