压力钢管毕业设计

小米水电站压力钢管初步设计 目 录第一章 工程概况 .1一、流域概况 .1二、水文及气象 .1（一）气象概况 .1（二）水文特性 .1三、压力前池基本地质条件及评价 .4（一）基本地质条件 .4（二）前池工程地质评价 .4四、地震 .4五、工程总体布置 .4第二章 压力钢管设计 .5一、工程的级别确定 .5二、压力管道的经济直径 .5三、压力钢管的布置 .5四、管壁厚度的确定 .6五、镇墩的稳定分析 .7（一）计算条件 .8（二）运行条件下作用在镇墩上的基本荷载 .9（三）检修条件下的基本荷载 .11（四）校核条件下（水压试验情况）作用在镇墩上的基本荷载 .12（五）运行条件下荷载组合后的水平、垂直分力 .14（六）检修条件下荷载组合后的水平、垂直分力 .16（七）校核条件下荷载组合后的水平、垂直分力 .17（八）镇墩尺寸的拟定 .19六、支墩的稳定分析 .22（一）计算条件 .22（二）荷载计算 .22（三） 、抗滑、抗倾覆稳定及地基承载能力校核 .23七、管身应力分析 .25（一）抗外压稳定核算 .25（二）钢管受力计算 .25（三）轴向力计算 .26（四）管壁应力计算 .26八、管道附件 .38九、管道工程量 .38一、钢材工程量 .38二、土石方工程量计算 .38参考文献 .39致 谢 .40小米水电站压力钢管初步设计 1第一章 工程概况一、流域概况隔界河为怒江右岸支流，流域位于东经9842985150、北纬2619142624之间。行政区划属云南省怒江州沪水县称杆乡。电站取水口以上径流面积为64.02km2，多年平均流量2.51m 3/s。拟建的隔界河一级水电站位于高山峡谷区，除其下游建有隔界河二级水电站（目前二级水电站主体工程已基本完工）以及规划有泸水电站外，无其它水利设施。电站所在下游无重大防洪对象，故不承担下游的防洪任务。二、水文及气象（一）气象概况隔界河流域位于高黎贡山东麓，沪水县城以北，为低纬度北亚热带与北温带过渡带气候，夏季炎热，冬季偏暖湿润，四季分明，无霜期长。区域内最高气温41.7 0C，最低气温 2.8 0C，多年平均气温17.0 0C。多年平均日照1100h，多年平均蒸发量1018 mm，最大风速12.0m/s，本流域西北部和西部处于多雨区及较多雨区，东北部处于较少雨区，流域降水量从上游至下游呈递减的趋势。干季降水稀少，雨季（5月10月）降水集中，占全年降水量的82.7。1号坝多年平均降水为2223.4mm，2号坝多年平均降水为1937.1mm。多年平均气温为7左右，极端最高气温为25左右，极端最低气温为-10 左右。（二）水文特性1.径流对推求出的隔界河 1、2 号坝址 1960 年 6 月至 1999 年 5 月径流采用 PIII 型频率曲线适线，频率分析的统计参数为：均值 1 号坝为 2.60m3s ；2 号坝为 0.23 m3s ，Cv=0.23，Cs=2Cv 5，隔界河电站坝址多年平均流量成果见表 1-1。 隔界河水电站压力钢管初步设计 2表 1-1 隔界河水电站坝址径流成果及比较表（单位：m3/s）隔界河坝址1 号坝 2 号坝亚目河 迪麻洛河干流面积（km2） 74.25 7.5 181 161.7资料长度 1960.6-1999.5 1960.6-1999.5 1960.6-1985.5 1960.6-1985.5项目 流量 % 流量 % 流量 % 流量 %1 月 1.26 4.03 0.11 4 4.25 4.46 3.75 4.682 月 1.37 4.39 0.12 4.36 4.68 4.91 3.36 4.193 月 2.65 8.49 0.23 8.36 7.43 7.79 4.29 5.354 月 3.29 10.53 0.29 10.55 10.5 11.0 9.49 11.835 月 1.66 5.32 0.15 5.45 5.35 5.61 3.45 4.306 月 1.94 6.21 0.17 6.18 6.23 6.53 6.03 7.517 月 3.10 9.93 0.27 9.82 9.43 9.89 8.54 10.648 月 4.89 15.66 0.43 15.64 15.0 15.73 11.56 14.399 月 4.29 13.74 0.38 13.82 12.3 12.9 13.69 17.0510 月 3.37 10.79 0.30 10.91 9.58 10.04 7.43 9.2611 月 1.92 6.15 0.17 6.18 5.90 6.19 4.70 5.8512 月 1.49 4.77 0.13 4.73 4.73 4.96 3.98 4.96年 2.60 100 0.23 100 7.95 100 6.69 100水量（亿m3） 0.820 0.073 2.51 2.11径流深（mm） 1104.3 967.1 1385.1 1305.1平均高程（m） 3210.5 2815.7 3030.6 3277.92平均降水量（mm） 2223.4 1937.1 2768.8 2611.0表 1-2 隔界河水电站坝址日平均流量保证率成果表流量（m3/s） 流量（m3/s）保证率（ %）1 号坝 2 号坝保证率（%）1 号坝 2 号坝5 6.94 0.61 75 1.43 0.1310 5.25 0.46 80 1.34 0.1220 3.46 0.30 90 1.13 0.1025 2.89 0.25 95 0.87 0.0850 1.83 0.16 97 0.82 0.072.