水电站压力管道
水电站压力管道
❖ 镇墩是保持钢管段不发生位移、倾覆和扭转的支承 结构物。
❖ 作用：
依靠自身的重量来固定钢管 承受因钢管改变方向及管径变化而产生的轴向不平衡力 使钢管在任何方向均不产生位移和转角
4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式
4.3.4 明钢管的支承结构
1.镇墩及其构造
4.3.2 明钢管的阀门和附件
2.附件
❖ （2）通气孔和通气阀
作用：当阀门紧急关闭时，向管内充气，以消除管中负压； 水管充水时，排出管中空气。即：放空时补气，充水时排 气。
位置：阀门之后 当进水口较深时，可采用通气阀，在正常运行时保持关闭
状态，发生负压时开启，自动补气，充水时自动排气。
第四章 水电站压力管道
4.1 压力管道的功用和类型 4.2 压力管道的线路选择和布置方式 4.3 明钢管的构造、附件及敷设方式 4.4 压力管道的水力计算与尺寸拟定
4.6 钢岔管
4.1 压力管道的功用和类型
4.1 压力管道的功用和类型
4.1.1 压力管道的功用与特点
作用：从水库、前池或调压室向水轮机输送水量。 特点：
在工厂压轧成无纵缝的管节，运到现场后用横向焊缝或法 兰将管节连成整体。
适用：高水头，小流量的水电站。
4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式
4.3.1 明钢管的构造
1.接缝与接头
❖ (2)焊接钢管
由辊卷成圆弧形的钢板，用纵缝和横缝焊接而成。 纵缝：焊缝交错排列，避开两个中心轴 纵缝与水平轴线和垂直轴线的夹角应大于15°
4.1 压力管道的功用和类型
4.1.2 压力管道的类型及适用条件
2.按管道布置方式分类
❖ （3）坝体压力管道
斜式布置
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。
图8-1 焊缝布置图(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。
水电站压力管道
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，焊图8-1 焊缝布置图缝结构如图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。
第十三章 水电站的压力管道
第一节压力管道的功用和类型压力管道是指从水库、前池或调压室向水轮机输送水量的管道。
其一般特点是坡度陡，内水压力大，承受水锤的动水压力，而且靠近厂房。
因此它必须是安全可靠的。
万一发生事故，也应有防止事故扩大的措施，以保证厂房设施和运行人员的安全。
压力管道按材料可分为：一、钢管钢管具有强度高、防渗性能好等许多优点，常用于大中型水电站。
钢管布置在地面以上者称明钢管，如图11-5。
布置于坝体混凝土中者称坝内钢管，如图11-2。
埋设于岩体中者则成地下埋管，如图18-12。
以上是水电站压力钢管的三种主要形式。
二、钢筋混凝土管钢筋混凝土管具有造价低、可节约钢材、能承受较大外压和经久耐用等优点，通常用于内压不高的中小型水电站。
除普通钢筋混凝土管外，尚有预应力和自应力钢筋混凝土管、钢丝网水泥和预应力钢丝网水泥管等。
普通钢筋混凝土管因易于开裂，一般用在水头H和内径D的乘积HD<50m的情况下；预应力和自应力钢筋混凝土管的HD值可超过200㎡，预应力钢丝网水泥管由于抗裂性能好，抗拉强度高，HD值可超过300㎡。
位于岩体中的现浇钢筋混凝土管道，在内水压力作用下，钢筋混凝土与围岩联合受力，工作状态与隧洞相似，归于隧洞一类。
三、钢衬钢筋混凝土管钢衬钢筋混凝土管是在钢筋混凝土管内衬以钢板构成。
在内水压力作用下钢衬与外包钢筋混凝土联合受力，从而可减小钢衬的厚度，适用于大HD值管道情况。
由于钢衬可以防渗，外包钢筋混凝土可按允许开裂设计，以充分发挥钢筋的作用。
本章主要讲钢管。
第二节压力管道的布置和供水方式一、压力管道的布置压力管道是引水系统的一个组成建筑物。
压力管道的布置应根据其形式、当地的地形、地质条件和工程的总体布置要求确定，其基本原则可归纳如下：(1)、尽可能选择短而直的路线。
这样不但可以缩短管道的长度，降低造价，减小水头损失，而且可以降低水锤压力，改善机组的运行条件。
因此，明钢管常敷设在陡峻的山坡上，以缩短平水建筑物（如果有的话）和厂房之间的距离。
水电站压力管道名词解释
压力管道是指从水库、压力
前池或调压室将水流在有压状态
