水电站的压力水管
水电站压力管道
第八章水电站压力管道第一节压力管道的功用、类型一、功用和特点压力管道是从水库、压力前池或调压室向水轮机输送水量的水管，一般为有压状态。
其特点是集中了水电站大部分或全部的水头，另外坡度较陡，内水压力大，还承受动水压力的冲击(水锤压力)，且靠近厂房，一旦破坏会严重威胁厂房的安全。
所以压力管道具有特殊的重要性，对其材料、设计方法和加工工艺等都有特殊要求。
压力管道的主要荷载为内水压力，管道的内直径D(m)和其承受的水头H(m)及其乘积HD值是标志压力管道规模及技术难度的重要参数值。
目前最大直径的钢管是巴基斯坦的塔贝拉水电站第三期扩建工程的隧洞内明钢管，直径为13.26m。
HD值最高的常见于抽水蓄能电站，已超过5 000m2。
二、分类压力管道可按照布置型式和所用的材料分类，见表8-1。
其中，明管适用于引水式地面厂房，地下埋管多为引水式地面或地下厂房采用，混凝土坝身管道则只能在混凝土坝式厂房中使用。
由于钢材强度高，防渗性能好，故钢管或钢衬混凝土衬砌管道主要用于中、高水头电站；而钢筋混凝土管适用于中小型电站。
(一) 钢管钢管按其自身的结构又可分为：(1) 无缝钢管。
其直径较小，适用于高水头小流量的情况。
(2) 焊接钢管。
适用于较大直径的情况。
焊接钢管由弯成圆弧形的钢板焊接而成，焊缝结构如图8-1所示，一般相邻两节管道的纵缝应错开一定角度，以避免焊缝薄弱点在同一直线上。
(3) 箍管。
当HD>1 000m2时，钢板厚度一般会超过40mm，其加工比较困难，因而在这种情况下常采用箍管。
箍管是在焊接管或无缝钢管外套以无缝的钢环(钢箍，称为加劲环)，从而使管壁和钢箍共同承受内水压力，以减小管壁钢板的厚度。
钢管所使用的钢材应根据钢管结构型式、钢管规模、使用温度、钢材性能、制作安装工艺要求以及经济合理等因素参照设计规范选定。
(二) 钢筋混凝土管钢筋混凝土管具有造价低、刚度较大、经久耐用等优点，通常用于内压不高的中小型水电站。
水电站压力管设计标准
水电站压力管道设计标准是指在设计和建造水电站压力管道时，需要遵循的一系列规范和要求。
这些标准主要包括以下几个方面：
1. 材料选择：压力管道的材料应该具有足够的强度、韧性和耐腐蚀性，能够承受高压水流的冲击和腐蚀作用。
常用的材料包括碳钢、不锈钢、合金钢等。
2. 结构设计：压力管道的结构应该合理、稳定，能够承受水流的压力和振动。
常见的结构形式包括直管、弯头、三通、四通等。
3. 尺寸计算：压力管道的尺寸应该根据水流的流量、速度和压力等因素进行计算，确保管道能够正常工作并避免出现堵塞或破裂等问题。
4. 安装要求：压力管道的安装应该符合相关的规范和要求，包括管道的连接方式、支架的设置、管道的固定等。
同时，还需要进行严格的质量检查和测试，确保管道的安全性和可靠性。
5. 维护管理：压力管道的维护管理应该定期进行，包括清洗、检修、更换等工作。
同时，还需要建立完善的档案管理制度，记录管道的使用情况和维护记录等信息。
总之，水电站压力管道设计标准是保证水电站安全运行的重要保障。
只有严格按照相关标准进行设计和建造，并进行有效的维护管理，才能确保水电站的长期稳定运行。
水电站压力管道例题
4）支承环的内力计算
支承环的支承点与支承环有效断面重心轴的距 离b采用0.04r，K 则 b 0.04106.38 4.26cm 支承环的内力计算结果见下表。
表中 G (qw qs )L cos 421 .28(kN)
（2）应力计算
断面应力计算结果见下表。 由表中看出处的管壁外缘合成应力最大，
0.43(MPa) 2 0.1 0.2(MPa)
满足稳定要求。 此外支承环刚度较大，不必验算。
•
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2 (1 0.15)[ ] 2 0.85 105000
