水电站建筑物课件总结.doc

水电站是将水能转变为电能的设备和建筑物的综合体，是生产电能的企业。我国水能资源特点:蕴藏丰富，分布不均;开发率低，发展迅速;前景宏伟水力发电的特点:优点:(1)水能的再生(2)水资源可综合利用（多目标开发；梯级开发） (3)水能可调节(4)水力发电具有可逆性（抽水蓄能电站）(5)机组工作 的灵活性好(6)水力发电生产成本低、效率高(7)不污染环境，有利于 环境保护 缺点：(1)受自然条件影响大。2)水电工程会造成淹没损失(3)一次投资较大， 工期长(4)事故后果严重。水管破裂、溃坝等，设计、施工应安全可靠。水能资源的开发方式：坝式开发；引水式开发；混合式开发；潮汐式开发坝式开发：在河流峡谷处，拦河筑坝，坝前雍水，在坝址处集中落差形成水头，此水能开发 方式称为坝式开发特点：（1）坝式开发的水头取决于坝高；（2）可以用来调节流量，水电站引用流量大，电站规模也大，水能利用较充分。（3）综合利用效益高。（4）坝式水电站的投资大，工期长。适用：适用于河道坡降较缓，流量较大，有筑坝建库条件的河段。引水式开发：在河流坡降陡的河段上筑一低坝(或无坝)取水，通过人工修建的引水道(渠道、 隧洞、管道)引水到河段下游，集中落差，再经压力管道引水到水轮机进行发电 的水能开发方式。 特点：（1）水头相对较高，目前最大水头已达2030m（2）引用流量较小，规模较小。最大达几十万kW3）没有水库调节径流，水量利用率较低，综合利用价值较差。（4）无水库淹没损失，工程量较小，单位造价较低类型：无压、有压引水式适用： 适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。混合式开发：在一个河段上，同时采用坝和有压引水道共同集中落差形成水头的开发方式。优点：具有坝式开发和引水式开发的优点适用：河段前部有筑坝建库条件，后部坡降大（如有急流或大河弯），宜采用混合式开发。潮汐水能开发 ：利用海洋涨潮落潮所形成的水位差引海水发电的方式。 分类：(1) 单库单向发电(2) 单库双向发电水电站基本类型：坝式水电站；引水式水电站；混合式水电站；潮汐水电站；抽水蓄能电站 坝式水电站：采用坝式开发修建的水电站称为坝式水电站形式：河床式、坝后式、坝内式、闸墩式、溢流式 河床式水电站：特点：厂房挡水，承受上游水压力，防淹水头不高，流量大；无 引水建筑物，水从厂房上游进水口直至水轮机。 坝后式水电站：特点：厂房布置在坝后或其邻近。厂房结构不受水头所限，水头 取决于坝高。引水式水电站：无压引水式电站：主要组成建筑物：低坝，进水口，沉沙池，引水渠日调节 池，压力前池， 压力水管，厂房，尾水渠 有压引水式电站：引水建筑物是有压的：压力引水隧洞或管道 主要组成建筑物：低坝，引水隧洞，调压室，压力水管， 厂房，尾水渠。抽水蓄能电站:建筑物组成:上下两个水库，用引水建筑物相连，蓄能电站厂房建在下水库处， 采用双向机组 包括两个过程:抽水蓄能、放水发电水电站的组成建筑物：枢纽建筑物：挡水建筑物：坝、闸；泄水建筑物：溢洪道、泄水洞过坝建筑物 ：过船、过木、过鱼；发电建筑物：1引水建筑物：进水建筑物：进水口、沉沙池；平水建筑物：前池、调压室；引水建筑物：引水道、压力管道，尾水道 2厂区枢纽：厂房：主厂房、副厂房；变电站、开关站进水建筑物：为引进发电用水目的而专门修建的建筑物，称为水电站的进水建筑物。