水電站的壓力水管和結(jié)構(gòu)

1、水電站的壓力水管和結(jié)構(gòu)第一節(jié) 壓力水管的功用與結(jié)構(gòu)形式第二節(jié) 壓力水管的路線和布置形式選擇第三節(jié) 壓力水管的水力計(jì)算與經(jīng)濟(jì)直徑第四節(jié) 明鋼管的構(gòu)造、附件及敷設(shè)方式第五節(jié) 明鋼管的支承結(jié)構(gòu)第六節(jié) 鋼岔管第七節(jié) 鋼筋混凝土管第一節(jié)壓力水管的功用與結(jié)構(gòu)形式一、壓力水管的功用與特點(diǎn) 功用：輸送水能 特點(diǎn):坡度陡，內(nèi)水壓力大，靠近廠房，且承受水擊的動(dòng)水壓力 二、壓力水管的結(jié)構(gòu)形式與適用條件 （一）壩體壓力管道 1.壩內(nèi)埋管 2.壩后背管 （二）地面壓力管道 1.鋼管 2. 鋼筋混凝土管 （三）地下壓力管道（一）壩體壓力管道1.壩內(nèi)埋管 2.平式布置3.豎井式布置2.壩后背管 壩內(nèi)埋管的安裝與大壩施工干擾

2、較大，且影響壩體強(qiáng)度。為此，可使鋼管穿過(guò)上部壩體后布置在下游壩坡上，成為壩后背管。這樣布置的管道較布置在壩內(nèi)時(shí)稍長(zhǎng)，且管壁要承受全部?jī)?nèi)水壓力，壁厚較大，用鋼量多。常用于寬縫重力壩、支墩壩及薄拱壩的壩后式水電站。（二）地面壓力管道1.鋼管鋼管一般為鋼板焊接而成。它具有強(qiáng)度高，抗?jié)B性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于中高水頭水電站和壩后式水電站。其適用水頭范圍可由數(shù)十米至幾千米。高水頭小流量、直徑在1m以下的地面壓力管道可采用無(wú)縫鋼管，但造價(jià)較高。2、鋼筋混凝土管 鋼筋混凝土管造價(jià)低，經(jīng)久耐用，可就地制造，能承受較大外壓，但管壁承受拉應(yīng)力的能力較差。鋼筋混凝土管可分為普通鋼筋混凝土管、預(yù)應(yīng)力和自應(yīng)力鋼筋混凝土

3、管、鋼絲網(wǎng)水泥管和預(yù)應(yīng)力鋼絲網(wǎng)水泥管等。普通鋼筋混凝土管一般適用于靜水頭和管直徑的乘積60m2，且靜水頭不宜超過(guò)50m的中小型水電站；預(yù)應(yīng)力和自應(yīng)力鋼筋混凝土管具有彈性好、抗拉強(qiáng)度高等特點(diǎn)，但制作要求較高。其適用范圍可達(dá)m2,靜水頭可達(dá)150m。用以代替鋼管，可節(jié)約鋼材60%以上。位于巖石中的現(xiàn)澆鋼筋混凝土管歸于隧洞一類(lèi)。三、地下壓力管道 當(dāng)?shù)匦蔚刭|(zhì)條件不宜布置成明管或電站布置在地下時(shí)，往往將壓力管道布置在地面以下成為地下壓力管道。 地下壓力管道有地下埋管和回填管兩種：埋入地層巖體中的壓力水管稱(chēng)為地下埋管?；靥罟苁窃诘孛骈_(kāi)挖溝槽，壓力水管敷設(shè)在溝槽內(nèi)后，再以土石回填。第二節(jié)壓力水管的路線和布置

