水电站压力管道计算
压力管道水力计算
3 按照终点流量要求，确定各段流量 4 以经济流速确定各段管径 5 取标准管径后，计算流速和摩阻 6 按长管计算各段水头损失hw
1
z2 2
3
z1
J
z3
7 按串联管道计算起点到控制点的总水头损失。
285井 站 ： 282、 283、 284
安县
罗浮山温泉 秀水
24
塔水站
花街镇 93
Φ 159× 6,L34Km
压力管道水力计算
压力管道计算原理
有压管道：管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作用，
其断面各点压强，一般不等于大气压强。
管壁
管壁
液体
液体自由面
有压管道
无压管道
工程中，常用各种有压管道输送液体，如水电站压力引水 钢管；水库有压泄洪隧洞或泄水管；供给的水泵装置系统及 管网；输送石油的管道。
管道按布置分
第一类问题的计算步骤
（1）已知qV、l、d 、、 Δ ，求hf；
qV、l、d 计算Re
计算
计算 hf
第二类问题的计算步骤
（2）已知hf 、 l、 d 、 、 Δ ，求qV； 假设
由hf计算 v 、Re
= New
计算New
N
Y
校核 New
由hf计算 v 、 qV
第三类问题的计算步骤
（3）已知hf 、 qV 、l、、 Δ ，求d。 hf qV l Δ
377井 站 ： 377 378井 站 ： 378
164井 站 ： 164、 Q47 256井 站 ： Q 73-1、 Q 73-2、
= New
假设
由hf计算 v 、Re
由Re、查莫迪图得New
求解方法相当 于简单管道的第 二类计算问题。
压力管道计算表
0
0
0
2.26 0.2 681 0.071 18.681 0.076 0.026
0
0
0
1.00 0.3 681 0.071 2.562 0.015 0.005
0
0
0
4、压力管道水锤压力简化计算
参数 L= 681
v0= 2.26
v1=
0 △t=
3
△H=L/g*(v0-v1)/△t= 52.3755362 (m)
a=1425/(1+ε/E*D/δ)0.5= 939.6171746 m/s
0
7、水锤波传播速度计算(钢筋砼管)
参数 ε=
2.1E+04
Eh= 2.1E+05
Eh= 3.0E+05
波速
a=1425/(1+ε/EhD/（δ（1+9.5μ)))0.5=
1379 m/s
0
8、水锤压力形式判别:
tr= 2L/a = 1.449526506 s≤Ts=
z末=2σ/(2-σ)= 0.56 y末=-2σ/(2+σ)= -0.36
△H=
0
△H= 71.4118
△H= -44.77
△H= 66.9962
△H= -42.993
计算得 计算得
△h叉=
0 0 0
管径D= 壁厚δ= 壁厚δ(加上水击波压强）=
△h阀=
0.41737008 0.02608563 0.005152717
0.21
3 4 △h局= 2.05406326 0.128378954 0.025358806
选定D=
0.2
稳定δ
2
∑△h=
水电站压力钢管经济直径通用计算公式
ｚ：∑ Ｅ （ ＋ｒ ） １ ｏ…
±
式中 ． 为施工 期（ 年） ｍ 内各 年 投 资 原值 折 算 到 施 工 期 束 的 折 算 投 资 ． 电力 建设 项 目额 定 投 资 收 益 率 ， 为 目前 我 国 规 定 ｒ ＝ ； 为 施 工 期 第 年 的 投 资 原值 ， 文初 步 按 总 投 。 ０１墨 本 资 原值 在施 工 期 爪 年 内 每 年 均 匀 投 ＾ 计 算 ， ． ／ Ｋ ＝Ｋ 爪； 为 电 站 建 筑 经 济 运 行 期 ， 电 站 水 ５ ， 电 站 ＝２ ； ０ａ火 ５ａ “
ｄＮ （ Ｆ） 业 ｄ 一 Ｄ
一
估算 时 ， 用水 轮机最 太过水流量 口 常 ～除 以经济流速
计
算钢管经济断面 和直径 根据 国 内经验 ， 经济 流速值 为 ： 露 天式压力钢管 下埋 管 取 ４～６ｍ ｓ坝 内埋管 ／， 取 ５ ｍ ｓ地 —６ ／ ，
取 ３—４５ｍ ｓ ． ／ 。对 大型较 重要 的水 电站 压力 钢
收 稿 日期 ：００１－５ ２０ －０２
作者 筒 介 ： 李彦 硬 （９３一 】 男 ， 北 唐 山 ＾ ， 连 理 工 大 学 教 １３ ， 河 大 授 ． 事 水 电 站 建筑 物及 水 能 技 术 经井 教 学 产 科 研 工 作 从 生
为在 经 济 运 行 期 内 ， 站 的 年 运 行 费 （ 包 括 折 旧 ） 火 电 站 电 不 ，
维普资讯
水力 发电－０ ２ － ４期 ２０ 年 第
文 章 编 号 ：５９９４ （０２ ０－０ ３ ３ ０５．３２ ２０ ）４径 通 用计 算公 式
水电站引水压力钢管水锤升压的计算