又称为 进水口。水电站进水口的功用是：引进符合发电要求的用水。电站进水口的基本要求：1.足够的进水能力，且水头损失小；2.水质符合要求 ；3.可控制流 量 ；4.满足水工建筑物的一般要求.水电站进水口的类型：有压进水口：主要特征：进水口在最低水位以下，水流为有压流，以 引深层水为主，进水口后一般接有压隧洞或管道。 无压进水口：主要特征：水流为明流，引表层水为主，进水口后一般 接无压引水建筑物。 虹吸式进水口：利用虹吸原理将发电用水从前池引向压力水管有压进水口：1.隧洞式进水口（竖井式）：特征：在隧洞进口附近的岩体中开挖竖井，井壁 一般要进行衬砌，闸门安置在竖井中，竖井的顶部布置启闭机及操作室，渐变段之后接隧洞洞身。优点：结构简单，不受风浪、冰冻影响，地震影响小，较安全，充分利用岩石作用，钢筋混凝土工程量减小，较经济。缺点：竖井前的隧洞段不便检修，竖井开挖也较困难。适用：地质条件较好，岩体完整，山坡坡度适宜，易于开挖平洞和竖井的情况。 隧洞式进水口（斜坡式）：当进水口岸坡较稳定但很陡峻时，可不设竖井，将闸门布在拦污栅后，进口段闸门段紧接在一起突出在岸坡外。 2.压力墙式进水口：特征：进口段、闸门段和在山岩上的单独墙式建筑物，承受水压及山岩压力。要有足够的稳定性和强度。适用：地质条件差，山坡较陡，不宜扩大断面和开挖竖井或因地形条件不宜采用隧洞式进水口时的情况。压力前池中所设的压力水管进水口即属于此类型。 3.塔式进水口：特征：进口段及闸门段及上部框架形成一个塔式结构，耸立在水库之中，塔顶设操纵平台和启闭机室，用工作桥与岸边或坝顶相连。 塔式进水口可一边或四周进水。适用：当地材料坝、进口处山岩较差、岸坡又比较平缓。 4.坝式进水口：特征：进水口依附在坝体的上游面上，并与坝内压力管道连接。进口段和闸门段常合二为一，布置紧凑。适用：混凝土重力坝的坝后式、坝内式和河床式电站。有压进水口的布置：1.基本资料：（1）水利枢纽的总体布置方案，进水口范围内的地 形、地质资料，建筑物等级等；（2）水文气象条件、上游漂浮物的性质与来量、泥 沙淤积情况、河道冰凌情况；（3）电站的运行水位与引用流量；（4）引水道的直径、长度和控制方式，水轮机特性；（5）地震烈度等。 2.有压进水口位置与高程 ：（1）位置选择原则：应从水库的地形，地质条件、水位变幅、引水路线、进水口型式以及其他进水口位置等方面来综合考虑。应尽量使水流平顺、对称、水头损失小、不产生回流和漩涡、不产生淤积和聚集漂浮物，且其他进水口过水或泄洪时不影响该进水口的进水量。（2）高程选择：进水口顶部高程应低于最低死水位，并有一定的淹没深度,满足不产生吸气漩涡，关键是不产生漏斗状吸气漩涡；底部高程应高于淤沙高程1.0m以上。 C=0.550.73 3.有压进水口轮廓尺寸的拟定 ：有压进水口沿水流方向可分为进口段、闸门段、渐变段三部分。这三部分的尺寸及形状，主要与拦污栅断面、闸门尺寸和引水道断面有关。（1）进口段 ：连接拦污栅与闸门段。断面常为矩形，沿长度方向逐渐减小。隧洞进口段为平底，两侧收缩曲线为四分之圆弧或双曲线，上唇收缩曲线一般为四分之一椭圆。当引水流量及流速不大时，顶板曲线也可用圆弧曲线。 （2）闸门段：闸门段是进口段和渐变段的连接段，布置闸门及启闭设备。该段一般为矩形，事故闸门净过水面积为(1.11.25)洞面积,检修闸门孔口与此相等或稍大。