第十三章 水电站的压力管道 第五节 明钢管的敷设方式丶镇墩丶支墩和附属设备
第五节-明钢管的敷设方式
第五节明钢管的敷设方式、镇墩、支墩和附属设备一、钢管的敷设方式明钢管一般敷设在一系列的支墩上，底面高出地表不小于0.6m,这样使管道受力明确，管身离开地面也易于维护和检修。
在自重和水重的作用下，支墩上的管道相当于一个多跨连续梁。
在管道的转弯处设镇墩，将管道固定，不使有任何位移，相当于梁的固定端。
明钢管宜做成分段式，在两镇墩之间设伸缩节，如图13-3所示。
由于伸缩节的存在，在温度变化时，管身在轴向可以自由伸缩，由温度变化引起的轴向力仅为管壁和支墩间的摩擦力和伸缩节的摩擦力。
为了减小伸缩节的内水压力和便于安装钢管，伸缩节一般布置在管段的上端，靠近上镇墩处。
这样布置也常常有利于镇墩的稳定。
伸缩节的位置可以根据具体情况进行调整。
若直管段的长度超过150m，可在其间加设镇墩；若其坡度较缓，也可不加镇墩，而将伸缩节置于该管段的中部。
图13-3 明钢管的敷设方式二、明钢管的支墩和镇墩（一）支墩支墩的作用是承受水重和管道自重在法向的分力，相当于梁的滚动支承，允许管道在轴向自由移动。
减小支墩间距可以减小管道的弯矩和剪力，但支墩数增加，故支墩的间距应通过结构分析和经济比较确定，一般在6～12m之间。
大直径的钢管可采用较小的支墩间距。
按管身与墩座间相对位移的特征，可将支墩分成滑动式、滚动式和摆动式三种。
1.滑动式支墩滑动式支墩的特征是管道伸缩时沿支墩顶部滑动，可分为鞍式和支承环式两种．鞍式支墩如图13-4（a）所示。
钢管直接安放在一个鞍形的混凝土支座上，鞍座的包角在120°左右。
为了减小管壁与鞍座间的摩擦力，在鞍座上常设有金属支承面，并敷以润滑剂。
鞍式支墩的优点是结构简单，造价较低，缺点是摩阻力大，支承部分管身受力不钧匀，适用于直径在1OOcm以下的管道。
支承环式滑动支墩是在支墩处的管身外围加刚性的支承环，用两点支承在支墩上，这样可改善支座处的管壁应力状态，减小滑动摩阻，并可防止滑动时摩损管壁，如图13-4(b）所示。
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。
自编——《水电站》复习资料
《水电站》作业11、 水电站水能如何转化为电能的？（用框图表示）2、水电站是通过（水轮机）把水能变成旋转机械能，再通过（发电机）把机械能变成电能的。
3、水轮机的工作参数有（H ）、（Q ）、（N t ）、（n ）、（ηt ）等。
4、水轮机的工作水头是水轮机（进口）和（出口）单位重量水流的能量差值。
5、水轮机分为（反击式）和（冲击式）两大类。
（1）什么叫水轮机？答：将水能转变为旋转机械能的水力原动机叫做水轮机。
（2）冲击式水轮机与反击式水轮机的区别。
答：工作原理方面： 利用水流的势能与动能做功的水轮机为反击式水轮机；利用水流的动能做功的水轮机为冲击式水轮机。
流动特征方面： 反击式水轮机转轮流道有压、封闭、全周进水；冲击式水轮机转轮流道无压、开放、部分进水。
结构特征方面：转轮的差别，反击式水轮机转轮叶片的断面呈翼型形状。
由蜗壳、导水机构、转轮与尾水管形成封闭的流道；冲击式水轮机转轮叶片多呈斗叶状，有喷嘴。
6、反击式水轮机是靠（势能和动能）做功的，冲击式水轮机是靠（动能）做功的。
7、反击式水轮机的过流部件由（引水部件）、（导水部件）、（工作部件转轮）和（泄水部件）构成。
8、冲击式水轮机的主要部件有（喷嘴）、（折向器）、（转轮）、（机壳）等。
9、某水轮机在设计工况下蜗壳进口压力表读数为65⨯104p a ，压力表中心高程为887m ，压力表所在的钢管直径D=6m ，电站下游水位为884m ，水轮机流量Q=290m 3/s ，发电机功率N g =180MW ，取发电机效率ηg =0.97，试求水轮机的工作水头H 与水轮机效率ηt 。
（不计引水系统水头损失）。
解：取水轮机进口断面为蜗壳进口断面，水轮机出口断面为尾水管出口处下游断面。
g rv p z E v p 22111α++= 002++=z E d s m QD V 3.10614.329044221=⨯⨯==π g v p Z Z E E H d p 2211121αγ++-=-==8.923.109800106588488724⨯+⨯+-=74.7m 水轮机的出力0.97180N ηN g gt ===185.57（MW ）水流出力N w =9.8QH=9.81⨯290⨯74.7=212.51（MW ） 水轮机的效率873.051.21257.185===N N W TT η 10、我国对水轮机的型号是如何规定的？11、（座环）是水轮机的过流部件，又是水轮机的承重部件。
水电站压力管道
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
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4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式
4.3.2 明钢管的阀门和附件
1.闸门及阀门
❖ 压力管道进口设快速闸门(事故门)——在前池、调 压室、水库等位置。
❖ 对于联合供水或分组供水的管道，在水轮机进口前 应设快速阀门(事故阀)，紧急切断水流，防止机组 产生飞逸。
❖ 对于单元供水的电站，当水头高于120m或管道较 长时，经技术经济比较，也可设置主阀。
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斜向引近