考虑钢管设计规范对最小管壁厚度的限制和对钢管 防锈蚀的要求，选用管壁计算厚度8mm，结构厚 度10mm。
2.跨中1-1断面管壁的应力计算
（1）荷载计算
1）径向内水压力：因管径较小，忽略不均匀水压力： p w H 9.8 56.25 551 .25(kN / m2 )
也可采用地面压力钢管临界外压力曲线上查值。
l 44 r1
r 1 125
0.008
Pcr 0.29MPa
一个标准大气压为0.1MPa，抗外压稳定安全系数
k 0.29 2.9 2 0.1
满足要求。
（2）加劲环的临界压力
pcr
3EJK rk3l
3 2.06105 3.084106 1.03273 4
r 551 .25kN / m2 0.55MPa
外表面
r 0
2）切向应力σθ2
断面1-1是加劲环断面，考虑加劲环对管壁的约束， 忽略管道直径影响，管壁的切向应力（书P36式 3-23）为：
2
pr (1 )
551.251 (1 0.53) 32385.9(kN / m2 ) 32.39MPa 0.008
小水电站压力管道规章制度
小水电站压力管道规章制度
《小水电站压力管道规章制度》
小水电站压力管道是小型水电站的重要组成部分，其规章制度的建立和执行对于保障水电站安全稳定运行至关重要。
为了规范小水电站压力管道的安全管理，制定了一系列的规章制度。
首先，对于小水电站压力管道的设计、建设和运行需要严格遵守相关国家标准和规定，确保管道的安全性和稳定性。
其次，规章制度要求对小水电站压力管道进行定期的检查和维护，及时发现并处理管道存在的安全隐患。
同时，规章制度还要求对小水电站压力管道进行定期的技术培训，提高操作人员的技能和安全意识。
另外，规章制度还规定了小水电站压力管道的事故处理和应急预案，确保在发生突发情况时能够及时有效地处理，并减少损失。
此外，规章制度还要求对小水电站压力管道的记录和报告进行及时、完整和准确的管理，以便对管道进行全面的跟踪和监控。
总的来说，《小水电站压力管道规章制度》的制定和执行，为保障小水电站压力管道的安全运行提供了坚实的保障，对于小水电站的长期发展起着至关重要的作用。
水电站压力管道—地下埋管
9.6.2 地下埋管的布置
➢ 地下埋管一般多采用联合供水方式，但如果管道较短、引用流量 较大、机组台数较多，也可采用分组供水或单元供水方式向机组 输水。相邻两管道之间应有足够的间距。
➢ 地下管道应布置在坚固完整、地下水位低的岩层中。对管线的地 质构造进行认真研究，以防塌方和岩石脱落，地下施工要考虑出 碴和浇筑混凝土要求，管道与水平面夹角不宜小于40˚。
9.6.2 地下埋管的施工要求
4. 灌浆
分为回填灌浆，接缝灌浆和固结灌浆。 平洞、斜井应作顶拱回填灌浆，灌浆压力不应小于0.2MPa，但也不得
大于钢管抗外压临界压力。 钢管与混凝土衬圈之间如果缝隙过宽，应进行接缝灌浆。 基岩固结灌浆可视围岩情况、内水压力、设计假定、开挖爆破方式等
情况确定，其灌浆压力不宜小于0.5MPa。 灌浆过程中，应防止钢管失稳等事故，必要时可采取临时支护措施。
➢ 上覆岩层应留有足够的岩石厚度。
9.6.2 地下埋管的施工要求
➢ 地下埋管的施工程序包括洞井开挖、钢衬安装、混凝土回填和灌 浆四个工序。
1. 洞井开挖
洞井开挖要尽量采用光面、预裂爆破或掘进机开挖。 要合理选择施工支洞的高程和位置，以方便出碴、运输钢衬和
混凝土浇筑，并考虑作为永久排水洞和观测洞。 钢管管壁与围岩之间的净空间尺寸，两侧和顶部至少留0.5m，
项目9 压力管道
1
压力管道的功用与类型
2
压力管道的线路选择和布置方式
பைடு நூலகம்
3
明钢管的构造、附件及敷设方式
4
钢岔管
3
钢筋混凝土管
4
地下埋管
项目9 压力管道
9.6 地下埋管
1
地下埋管的特点
水电站压力管道计算
180
-0.1112066 0.068309886 -389.548539 -77843.1287
轴向应力σx