门宽B等于洞径D，门高略大于洞径D。 （3）渐变段：渐变段是矩形闸门段到圆形隧洞的过渡段。通常采用圆角过渡，圆角半径r可按直线规律变为隧洞半径R；渐变段的长度一般为隧洞直径的1.52.0倍；侧面收缩角为68为宜，一般不超过10 有压进水口的主要设备：1.拦 污 设 备：（1）拦污设备的作用：防止有害污物和漂浮物进入进水口，并不使污物堵塞进水口，影响过水能力，以保证闸门和机组的正常运行。（2）拦污栅的布置及支承结构 ：拦污栅在立面上可布置成垂直的或倾斜的，倾斜易清污，倾角为600700；拦污栅的平面形状可以是多边形（或半圆形），也可以是平面的。（3）拦污栅的结构与构造：拦污栅由若干块栅片组成，每块栅片的宽度一般不超过2.5m，高度不超过4.5m。（4）拦污栅的水头损失：损失与过栅流速及栅条形状有关。一般要求过栅流速不大于1.0m/s。 （5)拦污栅的清污及防冻：拦污栅应利用人工或机械及时清污，若清污很困难时，可将拦污栅吊出来清污。在严寒地区要防止拦污栅封冻。 2.闸门及启闭设备（1）工作闸门(事故闸门)：作用：紧急情况下切断水流，以防事故扩大。运用要求：动水中快速(12min)关闭，静水中开启。布置方式：一般为平板门。一口、一门、一机(固定式卷扬起闭机)，以便随时操作。（2）检修闸门：作用：设在工作闸门上游侧，检修事故闸门及其门槽时用以堵水。运用要求：静水中启闭。布置方式：平板闸门，几个进水口共用一套检修闸门，启闭可用移动式或临时启闭设备，平时检修闸门可存放在储门室或检修门槽上方。 3.通气孔及充水阀：通气孔作用：在关闭闸门时向引水管道补气，防止管道发生真空而失稳；当引水道充水时排气。充水阀作用：在工作闸门开启前向引水管道充水，平衡闸门上下游水压力，使闸门在静水中开启。无压进水口：特点：进水口水流为无压水流；作用：控制水量与水质，并保证使发电所需水量以尽可能小的水头损失进入渠道。分类：无坝取水，有坝取水。无坝取水不能充分利用河流资源，故较少采用，常用形式为有坝取水无压进水口的位置选择 ：无论是有坝取水还是无坝取水进水口的位置应尽可能选在河流的凹岸，以防回流造成污物堆积，而且可以利用河弯处的横向环流，使进水口引进表层较清的水，而底沙则由底流带向凸岸。无压进水口的组成建筑物及其布置：有坝开敞式进水口的组成建筑物一般有拦河低坝（或拦河闸）、进水闸、冲沙闸及沉沙池等。进水闸与冲沙闸的相对位置应以“正面进水侧面排沙”的原则进行布置。虹吸式进水口 ：用途：用于水头在2030m左右，前池水位变幅不大的无压引水式水电站。 特点：是利用虹吸原理将发电用水从前池引向压力水管。虹吸式进水口一般由进口段、驼峰段、渐变段三部分组成。引水渠道的作用：集中河段落差形成水头和输送发电所需的流量。引水渠道的要求：1、有足够的输水能力2、水质符合要求。3、运行安全可靠。(1)防冲、防淤(2)对渠道加设护面，减小糙率、防渗、防冲、防草、维护边坡稳定，保证电站出力；(3) 防草(4) 防凌；4、整个引水工程应通过技术经济比较，选择经济合理的方案，并便于施工和运行。引水渠道的类型：水电站的引水渠道又称为动力渠道。它位于无压进水口或沉沙池之后。根据其水力特性，可分为自动调节渠道和非自动调节渠道两种类型。