温坑水电站压力管道的设计分析VIP

规划设计 温坑水 电站压力管道 的设计分析 陈长德 ( 福建省恒鼎建筑工程有 限公司 福建福州3 5 0 0 1 3 ) 【 摘要 】高水头 水电站压 力管道及 附属工程的工程费用 约占水 电站 工程总造价 的 3 5 4 5 ，因此对 其进行优 化设 计有重要 的意义 。在温坑 电站 设计施 工时，对压 力管道 路线布局 、管径的选择和伸缩 节的布置进行 了细致地设 计分析。实 践表 明 电站运行效果 良好 ，值得借 鉴。图 1 幅 表 2个。 【 关键词 】水 电站压力管道优化设计分析 1 概述 温坑梯级水 电站位于福建省漳平市双洋镇温坑 村 的马 山溪 ，马 山溪流域是在九龙江北溪支流双洋 溪上游 的 1 条 小支流 ，流 域面积3 2 k m 2 ， 主河道 长 1 3 k m， 落差8 5 0 m， 根据流 域规划分 3级开发 。 温坑一级水 电站坝址以上集雨面积5 5 k m 2 ， 设 计 水 头2 2 2m ， 引用 流 量 0 3 7 2 m 3 s ， 引 水 系 统 长 1 8 k m， 压 力 管 道 长 6 4 7 m， 多 年 平 均 发 电 量 2 3 8 7 2 万 k W h ， 装机容量 2 3 2 0 k W。 温坑二 级水 电站坝 址 以上集雨 面积 1 6 2 k m2 ， 设计水头3 2 4 m ， 引用流量0 7 5 3 m 3 s ， 引水 系统长 度 2 6 k m ， 压 力 管 道 长 9 8 5 m ，多 年 平 均 发 电 量 7 6 5 5 万 k W h ， 新增装机容量 3 6 3 0 k W。 温 坑三级 水 电坝址 以上集雨 面积 2 2 2 k m2 ， 渠 道 引水 系统长度为2 3 6 k m ， 压 力管 1 2 6 m， 设计水 头 7 0 m， 引用流 量1 2 s ， 装机 6 5 0 k W。 着 重对一、二级电站压 力管道 的管线布置 、管 径选择 、伸缩 节布置对镇墩 结构设计 影响和叉 管形 式进行 多方案 比较 ，探讨在 高水头条件下如何进行 优化 设计 。 2 压力管道的路线布局 合理 布置压力管道 的管线 ，是压力水管设计 的 首要任务 。管线布置 的合理与否 ，对工程造价和运 行 的安 全可靠性有很大影 响。高水头 电站 由于管线 较长，很难找到 1 条 完整的山体 路线，往往要经 过 比较复杂的地形。在布置原则上除 了减少转弯、长 度最短，避开溜方和古滑坡体外，比较容易被 忽视 的是前池及管道对 发电厂房 的安全影 响，温坑一 、 二级水 电站都充分考虑 了该问题。 温坑 一级 水电站有 2处厂 址共 2条 管线可 选， 2 处厂址条 件差不 多，1 条管线 是沿顺 山坡 布置 路 线短1 8 m ， 另 1 条 在 2号镇墩 有 5 。 4 5 ( x 】 的平 面转 角，管道沿 山脊 布置，厂房与 前池 的相对位置在轴 线上偏移 了4 4 3 m ， 这样不会对厂房构成安全影响。 温坑 二级水电站的管线较长 ，地 形较复杂 ，在 压 力管道 设计 时，遇 到两个难题 ：一是管线有 4 个 空间转角 ，二是管线要经过 1 个小鞍部。 1 )空间转角的转 换计 算 空间转角位置设在镇墩 内，为求得弯管空间转 角 ，将下游侧管轴 置于 X O Z平面 上，以 X O Y为水 平面建立 空间直角坐标 系。设上游侧管轴与水面夹 角为 ，上游侧管轴在 水平面上 的投影与 下游侧 管轴 的后延线夹角为 口 ，下游侧管轴 与水平面夹角 为 。 进、 、 出在测 量中容易 求得，空 间转 角为 ， ， ，弯管角度为 =1 8 0 。 一， ，( 见 图 1 ) 。 