σx1 -6707.538564
σx3
69175.676
内壁取正值
管外壁取负 值
-m/3.14*r^2* δ
2490.89032
σx2计算表
计算断面θ
σx2(kPa)
0
2490.89032
67
-0.15399601 -204.823963
-0.25 -332.515053
0.25 332.5150528
0.153996008 204.8239633
-0.0443276 -58.9583756
0.182
ZR3
计算断面θ
0 67 90
K3
K4
MR
管内壁
0.11120661 -0.068309886 389.5485394 77843.12866
δ/r
26.75247147
0.007174173
三、钢管受力 分析
参数输入区
数 加劲环间距
8
n2-1 24
泊松比 0.3 是否满足2倍大气压值
满足条件
水容重
钢材容重 平均直径
壁厚
管线与 水 平夹角
9.81 轴力计算
每米水重
192.619 伸缩节内水压 力
97.352 四、管壁应力 分析
78.5
5.018
K1
0
-0.2387324
67
-0.2645964
90
-0.25
90
0.25
113
0.26459637
180
水电站压力管道
第三章水电站压力管道第三章水电站压力管道要求：掌握压力管道的工作特点、类型及总体布置，压力管道的尺寸拟定，设计方法和步骤。
第一节压力管道的功用和类型一、功用及特点(一)功用压力管道是从水库、压力前池或调压室向水轮机输送水量的水管。
(二)特点(1) 坡度陡(2) 内水压力大，且承受动水压力的冲击(水击压力)(3) 靠近厂房。
严重威胁厂房的安全。
压力管道的主要荷载为内水压力，HD值是标志压力管道规模及技术难度的重要参数值。
当V=5~7m/s时，HD≈(0.15～0.18) N g H当N g相同时，H愈大，HD愈大。
目前最大达5000m2。
目前最大直径的钢管是巴基斯坦的塔贝拉水电站第三期扩建工程的隧洞内明钢管，直径为13.26m。
二、分类按布置方式分按材料分明管：暴露在空气中(无压引水式电站) 钢管(大中型水电站)钢筋混凝土管(小型电站) 地下埋管（隧洞埋管)：埋入岩体。
(有压引水电站) 不衬砌、锚喷或混凝土衬砌、钢衬混凝土衬砌，聚酯材料管混凝土坝身埋管：依附于坝身(混凝土重力坝及重力拱坝)，包括：坝内管道、坝上游面管、坝下游面管钢筋混凝土结构、钢衬钢筋混凝土结构第二节压力管道的线路选择及尺寸拟定一、供水方式1．单元供水：一管一机。
不设下阀门。
优点：结构简单(无岔管)、工作可靠、灵活性好，易于制作，无岔管缺点：造价高适用：(1)单机流量大、长度短的地下埋管或明管；(2)混凝土坝内管道和明管道2．联合供水：一根主管，向多台机组供水。
设下阀门。
优点：造价低缺点：结构复杂（岔管）、灵活性差适用：、(1)机组少、单机流量小、引水道长的地下埋管和明管3．分组供水：设多根主管，每根主管向数台机组供水。
设下阀门。
适用：压力水管较长，机组台数多，单机流量较小的情况。
地下单元供水联合供水分组供水埋管和明管二、明管布置管道与主厂房的关系：1．正向引近：低水头电站。
水流平顺、水头损失小，开挖量小、交通方便。
钢管发生事故时直接危机厂房安全。
水电站压力管道(二)PowerPointTEMPLA
三、几种常用的岔管
1、贴边式岔管 v 贴边式岔管是在卜形布
置的主、支管相贯线两 侧用补强板加固，补强 板与管壁焊固形成一个 整体。
v 补强板刚度较小，不平衡区的水压力由补强板和 管壁共同承担。
v 常用于中、低水头卜型布置的地下埋管。
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水电站压力管道 (二)PowerPointTEMPLA
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2024/2/10
