第七章水电站的压力水管

1、第七章水电站的压力水管,第一节 压力水管的功用与结构形式 第二节 压力水管的路线和布置形式选择 第三节 压力水管的水力计算与经济直径 第四节 明钢管的构造、附件及敷设方式 第五节 明钢管的支承结构 第六节 钢岔管 第七节 钢筋混凝土管,第一节压力水管的功用与结构形式,一、压力水管的功用与特点 功用：输送水能 特点:坡度陡，内水压 力大，靠近厂房，且承 受水击的动水压力,二、压力水管的结构形式与适用条件 （一）坝体压力管道 1.坝内埋管 2.坝后背管 （二）地面压力管道 1.钢管 2. 钢筋混凝土管 （三）地下压力管道,一）坝体压力管道1.坝内埋管,2.平式布置,3.竖井式布置,2.坝后背管,坝

2、内埋管的安装与大坝施工干扰较大，且影响坝体强度。为此，可使钢管穿过上部坝体后布置在下游坝坡上，成为坝后背管。这样布置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 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

3、管、预应力和自应力钢筋混凝土管、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m2,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,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

4、,第二节压力水管的路线和布置形式选择,一、压力水管路线的选择 二、压力水管布置形式,一、压力水管路线的选择 压力水管路线选择的一般原则 ： 1.管线尽量短而直。 2.管路沿线地质条件好。 3.明管路线应尽量避开山坡起伏大和其他危及管道安全的地段。 4.避免管道内产生局部真空。 5.管线倾角合适,二、压力水管向水轮机的供水方式压力水管向水轮机供水方式1.单独供水2.联合供水3.分组供水压力水管向厂房的引进方式1.正像引进2.侧向引进3.谢向引进,第三节压力水管的水力计算与经济直径,一、压力水管的水力计算 沿程摩阻水头损失 局部水头损失 二、压力水管的经济直径 式中 水轮机单机设计流量，m3/s；

5、 经济流速,三、管壁厚度初估,第四节明钢管的构造、附件及敷设方式,一、明钢管的构造 1. 接缝与接头 2. 弯管和渐缩管 3. 刚性环（加劲环） 4. 分岔管 二、明钢管的阀门和附件 （一）.阀门 （二）附件 三、钢管的敷设方式,一、明钢管的构造 1.接缝与接头 焊接钢管是由辊卷成圆弧形的钢板用纵缝和横缝焊接而成,2.弯管和渐变管 弯管由钢板焊接而成。每一折线段两端径向线的夹角不宜超过10o，以5o7o为宜，夹角越小，水流条件越好，弯管的曲率半径不宜小于3倍管径。 渐缩管的收缩角不宜过大，但过小时，渐缩管过长将增加材料用量，通常采用=10o16o，为宜。渐缩管与相邻管段之间常以横向焊缝连接。当

6、渐缩管与弯管位置相近时，宜合并成渐缩弯管。分段式钢管的弯管和渐缩管均埋于镇墩中,3.刚性环 当薄壁钢管不能抵抗外压和满足不了运输或安装的要求时，单纯增加管壁厚度来满足刚度要求往往是不经济的，可考虑加设刚性环，刚性环常用T形或槽形的型钢制作,4、分岔管 分岔管有对称分岔和非对称分岔两种基本形式。当钢管为正向进水时，多采用对称分岔；侧向和斜向进水时，多采用非对称分岔,二、明钢管的阀门和附件 （一）阀门 压力水管的进、出口要设置控制阀门。设置在水轮机前的阀门称主阀。水电站上常用的主阀形式有闸阀、蝶阀和球阀,二)附件 1、伸缩接头（伸缩节） 伸缩节的作用是使钢管在温度变化时，能沿轴线自由伸缩，避免在管

7、壁内产生很大的温度应力。常用的伸缩节为滑动套管式,2、通气孔与通气阀 水头较低时，常采用通气孔或通气井，出口应在启闭室外并高于校核洪水位；进水口较深时，可采用通气阀,3、进人孔与排水阀 为便于观察和检修管道内部，应当在压力钢管的适当位置设置进人孔，进人孔截面常做成直径不小于45cm的圆孔或短轴不小于45cm的椭圆孔。进人孔间距一般不超过150m。 为便于在检修钢管时将水放空，通常在压力钢管的最低点设置排水阀,进人孔,4、钢管的过流保护装置和防腐蚀措施,三、钢管的敷设方式 1、分段式。在相邻两镇墩之间设置伸缩接头。明钢管大都采用此种敷设方式。伸缩节构造较复杂，容易漏水，常布置在镇墩以下第一节管的

