水电站压力钢管初步设计(毕业设计)
水电站压力钢管安装施工组织设计
水电站压力钢管安装施工组织设计1 工程概况及工程范围水电站是一个大型水电站，地处边境口岸，。
压力钢管材质有Q235C、 Q345R 、620MPa高强钢等。
钢管安装有主管、支管、岔管，主管直径2.8米、支管直径为1.5米和2.2米。
钢板厚度在18mm～62mm之间。
有平管段、斜管段、弯管段和岔管。
详见下列分组工程量清单表。
调压井事故闸门及压力钢管安装分组工程量清单表工作内容：1、引水压力钢管安装现场（洞内）倒运就位、安装、焊接、探伤、焊缝补漆、验收；2、闸门等安装；3、防腐涂料由甲方提供；补漆只考虑安装焊缝以及安装过程中的损伤部位。
2施工工艺技术措施、焊接方法及工艺措施2.1压力钢管安装2.1.1施工准备（1）在安装工作面具备安装条件时对工作面进行检查和清理。
（2）根据监理人提供的厂房系统坐标控制点，用全站仪测量放出压力钢管安装所需的中心、高程和桩号控制点，并对所有的控制点进行复检及记录。
（3）布置安装工作面的施工电源和施工设备，用于安装的照明电源使用安全电压。
（4）编写钢管安装施工措施、作业指导书和进度计划，报送监理审批后，对所有的施工人员进行技术和安全交底。
（5）对成品钢管进行清点，确认钢管出厂编号。
2.1.2、钢管现场运输（1）钢管运输路线按施工现场及总包方安排配合执行（加工厂至洞口由制作方负责）。
引水压力钢管现场公路运输将使用40t平板拖车运输。
考虑到钢管运输安全问题，钢管以轴线垂直地面的方式装车运输。
为防止钢管运输时钢管装车不平衡和运输中滑移的危险和产生超限变形，利用托架和链子葫芦等对钢管进行加固。
沿线公路和路基两侧影响运输范围之内不准有障碍物；沿线公路必须用鲜明的油漆画出中心线，拖车头中心线对准公路中心线缓慢行驶。
压力钢管成品管节在平板拖车上采用平放管口向下的方式运输示意如下图示：钢管水平运输示意图（2）钢管卸车和翻身钢管在施工支洞内采用20t平板托车进行，在各道引水洞下平段及其延长线内运输采用载重20t 的运输台车支架进行。
长寨水电站压力钢管设计
４ 压 力钢 管设计
４１ 压 力管道 布 置 ．
电站共 布 ３台机 组 ， 总装 机 １ ， 管供 水 方 ５ＭＷ 钢 式 为一 管 三机 ， 设计 流 量 ９ ３ｍ／ ． ３。管 材采 用 １ ， ０ ｓ ６Ｍｎ 主管 内径 １８ｎ ．Ｉ，壁厚 分别 为 １ ｍ 和 ｌ ｍ两种 规 ４ｍ ８ｍ 格 ， 、 管 内径 ０７Ｔ， 厚 １ ｍ。 支 岔 ．Ｉ 壁 Ｉ ４ｍ
程。根据《 水利水 电工程等级划分及洪水标准》 防 和《
洪标 准》 的规定 ， 程 等别 为 Ⅳ等 ， 工 规模 为 小 （ ） 工 一 型 程， 主要建 筑 物按 ４级设 计 ， 要建 筑 物 按 ５级设 计 。 次 正常 蓄水位 ９ ５ 调 节库 容 ｌ＿ ｍ 。 ５ ｍ， ３３万 ３
山 水利鲁 西 警
长 寨 水 电 站 压 力 钢 管 设 计
杨 学宏
（ 西省 水利 水 电勘 测 设 计研 究 院 ， 山 山西 太 原 ００２ ） ３ ０ ４
［ 摘要 ］ 压力钢管作为引水式电站 的一个重要组成部分 ， 其尺寸的选取对电站造价影响很大 ， 因此压 力钢 管的 设计至 关重要。在介绍长寨水电站工程概况和工程 地质情 况的基础上 ， 对其压力钢 管进 行 了设计 ， 旨在 为类
似 工 程 提 供借 鉴 。
［ 关键词 ］ 力钢管 ； 压 设计 ； 长寨水电站 ［ 中图分类号］ Ｖ ３ ． １ Ｔ ７２４ ＋ ［ 文献标识码 ］ ｃ ［ 文章编号 ］０ ４ ７ ４ （０ ０ ０ — ０ ９ ０ １０ — ０ ２ ２ １ ）９ ０ ５ — ２
１ 工程概 况
１ 。； ：２ 三条支 管分 别长 １ １ ３ ０ｍ，０ｍ，８Ｔ， １ １ 内径 ０８１。 Ｉ ． ２ ｃ ｌ 电站 主厂 房 长 ５ 宽 １ 总 高 １． ｎ， 主 ４ｍ， ｍ， ５ ｌ由 ７ 机 间 和安 装 间组 成 ， 装 间地 面高 程 ７ ５１ 发 电机 安 ５ ．ｍ， 层 地 面高 程 ７ ９３ｍ。 副厂 房 布 于 主厂 房 后 右 侧 ， ４＿ 宽 ６ｍ， 呈折 线布 置 。主变压器 及变 电站 均布 置于 厂房后 右 侧 的开挖 平 台上 ， 面高 程均 为 ７５１ｎ 地 ５ ．Ｉ。