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第七节 分岔管
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三梁岔管
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一、分岔管的功用、特点
1、功用：作用是分配水流。采用联合供水或分组供 水时，需要设置分岔管，岔管位于厂房上游侧。
v 在围岩/混凝土/钢管之间存在缝隙，需要用灌浆进 行处理，压力不小于0.2MPa。
v 对于不太完整的围岩，需要进行固结灌浆处理，灌 浆压力0.5~1.0MPa，深度2~4m。
v 地下水位较高地区，可打排水洞(效果好)、设排水 管(易堵塞)，也可外设加劲环。
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水电站压力管道 (二)PowerPoபைடு நூலகம்ntTEMPLA
n-同一截面上的锚筋数，l-锚筋间距
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(五) 防止钢衬受外压失稳的措施
1. 降低地下水水压力是防止钢衬失稳的根本方法， 措施是排水廊道结合排水孔；
2. 精心施工做好钢衬与混凝土之间的灌浆，减小 缝隙，但灌浆时要注意鼓包问题，可采取临时 措施或限制灌浆压力；
v 坝与厂房之间不设纵缝而厂坝连成整体时，由于 二者横缝也必须在一条直线上，管道在平面上不 得不转向一侧布置，这时钢管两侧外包混凝土厚 度不同。
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（一）坝体压力管道
1.斜 式
进水口高程较高，上部管道内水压力小，进口闸门及启闭设备 的造价较低，运行管理方便。缺点是转弯多，用钢量较大。 常用于坝后式水电站。
进水口高程较低，进口闸门承受的水头较高，闸门结构复杂，
压力管道内水压力较大；但管线短，转弯少，水头损失和水
击压力均较小。常用于混凝土薄拱坝及较低的重力坝坝后式
1.钢管
钢管一般为钢板焊接而成。它具有强度高，抗渗性能好 等优点，广泛应用于中高水头水电站和坝后式水电站。其 适用水头范围可由数十米至几千米。高水头小流量、直径 在1m以下的地面压力管道可采用无缝钢管，但造价较高。
2、钢筋混凝土管 钢筋混凝土管造价低，经久耐用，可就地制造，能承
受较大外压，但管壁承受拉应力的能力较差。 钢筋混凝土管可分为普通钢筋混凝土管、预应力和自
钢管管节
钢筋混凝土管
聚酯材料管
木管
三、地下压力管道
当地形地质条件不宜布置成明管或电站布置在地下时 ，往往将压力管道布置在地面以下成为地下压力管道。
地下压力管道有地下埋管和回填管两种：埋入地层岩 体中的压力水管称为地下埋管。回填管是在地面开挖沟槽 ，压力水管敷设在沟槽内后，再以土石回填。
施工过程：开挖岩洞（清理石渣、支护等） →安装钢管→回填混凝土→接触灌浆 大型水电站中应用较多
大不超过7m/s，Ae= Qmax/Ve D 4QP
水电站。
2.平 式
3.竖 井 式
管道长度短，但弯管段弯曲半径小，水头损失大，管道孔洞 对坝体应力影响较大。常用于坝内式和地下式厂房的水电站。
坝后背管
坝后背管的管道较布置 在坝内时稍长，且管壁 要承受全部内水压力， 壁厚较大，用钢量多。 常用于宽缝重力坝、支 墩坝及薄拱坝的坝后式 水电站。
（二）地面压力管道
§8.3 压力水管的水力计算与经济直径
一、水力计算
恒定流计算：确定管道的水头损失，以供确定工作水头、选择
装机容量、计算电能和确定管径之用。
沿程损失：处于紊流，可按曼宁公式、门槽、渐变段、弯段、分岔R等3部位，按水
力学公式计算。