洪水隔界河水电站压力钢管初步设计 3表 1-3 隔界河水电站坝址设计洪水成果比较表推理公式法 暴雨径流查算法 水文比拟法频率（）1 号坝 2 号坝 1 号坝 2 号坝 1 号坝 2 号坝0.5 416.0 79.6 403.3 77.2 361.0 51.01 373.0 71.4 361.8 69.2 305.4 43.22 330.0 63.1 318.8 61 251.4 35.53.33 296.5 56.7 286.9 54.9 178.3 25.25 271.0 51.9 266.2 50.9 153.5 21.710 224.8 43.0 215.2 41.2 112.7 15.9综合分析比较各方面，本次设计按 SL4493 规范采用推理公式计算方法所得洪水成果较为合理，作为本次设计的推荐成果。3.泥沙隔界河电站坝址年平均悬移质输沙量为 2.58 万 t。年平均推移质沙量取悬沙量的30估算为 0.774 万 t，坝址年输沙总量为 3.354 万 t。4.装机规模根据以上基本资料和调节原则对三组装机方案进行径流调节计算，计算结果见表1-4。表 1-4 隔界河电站径流调节计算表装机方案 Kw 9800 12600 15000电站引用流量 m3/s 3.0 3.5 4.0保证出力 Kw 3762 3762 3762年发电量 万kwh 5761 6272 6558倍比系数 2.60 3.35 3.99年利用小时 H 5878 4977 4372水量利用率 % 82 86 89年发电量差值 万kwh 511 286增量年利用小时 H 1825 1192从水能指标及其特性的变化规律可明显看出，本电站较为合理的装机规模为12600kw，机组台数为 2 台，单机容量为 6300kw。隔界河水电站压力钢管初步设计 4三、压力前池基本地质条件及评价（一）基本地质条件前池布置在引水隧洞末端，山坡地面高程 19702000m ，地形相对较陡，总体地形坡度 2030 ，无大的不良物理地质现象，整个岸坡为一单斜逆向坡。（二）前池工程地质评价前池山坡高程 19702000m，地形相对较陡，总体地形坡度 2030，无大的不良物理地质现象，整个岸坡为一单斜逆向坡。基岩为 3t 灰色白云质灰岩,强风化带埋深约 15m，岩层倾向山内，倾角 4060 。四、地震根据 2001 年版“ 中国地震动参数区划图 ”（GB183062001）确定工程区“ 动峰值加速度”为 0.15g，相应地震烈度为度，地震设防烈度为度。地震动反应谱特征周期值为0.40s。五、工程总体布置隔界河水电站主要建筑物由 1#拦河取水坝、2#拦河坝取水坝、引水隧洞、压力前池、压力钢管、主副厂房及升压站组成。拦河坝坝型采用浆砌块石重力式溢流坝。主引水隧洞布置于主坝取水口前池之间，分三段组成折线型隧洞布置，全长3074.71m。隧洞采用无压引水的方式，断面为直墙高 1.9m，拱高 0.6m 的城门洞形。隧洞进口布置在主坝前河道右岸，侧向进水。进水口前设置沉砂池，进水口底板高程为 1977.00m，出口接前池。隧洞末端底宽度：b=2.00m；隧洞底坡降：i=0.002。 前池布置于主引水隧洞末端，位于厂区枢纽河对面山脊上，前池后接压力钢管。压力管道位于隔界河右岸山脊上，为山麓斜坡地形，地形坡度 2252 。压力管道为单管双机供水方式，管道由主管、岔管、支管及附件构成，岔管为对称 Y 形布置。电站厂址选定在距隔界河与怒江交汇处 1100m 隔界河左岸。主厂房内布置两台冲隔界河水电站压力钢管初步设计 5击式水轮发电机组，水轮机型号为 CJA475-w-140/212，机组间距为 11.5m，进水管中心高程为 1530.00m。隔界河水电站压力钢管初步设计 6第二章 压力钢管设计一、工程的级别确定水电站的装机容量为 1.26 万 kw，利用水头为 445m，故本工程等级为特高水头小一型水电站 1。二、压力管道的经济直径本工程规模小，可按经济流速法计算管径 9，即= （m） eVQD128.86152.03128.压力管道管径模数为 50mm，安全起见压力管道直径 D 取 1m 。 式中 设计引用流量，Q)/(5.3sm经济流速，明钢管和地下埋管为 46(m/s)，对高水头电站可取大值，因eV此取 6(m/s)计算。支管管径与水轮机进口对应，即支管管径为 0.65m。则实际流速： （m/s）59.14.3541Q22D三、压力钢管的布置前池布置于主引水隧洞末端，位于厂区枢纽河对面山脊上，前池后接压力钢管。