壓力鋼管畢業(yè)設(shè)計(共40頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄專心-專注-專業(yè)第一章 工程概況一、流域概況隔界河為怒江右岸支流，流域位于東經(jīng)9842985150、北緯2619142624之間。行政區(qū)劃屬云南省怒江州滬水縣稱桿鄉(xiāng)。電站取水口以上徑流面積為64.02km2，多年平均流量2.51m3/s。擬建的隔界河一級水電站位于高山峽谷區(qū)，除其下游建有隔界河二級水電站（目前二級水電站主體工程已基本完工）以及規(guī)劃有瀘水電站外，無其它水利設(shè)施。電站所在下游無重大防洪對象，故不承擔下游的防洪任務。二、水文及氣象（一）氣象概況隔界河流域位于高黎貢山東麓，滬水縣城以北，為低緯度北亞熱帶與北溫帶過渡帶氣候，夏季炎熱，冬季偏暖濕潤，四季分明

2、，無霜期長。區(qū)域內(nèi)最高氣溫41.70C，最低氣溫 2.80C，多年平均氣溫17.00C。多年平均日照1100h，多年平均蒸發(fā)量1018 mm，最大風速12.0m/s，本流域西北部和西部處于多雨區(qū)及較多雨區(qū)，東北部處于較少雨區(qū)，流域降水量從上游至下游呈遞減的趨勢。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號壩多年平均降水為2223.4mm，2號壩多年平均降水為1937.1mm。多年平均氣溫為7左右，極端最高氣溫為25左右，極端最低氣溫為-10 左右。（二）水文特性1.徑流對推求出的隔界河1、2號壩址1960年6月至1999年5月徑流采用PIII型頻率曲線適線，頻率分析的

3、統(tǒng)計參數(shù)為：均值1號壩為2.60m3s；2號壩為0.23 m3s，Cv=0.23，Cs=2Cv5，隔界河電站壩址多年平均流量成果見表1-1。 表1-1 隔界河水電站壩址徑流成果及比較表（單位：m3/s）壩址隔界河亞目河迪麻洛河干流1號壩2號壩面積（km2）74.257.5181161.7資料長度1960.6-1999.51960.6-1999.51960.6-1985.51960.6-1985.5項目流量%流量%流量%流量%1月1.264.030.1144.254.463.754.682月1.374.390.124.364.684.913.364.193月2.658.490.238.367.4

4、37.794.295.354月3.2910.530.2910.5510.511.09.4911.835月1.665.320.155.455.355.613.454.306月1.946.210.176.186.236.536.037.517月3.109.930.279.829.439.898.5410.648月4.8915.660.4315.6415.015.7311.5614.399月4.2913.740.3813.8212.312.913.6917.0510月3.3710.790.3010.919.5810.047.439.2611月1.926.150.176.185.906.194.705

5、.8512月1.494.770.134.734.734.963.984.96年2.601000.231007.951006.69100水量（億m3）0.8200.0732.512.11徑流深（mm）1104.3967.11385.11305.1平均高程（m）3210.52815.73030.63277.92平均降水量（mm）2223.41937.12768.82611.0表1-2 隔界河水電站壩址日平均流量保證率成果表保證率（%）流量（m3/s）保證率（%）流量（m3/s）1號壩2號壩1號壩2號壩56.940.61751.430.13105.250.46801.340.12203.460.30

6、901.130.10252.890.25950.870.08501.830.16970.820.072.洪水表1-3 隔界河水電站壩址設(shè)計洪水成果比較表頻率（）推理公式法暴雨徑流查算法水文比擬法1號壩2號壩1號壩2號壩1號壩2號壩0.5416.079.6403.377.2361.051.01373.071.4361.869.2305.443.22330.063.1318.861251.435.53.33296.556.7286.954.9178.325.25271.051.9266.250.9153.521.710224.843.0215.241.2112.715.9綜合分析比較各方面，本次設(shè)