管道的轴线与厂房的纵轴线斜交。 特点：介于上述两者之间 适用：分组供水和联合供水。
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4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式 什么是明钢管？
暴露在空气中的压力钢 管。
在中小型引水式水电站 中应用广泛。
4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式
4.3.1 明钢管的构造
2.附件
❖ （1）伸缩节
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
两镇墩之间一般要求布置 伸缩节，伸缩节间距不宜 超过150m。
伸缩节
(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
伸缩节动画
4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式
坝内埋管：埋设于混凝土坝体内的压力管道，常采用钢管 。坝内埋管的安装与大坝施工干扰较大，且影响坝体强度 。
最新第十三章水电站的压力管道5
第十三章水电站的压力管道第五节明钢管的敷设方式、镇墩、支墩和附属设备一、钢管的敷设方式明钢管一般敷设在一系列的支墩上，底面高出地表不小于0.6m,这样使管道受力明确，管身离开地面也易于维护和检修。
在自重和水重的作用下，支墩上的管道相当于一个多跨连续梁。
在管道的转弯处设镇墩，将管道固定，不使有任何位移，相当于梁的固定端。
明钢管宜做成分段式，在两镇墩之间设伸缩节，如图13-3所示。
由于伸缩节的存在，在温度变化时，管身在轴向可以自由伸缩，由温度变化引起的轴向力仅为管壁和支墩间的摩擦力和伸缩节的摩擦力。
为了减小伸缩节的内水压力和便于安装钢管，伸缩节一般布置在管段的上端，靠近上镇墩处。
这样布置也常常有利于镇墩的稳定。
伸缩节的位置可以根据具体情况进行调整。
若直管段的长度超过150m，可在其间加设镇墩；若其坡度较缓，也可不加镇墩，而将伸缩节置于该管段的中部。
图13-3 明钢管的敷设方式二、明钢管的支墩和镇墩（一）支墩支墩的作用是承受水重和管道自重在法向的分力，相当于梁的滚动支承，允许管道在轴向自由移动。
减小支墩间距可以减小管道的弯矩和剪力，但支墩数增加，故支墩的间距应通过结构分析和经济比较确定，一般在6～12m之间。
大直径的钢管可采用较小的支墩间距。
按管身与墩座间相对位移的特征，可将支墩分成滑动式、滚动式和摆动式三种。
1.滑动式支墩滑动式支墩的特征是管道伸缩时沿支墩顶部滑动，可分为鞍式和支承环式两种．鞍式支墩如图13-4（a）所示。
钢管直接安放在一个鞍形的混凝土支座上，鞍座的包角在120°左右。
为了减小管壁与鞍座间的摩擦力，在鞍座上常设有金属支承面，并敷以润滑剂。
鞍式支墩的优点是结构简单，造价较低，缺点是摩阻力大，支承部分管身受力不钧匀，适用于直径在1OOcm 以下的管道。
支承环式滑动支墩是在支墩处的管身外围加刚性的支承环，用两点支承在支墩上，这样可改善支座处的管壁应力状态，减小滑动摩阻，并可防止滑动时摩损管壁，如图13-4(b）所示。
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。
压力管道总论及明钢管-水电站
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。
水电站的压力管道明钢管的敷设方式丶镇墩丶支墩和附属设备
水电站的压力管道明钢管的敷设方式丶镇墩丶支墩和附属设备在水电站建设中，压力管道起到了非常重要的作用。
而当涉及到管道敷设时，明钢管的使用是一种非常常见的方式。
本文将介绍水电站的压力管道明钢管的敷设方式以及镇墩、支墩以及附属设备的使用。
压力管道明钢管的敷设方式压力管道明钢管的敷设方式是水电站中常常采用的方法之一。
具体来说，明钢管的敷设可以分为地下敷设和地面敷设。
在地下敷设的情况下，需要建设足够宽度的管道路基，并对路基进行均匀地填筑，以防止管道在使用过程中出现偏斜或破损的情况。
然后，在路基上安装管沟，安装管沟的深度需要达到一定的标准，具体标准可以参照相关规定。
在管沟内铺设石子等基础材料，放置明钢管，并对明钢管进行固定。
其他管道敷设的步骤可以参照明钢管的地下敷设方式进行。
在地面敷设的情况下，首先需要进行地面平整处理。
然后，在平整的地面上设置专门的管道支撑架或碳素此和车用钢支撑，放置明钢管，并对其进行固定。
其他管道敷设的步骤可以参照明钢管的地面敷设方式进行。
需要注意的是，在进行明钢管敷设时要严格遵守相关规定和标准，以保证管道的质量和安全性。
镇墩和支墩镇墩和支墩是水电站压力管道敷设中常用的两种管道支撑方式。
镇墩一般用于跨越河流、湖泊、龙门等地方，起到承托管道和分散管道荷载的作用，同时也可以减小管道对地面或地基的冲击。
支墩则用于支撑在地面敷设的管道，起到承托支撑管道的作用。
在使用镇墩和支墩时，需要根据管道的位置和长度以及地形等因素进行合理的设置，在镇墩和支撑之间的距离和设置比例也需要符合相关规定和标准。
同时，在进行设置之前，也需要进行严密的计算和评估，确保设置的镇墩和支撑可以承载相应的荷载。
附属设备水电站压力管道的附属设备是管道敷设中不可或缺的一部分。
这些设备包括法兰、膨胀节、隔震器和阀门等。
法兰一般用于连接管道和管道或管道和设备之间，起到连接和密封的作用。
膨胀节则用于管道的热胀冷缩，以及降低管道振动和管道变形等问题，保证管道的安全性和可靠性。