令 1 = 1 ，根据几何关系可得 ： m： o o s o o s 9 e o s a出 = +产 e s i na 一 r 儿s i n a ， = e o s a j s i n fl r儿 、 1 三 线共 面，应用余 弦定理得 1+ r 儿 2一 n 2 c 0 _ _ 三 电 水 事 从 要 、 王 币 程 工 男 机 b 长设 m 陈站 嗍 如 稿者 收作 2 l 2 口 一 一 (一 一 2 ) 目 女 州 4 5 m 自自 B 3 I 0 7 5 3 3 5 1 (一 ) m 月 l 0 a 一( ( 2 ) 2 l 2 3 mm ( 3 3 n 2 6 6 ( 一 g 6 w2 6 0j 一 06j j m 0 l j m 0 ( 一 2 j m3 l B l ( 0h 0 6j - _ r 规划设计 4 伸缩节的布置 目前 多数 已建工程伸缩节 多布置在镇墩 下游 2 3 m 左右位 置，在该工程 布置时根 据有 的镇 墩地 质情况及 交通条 件，把伸 缩 节布置 在两 镇墩 的 中 间 ，这样减少 了由于温度升降导致 的压力管伸缩与 支墩之 间的摩擦力对镇墩 的单方 向作用，对镇墩 的 稳定性 以及减少镇墩 的工程量非常有利。尤其在反 向镇墩 处，伸缩 节 布置在 靠近 反 向镇 墩上 、下游 侧 ，即下游侧离镇墩体 2 3 m ， 上游侧靠镇 墩的第 1 、 2个 支 墩 之 间，可 以减 少 反 向镇 墩 2 o 的工 程量 。 5 镇墩基础 压力管道大都敷设在较 陡的山坡上，利用墩座 来 固定管道 ，不允许钢管在任何方 向产生位移和转 角 ，所 以要求镇墩 的布置在微风化 的或弱风化 的岩 基上 ，但高水头压力管道 由于管坡长 ，不可避免需 要通过 山的鞍部软基地带布置镇墩来减少工程 的开 挖量 ，而镇墩基础 的摩按力和承载力直接影响整个 管道安全 ，摩按力和承载力也影响镇墩 的工程量大 小 ，软基一般采用摩擦力 ， =0 3 0 3 5 。温坑 二级 管 坡采用人工打松 木桩来解 决镇 墩软基问题 ， 布 置 型式在镇墩基础 相距 1 2 ， 梅花桩人 工打桩深度 1 3 m， 在桩 顶 布 置 1 22 0网格 钢 筋 ，浇 筑 厚 5 O c m的 1 5 0 号混凝土 来提 高基 础摩擦力和 承载力 ， 摩擦 力选 用 ， ：O 4 2 。经过几 年 的运行 实践 证 明， 用人 工 打松 桩 对 提 高基 础 摩 擦 力和 承 载 力 非 常 有效。 6管道 的分 岔管 当 1 根压 力管道 需再分几根支 管时，必须 设置 分叉管，叉管处水流流态变化大，为使水流 能够平 稳分流，常采用 形式有 “b ”形 、 “ Y ”形 、三分 岔、“ Y b”结合 、 “ Y 三 岔”结合。而实 际运 用中， 由于受地形的控制，在 布置分叉管时，夹角 较大，在高速水流作用下，使叉管 内水流出现 涡流 和脉动现象，水头损失大。因此可提前分叉，采用 在叉管前 1 个镇 墩处利用 1 个空间转角来完成 ，使 叉管轴线夹角变小，来改变水流状况。由于高水头 水电站在管 内压力大，变径会使叉管前与后产 生压 强差，易产生涡流，为减小水头损失，在叉管处不 宜变径 ，进机组时再用渐变管与组相连接。 责任 编辑康鹏 ( 上接第 7 1 页)材料应用方面 ，为了克服振捣 困难 并确保浇筑密实 性与节省投 资，机座 ( 水泵轴线 ) 水平 中心线 以下槽 口采用 B Y 4 O灌浆料浇 灌， 中 心线 以上采用 C 2 5自 密 实混凝土浇灌 ，大大加快 了 封 闭槽 口的速度 。 4 结语 南水北调东线一期金湖站 工程，5台套 贯流泵 的机组座环从螺栓后置钻孔 、螺栓 的安装锚固 ，到 槽 口二期立模浇灌 ，总共用 了2 2 d 时 间 ( 2 0 1 2 年 5 月 2 6日 6月 1 7日)完成 ，1 2月 1 4日机泵顺利通 过试运行验收，并在 2 0 1 3 年 1 月 1 5日通过 工程建 ?， 设安全评估。 由此说明，新材料、新工艺在大型贯流泵 安装 中的成功运用，效果是