7、計按SL4493規(guī)范采用推理公式計算方法所得洪水成果較為合理，作為本次設(shè)計的推薦成果。3.泥沙隔界河電站壩址年平均懸移質(zhì)輸沙量為2.58萬t。年平均推移質(zhì)沙量取懸沙量的30估算為0.774萬t，壩址年輸沙總量為3.354萬t。4.裝機規(guī)模根據(jù)以上基本資料和調(diào)節(jié)原則對三組裝機方案進行徑流調(diào)節(jié)計算，計算結(jié)果見表1-4。表1-4 隔界河電站徑流調(diào)節(jié)計算表 裝機方案Kw98001260015000電站引用流量m3/s3.03.54.0保證出力Kw376237623762年發(fā)電量萬kwh576162726558倍比系數(shù)2.603.353.99年利用小時H587849774372水量利用率%828689年

8、發(fā)電量差值萬kwh511286增量年利用小時H18251192從水能指標及其特性的變化規(guī)律可明顯看出，本電站較為合理的裝機規(guī)模為12600kw，機組臺數(shù)為2臺，單機容量為6300kw。三、壓力前池基本地質(zhì)條件及評價（一）基本地質(zhì)條件前池布置在引水隧洞末端，山坡地面高程19702000m，地形相對較陡，總體地形坡度2030，無大的不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，整個岸坡為一單斜逆向坡。（二）前池工程地質(zhì)評價前池山坡高程19702000m，地形相對較陡，總體地形坡度2030，無大的不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，整個岸坡為一單斜逆向坡?；鶐r為3t灰色白云質(zhì)灰?guī)r,強風化帶埋深約15m，巖層傾向山內(nèi)，傾角4060。四、地震根據(jù)2

9、001年版“中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖”（GB183062001）確定工程區(qū)“動峰值加速度”為0.15g，相應地震烈度為度，地震設(shè)防烈度為度。地震動反應譜特征周期值為0.40s。五、工程總體布置隔界河水電站主要建筑物由1#攔河取水壩、2#攔河壩取水壩、引水隧洞、壓力前池、壓力鋼管、主副廠房及升壓站組成。攔河壩壩型采用漿砌塊石重力式溢流壩。主引水隧洞布置于主壩取水口前池之間，分三段組成折線型隧洞布置，全長3074.71m。隧洞采用無壓引水的方式，斷面為直墻高1.9m，拱高0.6m的城門洞形。隧洞進口布置在主壩前河道右岸，側(cè)向進水。進水口前設(shè)置沉砂池，進水口底板高程為1977.00m，出口接前池。隧洞末

10、端底寬度：b=2.00m；隧洞底坡降：i=0.002。 前池布置于主引水隧洞末端，位于廠區(qū)樞紐河對面山脊上，前池后接壓力鋼管。壓力管道位于隔界河右岸山脊上，為山麓斜坡地形，地形坡度2252。壓力管道為單管雙機供水方式，管道由主管、岔管、支管及附件構(gòu)成，岔管為對稱Y形布置。電站廠址選定在距隔界河與怒江交匯處1100m隔界河左岸。主廠房內(nèi)布置兩臺沖擊式水輪發(fā)電機組，水輪機型號為CJA475-w-140/212，機組間距為11.5m，進水管中心高程為1530.00m。第二章 壓力鋼管設(shè)計一、工程的級別確定水電站的裝機容量為1.26萬kw，利用水頭為445m，故本工程等級為特高水頭小一型水電站1。二、

11、壓力管道的經(jīng)濟直徑本工程規(guī)模小，可按經(jīng)濟流速法計算管徑9，即= （m） 壓力管道管徑模數(shù)為50mm，安全起見壓力管道直徑D取1m 。 式中 設(shè)計引用流量，經(jīng)濟流速，明鋼管和地下埋管為46(m/s)，對高水頭電站可取大值，因此取6(m/s)計算。支管管徑與水輪機進口對應，即支管管徑為0.65m。則實際流速：（m/s）三、壓力鋼管的布置前池布置于主引水隧洞末端，位于廠區(qū)樞紐河對面山脊上，前池后接壓力鋼管。明鋼管的路線選擇在地形地質(zhì)條件優(yōu)越的隔界河右岸山脊上，為山麓斜坡地形，地形坡度2252，避開了滑坡、崩塌、墜石和地表水集中等不利地段。明鋼管常采用垂直等高線方向布置，以縮短管道長度，沿山脊布置，管