自动调节渠道：主要特点：渠顶高程沿渠道全长不变，而且高出渠内可能的最高水位；渠底按一定坡度逐渐降低，断面也逐渐加大；在渠末压力前池处不设泄水建筑物；无溢流水量损失，能在水头和水量两方面得到充分利用，但由于渠道顶部高程沿渠线相等，故工程量较大。 适用：渠线较短，地面纵坡较小，进口水位变化不大，电站停机时下游无供水要求。非自动调节渠道：主要特点：渠顶沿渠道长度有一定的坡度，其坡度一般与渠底坡度相同；在渠末压力前池处（或压力前池附近）设有泄水建筑物，一般为溢流堰或虹吸式溢水道，控制渠内水位升高和渲泄多余水量；有弃水损失，引用流量较小时渠末水位较自动调节渠道的水位低，但渠道工程量较小。 适用：渠道线路较长、地面纵坡较大的电站或电站停止运行后仍需向下游供水。类型自动调节渠道非自动调节渠道渠顶高程沿全长不变逐渐降低断面尺寸由小变大基本相等泄水建筑物无有引水渠道路线选择：根据确定的引水高程和水电站厂房位置，选择一条从进口至压力前池的渠道中心线。选择原则：1、渠线应尽量短而直，以减小水头损失、降低造价。2、渠线尽可能高，以获得较大的落差。3渠线应选择在地质较好的地段，尽量避免与现有建筑物干扰。渠道的断面形式：在岩基上修建的渠道多采用窄深式的矩形断面；在土基上一般采用梯形断面。另外，渠道按其建筑条件又可分为挖方渠道和半挖方渠道。渠道断面的高度等于最大水深加安全超高。渠道护面：在渠道的表面用各种材料做成的保护层叫做渠道护面。护面的作用是：1、减少渠道的渗漏损失，加强渠道的稳定性；2、减少渠道的糙率，从而降低水头损失；3、防止渠中长草和穴居动物对渠道的破坏。渠道护面的类型：有混凝土护面、砌石护面、砾石护面、粘土和灰土护面、沥青材料护面及塑料薄膜护面等压力前池的作用:1分配水量。2保证水质。3限制水位升高，渲泄多余水量，保证下游用水。4、稳定水头，提高机组运行稳定性。 压力前池组成:1、前室和进水室2、压力墙3、泄水建筑物4、排污、排沙、排冰建筑物压力前池的位置选择：根据地形地质条件和运用要求，并结合渠道路线、压力水管、厂房等建筑物及其本身泄水建筑物的相互位置综合考虑确定，力求做到布置紧凑合理、水流平顺通畅、运行协调灵活、结构安全经济压力前池的布置：1. 压力前池的布置原则：布置在陡峻山坡顶部，特别注意地基稳定和渗漏问题；应尽可能将压力前池布置在天然地基的挖方中；在保证前池稳定前提下，尽量靠近厂房，以缩短压力水管的长度。2. 布置形式：正向进水侧向进水斜向进水前池的主要设备：1、拦污栅：拦污栅设置在进水室入口处的栅槽中，拦污栅一般与水平面成7080倾斜放置。可采用人工清污或机械清污，有时为吊出栅片清污或检修，又不影响电站的正常运行，可采用双层拦污栅。2、检修闸门和工作闸门：检修闸门位于工作闸门之前，但可能位于拦污栅之前或之后，供检修拦污栅、工作闸门和进水室时堵水之用，一般为叠梁式或平板式闸门。3、通气孔和旁通管：通气孔应布置在紧靠工作闸门的下游面，其作用和截面面积的确定与潜没式进水口相同。旁通管布置在进水室的边墙和隔墩内，一般用闸阀控制，旁通管可为铸铁管、钢管或钢筋混凝土管。4、启闭机：拦污栅和检修闸门可采用移动式启闭机，工作闸门则应每个进水室采用一台固定启闭机。压力前池布置设计：前室（扩大加深段）：前室是引水渠道末端与进水室之间的扩大加深部分。其主要作用是将渠道断面过渡至进水室所需要的宽度和深度。前室应有一定的容积和水深，满足沉沙的要求。前室在平面上以=1015的扩散角逐渐加宽。 