水电站压力管道布置设计

精品文档水电站压力管课程设计学 院：水利学院专 业：水利水电工程科 目：水电站课 题：水电站压力管道课程设计姓 名：学 号：313174云南农业大学水利学院2017年12月。1欢迎下载精品文档设计说明压力管道的设计步骤一般包括：（ 1）压力管功能布置；（2）压力管固定方法、设计；（3）压力管应力分析、计算；（ 4）压力管强度校核；（5）压力管抗外压稳定计算。一、基本资料及参数1、最大发电流量Qmax=16m3/s；2、上游正常水位1000m；3、下游设计尾水水位 850m；4、管轴线与水平线夹角35o；5、上游正常水位至伸缩节水位差 7m；6、镇墩与地基摩擦系数f=0.5；7、支墩与管身摩擦系数f=0.3；8、伸缩节摩擦系数f=0.4；水轮机调节时间Ts=5~6S。二、压力管功能及布置功能：从水库、前池或调压室向水轮机输送水量。布置：采用明钢管敷设。布置时要尽可能选择短而直的线路，明钢管敷设在陡峭的山坡上；尽量选择良好的地质条件，明钢管敷设在坚固而稳定的山坡上，支墩和镇墩尽量设在。2欢迎下载精品文档坚固的岩基上，并清除表面覆盖层；尽量减少管道的起伏波折，避免出现反坡，利于管道排空，明钢管底部应高出地表至少 0.6米，以便安装和检修；避开可能发生山崩或滑坡的区，明钢管尽量沿山脊布置，避免布置在山水集中的山谷中，若明钢管之上有坠石或可能崩塌的峭壁，要事先清除；首部设事故闸门，并考虑设置事故排水和防冲设施。三、明钢管的固定、设计明钢管的敷设明钢管敷设在一系列支墩上，底部应高出地表0.65米。明钢管宜做成分段式，在首尾设镇墩，两镇墩之间设伸缩节。伸缩节布置在管段的上端，靠近上镇墩处。敷设方式如图：明钢管的设计。3欢迎下载精品文档（1）管径的确定采用经验公式——彭德舒公式来初步确定压力钢管的经济直径：D=7√5.2Q3maxH式中：Qmax为钢管的最大设计流量， m3/s；H为设计水头，m。由基本资料得：Qmax=16ms/sH=1000m-850m=150m所以7373D=√5.2Qmax=√5.2×16=2.03m≈2.05mH150压力钢管直径进制采用D=50mm为模,所以取D=2.05m。（2）管长确定上游正常水位1000m，闸门进口水位为 993m，上游正常水位至伸缩节水位差7m，下游设计为水位850m。取进口直管段长5m，出口直管段长5m。斜管段垂直距离为 993-850=143m，管轴线与水平线夹角35o。所以斜管段长143L= =249.313m≈249.3msin35°所以，压力管道总长为L总=249.3+5+5=259.3m四、压力管水击计算直接与间接水击的判断明钢管水锤波速可近似的取为 1000m/s，已知水轮机调节时间Ts=5~6S。。4欢迎下载精品文档所以2L2×259.3=0.52s=1000C2L=0.52s，故为间接水击。水轮机开度的调节时间Ts=5~6s>C第一项水击与极限水击判断τ为起始开度，当电站满负荷运行时， τ=1；当电站以部分负荷运行时o oτo< 1。ρ为水锤常数。当ρτo<1时发生第一相末水锤，为第一相水击，除第一相水击以外的各种水锤现象统统归入极限水击一类。V=Qmax=16=4.85m/smaxAπ(2.05/2)2ρ=CVmax=1000×4.852gH0=1.652×9.81×150当电站满负荷运行时 ρτo>1，所以为极限水击。水击公式选择阀门开度变化时管道中水流动量的相对变化率：σ=

LVmaxgH0Ts水锤的最大值：ξm=

2σ2-σ所以LVmax259.3×4.85σ=gH0Ts=9.81×150×5=0.17kpa2σ2×0.17ξm=2-σ=2-0.17=0.186kpa4.水击常数的计算CVmax=1000×4.85=1.65ρ=2gH02×9.81×1435.动水头计算。5欢迎下载精品文档水头变化?H令也称水锤压强，令?Hξ=H0所以?H=ξmH0=0.186×150=27.9mHp=H0+?H=150+27.9=177.9m即满负荷运行时，水电站压力管道的总水头为 177.9m。五、压力管应力分析及结构设计明钢管的荷载根据应用条件，明钢管的设计荷载有：（ 1）内水压力；（2）钢管自重；3）温度变化引起的力；（4）镇墩和支墩不均匀沉陷引起的力；（5）风荷载和雪荷载；（6）施工荷载；（7）地震荷载；（8）管道放空时通气设备造成的负压。管壁厚度计算管壁的厚度一般经结构分析确定。管壁的结构厚度取为计算厚的加2mm的锈蚀裕度。考虑制造工艺、安装、运输等要求，管壁的最小结构厚度不宜小于下式确定的数值，也不宜小于6mm。Dδ≥ +4800初步确定管壁的计算厚度γHpDδ=δ0+2mm=2[σ]+2mm计算时，该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%。所以γHD