12、槽開挖邊坡為逆向坡。為了避免局部管的產(chǎn)生負壓，在地形凸起部分應進行開挖。明鋼管沿線應布置排水溝和設(shè)置交通通道，在鋼管的最低處應設(shè)置排水管，在適當位置處應設(shè)置進人孔。明鋼管的轉(zhuǎn)彎半徑為3倍管徑，底部高出地面0.6m，以利于安裝和檢修。頂部低于最小壓力線至少2m，以保證不出現(xiàn)真空。 由于發(fā)電引水單機流量不大，管道較長，因此壓力管道采用單管雙機供水方式，正向引進，管道由主管、岔管、支管及附件構(gòu)成，岔管為對稱Y形布置。鎮(zhèn)墩型式采用封閉式,支墩采用滑動式支墩，伸縮節(jié)位于管道轉(zhuǎn)彎處下游2.5m。四、管壁厚度的確定壓力鋼管的材料和壁厚選擇是水電站壓力鋼管設(shè)計的主要內(nèi)容之一,鋼管壁厚和材料變化使得鋼管造價同時

13、發(fā)生變化，因此需要在鋼管的適當位置改變壁厚和材料，以降低工程造價。根據(jù)SL-2003.壓力鋼管設(shè)計規(guī)范，鋼管所用鋼材的性能及技術(shù)要求必須符合國家現(xiàn)行有關(guān)標準的規(guī)定，因此選用Q235C、及Q345C鋼材。管道末端允許的最大水錘相對升壓為6H100m, 0符合支墩上游緣應力（Kpa）46.43=294符合故支墩抗滑抗傾覆能力滿足要求。2地基承載能力校核在支墩垂直分力的作用下，應保證地基應力不超過地基承載能力4 ，即：滿足地基承載力要求。式中： 安全系數(shù)，根據(jù)規(guī)范，。 S1支墩底面積，m2。七、管身應力分析管身應力分析目的：為了檢驗鋼管各個部位強度是否滿足強度要求，以及抗外壓穩(wěn)定性是否滿足要求。計算

14、部位：跨中斷面，支承環(huán)旁膜應力區(qū)邊緣斷面和支承環(huán)及其旁管壁斷面3個基本斷面。（一）抗外壓穩(wěn)定核算明鋼管外壓穩(wěn)定臨界壓力為3：0.452 MPa0.2 MPa，滿足強度要求。式中： 鋼材的彈性模量， 泊松比，（二）鋼管受力計算1徑向力計算2法向力計算(1）每米鋼管自重：(2）每米管長的水重：(3）每跨管重及水重的法向分力Qcos：（三）軸向力計算1鋼管自重的軸向分力：2伸縮節(jié)處端部內(nèi)水壓力：3溫度變化時，伸縮節(jié)止水填料與管壁的摩擦力： 4溫度變化時，支墩對鋼管的摩擦力：忽略水流對管壁的摩擦力，以上軸向力對計算跨均為壓力，故總軸向力為：（四）管壁應力計算1跨中斷面（1） (1）徑向應力：(2）環(huán)向

15、應力： 跨中斷面環(huán)向應力計算結(jié)果見表2-13:表2-13 跨中斷面徑向應力計算表DrPtH（N/mm）010005001.511102975.3389010005001.511102975.55318010005001.511102975.767(3）軸向應力：由軸向力引起的軸向應力3 ，其計算結(jié)果見表2-14：表2-14 跨中斷面軸向應力計算表Artx1（N/mm）577.64850010-18.387由法向力引起的軸向應力3 ，其計算結(jié)果見表2-15：表2-15 跨中斷面軸向應力計算表qsqwLMrtx203.7447.69760002950010-4.569903.7447.697600