当引水渠道较窄而前池较宽时，为减小池身的长度而不过分加大扩散角度，可在前室进口端设置分流墩。在立面上前室以1315的坡度向下延伸，直至所需要的宽度和深度。为了便于沉沙、排沙，防止有害泥沙进入进水室，前室末端底板高程应低于进水室底板高程0.5m以上，含沙量较大时，宜适当加大此高差。进水室：进水室是压力管道进水口部分，上游与前室相接，下游为埋设压力水管进口的压力墙。当布置有两根以上的压力水管时，应以隔墩分成若干独立的进水室，每一进水室都设有拦污栅、检修闸门、工作闸门、通气孔、旁通管、工作桥和启闭设备等。压力墙：压力墙是进水室末端的挡水墙，也是压力水管进口的闸墙，一般用混凝土或浆砌石筑成。常见的构造形式有两种：一种在压力墙中布置有闸门和通气孔，闸门高度较小；另一种压力墙与工作闸门之间有一段距离，为一开敞水井。可作为通气孔，此种形式闸门较高。泄水道：泄水道通常设于渠末或前池的边墙上，其形式有溢流堰和虹吸管等。堰顶不设闸门的溢流堰。溢流堰顶高程应略高于前室中的正常水位（一般约5cm左右），以防止电站正常运行时发生溢流现象。溢流堰的布置可为正堰或侧堰，下游布置有泄水陡槽和消能设施，溢流堰的断面形状一般为流线型的实用堰。冲沙道和排冰道：由渠道中水挟带的泥沙沉积于前室中，应在前室的最低处设置冲沙廊道。其进口方向可与管道的进口方向相同，两者分上下层排列。也可布置在前室最低处的一侧。排冰道用来排除进入压力前池的冰凌，其底槛应位于前室正常水位以下，用叠梁闸门进行控制。引水隧洞的特点：1可以避开不利地形的限制，采用较短的线路；2可利用岩石抗力承受部分内水压力，以降低造价；3有压隧洞可适应水库水位的大幅度变化及引用流量的迅速变化；4不占用地面；5能够避免沿途水质的污染；6不受地表气候的影响，蒸发量少，不易冰冻。引水隧洞类型： 1、无压隧洞：无压隧洞中的水流具有自由水面，用于无压引水式电站。从水力条件来看，其工作情况与明渠相同。根据地质条件和施工条件，无压隧洞的断面形状常采用方圆形（城门洞形）、马蹄形和高拱形，为了防止隧洞漏水和减小洞壁糙率并防止岩石风化，无压隧洞大都采用全部或部分衬砌。 2、有压隧洞：有压隧洞是有压引水式电站最常用的引水建筑物。隧洞中水 流充满整个断面，并承受较大的内水压力。其断面形状常采用圆形。引水隧洞经济断面的选择：水电站引水隧洞的流速是由动能经济计算决定的。在一般情况下，混凝土衬砌的小型隧洞的经济流速约为2.54.0m/s。大型采用经济计算。引水隧洞的路线选择：水电站引水隧洞路线的选择直接影响到隧洞的造价、施工的难易、工程的安全可靠及工程效益。进水口及厂房的位置选定后，引水隧洞应尽可能布置成直线。但受各种因素的影响，隧洞常常布置成弯曲的。影响选线的因素很多，主要影响因素：1地质条件；2地形条件；3施工条件；4水流条件；5枢纽总体布置。压力管道的作用：将水从水库、前池或调压室引入水轮机。压力管道的特点：坡度陡；内水压力大，承受水电站大部分或全部水头；承受水锤动水压力；靠近厂房。压力管道的类型：1.按管壁材料分类(1)钢管：强度高，抗渗性能好。应用：中/高水头水电站(2)钢筋混凝土管：造价低，刚度较大、经久耐用，能承受较大外压，管壁承受拉应力能力较差。应用：水头较低的中小型水电站。(3)钢衬钢筋混凝土管：应用：水头较高的情况(4)玻璃钢管：水流摩阻系数小，重量轻。