水电站引水压力钢管水锤升压的简略计算〇说明：有压管路的锤击是由于流体的速度、动量变化引起的，流体的可压缩性和管路材料的弹性是锤击压强得以升降和传播的根源。
设水电站引水压力钢管与阀门系统示意图如下，根据儒柯夫斯基锤击波和锤击压强理论，对该系统的水锤计算如下。
设阀门的关闭时间为Ts，锤击波在管路中往复传递一次历时为T。
则：当Ts＜T时(即从进口到阀门的减压传递尚未到达阀门处，而阀门已经完全关闭)，将产生完全锤击(直接锤击);当Ts≥T时为间接锤击。
直接锤击情况下水锤增压△p=ρ×C×Vo；间接锤击水锤增压△p’=ρ×C×V o×T/Ts。
式中：ρ为管路介质密度，C为锤击波传播速度，V o为流体初速。
二、计算锤击波的第一相长T：T=2×L÷C式中L为管路长度，此处取L=750m，C为锤击波速度，以最大的C计算将得到最短的T以最大的C计算将得到最短的T短=2×750÷1114.48=1.35秒以最小的C计算将得到最长的T长=2×750÷1073.59=1.40秒可以看出，当阀门关闭时间Ts=8秒时，Ts大于T，管道内产生的锤击波为间接水锤。
管路越长，T越大，T/Ts越大，水锤升压也越大。
三、计算管路流速根据标书：DN1000管道设计流量3.5m ³/s ，换成流速Vo=Q/(πr 2)=3.5÷(3.14159×0.52)=4.456m/s DN1200管道设计流量4.65m ³/s ，换成流速V o=Q/(πr 2)=4.65÷(3.14159×0.62)=4.11m/s 四、按间接水锤公式计算，水锤增压△p=ρ×C ×Vo ×T/Ts =1000×1114.48×4.456×1.35÷8=838033 Pa ≈83.8 m 水柱 △p=ρ×C ×Vo ×T/Ts =1000×1073.59×4.11×1.40÷8=772179 Pa ≈77.2 m 水柱五、根据阀门设计手册给出的水锤升压简易计算公式 公式来源：《阀门设计手册》P451，2000.4年版，杨源泉主编《阀门设计》P238，1975年版，沈阳阀门研究所关闭阀门水锤升压计算公式为△p=0.004Q/At 单位Kgf/cm 2此公式经单位换算同等变换后，等效于△p=144*V o/t ，单位m 水柱 在本例中，V o=4.456(4.11)m/s,关阀时间8s ，计算得 △p=144*4.456（4.11）= 80.21（73.98）m 水柱。
水电站压力钢管结构计算书
⑤ 轴向力的合力∑A
计算公式： A A1 A5 A6 A7
轴向力合力∑A计算表
A1
A5
A6
A7
∑A(N)
1831
-197
1086
63500
66220
4.1.2 跨中管壁断面应力计算
（1）径向内水压力P在管壁中产生的环向应力σθ1
计算公式：
1
Pr t
1
r H
coscosrDFra bibliotek2400
45.000°
180° 0.0000098 500
400
45.000°
σr(N/mm2) -0.002 -0.005 -0.008
4.1.3 跨中管壁断面各计算点应力条件复核
复核公式：
2
2 x
2 r
x
r
x r
式中：
1 x x1 x2
相应计算工况的允许应力：［σ］=0.55σs= 129.250N/mm²
1831
② 套筒式伸缩节端部的内水压力A5
计算公式：
A5
4
D12 D2 2 P
P H w
式中：
伸缩节端部管道中心内水压力……………………………H´= 500mm
伸缩节内套管外径…………………………………………D1= 768mm
伸缩节内套管内径…………………………………………D2= 800mm
φ［σ］ 122.7875 122.7875 122.7875
4500
4.926
15674
（3）轴向力∑A ① 钢管自重轴向分力A1
计算公式： A1 qs L3 sin
式中：
A1 qs L3 sin
伸缩节至计算截面处的钢管长度…………………………L3= 1500mm
压力管道的水力计算
第一节 压力管道的功用和类型
压力管道的类型 （按材料分类）
3、钢衬钢筋混凝土管
Reinforced concrete pipe with steel lining
特点
钢筋混凝土管内衬 以钢板构成，两者 联合受力，减小钢 衬的厚度。
坝身管道： 依附于坝身(混凝土重力坝及重 钢筋混凝土结构、钢衬钢筋
力拱坝)，包括：坝内管道、 混凝土结构 坝上游面管、坝下游面管
第一节 压力管道的功用和类型
压力管道的类型 （按材料分类）
1. 钢管steel pipelines
特点
崛山电站
强度高、防 渗性 能好 等，常用于 大中型水电站明 钢管（溪口）。
要求
•可靠 •经济 •安全
第一节 压力管道的功用和类型
压力管道的类型 （按材料分类）
压力管道的分类
按布置方式分
按材料分
明管：
钢管(大中型水电站)