水电站压力管道布置设计
水电站压力管课程设计学院：水利学院专业：水利水电工程科目：水电站课题：水电站压力管道课程设计姓名：学号： 313174云南农业大学水利学院2017年12月设计说明压力管道的设计步骤一般包括：（1）压力管功能布置；（2）压力管固定方法、设计；（3）压力管应力分析、计算；（4）压力管强度校核；（5）压力管抗外压稳定计算。
一、基本资料及参数1、最大发电流量；2、上游正常水位1000m；3、下游设计尾水水位850m；4、管轴线与水平线夹角；5、上游正常水位至伸缩节水位差7m；6、镇墩与地基摩擦系数；7、支墩与管身摩擦系数；8、伸缩节摩擦系数；9.水轮机调节时间。
二、压力管功能及布置功能：从水库、前池或调压室向水轮机输送水量。
布置：采用明钢管敷设。
布置时要尽可能选择短而直的线路，明钢管敷设在陡峭的山坡上；尽量选择良好的地质条件，明钢管敷设在坚固而稳定的山坡上，支墩和镇墩尽量设在坚固的岩基上，并清除表面覆盖层；尽量减少管道的起伏波折，避免出现反坡，利于管道排空，明钢管底部应高出地表至少0.6米，以便安装和检修；避开可能发生山崩或滑坡的区，明钢管尽量沿山脊布置，避免布置在山水集中的山谷中，若明钢管之上有坠石或可能崩塌的峭壁，要事先清除；首部设事故闸门，并考虑设置事故排水和防冲设施。
三、明钢管的固定、设计1.明钢管的敷设明钢管敷设在一系列支墩上，底部应高出地表0.65米。
明钢管宜做成分段式，在首尾设镇墩，两镇墩之间设伸缩节。
伸缩节布置在管段的上端，靠近上镇墩处。
敷设方式如图：2.明钢管的设计（1）管径的确定采用经验公式——彭德舒公式来初步确定压力钢管的经济直径：式中：为钢管的最大设计流量，；H为设计水头，m。
由基本资料得：所以压力钢管直径进制采用D=50mm为模,所以取D=2.05m。
（2）管长确定上游正常水位1000m，闸门进口水位为993m，上游正常水位至伸缩节水位差7m，下游设计为水位850m。
取进口直管段长5m，出口直管段长5m。
红河南沙水电站引水发电压力钢管(坝后背管)设计
图 １ 南 沙 水 电 站 坝 后 背 管 布 置 图 少量 增 加 外 包 混 凝 土 厚 度 ， 能 提 高 外 包 混 凝 土 的初 始 只
裂缝 荷载 ， 但在 设计 荷载 作用 下 ， 外包 混凝 土仍会 开 裂。此 时少量增 加外包混凝土厚度 的结 果 ， 能只是增 加 了裂缝 间 可
出 口中心高程 ２ ９５ 最大静水头 ８ 设计内水 压 ０ ８ １ ．０ｍ， ０ｍ， ．５ ＭＰ ， ａ设计外水压 ０ ２Ｍ ａ 含放空负压 ） ． Ｐ （ 。 ４ １ 管壁厚度计算 ．
４ １１ 按 照 构 造 要 求 计 算 管 壁厚 度 ．．
构造要求是不分坝内埋管 、 坝后背管 的。本工 程钢管 内 径为 ５ ６ｍ， ． 查规范可知管壁最小厚度不得小于 １ ｍ。 ２ｍ
关键词 ： 引水 发 电 ； 后 背 管 ； 衬 钢 筋混 凝 土 管 坝 钢 中 图分 类号 ：Ｖ ３ ． Ｔ ７２４
１ 概 述
文 献标 识 码 ： Ｂ
文 章 编 号 ：０ １ ２ ５ ２ １ ）－０ ７０ １０ － ３ （０ ０ ＳＯ ３ －３ ９
合受力 ， 外包混凝 土不 承担 钢管 内水 压力 ， 只起 到力 的传递 作用 ， 以这种裂缝 的存 在 ， 不影 响压力 钢管 安全 可靠 的 所 是
距 及 裂 缝 开展 宽 度 。
对坝体应力影 响较 大 ， 且施工过 程中与坝体施工相互 干扰 。
通 过 技 术 经 济 条件 的 分 析 ， 工 程 决 定 选 用 坝 后 背 管 型 本
较 多的增 加外包混凝土厚度 ， 以达到在压 力钢管设 计 可 荷载作用 下外 包混凝土不产生裂缝 ， 同时也减少 钢管温度 应
没 有提裂缝限制值 。计要求 的 ０ ３ｍ ． ｍ。坝后背管 属于钢 管与外包 钢筋 联
《水电工程设计》第06章 水电站压力钢管设计