16、0295001001803.7447.697600029500104.569(4）剪應力：因為跨中不產(chǎn)生剪應力，故。(5）強度校驗9 ，其計算結(jié)果見表2-16：表2-16 跨中斷面強度計算表部位=1x1x2xr 管頂點075.338-18.387-4.569-22.956-1.50789.518116.325管水平軸線9075.338-18.3870-18.387-1.51186.742116.325管底點18075.338-18.3874.569-13.181-1.51584.111116.325表中 =0.90.55235=116.325 MPamax=89.518 MPa = 116.3

17、25 MPa滿足強度要求。2支承環(huán)旁膜應力區(qū)邊緣斷面（2） (1）徑向應力：忽略跨中斷面處與支承環(huán)處計算水頭的差值，則管壁內(nèi)表面：管壁外表面：(2）環(huán)向應力，其計算結(jié)果見表2-17：表2-17 支承環(huán)旁膜應力區(qū)邊緣斷面計算表DrPtH（MPa）010005001.529102976.23901000500152.9102976.441801000500152.9102976.69(3）軸向應力：由管重及管中水重的法向分力引起的軸向應力3 ，其計算結(jié)果見表2-18：表2-18 支承環(huán)旁膜應力區(qū)邊緣斷面計算表Artx1（N/mm）577.655001018.387由法向力引起的軸向應力（在距伸縮節(jié)

18、三跨以上，可按兩端固結(jié)計算）3 ，其計算結(jié)果見表2-19：表2-19 支承環(huán)旁膜應力區(qū)邊緣斷面計算表qsqwLMrtx2（N/mm）03.7447.69760002930.02500103.822903.7447.69760002930.025001001803.7447.69760002930.0250010-3.822(4）剪應力3 ，其計算結(jié)果見表2-20：表2-120 支承環(huán)旁膜應力區(qū)邊緣斷面計算表qsqwLQtrx（N/mm）04.3167.69760002930.02100.50904.3167.69760002930.02100.51.911804.3167.6976000293

19、0.02100.50(5）強度校驗3 ，其計算結(jié)果見表2-21：表2-21 支承環(huán)旁膜應力區(qū)邊緣斷面強度校驗計算表部位=1x1x2xrx （N/mm）管頂點076.2318.3873.82222.209-1.529069.022116.325管水平軸線9076.4418.387018.387-1.5291.9170.242116.325管底點18076.6918.387-3.82214.565-1.529071.543116.325表中 =0.90.55235=116.325 MPamax=71.543MPa = 116.325 MPa滿足強度要求。3支承環(huán)及其旁管壁斷面（3） (1）初擬支承

20、環(huán)斷面尺寸： 支承環(huán)寬度：a=0.03 m，支承環(huán)高度：h=0.15 m，管壁計算厚度：t=0.01 m。圖2-3 支承環(huán)剖面圖等效翼緣寬度3 ：支承環(huán)凈面積：=a(h+t) =0.03(0.15+0.010)=0.0048 m2支承環(huán)有效面積F: =0.030.15+(0.03+20.055) 0.010=0.0059m2支承環(huán)有效斷面重心軸至管中心距離R：支承環(huán)有效斷面重心軸至支承環(huán)截面中心距離c：c=h/2+t+r-R =0.15/2+0.01+0.5-0.566=0.019 m取支撐反力作用點至支撐環(huán)重心軸距離b： b=0.04R=0.040.566=0.02264 m支承環(huán)有效斷面對

21、重心軸的慣性矩JR：相對剛度系數(shù)：（2）徑向應力：（以拉應力為“+”，壓應力為“-”）忽略跨中斷面處與支撐環(huán)處計算水頭的差值，得：管壁內(nèi)表面：=-9.8166.621=-1.633 MPa管壁外表面：（3）環(huán)向應力：由內(nèi)水壓力引起的環(huán)向應力：由支承環(huán)橫截面上軸力引起的環(huán)向應力：由 列表進行計算，其計算結(jié)果見表2-22，其中、的計算可參考SL281-2003水電站壓力鋼管設(shè)計規(guī)范相關(guān)資料。表2-22 支承環(huán)及其旁管壁斷面計算表計算斷面 (kN)(MPa)0-0.0.318310.1.7760.301-0.0.-0.13678-8.180-1.38690-0.250-0.25-14.951-2.5