4、形式選擇 一、壓力水管路線的選擇 二、壓力水管布置形式 一、壓力水管路線的選擇壓力水管路線選擇的一般原則 ：1.管線盡量短而直。2.管路沿線地質(zhì)條件好。3.明管路線應(yīng)盡量避開(kāi)山坡起伏大和其他危及管道安全的地段。4.避免管道內(nèi)產(chǎn)生局部真空。5.管線傾角合適。二、壓力水管向水輪機(jī)的供水方式壓力水管向水輪機(jī)供水方式1.單獨(dú)供水2.聯(lián)合供水3.分組供水壓力水管向廠房的引進(jìn)方式1.正像引進(jìn)2.側(cè)向引進(jìn)3.謝向引進(jìn) 第三節(jié)壓力水管的水力計(jì)算與經(jīng)濟(jì)直徑 一、壓力水管的水力計(jì)算 沿程摩阻水頭損失 局部水頭損失二、壓力水管的經(jīng)濟(jì)直徑 式中 水輪機(jī)單機(jī)設(shè)計(jì)流量，m3/s； 經(jīng)濟(jì)流速， 三、管壁厚度初估第四節(jié)明鋼管

5、的構(gòu)造、附件及敷設(shè)方式一、明鋼管的構(gòu)造 1. 接縫與接頭 2. 彎管和漸縮管 3. 剛性環(huán)（加勁環(huán)） 4. 分岔管二、明鋼管的閥門(mén)和附件 （一）.閥門(mén) （二）附件三、鋼管的敷設(shè)方式一、明鋼管的構(gòu)造1.接縫與接頭焊接鋼管是由輥卷成圓弧形的鋼板用縱縫和橫縫焊接而成 2.彎管和漸變管 彎管由鋼板焊接而成。每一折線段兩端徑向線的夾角不宜超過(guò)10o，以5o7o為宜，夾角越小，水流條件越好，彎管的曲率半徑不宜小于3倍管徑。 漸縮管的收縮角不宜過(guò)大，但過(guò)小時(shí)，漸縮管過(guò)長(zhǎng)將增加材料用量，通常采用=10o16o，為宜。漸縮管與相鄰管段之間常以橫向焊縫連接。當(dāng)漸縮管與彎管位置相近時(shí)，宜合并成漸縮彎管。分段式鋼管的

6、彎管和漸縮管均埋于鎮(zhèn)墩中。3.剛性環(huán) 當(dāng)薄壁鋼管不能抵抗外壓和滿(mǎn)足不了運(yùn)輸或安裝的要求時(shí)，單純?cè)黾庸鼙诤穸葋?lái)滿(mǎn)足剛度要求往往是不經(jīng)濟(jì)的，可考慮加設(shè)剛性環(huán)，剛性環(huán)常用T形或槽形的型鋼制作。4、分岔管 分岔管有對(duì)稱(chēng)分岔和非對(duì)稱(chēng)分岔兩種基本形式。當(dāng)鋼管為正向進(jìn)水時(shí)，多采用對(duì)稱(chēng)分岔；側(cè)向和斜向進(jìn)水時(shí)，多采用非對(duì)稱(chēng)分岔。二、明鋼管的閥門(mén)和附件（一）閥門(mén)壓力水管的進(jìn)、出口要設(shè)置控制閥門(mén)。設(shè)置在水輪機(jī)前的閥門(mén)稱(chēng)主閥。水電站上常用的主閥形式有閘閥、蝶閥和球閥。(二)附件1、伸縮接頭（伸縮節(jié)）伸縮節(jié)的作用是使鋼管在溫度變化時(shí)，能沿軸線自由伸縮，避免在管壁內(nèi)產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力。常用的伸縮節(jié)為滑動(dòng)套管式。 2、通氣