应用：水头不高、流量较小的中小型水电站。 2.按管道布置方式分类（1）地面压力管道（明管、露天式压力管道）：露天铺设。应用：引水式地面厂房（2）地下压力管道：布置在地面以下成为地下管道。应用：电站厂房布置在地下或地形地质条件不宜布置成明管时采用。地下埋管：压力管道埋入岩体中，内水压力由管壁和周围岩体分担。回填管：地面开挖沟槽，压力管道铺设在沟槽内后，再以土石回填，内水压力全部由管壁承担。（3）坝体压力管道：坝式水电站厂房紧靠坝体布置，压力管道穿过坝身成为坝体压力管道。应用：坝后式、坝内式、地下式厂房。坝内埋管：埋设于混凝土坝体内的压力管道，常采用钢管。安装与大坝施工干扰较大，且影响坝体强度。坝内埋管：平斜式布置、平式布置、竖直式布置倾斜式布置：多用于混凝土重力坝坝后式厂房。管轴线近似与坝下游坡平行并尽量靠近下游坝面。特点：优点：进水口位置较高，承受水压小，闸门和启闭设备造价低；管道纵轴与坝体内较大的主压应力方向平行，可以减小管道周围坝体内由坝的荷载所引起的拉应力；管道位置高，与坝体施工干扰少。缺点：管道较长，弯段多。水头损失和水击压力较大。管道与下游坝面之间的混凝土厚度较小，对坝体承受内水压力不利。平式和平斜式布置：拱坝厚度不大，管径较大；死水位较低，进水口又必须在死水位以下情况。当进水口高程较高时，一般用斜管和水轮机相连当坝不高且进口高程布置较低时，钢管可以水平或接近水平布置，穿过坝体。特点：管线较短，弯段少，水头损失和水击压力较小，造价较低；管道在混凝土中埋得较深，可以考虑钢管和混凝土联合受力。坝体受力不好；进水口和闸门设备投资大，钢管安装和混凝土浇筑干扰较大，不利于加快大坝施工竖直式布置：多用于坝内式厂房。对于一些比较薄的拱坝，如果要设埋管，也可采用竖直式布置。但由于孔口对坝体有削弱作用，对拱坝应力求避免采用此布置。特点：进水口水压力小，闸门和启闭设备造价低，对施工干扰小。管道弯曲大，水头损失大；坝体受力不好 。坝上游面管道：管道大部分位于上游坝体坝面外，仅厂房前较短一段穿过坝身。坝内管线短，坝体应力小，对施工干扰小。管道受上游水压力的影响。适用：薄拱坝。坝下游面管道(坝后背管)：将压力钢管穿过上部混凝土坝体后布置在下游坝坡上。布置较坝内式的稍长，且管壁要承受全部内水压力，管壁厚度较大，用钢量多。适用：宽缝重力坝、支墩坝及薄拱坝的坝后式厂房。坝型包括：重力坝、重力拱坝、拱坝、支墩坝、双支墩空心重力坝等。优点：只有进口后一小段管道穿过坝体，不削弱坝体； 对大坝施工无干扰；能充分发挥钢材的强度。 缺点：管道长度较大，水头损失和水击压力较大； 管道正常运行时受大气温度的影响较大。压力管道的供水方式：单元供水：每台机组都有一根水管供水（优点：结构简单，运行方便可靠，一根故障或检修不影响其他。缺点：费材，工程量大，造价高。适用：坝式电站，明管）；联合供水：多台机组共用一根总水管（优点：机组多时水管数量少，管理方便，较经济。缺点：总管发生故障或检修时，由它供水的机组都要停止，每台机组都要安设阀门以便检修该机组时不影响其他机组运行。适用：水头较高，流量较小的电站、地下厂房）；分组供水：由多根水管供水，每根水管同时向两台以上机组供水。（特点：介于以上两种供水方式之间。适用：管道较长，机组台数较多，需限制管径过大的水电站）。压力管道直径选择：经过技术经济比较之后才能确定管径。经济直径的选择：1. 