下引入水轮机的输水管。
压力水
管基本上集中了水电站全部或大
部分水头，它具有坡度陡、承受电站最大水头且受水锤动水压力及靠近厂房的特点。
因此，它的安全性和经济性受到特别重视，有不同于一般水工建筑物的特殊要求。
压力管道按布置形式分为明管、地下埋管、混凝土坝身管道三种，按材料可分为钢管或钢筋混凝土管。
明管是压力管道采用分段式铺设，直接暴露在空气中。
管身铺设在一系列支墩上，在管道转弯处设有镇墩，两镇墩之间设有伸缩节，以减少温度应力。
为了减少伸缩节的内水压力和便于安装，伸缩节一般布置在靠近上镇墩处。
地下埋管是埋藏于地层岩石之中的钢管，又叫压力洞或压力管道。
可以是斜的，也可以是垂直的，它是由开挖岩洞，安装，再在各层中钢材之间灌注混凝土做成的。
混凝土坝身管道是依附于混凝土坝身，即埋设在坝体内或固定在坝面上，并与坝体成为一体的压力输水管道。
根据布置形式，坝体压力管有坝内埋管、坝上游面管道及坝下游面管道三种。
水电站压力管道.
正常使用极限状态：钢管结构或构件达到正常使用或耐 久性能的某项规定限值。
第六节 明钢管的管身应力分析
结构设计状况分为持久状况、短暂状况和偶然状况三种。
三种设计状况均应进行承载能力极限状态设计。
持久状况还应进行正常使用极限状态设计； 短暂状况可根据需要进行正常使用极限状态设计； 偶然状况可不进行正常使用极限状态设计。 承载能力极限状态，是指钢管结构或构件，或达到最大承 载能力、或丧失弹性稳定、或出现不适合于继续承载的变 形； 正常使用极限状态，是钢管结构或构件达到正常使用或耐 久性能的某项规定限值。
1. 功用：固定钢管，承受因水管改变方向而产生的 轴向不平衡力。水管在此处不产生任何位移。 2. 布置：在水管转弯处，直线段不超过150m。 3. 类型：一般由混凝土浇制，靠自重维持稳定。
封闭式：应用广泛。结构简单，节约钢村，固定效果
好。
开敞式：采用较少。易于检修，但受力不均匀。
三、镇墩(anchor block)
明钢管首部设事故闸门，并考虑事故排水等
二、压力管道引进厂房的方式
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。
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。
二、压力管道引进厂房的方式
(a)、(b) 正向引进
(2) 滚动式(rolling ring girder support)
在支承环与墩座之间加圆柱形辊轴，摩擦系数f小， 适用于D>2m。
(3) 摆动式(rocking ring girder support)
在支承环与墩座之间设一摆动短柱。摩擦系数f很小，适 用于大直径管道。
6水电站压力管道a详解
伸缩节动画
3、 通气阀 作用：当阀门紧急关闭时，向管内充气，以消除管 中负压；水管充水时，排出管中空气。 位置：阀门之后。 4、 进人孔 作用：检修钢管；位置：钢管上方；直径：50cm左 右，间距100m 。 5、旁通阀及排水设备 旁通阀：设在水轮机进水阀门处；作用：阀门前后 平压后开启，以减小启闭力。 排水管：应设置在水管的最低点；作用：在检修水 管时用于排出管中的积水和渗漏水。
世 界 上 最 大 的 球 阀
2、伸缩节(expansion joint)
功用：消除温度应力，且适应少量的不均匀沉陷。 位置：常在上镇墩的下游侧(为什么？) 伸缩节的型式较多，常见的几种见下页图。
伸缩节的几种形式
(a)套筒式伸缩节
(b)波纹密封套筒式伸缩节
(c)压盖式限拉伸缩节
(d)波纹管伸缩节
4、求合力作用点及偏心距
利用图解法或数解法求G及∑A的合力作用点位置
及偏心距e。应保证e在镇墩底宽的二分点以内。
M B B e (8 ~ 35) Y G 2 6 n
5、抗滑稳定校核 抗滑稳定应符合下式要求：
Kc f
Y G K X
1. 功用：固定钢管，承受因水管改变方向而产生的 轴向不平衡力。水管在此处不产生任何位移。
2. 布置：在水管转弯处，直线段不超过150m。
3. 类型：一般由混凝土浇制，靠自重维持稳定。
封闭式：应用广泛。结构简单，节约钢村，固
定效果好。 开敞式：采用较少。易于检修，但受力不均匀。
镇墩的两种形式
c
6、地基承载能力校核
要求地基上均为压应力，且最大值不超过地基的 容许值[R]。可按偏心受压公式计算地基应力。
第八章(3) 水电站的压力管道PPT课件
调压井中心线 R20000
主 洞 0+390.000 新开施工支洞进口 0+723.205
ZK1
75.8 1160.