7、孔與通氣閥水頭較低時(shí)，常采用通氣孔或通氣井，出口應(yīng)在啟閉室外并高于校核洪水位；進(jìn)水口較深時(shí)，可采用通氣閥。3、進(jìn)人孔與排水閥為便于觀察和檢修管道內(nèi)部，應(yīng)當(dāng)在壓力鋼管的適當(dāng)位置設(shè)置進(jìn)人孔，進(jìn)人孔截面常做成直徑不小于45cm的圓孔或短軸不小于45cm的橢圓孔。進(jìn)人孔間距一般不超過(guò)150m。為便于在檢修鋼管時(shí)將水放空，通常在壓力鋼管的最低點(diǎn)設(shè)置排水閥進(jìn)人孔 4、鋼管的過(guò)流保護(hù)裝置和防腐蝕措施三、鋼管的敷設(shè)方式1、分段式。在相鄰兩鎮(zhèn)墩之間設(shè)置伸縮接頭。明鋼管大都采用此種敷設(shè)方式。伸縮節(jié)構(gòu)造較復(fù)雜，容易漏水，常布置在鎮(zhèn)墩以下第一節(jié)管的橫向接縫處 2、連續(xù)式。兩鎮(zhèn)墩間的管身連續(xù)敷設(shè)，中間不設(shè)伸縮節(jié)。溫度變

8、化時(shí)，管身將產(chǎn)生很大的軸向溫度應(yīng)力。為減小管身的溫度應(yīng)力。這種方式在一定條件下可能是經(jīng)濟(jì)合理的。但我國(guó)很少采用。下一節(jié)第五節(jié)明鋼管的支承結(jié)構(gòu) 一、鎮(zhèn)墩 鎮(zhèn)墩是用來(lái)固定壓力水管的建筑物。按管道在鎮(zhèn)墩上的固定方式不同，鎮(zhèn)墩可分為封閉式和開(kāi)敞式兩種。封閉式鎮(zhèn)墩開(kāi)敞式鎮(zhèn)墩二、支墩（支座） 支墩用來(lái)支承壓力管道，并防止管道橫向滑脫。 常用的支墩形式有： 1、滑動(dòng)支墩 鞍形支墩 滑動(dòng)支墩 2、滾動(dòng)式支墩 3、搖擺式支墩鞍形支墩 滑動(dòng)支墩滾動(dòng)式支墩 搖擺式支墩 滾動(dòng)式支墩 搖擺式支墩 第六節(jié)鋼岔管 一、分岔管的工作特點(diǎn)岔管的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水頭損失大，位于鋼管末端并靠近廠房，承受很大的內(nèi)水壓力。在岔管段，由

9、于一部分管壁被割裂，不再是完整的圓形斷面，由內(nèi)水壓力所產(chǎn)生的環(huán)向力便不能平衡，所以，必須采取加固措施來(lái)承受被割裂處管壁的環(huán)向力，否則，將使管壁產(chǎn)生過(guò)大變形而破壞。 二、常用岔管形式 1.三梁岔管 2.貼邊岔管 3.球形岔管 4.月牙肋岔管 5.無(wú)梁岔管 1、三梁岔管在岔管主、支管三條相貫線外側(cè)各焊接矩形或T形斷面的加強(qiáng)梁，分別稱(chēng)為腰梁和U型梁。由這些梁系構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)，互相支承，共同承受不平衡區(qū)的內(nèi)水壓力。 三梁岔管貼邊岔管 2、貼邊岔管若支管直徑相對(duì)較小，在主、支管相貫線兩側(cè)用補(bǔ)強(qiáng)板焊貼加固，補(bǔ)強(qiáng)板可以貼在外壁和內(nèi)壁，也可以?xún)?nèi)外壁都貼。貼邊岔管為組合薄殼結(jié)構(gòu)，應(yīng)力情況較復(fù)雜，但構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方

10、便，適用于的中、低水頭鋼管。3、球形岔管球形岔管是由球殼、主管與支管、補(bǔ)強(qiáng)環(huán)和內(nèi)部導(dǎo)流板組成。導(dǎo)流板上設(shè)平壓孔，不承受內(nèi)水壓力。球岔管的優(yōu)點(diǎn)是布置靈活，支管可為任何方向，球殼受力均勻，其應(yīng)力僅為同直徑管壁切向應(yīng)力的一半。缺點(diǎn)是制造工藝復(fù)雜，水頭損失較大。適用于高水頭電站。球形岔管4、月牙肋岔管這是一種在三梁岔管基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型岔管，其構(gòu)造特點(diǎn)是用一個(gè)完全嵌入管體的月牙肋板代替三梁岔管的U形梁，使管壁被切割處各點(diǎn)的不平衡力之合力作用在月牙肋的形心上，從而可按軸向受拉構(gòu)件確定其輪廓尺寸。 月牙肋岔管 5、無(wú)梁岔管無(wú)梁岔管是在球形岔管基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型岔管。不僅克服了補(bǔ)強(qiáng)環(huán)與管殼剛度不協(xié)調(diào)