经验公式（彭德舒公式）： 式中： Qmax 为通过钢管的最大流量，Hp为电站 设计水头2. 统计公式式中： 为水轮机额定出力（kW）， 为电站设计水头。3. 经济流速法（用于初步设计或不太重要工程）式中：Qd压力管道的设计流量m3/s Ve经济流速。明钢管和地下埋管：46m/s；钢筋混凝土管：24m/s；坝内埋管：水头在3070m时，取36m/s，水头在70100m时，取57m/s。当压力管道比较长时，水电站压力管道的直径随水头的增高而逐渐减小是经济合理的，但变径次数不宜过多，通常在镇墩处变径并设渐变段，渐变段应包括在镇墩内部。压力管道的水力计算:恒定流计算(按水力学计算)：确定管道的水头损失(包括沿程和局部)，以供确定水轮机的工作水头、选择装机容量、计算电能和确定管径之用。 非恒定流计算(七、八、九章内容)：水锤计算(N变Q变H变) ，确定管道中各点的动水压力和变化过程，为管道的结构设计和机组运行提供依据。也用于确定管线的:(1)正常工作情况最高压力线；(2)特殊工作情况最高压力线；(3)最低压力线。1.沿程摩阻水头损失：处于紊流，可按曼宁公式计算 式中：i单位管长的摩阻水头损失 n压力管道糙率 R压力管道的水力半径 V压力管道中水体的流速2.局部水头损失进口、拦污栅、门槽、渐变段、弯段、分岔管等部位，按水力学公式计算。钢材性能的基本要求：1.机械性能：机械性能一般指钢材的屈服强度s、抗拉强度b 、塑性指标（断裂时的延伸率和断面收缩率）、常规冲击韧性ak、断裂韧性值。屈服强度和抗拉强度是钢材强度的两个特征值，屈服强度是容许使用应力的上限，钢管的工作应力不许超过它。延伸率是试件破坏时的相对变形值，代表材料的塑性性能，普通碳素钢约为 20%-24%。钢材的脆性破坏和时效硬化趋向及材料抗重复荷载和动荷载的性能用冲击韧性 表示。冲击韧性通过试验确定，其值应不小于规范规定的值(68.778.5Nm/cm2)。 2.工艺性能：钢材的工艺性能主要指辊轧、冷弯、焊接等方面的性能，应通过样品试验确定。冷弯性能对于制造钢管的钢材特别重要，因为制造钢管的基本作业是辊轧和弯曲，经过冷作业的钢板发生塑性变形，故发生冷强，继而时效硬化，钢材变脆。焊接性能指钢材焊接后的性能，应保证焊缝不开裂，也不降低焊缝及相邻母材的机械性能（如强度、延伸率、冲击韧性等）。 3.化学成分：钢材的化学成分直接影响着钢材强度、延伸率和焊接性能。当碳素钢的含碳量超过0.22%时，硬度急剧上升，塑性和冲击韧性降低，可焊性恶化。硅的存在有同样的影响，含量应限制在0.2%以内。稀有金属镍和锰能够提高钢材的机械性能。硫增加热脆性、磷增加冷脆性，硫、磷含量高使钢材变脆，强度降低。对以上各种杂质必须严格控制。CF钢：Crachfree steel，低裂纹敏感性调质高强度钢，抗拉强度590-610Mpa，屈服强度460-490Mpa。明钢管：暴露在空气中的压力钢管（在中小型引水式水电站中应用广泛。）压力钢管的设施和构造：1.接缝与接头：(1)无缝钢管：在工厂压轧成无纵缝的管节，运到现场后用横向焊缝或法兰将管节连成整体。适用：高水头，小流量的水电站。(2)焊接钢管由辊卷成圆弧形的钢板，用纵缝和横缝焊接而成。纵缝：焊缝交错排列，避开两个中心轴。纵缝与水平轴线和垂直轴线的夹角应大于15。(3)箍管：在无缝钢管或焊接钢管外套上无缝钢环（钢箍）而成。