暴露在空气中(无压引水式电站) 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、木管等
第五章 水电站的压力管道
知识要点：压力管道功用和类型、路线选择和供水方式，
压力管道的水力计算；明钢管的敷设方式，支墩、镇墩 的类型和布置型式、荷载及轮廓尺寸的确定。明钢管上 的阀门和附件，明钢管荷载、典型断面管壁应力分析、 管壁稳定校核，支承环应力分析特点，钢岔管的主要类 型及特点，地下埋管坝身管道的特点。
钢管
明钢管
明钢管
第一节 压力管道的功用和类型
压力管道的类型 （按材料分类） 1. 钢管steel pipelines
第一节 压力管道的功用和类型
电站出水压力管道经济管径计算
电站出水压力管道经济管径计算摘要：从水库取水输送到用户，每年多数时间用户所需水头压力均有富余，为了充分利用水库水位势能，在水库出口设置电站，一方面降低下游管道压力，一方面为社会带来经济效益。
经济管径计算公式一般适用于加压输水或者重力流输水，本文分析计算在系统中设有电站情况下，计算管道的经济管径。
关键词：经济管径引水式电站压力管道从水库取水，重力流输送到用水户，线路全长88km，电站出水压力管道7.1km，用水户要求水压199m，水库校核洪水位265.7m，正常蓄水位255.2m，死水位207.7m，供水要求的水库最低水位225m，所以水库每年在大多数时间内将有30m左右的富余水头，为了充分利用重力势能，在水库出口设置引水式电站，在降低管道压力的同时，带来可观的发电效益。
一. 加压输水和重力输水经济管径计算1．经济管径计算设计流量：管道设计按最高日流量设计，在进行经济管径分析时采用平均日流量计算，同时采用高日流量复核输水能力。
本工程输水管道线路长、管径大，工程的投资主要部分为管线的投资。
以管道的年运行费用现值与管道投资费用之和，即费用总现值作为目标函数，输水水量、水压、管道流速作为约束条件，费用总现值最小所对应的管径即为经济管径。
计算基本参数：年运行费用现值=年运行费•年金现值系数[P/A，i，n]式中：n---使用年限，按n=50年计；i----收益率，i=8%；电费按0.60元/度电计算;年金现值系数（P/A，i，n）= =12.23大修管理费用取工程投资的1.44%费用总现值PW=工程投资费用+年运行费用现值2.判断系统是否加压的约束条件当利用的势能满足最大输水量时，所选的管径小于在压力流情况下计算的经济管径时，便应采用有压重力流的输水方式；否则便需要经过技术经济比较确定是否采用加压输水。
3. 不同输水方式下计算费用总现值的方法（1）压力流情况下系统的费用总现值费用总现值PW=工程投资费用+年运行费用现值年运行费包括电费、人员工资及工程维护费。
压力管道计算表格
-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
ห้องสมุดไป่ตู้
K3
K4
MR
管内壁
0.11120661 -0.068309886 389.5485394 77843.12866
两端固结 c、强度校核
允许应力
σθ1 σx1 σx1
M σ 111375
61533.225 -6707.539 -1245.550
443.389 65870.848 满足条件
σx -7953.09
2、支承环旁膜 应力区边缘断 面(θ=180度， 剪应力τxθ=0)
a、环向应力
b、轴应力
两端固结 c、强度校核
-0.1440604 0.125626419 -499.2984 -99774.343
-1.443E-16 0.25
35.9116257 7176.187348
σθ4（kPa)
90
1.4433E-16 -0.25 -35.9116257 -7176.18735
113
0.14406037 -0.125626419 499.2983999 99774.34298
67
17657.4177 -5734.270 21116.79 17657.42
90
14051.8912 -6707.539 18349.40 14051.89
90
32829.8941 -6707.539 36646.98 32829.89
- 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)。
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
0.23873241
支承环M的σθ4
ZR1
0.2
K2 0.318 0.124 0.000 0.000 -0.124 -0.318
ZR2
K1+B1*K2
TR
0.044327599 58.95837564
支承环截面积 有效截面积 截面惯性矩
β
B1
0.022248 0.03541538 1.00E-03