11、的缺點(diǎn)，而且可充分發(fā)揮殼體結(jié)構(gòu)的承載能力，結(jié)構(gòu)合理，外形尺寸小，運(yùn)輸、安裝均較方便。缺點(diǎn)是體型較復(fù)雜，成型工藝難度大，在球殼頂部和底部易產(chǎn)生渦流，分岔處水流較紊亂，為此需在岔管內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)流板。適用于大中型電站的地下埋管。第七節(jié) 鋼筋混凝土管一、鋼筋混凝土管的敷設(shè)方式二、鋼筋混凝土管的類(lèi)型三、鋼筋混凝土管的構(gòu)造 一、鋼筋混凝土管的敷設(shè)方式鋼筋混凝土管通常敷設(shè)在剛性管座上。管座材料一般用漿砌塊石。地基較好，管徑小于時(shí)，可將管子直接放在地基上；若為土基，管座下應(yīng)加鋪碎石或卵石。鋼筋混凝土管的敷設(shè)方式常有以下兩種。1、連續(xù)式。管道全部支承在剛性管座上。2、間斷式。每節(jié)管的管體支承在管座上，承口和接口的

12、接頭段無(wú)支承。基礎(chǔ)較好或管徑較小時(shí)可采用間斷式。二、鋼筋混凝土管的類(lèi)型1、普通鋼筋混凝土管可分為現(xiàn)澆鋼筋混凝土管和預(yù)制鋼筋混凝土管。大中型鋼筋混凝土管一般采用現(xiàn)場(chǎng)澆制。直徑2m以下的鋼筋混凝土管一般在工廠預(yù)制成管段，管段長(zhǎng)一般為35m。安裝時(shí)用接頭連接起來(lái)， 2、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管按生產(chǎn)工藝不同可分為三階段管和一階段管兩種。在小型水電站中的應(yīng)用日漸廣泛。其缺點(diǎn)仍是較重、性脆、怕碰撞等，給裝卸、搬運(yùn)、安裝等帶來(lái)一定困難。 3、自應(yīng)力鋼筋混凝土管和自應(yīng)力鋼絲網(wǎng)水泥管這種管制管方法工序簡(jiǎn)單，無(wú)需張拉設(shè)備，成本低。其性能介于普通管和預(yù)應(yīng)力管之間。 三、鋼筋混凝土管的構(gòu)造 （一）現(xiàn)澆鋼筋混凝土管 1、管道分段一般要分段設(shè)置伸縮縫，土基時(shí)縫距1520m，巖基時(shí)縫距1015m。若在兩伸縮縫之間加一45m短管，后期施工，間隔澆筑，則縫距可增至3035m。 2、接頭及止水現(xiàn)澆鋼筋混凝土管接頭由平口式和套管式。平口式構(gòu)造簡(jiǎn)單，適用于水頭較低的情況；套管式是在接縫外圈加套管，構(gòu)造較復(fù)雜，但止水效果好，適用于較高水頭的情況。伸縮縫寬度約，中間設(shè)有橡皮止水或金屬片止水，止水材料常用紫銅片、鍍鋅鐵片、塑料止水片及環(huán)氧樹(shù)脂基液粘貼橡皮止水片等。常用的接頭填料有瀝青麻繩、瀝青石棉線、瀝青杉板等。（二）預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管1、平口式 平口式管的管節(jié)連接采用套管式接頭，2、承插式