水电站课程设计

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式中:������������ 位是的密度,������������ = 1 × 103 ������������/������3 ; 则: ������ ������ ������������ = ������������ ������. ������ 2 . 1 = 1 × 103 × 9.81 × × 2.052 × 1 = 32379.2������/������ 4 4 ������������ =32.3792 kN/m (1)水管自重的轴向分力 A1 A1 = g T L1 sin φ 式中:g T 为每米长水管的重量,kN/m; L1 为每段的计算长度; A1 = g T L1 sin φ = 8.9272 × 249.31 sin 35 = 1276.57������������ (2)作用在阀门或堵头上的内水压力 A2 A2 = 式中:γ为水的容重,10kN/m3 H 为该处的水头。则: A2 = π 2 ������ D0 γH = × 2.052 × 10 × 178.05 = 5876.78������������ 4 4 π 2 D γH 4 0
(3)伸缩节变化处的内水压力 A5 A5 = π 2 (D1 − D2 2 )γH 4
式中: D1 为管道外径加填料厚度,其中取填料厚度为 22mm , D1=2.05+ (0.018+0.022)×2=2.13m。 D2 为钢管的内半径,为 2.05m。 γ为水的容重,10kN/m
3
H 为伸缩节处的水头,H=1000-990=10m,则: A5 = π 2 ������ (D1 − D2 × (2.132 − 2.052 ) × 10 × 10 = 26.26������������ 2 )γH = 4 4
(4)温度变化时伸缩节填料的摩擦力 A7 A7 = πD1 bfk γH (5)温度变化时水管与支墩的摩擦力 A8 A8 = ∑ f(Qp + Qw ) cos φ
3、荷载计算 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。支墩的跨径一般在 6~12m,此处取支墩间距为 10m,布 置 22 个支墩。由于超过 150m 需要设置镇墩,故在斜管中点处设置镇墩。 每米长水管的重量: ������������ = ������������ ������������������������0 式中:������������ 为钢管的密度,查规范得������������ = 7.85 × 103 ������������/������3; D 为压力钢管的直径,D=2.05m; ������0 为钢管的计算壁厚, ������0 =
5.2������������������������ 5.2×16 钢管直径的计算:D = √ ������ = √ 150 = 2.03������ = 2030mm,因为压力
7 3 7 3
钢管的模数为∆D =50mm, 所以取 D=2050mm (多 50mm 和少 50mm 关系不大) 。 斜 管 的 长 度 L = ������������������35° = 249.31������ , 压 力 钢 管 的 总 长 L总 = 4 + 249.31 + 6 = 259.31m。
������ 2050 800
பைடு நூலகம்
+ 4 = 6.563,符合要求。
取������0 =18mm, 考虑到钢板厚度的误差及运行中的锈蚀和磨损, 实际采用的管 壁厚度(结构厚度)应在计算厚度的基础上再加 2mm 的裕量,且 2mm 的裕量 值不得用于强度计算。
而������ 的模数为 2 的倍数,所以壁厚������ = ������0 + 2 = 18 + 2 = 20������������ 5、管壁应力计算 (1)切向(环向)应力的������������ 管壁的切向应力主要由内水压力引起。对于倾斜的管道: ςθ = γHp D γD2 − cos θ cos φ 2δ 4δ
2������ ������ 150;7
=
2×259.31 1000
= 0.518 > ������������ = 5s,则为间接水击。
已知������������ = 5~6s, 2、第一相水击与极限水击判断 第一相水击与极限水击的判断公式ρτ0 < 1 (τ0 为起始开度) 则为一相水击, 反之为极限水击。 ������������ ������������������ ρ= 2������������0 式中:c 为水击波波速,明钢管近似取 1000m/s; Vmax 为最大流速,Vmax=
2014 级《水电站课程设计》
题 姓 学
目:压力钢管设计 名:陈永顺 号:
教学班级: 指导教师:
2017.12.22
水电站压力管课程设计
已知最大发电流量 Qmax=16m3/s; 上游正常水位 1000m; 下游设计尾水水位 850m; 管轴线与水平线夹角 35°; 上游正常水位至伸缩节水位差 7m; 镇墩与地基摩擦系数 f=0.5; 支墩与管身摩擦系数 f0=0.3; 伸缩节摩擦系数 f=0.4; 导叶关闭的时间 Ts 取5~6s。
= 2×9.81×150 = 1.647
1000×4.848
对于丢弃满负荷情况,τ0 = 1,ρτ0 = 1.647 × 1 = 1.647 > 1,则为极限水
击。 3、水击计算公式选择 水击计算公式: (1)ς =
������������������������������ ������������0 ������������
4、管壁厚度计算 钢管的壁厚δ =
������������������ ������ 2[������θ ]