第六章水电站压力钢管设计目录第一节概述一、压力钢管在水电工程设计中的作用与地位二、压力钢管的分类三、压力钢管的附件及其他设备第二节材料一、钢材的基本特性二、钢材的设计强度三、结构用材料四、质量监督要点第三节设计基本原则与观测设计一、管道设计特点二、布置形式三、压力钢管选型四、管道的线路五、水力计算六、设计作用(荷载)及作用效应组合七、允许应力法设计八、概率极限状态设计九、一般构造要求十、观测设计十一、水压试验十二、质量监督要点第四节明管一、布置特点二、结构计算三、构造特点四、质量监督要点第五节地下埋管一、布置特点二、结构计算三、构造特点四、质量监督要点第六节坝内埋管一、布置特点二、结构计算三、构造特点四、质量监督要点第七节坝后背管一、布置特点二、结构计算三、构造特点四、质量监督要点第八节岔管一、岔管的种类二、布置特点三、结构计算四、构造特点五、质量监督要点第九节防腐蚀一、水质二、环境三、高速水流的腐蚀或侵蚀四、影响防腐蚀质量的关键因素五、大型钢管除锈工艺六、质量监督要点第六章水电站压力钢管设计第一节概述一、压力钢管在水电工程中的作用与地位压力管道是水电站输水道最常用的形式，特别是在中高水头的水电站中，他将水从水库、前池、或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。
管道可用钢材、钢筋混凝土或木材制造。
战前用木板条和钢箍制成的木输水管道，运行情况不坏，在许多电站上，一直到今天，还在运转。
在现代的水电站和水泵站中，已不再使用木管。
钢筋混凝土管，包括预应力钢筋混凝土管，常在水泵站和水电站上作为引水管道和中压（水头60～100m）水轮机管道使用；钢筋混凝土管加钢衬后组成钢衬钢筋混凝土管，承受内压可高达150m～200m，甚至更高。
钢筋混凝土管道和钢管相比耐久性好，运行费用低，造价省，大直径钢筋混凝土管可比钢管节约大量钢材，造价平均低30～40%，但是主要制作工作应在预制厂完成，所以总长度不小于1000m的管道，才划算。
水电站压力管道设计
图 4：分布电容充放电特性曲线 5.3.2 装置参数设置 该带分布电容测量绝缘监测装置是一个兼顾系统母线电压、正 负对地电压、正负对地电阻、系统分布电容等检测的多功能装置， 配置真彩 7 寸液晶屏，对各项参数设置进行检测均正常。
5.3.3 分布电容测量结果
通过多次测试后得出下表中最大的误差情况。
电容标称值（uF） 10 20
2016 年 12 期︱141︱
Power Technology
化平台。 5.2 运行情况测试
5.3 测试内容及结果 5.3.1 系统分布电容充放电特性参数 当检测桥启动时，由于检测桥的投入，打破了原来的电压平衡， 但电压的变化并不是瞬间达到稳定的，由于系统存在分布电容的原 因，电压变化会存在延时。记录电压平稳到变化再到平稳的过程所需 的时间，以及在该过程中采用 lOOHz 采样频率对电压进行采样并存储， 然后根据电压采样和记录的时间绘制电容的充放电曲线，如图 4 所示。
t= pr · 0 rd f
式中：t——钢管管壁计算厚度(mm)，
p ——内水压力（N/mm2），含水锤压力， r ——钢管半径
γ0——结构重要性系数，γ0=1.0 ψ——设计状况系数，ψ=1.0 rd——结构系数，rd=1.6 f——钢 材强 度设 计值 （N/mm2 ），20R 为225N/mm2 ，16MnR 为 300N/mm2。
X 式中：ΣY—作用在镇墩上的垂直合力； ΣX—作用在镇墩上的水平合力； G—镇墩自重； f—镇墩与地基间的摩擦系数； K—稳定安全系数，K>1.5~2.0。 经计算：K>1.5即满足规范要求。 基底应力校核按下式：
Y W (1 6e)
BL
B
式中： σ——镇墩基底应力，（N/mm2）；
沐若水电站压力钢管设计
管 垂 直相接 ， 为 大 管径 三 梁 岔 管 。经 上 弯段 、 竖井段、
下弯 段 （ 直径 ６ ． ２ ｍ） 至 下 平 段 后 管 径渐 变 为 ５ ． ７ ｉ ｎ 。 下平 段月 牙肋 岔管采 用对 称 Ｙ形 月 牙 肋 的结 构 形式 ， 主管 管 径 ５ ． ５ ｍ， 最大设计水 头 ４ ２ ９ ｍ， Ｐ Ｄ 值 为 ２ ３ ５ ９ ． ５ Ｉ ｎ ， 属于大（ 一） 型工 程 。岔 管后 接 支管 段 ， 管
为 ２ １ ８ ． ０ ｍ； 正 常工 况 下最 大 设 计静 水头 ３ ２ ２ ． ０ Ｉ ｎ ， 末 端 最大 内压 水头 为 ４ ２ ９ ． ０ ｍ（ 含水锤 ） 。上平段 隧洞 直