特点：管壁和钢箍共同承受内水压力，以减小管壁厚度。适用：水头极高的电站。2.弯管和渐缩管：（1）弯管：钢管在水平或竖直方向内改变方向时，需要装置弯管以保持水流顺畅。每一折线段两端径向线的夹角以57度为宜。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。弯管首尾应为半节，使相邻管节在接缝处的相贯线形状相同。（2）渐缩管：不同直径钢管段连接时需设置渐缩管。渐缩管的收缩角不宜过大，宜采用：=1016。渐缩管与相邻管段之间常以横向焊缝连接。当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须埋于镇墩中。3.加劲环：为提高抗外压稳定，或为加强钢管制作、安装时的刚度，在管外设置的环状结构。加劲环常用矩形、T形或槽形的型钢制作。4.支承环：钢管与支座之间起支承、加固作用的环状结构。作用：防止支墩直接接触管壁，加强支承处钢管的强度和刚度。支承环沿管周箍设，断面可为工字形、T形、矩形、槽形等。5.分岔管：当水电站采用联合供水或分组供水时，钢管进入厂房之前必须设置分岔管。对称分岔：钢管为正向进水时多用之。非对称分岔：侧向和斜向进水时多用之。6.闸门及阀门：压力管道进口设快速闸门(事故门)在前池、调压室、水库等位置。对于联合供水或分组供水的管道，在水轮机进口前应设快速阀门(事故阀)，紧急切断水流，防止机组产生飞逸。对于单元供水的电站，当水头高于120m或管道较长时，经技术经济比较，也可设置主阀。其型式有蝴蝶阀、球阀，小型水电站有时用平板阀。（1）蝴蝶阀：优点：启闭力小，操作方便迅速，体积小,重量轻，造价低。缺点：开启状态时，阀体对水流有扰动，水头损失较大；关闭状态止水不严。注：动水中关闭，在静水中开启（2）球阀：球形外壳+可旋转的圆筒形阀体+附件。优点：开启状态时没有水头损失，止水严密，能承受高压。缺点：结构复杂，尺寸和重量大，造价高。适用：高水头电站。（3）闸阀：阀体在门槽中的滑动方式与一般的平板闸门相似。特点：安装和维修比较简单，止水严密，运行可靠；但启闭力大，动作缓慢，封水环易被磨损，也容易产生空蚀现象。适用：只适用于直径较小的压力钢管。7.附件：（1）伸缩节：功用：消除温度应力，且适应少量的不均匀沉陷 。位置：常在上镇墩的下游侧 。两镇墩之间一般要求布置伸缩节，伸缩节间距不宜超过150m。（2）通气孔和通气阀：作用：当阀门紧急关闭时，向管内充气，以消除管中负压；水管充水时，排出管中空气。即：放空时补气，充水时排气。位置：阀门之后。当进水口较深时，可采用通气阀，在正常运行时保持关闭状态，发生负压时开启，自动补气，充水时自动排气。（3）进人孔和进水阀：当明钢管很长时，为便于观察和检修管道内部，常在镇墩上游侧管道上设置进人孔。为便于检修钢管时将管内积水排出，通常在压力钢管的最低点设置排水阀。（4）钢管的保护装置和防腐蚀措施：保护装置：在钢管破裂后管内流速增大时能迅速发出信号关闭闸门，防止事故扩大。防腐蚀措施：金属热喷涂、涂料保护、电化学保护和涂料联合防腐蚀。明管线路选择：压力管道路线选择应符合水电站枢纽总体布置要求，并考虑地形、地质、水力学、施工及运行等条件，经技术经济比较之后确定。原则：1.尽可能短而直；2.选择良好的地形、地质条件；3.应满足运行安全要求；4.尽量减