式中:������为水的容重,0.001kgf/cm3; ������������ 为压力钢管的设计水头,������������ = ������ + ∆������ = 150 + 28.05 = 178.05������ ; [������θ ]为钢材的容许应力,查规范:取[������θ ] = 120������������������ ,由于计算公式未 计入一些次要应力,用以确定管壁厚度时容许应力应降低 15%。 ������������������ ������ 0.001 × 17805 × 205 ������0 = =δ= = 17.89������������ 2[������θ ] 2 × (120 − 120 × 15%) ������0 ≥ 800 + 4 =
Hp;H0 ������0 2������ 2×0.171
,得∆H=ξ×H0=0.187
二、压力管强度计算
1、计算断面选择(1—1)
2、荷载组合选择(A1,2,5,6,7)
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。支墩的跨径一般在 6~12m,此处取支墩间距为 10m,布 置 26 个支墩。由于超过 150m 需要设置镇墩,故在斜管中点处设置镇墩。 每米压力钢管的自重: (1)水管自重的轴向分力 A1 A1 = g T L1 sin φ (2)作用在阀门或堵头上的内水压力 A2 A2 = (3)伸缩节变化处的内水压力 A5 A5 = π 2 (D − D2 2 )γH 4 1 π 2 D γH 4 0
������������������ ������ 2[������θ ]
= δ = 2×(120;120×15%) = 17.89������������
0.001×17805×205
,取������0 =18mm; 则: ������������ = ������������ ������������������������0 = 7.85 × 103 × 9.81 × ������ × 2.05 × 0.018 = 8927.19������/������ ������������ =8.9272kN/m 每米水重: ������ ������������ = ������������ ������. ������2 . 1 4
式中:L 为压力钢管的长度,m。 Vmax 为最大流速,Vmax=
������������������������ ������
=1
4
16 ������×2.052
= 4.848������/������。
g 为重力加速度,取 9.81m/s2。 H0 为忽略水头损失,管末水头,1000-850=150m。 Ts 为导叶关闭的时间,取 5s。 ������������ 259.31 × 4.848 ������������������ ς= = = 0.171������������������ ������������0 ������������ 9.81 × 150 × 5 (2)ξ1 = 2;������ = 2;0.171 = 0.187������������������ 4、水击常数计算 ς和ρ是水击计算中两个常用的系数。ς表示阀门开度变化时管道中水流动量 的相对变化率。 ������������ 259.31 × 4.848 ������������������ ς= = = 0.171������������������ ������������0 ������������ 9.81 × 150 × 5 ������������ 1000 × 4.848 ������������������ ρ= = = 1.647 2������������0 2 × 9.81 × 150 5、动水头计算 压力钢管动水头∆H=(Hp-H0),水击的相对强度ξ = ×150=28.05m。
A8 = ∑ f(Qp + Q w ) cos φ = 249.31 × 0.3 × (8.9272 + 32.3792) cos 35° = 2530.71������������
总应力:
ΣA = ������1: ������2: ������5: ������7: ������8 = 1276.57 + 5876.78 + 26.26 + 40.15 + 2530.71 = 9750.47������������
(4)温度变化时伸缩节填料的摩擦力 A7
A7 = πD1 bfk γH 式中: D1 为管道 外径加填料厚度,其中取填料厚度为 22mm , D1=2.05+ (0.018+0.022)×2=2.13m。 b 为伸缩节止水盘根沿管轴线长度,mm;此处取 150mm。 fk 为填料与管壁的摩擦系数即为伸缩节摩擦系数,为 0.4; γ为水的容重,10kN/m3 H 为伸缩节处的水头,H=1000-990=10m,则: A7 = πD1 bfk γH = π × 2.13 × 0.15 × 0.4 × 10 × 10 = 40.15kN (5)温度变化时水管与支墩的摩擦力 A8 A8 = ∑ f(Qp + Qw ) cos φ 式中:f 为管壁与支管的摩擦系数,为 0.5; Qp 为一跨的管重; Qw 为一跨的水重;则:
������������������������ ������
=1
4
16 ������×2.052
= 4.848������/������。
g 为重力加速度,取 9.81m/s2。 H0 为忽略水头损失,管末水头,1000-850=150m。 则ρ =
������������������������������ 2������������0
一、压力管水击计算
1、直接与间接水击判断 直接水击与间接水击判断的条件为������������ ≤
2������ ������
则为直接水击,反之为间接水击。
Ts 为导叶关闭的时间,取5~6s,此处取 5s; L 为压力钢管长度,m; c 为水击波波速, 取经验值, 选用明钢管的水击波波速, 可近似地取 1000m/s。 压力钢管由上游水平段、斜段、下游水平段组成。取进口直段为 6m,出口 直段为 6m。 H 为设计水头=上游正常蓄水位-下游设计尾水位=1000-850=150m
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