管设 计 ， 临近厂房段按 明管设计 ， 钢管锈蚀 裕量为 ２ Ｉ Ｔ ｌ ｍ。按《 水 电站 压力钢 管 设计 规 范》 （ Ｓ Ｌ ２ ８ １—２ ０ ０ ３ ） ，
径分 别 为 ４ ． ２ ｉ ｎ和 ３ ． ４ ｍ， 支管末 端 与机 组球 阀相 连 。
图１ 压力钢管沿管轴线纵剖面图（ 尺寸单位 ： ｍｉ ｌ １ ）
引水洞 钢管 沿线 穿 过砂 岩 段 、 泥 岩 段 及砂 岩 与 页
岩互层 段 ３种 岩组 （ 部 分 断层 破 碎 带 ） 。钢 管 设 计 外 水压力 水头 为 ８ ４ ． ７—２ ４ ６ ｍ， 内水 压力 水 头 为 ７ ９ ． ３～
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ３—１ ０
间距不 小于 １ ０ ０ ０ ｍｍ， 高度 不大 于 ２ ５ ０ ｍ ｍ， 加劲 环 材
料 与该 段管 壁材 料相 同。钢 管管壁 在 内水压 力荷 载下 的应力 计算 依据 第 四强 度理 论 。
作者简介 ： 王永权 ， 男， 高级 工程 师， 主要 从事水工金 属结构设计 工作 。Ｅ—ｍ ａ ｉ １ ： ｗ ａ ｎ ｇ ｙ ０ ｎ ｇ ｑ ｕ ａ ｎ ＠ｃ ｊ ｗ ｓ ｊ ｙ ． ｃ ｏ ｍ． ｃ ａ
高水头小流量水电站压力钢管结构分析与设计论文
高水头小流量水电站压力钢管结构分析与设计摘要:hm水电站属于小流量、高水头的引水式电站，该电站压力管道部分全线采用地下埋管，调压井与主厂房之间采用一竖井一平洞连接。
本文结合压力钢管设计，对压力钢管主、岔、支管的总体布置、水力计算、管材及壁厚选择、结构设计进行分析。
关键词: 地下埋管竖井外水压力结构设计分析岔管abstract: hm hydropower station belongs to a small flow, high water head of water diversion type power station, the power of the pressure piping all buried pipes, surge tank and main building between the shaft well a flat a hole connection. combining with the design pressure pipe, steel pipe to pressure the bifurcation, pipe, the overall layout, hydraulic calculation, piping and wall thickness selection, structure design for analysis.keywords: buried pipes external water pressure of vertical shaft structure design analysis bifurcation pipe中图分类号：tu318文献标识码：a 文章编号：1 工程概况hm水电站发电引用流量19.71 m3/s,总装机容量为3×25mw，年发电量3.6125亿kw·h，其年利用小时数为4817h。
2 水力计算选定主管直径为3.0m、2.8m、2.6m和2.2m四种，支管直径1.2m，管道过最大引用流量19.71m3/s，主管的流速为2.79～5.16m/s，支管的流速为5.81m/s，相应坝前正常蓄水位1430.0m时，压力钢管的最大静水头为457m，在该水头下，电站带满负荷时，水头损失按9.67m计。
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科类工学编号（学号）2011310309
本科生毕业论文（设计）
小米水电站压力钢管初步设计
Preliminary Design of penstock of
XiaoMi Hydropower Station
杨佳明
指导教师：杨银华职称讲师
云南农业大学昆明黑龙潭 650201
学院：水利学院
专业：水利水电工程年级： 2011级
论文（设计）提交日期：2015 年5月18日答辩日期：2015年 5月24日
云南农业大学