单支面积
0.028215 双支面积
b、环向应力
水压力σθ2 23440.8927
kPa
0.619053078 0.889
截面惯性矩
0.03541538
计算见截面 几何性质计
算软件
支承环TR的σθ3
计算断面θ
973.26839
90
0.00000
+
90
0.00000
-
113
-973.26839
180
-2490.89032
c、强度校核
c1、轴力产生应 力
相当应力计算 表
计算断面θ
∑σθ (2)+(3)
∑σx (1)+(2)
σ（kPa) 管内外壁 环外壁
0
25105.6602 -4216.648 27457.90 25105.66
0.018
每米钢重 24.415
水、管 法向分力
1330.060
镇墩间钢管 总跨数
6
填料摩擦力 支墩钢管摩阻 填料长度
419.052432 665.030
0.2
40
钢管自重 轴线分力 721.905 总轴向力 -1903.339
1、跨中断面 (计算点θ度管 壁外缘应力最 大）
a、环向应力
b、轴应力
-0.1440604 0.125626419 -499.2984 -99774.343
-1.443E-16 0.25
35.9116257 7176.187348
σθ4（kPa)
90
1.4433E-16 -0.25 -35.9116257 -7176.18735
113
0.14406037 -0.125626419 499.2983999 99774.34298
67
17657.4177 -5734.270 21116.79 17657.42
90
14051.8912 -6707.539 18349.40 14051.89
90
32829.8941 -6707.539 36646.98 32829.89
113
29224.3676 -7680.807 33727.22 29224.37
b2、稳定要求最小管壁厚度
c、不设加劲 环，外压稳定 计算
钢材弹模
壁厚
kpa
mm
2.06E+08
18
10
mm
满足要求
内径 m
5.000
临界压力 19.222272
抗外压稳定 安全系数 2
c、设加劲环， 外压稳定计算
参
钢管平均半径 钢材弹模
壁厚
2.509
2.06E+08
0.018
计算过程
1+n2*l2/3.142/r2
材质
<16
计算结果
16Mn
345管径15MnT5.006利用材料屈 服强度
二、管壁厚度 计算
a、按内水压力 初步计算
参
钢管内径 跨中总水头 钢材屈服强度 钢材材质
m
m
5
45
工程计算取值 0.015
b1、稳定要求管壁厚度
kpa
99000
Q235
工程采用壁厚
18
40
mm
数 强度 折算系数 0.44
不满足
压力管道计算
一、管径计算
SD144-85水 电站压力钢 管设计规范
1、经济流速
参数
设计流量 经济流速
88
5
2、经验公式
参数
设计流量 经济流速
88
--
3、彭德舒公式
参数 设计流量 设计水头
88
45
计算结果 管径 4.732
计算结果 管径 4.792
材质 Q215 Q235
工程应用取值
5
钢材材料力 学性能 <16 215 235
0.165
加劲环截面积 有效截面积 截面惯性矩
β
B1
0.0168
0.022805
单支面积
0.022805
b、应力验算 M1
4.292838144
N1 51.8888028
4.82E-04 双支面积
β 0.710
0.724577943 0.907
截面惯性矩
0.028204668
计算见截面 几何性质计
算软件
σθ2
σx1
7102.908686 -6707.539
钢管内壁应力 66914.5847 钢管外壁应力 92335.95833 最大应力值
允许应力
111375 是否满足条件 满足条件
4、支承环及其 旁管壁 a、支承环截面 尺寸
肋高
0.4
肋宽 0.036
支承板宽 0.400
支承板厚
管壁等效翼 缘
0.018 0.165760553
两端固结 c、强度校核
允许应力
σθ1 σx1 σx1
M σ 111375
61533.225 -6707.539 -1245.550
443.389 65870.848 满足条件
σx -7953.09
2、支承环旁膜 应力区边缘断 面(θ=180度， 剪应力τxθ=0)
a、环向应力
b、轴应力
两端固结 c、强度校核
允许应力 3、加劲环及其 旁管壁 a、加劲环截面 尺寸
肋高
0.3
σθ1 σx1 σx2
M σ 111375
肋宽 0.036
64161.385 -6707.539 -2490.801 -886.671 69220.452 满足条件
σx -9198.34
上翼板宽 0.3
上翼板厚 0.018
管壁等效翼 缘