39
(
新
）
Z
K
1 11
2 1
3 5
. 1
0 .
6 0
(
投
影
钻
孔
.
平
距
2
0
m
)
原地形线
1130.65 2000.12.17.
50°
(el+dl)Q
P
2
3 β
-
3
P
2
3 β
-
2
P
2
3 β
-
Er10(1 0)K0
3、对覆盖层的要求
上面设计理论的中心就是让围岩分担部分内水 压力，围岩能否承担它所分担的这部分内压， 我国规范作了如下二条要求：
①埋深 H6r2 —最小覆盖层厚度。只有满足此 要求，才能按埋管设计。
② qrdHcos —上抬理论。上复岩体重量能
与分担内压维持平衡。
4、参数取值
③温度变化
结构强度分析
④坝体渗流压力 ⑤施工荷载
外压稳定分析
3、工作原理与应力分析
坝内埋管计算公式推导的假设条件：
1、仅有单一的内水压力作 用； 2、把结构简化为轴对称的 组合圆环，且具有均匀缝 隙； 3、钢衬混凝土开裂后形成 径向等长的均匀裂缝。
（1）判别混凝土开裂情况
在内水压力作用下，坝内埋管计算可能有三种 情况，即混凝土未开裂；混凝土未裂穿；混凝 土裂穿。
①由上面分析可知，围岩承担内水压力的大 小与K0 、Δ关系密切，但K0 、Δ不易确定。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
PPT文档演模板
2020/10/29
水电站压力管道
第八章 水电站压力管道
v 作用：从水库、前池或调压室向水轮机输送水量。 v 特点：坡度陡、内水压力大，承受动水压力，且
靠近厂房，失事后果严重，所以必须安全可靠。
PPT文档演模板
水电站压力管道
第一节 压力管道的类型
按布置方式分
按材料分
易于制作，无岔管。 v 缺点：造价高。 v 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。
PPT文档演模板
水电站压力管道
2．联合供水： 一根主管，向多台机组供水。设下阀门。
v 优点：造价低 v 缺点：结构复杂（岔管）、灵活性差
v 适用：机组少、单机流量小、引水道长的地下埋管 和明管。
明管：
钢管(大中型水电站)，钢筋
暴露在空气中(无压引水式电站) 混凝土管、木管(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 酯材料管等
混凝土坝身埋管： 依附于坝身(混凝土重力坝及 钢筋混凝土管道、钢衬钢 重力拱坝)，包括：坝内管道、 筋混凝土管道 坝上游面管、坝下游面管
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
Qmax——压力管道设计流量，H—设计水头
3. 经济流速法：压力管道经济流速一般为4~6m/s，
最大不超过7m/s，Ae= Qmax/Ve
PPT文档演模板
水电站压力管道
第四节 钢管的材料和管身构造
PPT文档演模板
水电站压力管道
一、钢管的材料
➢ 路线尽可能短、直。(经济，hf和ΔH小)。 ➢ 地质条件好。山体稳定、地下水位低、避开山崩、
雪崩地区以及山水集中的地区和沉降量很大的地段， 可沿山脊布置。
➢ 宜避开村镇居民区及交通道路等，若避不开村镇居 民区应考虑工程对环境的影响。
➢尽量减小起伏, 避免出现负压; 转弯半径R≯3D。 ➢ 明钢管首部设事故闸门，并考虑事故排水等。
PPT文档演模板
水电站压力管道
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。
v 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。
PPT文档演模板
水电站压力管道
第三节 水力计算和经济直径的确定
一、水力计算 v 恒定流计算：确定管道的水头损失，包括沿程和
局部两部分。 ➢沿程损失：处于紊流，可按曼宁公式计算。 ➢局部损失：进口、门槽、渐变段、弯段、分岔