8、横向接缝处 2、连续式。两镇墩间的管身连续敷设，中间不设伸缩节。温度变化时，管身将产生很大的轴向温度应力。为减小管身的温度应力。这种方式在一定条件下可能是经济合理的。但我国很少采用,下一节,第五节明钢管的支承结构,一、镇墩 镇墩是用来固定压力水管的建筑物。按管道在镇墩上的固定方式不同，镇墩可分为封闭式和开敞式两种,封闭式镇墩,开敞式镇墩,二、支墩（支座） 支墩用来支承压力管道，并防止管道横向滑脱。 常用的支墩形式有： 1、滑动支墩 鞍形支墩 滑动支墩 2、滚动式支墩 3、摇摆式支墩,鞍形支墩,滑动支墩,滚动式支墩,摇摆式支墩,滚动式支墩,摇摆式支墩,第六节钢岔管,一、分岔管的工作特点 岔管的特

9、点是结构复杂，水头损失大，位于钢管末端并靠近厂房，承受很大的内水压力。在岔管段，由于一部分管壁被割裂，不再是完整的圆形断面，由内水压力所产生的环向力便不能平衡，所以，必须采取加固措施来承受被割裂处管壁的环向力，否则，将使管壁产生过大变形而破坏,二、常用岔管形式 1.三梁岔管 2.贴边岔管 3.球形岔管 4.月牙肋岔管 5.无梁岔管,1、三梁岔管 在岔管主、支管三条相贯线外侧各焊接矩形或T形断面的加强梁，分别称为腰梁和U型梁。由这些梁系构成空间结构，互相支承，共同承受不平衡区的内水压力,三梁岔管,贴边岔管,2、贴边岔管 若支管直径相对较小，在主、支管相贯线两侧用补强板焊贴加固，补强板可以贴在外壁

10、和内壁，也可以内外壁都贴。贴边岔管为组合薄壳结构，应力情况较复杂，但构造简单、施工方便，适用于0.7的中、低水头钢管,3、球形岔管 球形岔管是由球壳、主管与支管、补强环和内部导流板组成。导流板上设平压孔，不承受内水压力。球岔管的优点是布置灵活，支管可为任何方向，球壳受力均匀，其应力仅为同直径管壁切向应力的一半。缺点是制造工艺复杂，水头损失较大。适用于高水头电站,球形岔管,4、月牙肋岔管 这是一种在三梁岔管基础上发展起来的一种新型岔管，其构造特点是用一个完全嵌入管体的月牙肋板代替三梁岔管的U形梁，使管壁被切割处各点的不平衡力之合力作用在月牙肋的形心上，从而可按轴向受拉构件确定其轮廓尺寸,月牙肋岔

11、管,5、无梁岔管 无梁岔管是在球形岔管基础上发展起来的新型岔管。不仅克服了补强环与管壳刚度不协调的缺点，而且可充分发挥壳体结构的承载能力，结构合理，外形尺寸小，运输、安装均较方便。缺点是体型较复杂，成型工艺难度大，在球壳顶部和底部易产生涡流，分岔处水流较紊乱，为此需在岔管内部设置导流板。适用于大中型电站的地下埋管,第七节 钢筋混凝土管 一、钢筋混凝土管的敷设方式 二、钢筋混凝土管的类型 三、钢筋混凝土管的构造,一、钢筋混凝土管的敷设方式 钢筋混凝土管通常敷设在刚性管座上。管座材料一般用浆砌块石。地基较好，管径小于0.5m时，可将管子直接放在地基上；若为土基，管座下应加铺碎石或卵石。钢筋混凝土管

12、的敷设方式常有以下两种。 1、连续式。管道全部支承在刚性管座上。 2、间断式。每节管的管体支承在管座上，承口和接口的接头段无支承。基础较好或管径较小时可采用间断式,二、钢筋混凝土管的类型 1、普通钢筋混凝土管 可分为现浇钢筋混凝土管和预制钢筋混凝土管。大中型钢筋混凝土管一般采用现场浇制。直径2m以下的钢筋混凝土管一般在工厂预制成管段，管段长一般为35m。安装时用接头连接起来， 2、预应力钢筋混凝土管 按生产工艺不同可分为三阶段管和一阶段管两种。 在小型水电站中的应用日渐广泛。其缺点仍是较重、性脆、怕碰撞等，给装卸、搬运、安装等带来一定困难。 3、自应力钢筋混凝土管和自应力钢丝网水泥管 这种管制

13、管方法工序简单，无需张拉设备，成本低。其性能介于普通管和预应力管之间,三、钢筋混凝土管的构造 （一）现浇钢筋混凝土管 1、管道分段 一般要分段设置伸缩缝，土基时缝距1520m，岩基时缝距1015m。若在两伸缩缝之间加一45m短管，后期施工，间隔浇筑，则缝距可增至3035m。 2、接头及止水 现浇钢筋混凝土管接头由平口式和套管式。平口式构造简单，适用于水头较低的情况；套管式是在接缝外圈加套管，构造较复杂，但止水效果好，适用于较高水头的情况。伸缩缝宽度约1.52.0cm，中间设有橡皮止水或金属片止水，止水材料常用紫铜片、镀锌铁片、塑料止水片及环氧树脂基液粘贴橡皮止水片等。常用的接头填料有沥青麻绳、沥青石棉线、沥青杉板等,二）预应力钢筋混凝土管 1、平口式 平口式管的管节连接采用套管式接头， 2、承插式 承插式管沿管