2015年5 月
小米水电站压力钢管初步设计
杨佳明
（云南农业大学水利学院，昆明 650201）
摘要
压力钢管是小米水电站引水发电系统的一个重要组成部分，长期承受着高压、内水压力的作用，此外，还承受温度变化、支座沉陷、地震、放空时的外压力以及大气或土壤的作用，一旦破裂，将会造成极为严重后果，因此，压力钢管的合理设计至为重要；根据小米电站地形地质情况，通过搜集类似工程实例，拟定小米电站压力钢管的总体布置方案、结构型式，查阅压力钢管设计规范，根据规范要求，通过相关水力计算，确定压力钢管的直径和壁厚，拟定镇和支墩结构尺寸，根据规范，进行镇和支墩稳定分析，完成管壁应力分析计算；根据相关资料和设计规范，小米电站压力钢管各项参数符合规范要求，满足安全运行的要求，达到小米水电站压力钢管的初步设计深度要求。
关键词：管壁厚度；压力钢管；镇墩；支墩；稳定性。
Preliminary Design of penstock of
XiaoMi Hydropower Station
Yang Jiaming
(College of Water Resource and Hydraulic，Yunnan Agricultural University，Kunming
650201)
ABSTRACT
Pressure steel pipe is millet hydropower station diversion system of an important part of a long-term under high pressure, the effect of internal water pressure, in addition, still under temperature change, pedestal subsidence, earthquake, empty when the external pressure, and the atmosphere or the role of the soil, if broken, will cause very serious consequences, therefore, very important for the reasonable design of pressure steel pipe; According to the topography and geology of millet station, through collecting similar project example, the proposed millet plant pressure steel pipe of the overall layout, structural type, refer to pressure steel pipe design specifications, according to the specification requirements, through the relevant hydraulic calculation, determine the diameter and wall thickness of pressure steel pipe, drawing up town and piers structure size, according to the specification, town and piers stability analysis, complete the pipe stress analysis calculation; According to the relevant data and design specification, millet plant pressure steel pipe parameters conform to the requirements of the specification, reached the standard of the safe operation, completed the millet for preliminary design of pressure steel pipe.