PPT文档演模板
水电站压力管道
三、容许应力
❖ 钢材的容许应力一般用屈服强度除以安全系数得 到，即
[σ]=σs/ K ❖ 不同的荷载、不同的部位采用不同的容许应力。
v 钢管所用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 因素选定。
v 钢管主要受力构件(包括管壁、支承环、岔管加强构 件等)可采用下列钢种：Q235—C、D级碳素结构钢， Q345—C、D级及Q390—C、D级低合金结构钢；20R、 16MnR、15MnNbR、15MnVR等压力容器钢； 07MnCrMoVR、07MnNiCrMoVDR等高强度压力容 器钢。明管宜采用容器钢。如需采用其他钢种，应先 研究其性能，确定相应的焊接方式热处理工艺等。
水电站压力管道
(二) 钢材性能要求
1、机械性能
v 屈服强度σs 、抗拉强度σb ；塑性指标：断裂时的 延伸率ε、断面收缩率ψ；冲击韧性ak。要求强度 高、塑性好(冲击、低温、加工)可焊性能好。
v A3钢机械性能适用于压力管道，但容许应力低。
v 当HD>600m2，δ=32mm～40mm，不易加工。
PPT文档演模板
水电站压力管道
钢管
PPT文档演模板
水电站压力管道
钢筋混凝土管
PPT文档演模板
水电站压力管道
聚酯材料管
PPT文档演模板
木管
水电站压力管道
第二节 压力管道的布置和供水方式
PPT文档演模板
水电站压力管道
一、压力管道的布置
v 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。
PPT文档演模板
水电站压力管道
v 明管支座辊轮可采用下列钢种：Q235—A、B、 C级钢；Q345—A、B、C级钢；30、35、40、 45优质碳素结构钢；ZG230-450、ZG270-500、 ZG310-570等铸件。
v 支座支承板可采用与管材、支承环相同的材料。 支座垫板可采用上列钢板或铸件。
PPT文档演模板
水电站压力管道Leabharlann 二、压力管道引进厂房的方式
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。
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。
PPT文档演模板
水电站压力管道
三、供水方式
1．单元供水：一管一机。不设下阀门。 v 优点：结构简单(无岔管)、工作可靠、灵活性好，
v 当HD较高时采用16Mn，其强度高，但塑性差：
v 强度越高，塑性越差。若采用高强钢，要有充分 的论证。
PPT文档演模板
水电站压力管道
2、加工性能 v 辊轧、冷弯、焊接、切割，要求焊接性能好，冷
加工的塑性变形小，加工后无残余应力，焊缝和 热影响区不产生裂纹。 3、化学成份 v 影响钢材的强度、ε、焊接性能，含碳不要过高 (脆)，含硫量和含硅量也不能高。
PPT文档演模板
水电站压力管道
二、钢材性能的要求
(一) 压力管道的工作特点与制作程序 v 工作特点：内水压力大，并经常承受冲击荷载的
作用；低温状态下工作(水温在4℃左右)对钢材的 工作条件不利。 v 制作过程： ➢板裁：冷卷、辊压成形； ➢现场焊接(自动焊、手焊)； ➢检查焊缝(γ射线、超声波)
PPT文档演模板
等部位，按水力学公式计算。 hw→电能→装机容量→管径选择
PPT文档演模板
水电站压力管道
v 非恒定流计算：水锤计算(N变→Q变→H变) ， 确定管道中各点的动水压力和变化过程。
水击压强→确定压力管道荷载和管线(最高压力 线和最低压力线)
PPT文档演模板
水电站压力管道
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、水锤压力的影响)，拟定几个直径，进行 动能经济计算，比较确定最优经济直径。