非恒定流计算：水击计算(N变→Q变→H变) ，确定管道中各点 的动水压力和变化过程，确定引水系统的最高压力线和最低压 力线，作为水管荷载计算和高程布置的依据。)
2. 纵向引近：高、中水头电站。避免水流直 冲厂房。
3. 斜向引近：分组供水和联合供水。
引进方式
(a)、(b) 正向引进 (c)、(d) 纵向引进 (e) 斜向引进
三、供水方式
单元供水
联合供水
分组供水
供水方式
1．单元供水：一管一机。不设下阀门。
优点：结构简单(无岔管)、工作可靠、灵活性 好，易于制作，无岔管 缺点：造价高 适用：(1) 单机流量大、长度短的地下埋管或 明管； (2) 混凝土坝内管道和明管道
二、压力管道直径的选择
1、动能经济比较法：基本原理与渠道相同(要考虑流速、
水击压力的影响)，拟定几个直径，进行动能经济计算， 比较确定最优经济直径。
2、经验公式法：简化条件推导公式。精度较低，初步设计
时采用
D 7 5.2Qm3 ax H
Qmax——压力管道设计流量，H—设计水头
3、经济流速法：压力管道的经济流速一般为4～6m/s，最
§8.1 压力水管的功用与结构形式
一、压力水管的功用、要求及布置要求
功用：直接向水轮机输送水量； 特点: 坡度陡，内水压力大，靠近厂房，且承受水击的动水
压力 ；失事后果严重，所以必须安全可靠。
布置要求：由于内水压力大，运行中可能爆裂，承受外压时 则可能失稳。管道失事将危及厂房。因此，要求压力水管的 布置应适应所处地形地质条件，尽量缩短长度，降低水击压 力，减小水头损失，与水库、前池、调压室及厂房应妥善连 接，提高水电站运行的经济性。
应力钢筋混凝土管、钢丝网水泥管和预应力钢丝网水泥 管等。普通钢筋混凝土管一般适用于静水头和管直径的 乘积＜60m2，且静水头不宜超过50m的中小型水电站； 预应力和自应力钢筋混凝土管具有弹性好、抗拉强度高 等特点，但制作要求较高。其适用范围可达≤３００m2, 静水头可达150m。用以代替钢管，可节约钢材60%以上 。位于岩石中的现浇钢筋混凝土管归于隧洞一类。
地下埋管施工中
§8.2 压力水管的路线和布置形式选择
压力水管路线的选择 压力水管向水轮机的供水方式
单独供水 联合供水 分组供水
压力水管进入厂房的进水方向
压力水管的轴线与厂房的相对方向可以采用正向、 侧向、或斜向的布置。
压力水管路线的选择
管线尽量短而直。 管路沿线地质条件好。 明管路线应尽量避开山坡起伏大和其他危及管道
第八章 水电站的压力水管
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING
第八章 水电站的压力水管
压力水管的功用与结构形式 压力水管的路线和布置形式选择 压力水管的水力计算与经济直径 明钢管的构造、附件及敷设方式 明钢管的结构计算 明钢管的支承结构 钢岔管 钢筋混凝土管
二、压力水管的结构形式与适用条件
1.坝体压力管道——堤坝式厂房，压力管道穿过坝身； 坝内埋管：埋设在坝体混凝土中 。 斜式、平式、竖井式 坝后背管：钢管穿过上部坝体后布置在下游坝坡上
2.地面压力管道——压力管道通常沿山坡脊线露天敷设； 钢管 钢筋混凝土管
3.地下压力管道——压力管道布置在地面以下； 地下埋管 回填管
供水方式
2．联合供水：
一根主管，向多台机组供水。设下阀门。 优点：造价低 缺点：结构复杂（岔管）、灵活性差 适用：机组少、单机流量小、引水道长的地下埋管和明管
3. 分组供水：
设多根主管，每根主管向数台机组供水。设下阀门。 适用：压力水管较长，机组台数多，单机流量较小的情况。 地下埋管和明管.
安全的地段。 避免管道内产生局部真空。 管线倾角合适。
压力管道线路选择应结合其它建筑物(前池、调 压室)和水电站厂房布置统一考虑。
压力水管向水轮机的供水方式
联合供水 分组供水 单独供水
斜向 正
向
侧
向
引进方式
1. 正向引近：低水头电站。水流平顺、水头 损失小，开挖量小、交通方便。钢管发生 事故时直接危机厂房安全。