Key words: Wall thickness; Pressure steel pipe; The town pier; Piers; Pipe shaft stress.
目录
第一章工程概况 (1)
一、流域概况 (1)
二、水文及气象 (1)
（一）气象概况 (1)
（二）水文特性 (3)
三、压力钢管基本地质条件及评价 (3)
四、地震 (4)
五、工程总体布置 (4)
第二章压力钢管设计 (5)
一、工程的级别确定 (5)
二、压力管道的经济直径 (5)
三、压力钢管的布置 (6)
四、管壁厚度的确定 (7)
五、镇墩的稳定分析 (7)
（一）计算条件 (8)
（二）运行条件下作用在镇墩上的基本荷载 (8)
（三）检修条件下作用在镇墩上的基本荷载 (10)
（四）校核条件下（水压试验情况）作用在镇墩上的基本荷载 (11)
（五）运行条件下荷载组合后的水平、垂直分力 (12)
（六）检修条件下荷载组合后的水平、垂直分力 (13)
（七）校核条件下荷载组合后的水平、垂直分力 (14)
（八）镇墩尺寸的拟定 (15)
六、支墩的稳定分析 (20)
（一）计算条件 (21)
（二）荷载计算 (21)
（三）抗滑、抗倾覆稳定及地基承载能力校核 (21)
七、管身应力分析 (23)
（一）抗外压稳定核算 (23)
（二）钢管受力计算 (24)
（三）轴向力计算 (26)
（四）管壁应力计算 (28)
八、管道附件 (36)
九、管道工程量 (37)
参考文献 (38)
致谢 (38)
附图 (39)
第一章工程概况
一、流域概况
小米电站位于会泽县大桥乡的小米河上，是跃进水系开发规划中的第二级电站，引
用错初电站尾水和坝址以上天然来水发电，利用河段为岔河~刘家村。
电站距大桥22km，距会泽70km,距昆明290km，距曲靖240km，距昭通110km，交通方便。
工程区地貌属滇东高原与黔西高原接触带，因受金沙江水系侵蚀切割影响，高原面
不在完整，形成河谷、盆地、山区、高山区条带状相间分布的地形特征，总地势南西高，
北东低，呈阶梯状下降。
工程地处小米河流域，电站拦河坝以上控制径流面积14.68km2，
坝址高程2054.5m，河长7.4km，河道平均比降101.80‰，流域成矩形；厂址以上控制
径流面积43.27km2，厂址高程1962.0m，河长11.4km，河道平均比降49.42‰，流域成
扇形。
二、水文及气象
（一）气象概况
小米河流域内无气象观测台站，近似采用临近较为系统、完整的会泽气象站资料。
工程区纬度较低，属北亚热带与北温带过度区，气候温和，干湿季分明，四季不分明，为典型的低纬高原季风气候区，最高气温31.40C，最低气温－17.00C，多年平均气温14.00C。
多年平均日照2100h，日照率47%，多年平均蒸发量1918 mm，最大风速28.0m/s，多年平均降雨量807.6mm，降雨多集中在5~10月份，占年降水88.6%。
（二）水文特性
1.径流
小米电站无实测径流系列，只能采用小海子水文站设计年径流年内分配成果为代表，以小米电站设计年径流作控制，按同倍比法进行小米电站设计年径流年内分配。
径流成果见表1-1。
2．洪水
小米电站为跨流域引水开发梯级电站的第二级，电站坝址位于小米河上游岔河左支，厂址在坝址下游约6km，各级建筑物标准不同，则洪水设计标准也不同。
经综合分析，小米电站坝址、厂址设计洪水成果见表1-2。
表1-1 跃进水库、小米坝址设计径流年内分配
单位：m3/s。