明钢管的路线选择在地形地质条件优越的隔界河右岸山脊上，为山麓斜坡地形，地形坡度 2252 ，避开了滑坡、崩塌、坠石和地表水集中等不利地段。明钢管常采用垂直等高线方向布置，以缩短管道长度，沿山脊布置，管槽开挖边坡为逆向坡。为了避免局部管的产生负压，在地形凸起部分应进行开挖。明钢管沿线应布置排水沟和设置交通通道，在钢管的最低处应设置排水管，在适当位置处应设置进人孔。明钢管的转弯半径为 3 倍管径，底部高出地面 0.6m，以利于安装和检修。顶部低于最小压力线至少2m，以保证不出现真空。 由于发电引水单机流量不大，管道较长，因此压力管道采用单管双机供水方式，隔界河水电站压力钢管初步设计 7正向引进，管道由主管、岔管、支管及附件构成，岔管为对称 Y 形布置。镇墩型式采用封闭式,支墩采用滑动式支墩，伸缩节位于管道转弯处下游 2.5m。四、管壁厚度的确定压力钢管的材料和壁厚选择是水电站压力钢管设计的主要内容之一,钢管壁厚和材料变化使得钢管造价同时发生变化，因此需要在钢管的适当位置改变壁厚和材料，以降低工程造价。根据SL-2003.压力钢管设计规范 ，钢管所用钢材的性能及技术要求必须符合国家现行有关标准的规定，因此选用 Q235C、及 Q345C 钢材。管道末端允许的最大水锤相对升压为 6H100m, 0.3式中：H 为静水头，在 的变化范围中，低水头时取大值，本工程静水头为 445m100m，故 取 0.25。沿线水击水头由公式 计算确定。管壁厚度的计算vLxih采用锅炉公式 1 ： Hr0t式中 压力水头（m） ； H)(56048%251mH钢管内半径（m） ， ；r )(.0mr材料容许应力（m） ，明钢管膜应力区容许应力 降低 20%，即 ；s5.08管壁计算厚度（m） 。t焊缝系数，本工程管径小，拟采用单面对接焊的方式，故 9.0考虑磨蚀和钢板厚度误差等因素，管壁结构厚度应至少比计算值增加 2mm。本工程按增加 2mm 计。结果如下表 2-1：隔界河水电站压力钢管初步设计 8表 2-1 压力钢管管壁厚度计算表由表 2-1 中计算数据确定钢管的钢材和壁厚如表 2-2：表 2-2 钢管的钢材和壁厚选用表五、镇墩的稳定分析按SL-2003.压力钢管设计规范 ，镇墩布置在管道的转弯处，长度超过 150m 的直线管道设置中间镇墩，以承受管道因改变方向而产生的轴向不平衡力，固定管道不允许管道在镇墩处有任何位移。本工程在直管线段大致每隔 100m 设置一个镇墩，转弯处标号 桩号 工作水头H（m） 钢材型号屈服强度s（ MPa）容许应力（MPa）计算厚度t0（mm） 结构厚度t（mm）1 G1+00.000 71.892 Q234C 235 103.4 4(3.78) 62 G1+46.505 104.000 Q234C 235 103.4 6(5.48) 83 G2+12.881 149.826 Q234C 235 103.4 8(7.89) 104 G2+50.000 178.027 Q234C 235 103.4 10(9.37) 125 G2+92.337 218.000 Q234C 235 103.4 12(11.48) 146 G3+30.976 255.529 Q234C 235 103.4 14(13.45) 167 G3+69.179 299.826 Q234C 235 103.4 16(15.78) 188 G4+54.479 441.234 Q345C 325 143 16(15.66) 189 G4+80.744 454.683 Q345C 325 143 18(17.31) 2010 G5+93.153 518.192 Q345C 325 143 20(19.73) 2211 G7+00.000 556.25 Q345C 325 143 22(21.17) 24标号 桩号 钢材型号 结构厚度 t（ mm）1 G0+00.000 G1+00.000 Q234C 62 G1+00.000 G1+46.505 Q234C 83 G1+46.505 G2+12.881 Q234C 104 G2+12.881 G2+50.000 Q234C 125 G2+50.000 G2+92.337 Q234C 146 G2+92.337 G3+30.976 Q234C 167 G3+30.976 G3+69.179 Q234C 188 G3+69.179 G4+54.479 Q345C 189 G4+54.479 G4+80.744 Q345C 2010 G4+80.744 G5+93.153 Q345C 2211 G5+93.153 G7+00.000 Q345C 24隔界河水电站压力钢管初步设计 9设置镇墩，共设置了 9 个封闭式镇墩，支墩每隔 6m 设一个，共设了 115 个滑动式支墩。伸缩节布置在镇墩下游 2.5m 处，以改善镇墩受力条件。镇墩设计根据管道的满水、放空、压水试验、温升和温降等情况分析各力的最不利组合，计算确定镇墩所需的形状和尺寸。镇墩根据满足抗滑稳定和地基承载能力的条件拟定尺寸，并以满