22、2990+0.2500.2514.9512.5290.-0.0.136788.1801.3861800.-0.31831-0.029661.776-0.301由支承環(huán)橫截面上彎矩引起的環(huán)向應力3 ：計算斷面位置與同，計算點分別選管內(nèi)壁、管外壁及環(huán)外壁三處。由 列表計算，其計算結(jié)果見表2-23，其中、的計算參考SL281-2003水電站壓力鋼管設(shè)計規(guī)范相關(guān)資料。表2-23 支承環(huán)及其旁管壁斷面計算表計算斷面K3K4MR（kNm）4 (MPa)管內(nèi)壁管外壁環(huán)外壁00.-0.068310.288921.2421.054-1.774-0.0.-0.34256-2.546-2.3303.08090-00

23、.250.338481.4551.235-2.07890+0-0.25-0.33848-1.455-1.2352.0780.-0.0.342562.5462.330-3.080180-0.0.06831-0.28892-1.242-1.0541.774（4）軸向應力： 由各軸向力其合力A引起的軸向應力x1 ：由管重及管中水重的法向分力引起的軸向應力x2 (在距伸縮節(jié)三跨以上，可按兩端固結(jié)進行計算，從伸縮節(jié)算起共14跨) 3 列表進行計算，其計算結(jié)果見表2-24。表2-24 支承環(huán)及其旁管壁斷面計算表計算斷面090-90+180x2 (MPa)4.569-5.304005.3044.569彎矩引

24、起的軸向應力，其計算結(jié)果見表2-25。表2-25 支承環(huán)及其旁管壁斷面計算表t0HD管壁內(nèi)緣（MPa）管壁外緣（MPa）0.86679.80.010166.6211105.644-105.644（4）剪應力：支撐環(huán)產(chǎn)生的剪應力： ， 剪應力計算結(jié)果見表2-26，其中K5、K6查規(guī)范表A.2.2-4表2-26 支承環(huán)及其旁管壁斷面計算表計算斷面K5K6TR（KN）管內(nèi)（MPa）管外壁（MPa）環(huán)外壁（MPa）00000000.0.28024-1.9540-0.365090-0.0.31831-7.73701.466090+-0.0.31831-1.7370-.146600.0.28024-1.9

25、540-0.3650180000000法向作用力產(chǎn)生的剪應力，其計算結(jié)果見表2-27。表2-27 支承環(huán)及其旁管壁斷面計算表計算斷面V（KN）管內(nèi)壁（MPa）管外壁（MPa）環(huán)外壁（MPa）0000029.9011.6651.665090-29.9011.9041.094090+29.9011.9041.904029.9011.6651.66501800000（5）強度校驗：對局部應力區(qū)，強度校驗分只計軸力和軸力加彎矩兩種情況進行。只計軸力情況9：各計算點：，環(huán)外壁： 對相對應力列表計算，其計算結(jié)果見表2-28。采用第四強度理論，即相當應力：復核公式：表2-28 只計軸力強度校驗計算表計算斷面

26、 (MPa)X(MPa)(MPa)管內(nèi)壁、管外壁、環(huán)外壁管內(nèi)壁、管外壁環(huán)外壁管內(nèi)壁、管外壁環(huán)外壁019674-17.844032.5041967417987-17.854031.0391798790-16844-17.849030.0491684490+21902-17.849034.4852190220759-17.843033.4622075918019072-17.844031.97619072相應計算工況的允許應力：34.485MPa，滿足強度要求。考慮軸力加彎矩情況9：采用第四強度理論，即相當應力，其計算結(jié)果見表2-29：復核公式表2-29 考慮軸力加彎矩情況計算表計算斷面 (MPa)x(MPa)x(MPa)管內(nèi)壁管外壁環(huán)外壁管內(nèi)壁管外壁