水电站的压力水管

水电站的压力水管第1页/共54页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2页/共54页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

第3页/共54页二、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）地下压力管道第4页/共54页（一）坝体压力管道

1.坝内埋管

第5页/共54页2.平式布置3.竖井式布置第6页/共54页2.坝后背管

坝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。第7页/共54页（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。第8页/共54页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≤３００m2,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。第9页/共54页三、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。第10页/共54页第11页/共54页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

第12页/共54页一、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。第13页/共54页二、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14页/共54页第15页/共54页

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；

——经济流速，

第16页/共54页三、管壁厚度初估δ≥δ≥δ≥δ≥第17页/共54页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、钢管的敷设方式第18页/共54页一、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

第19页/共54页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5o~7o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θ不宜过大，但θ过小时，渐缩管过长将增加材料用量，通常采用θ=10o~16o，为宜。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埋于镇墩中。第20页/共54页第21页/共54页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。第22页/共54页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。第23页/共54页二、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。第24页/共54页第25页/共54页(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，避免在管壁内产生很大的温度应力。常用的伸缩节为滑动套管式。第26页/共54页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。第27页/共54页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第28页/共54页三、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。第29页/共54页下一节第30页/共54页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第31页/共54页第32页/共54页二、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

滑动支墩第33页/共54页滚动式支墩摇摆式支墩滚动式支墩摇摆式支墩第34页/共54页

第六节钢岔管

一、分岔管的工作特点岔管的特点是结构复杂，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。

第35页/共54页二、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

第36页/共54页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。第37页/共54页三梁岔管第38页/共54页贴边岔管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。第39页/共54页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。第40页/共54页球形岔管第41页/共54页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。月牙肋岔管

第42页/共54页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43页/共54页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第44页/共54页一、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。第45页/共54页二、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3～5m。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。第46页/共54页

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15～20m，岩基时缝距10～15m。若在两伸缩缝之间加一4～5m短管，后期施工，间隔浇筑，则缝距可增至30～35m。

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1.5～2.0cm，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。第47页/共54页第48页/共54页第49页/共54页第50页/共54页（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