第七章水电站的压力水管

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1、第七章水电站的压力水管第七章水电站的压力水管 第一节第一节 压力水管的功用与结构形式压力水管的功用与结构形式 第二节第二节 压力水管的路线和布置形式选择压力水管的路线和布置形式选择 第三节第三节 压力水管的水力计算与经济直径压力水管的水力计算与经济直径 第四节第四节 明钢管的构造、附件及敷设方式明钢管的构造、附件及敷设方式 第五节第五节 明钢管的支承结构明钢管的支承结构 第六节第六节 钢岔管钢岔管 第七节第七节 钢筋混凝土管钢筋混凝土管 第一节压力水管的功用与结构形式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一、压力水管的功用与特点 功用：输送水能功用：输送水能 特点特点: :坡

2、度陡，内水压坡度陡，内水压 力大，靠近厂房，且承力大，靠近厂房，且承 受水击的动水压力受水击的动水压力 二、压力水管的结构形式与适用条件二、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 （一）坝体压力管 道 1.坝内埋管 2.2.平式布置平式布置3.3.竖井式布置竖井式布置 2.坝后背管 坝内埋管的安装与大坝施坝内埋管的安装与大坝施 工干扰较大，且影响坝体强工干扰较大，且影响坝体强 度。为此，可使钢管穿过上度。为此，可使钢管穿过上 部坝体后布置在下游坝坡上部坝体后布置在下游坝坡上 ，成为坝后背

3、管。这样布置，成为坝后背管。这样布置 的管道较布置在坝内时稍长的管道较布置在坝内时稍长 ，且管壁要承受全部内水压，且管壁要承受全部内水压 力，壁厚较大，用钢量多。力，壁厚较大，用钢量多。 常用于宽缝重力坝、支墩坝常用于宽缝重力坝、支墩坝 及薄拱坝的坝后式水电站。及薄拱坝的坝后式水电站。 （二）地面压力管道（二）地面压力管道 1.1.钢管钢管 钢管一般为钢板焊接而成。它具有强度高，抗渗性能好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。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、其适用水头范

4、围可由数十米至几千米。高水头小流量、 直径在直径在1m1m以下的地面压力管道可采用无缝钢管，但造以下的地面压力管道可采用无缝钢管，但造 价较高。价较高。 2 2、钢筋混凝土管、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

5、于静水头和管直径的乘积筋混凝土管一般适用于静水头和管直径的乘积60m60m 2 2 ， 且静水头不宜超过且静水头不宜超过50m50m的中小型水电站；预应力和自应的中小型水电站；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。其适用范围可达作要求较高。其适用范围可达 mm 2 2 , ,静水头可达静水头可达 150m150m。用以代替钢管，可节约钢材。用以代替钢管，可节约钢材60%60%以上。位于岩石以上。位于岩石 中的现浇钢筋混凝土管归于隧洞一类。中的现浇钢筋混凝土管归于隧洞一类。 三、地下压力管道三、地下压力管道 当

6、地形地质条件不宜布置成明管或电站布置在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。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，再在地面开挖沟槽，压力水管敷设在沟槽内后，再 以土石回填。以土石回填。 第二节压力水管的路线和布置形式选择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 一、压力水管

7、路线的选择一、压力水管路线的选择 压力水管路线选择的一般原则压力水管路线选择的一般原则 ： 1.1.管线尽量短而直。管线尽量短而直。 2.2.管路沿线地质条件好。管路沿线地质条件好。 3.3.明管路线应尽量避开山坡起伏大和其他危及管道安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。全的地段。 4.4.避免管道内产生局部真空。避免管道内产生局部真空。 5.5.管线倾角合适。管线倾角合适。 二、压力水管向水轮机的供水方式二、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压力水管向水轮机供水方式 1.1.单独供水单独供水 2.2.联合供水联合供水 3.3.分组供水分组供水 压力水管向

8、厂房的引进方式压力水管向厂房的引进方式 1.1.正像引进正像引进 2.2.侧向引进侧向引进 3.3.谢向引进谢向引进 第三节第三节压力水管的水力计算与经济压力水管的水力计算与经济 直径直径 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， 三、管壁厚度初估三、管壁厚度初估 第四节明钢管的构造、附件及敷设方式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 一、明钢管的

9、构造一、明钢管的构造 1.1.接缝与接头接缝与接头 焊接钢管是由辊卷成圆弧形的钢板用纵缝和焊接钢管是由辊卷成圆弧形的钢板用纵缝和 横缝焊接而成横缝焊接而成 2.2.弯管和渐变管弯管和渐变管 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 的夹角不宜超过的夹角不宜超过1010 o o ，以，以5 5 o o 77 o o 为宜，夹角越小，水为宜，夹角越小，水 流条件越好，弯管的曲率半径不宜小于流条件越好，弯管的曲率半径不宜小于3 3倍管径。倍管径。 渐缩管的收缩角渐缩管的收缩角 不宜过大，但不宜过大，但 过小时，渐缩过小时，渐缩 管过长将增加材料用量，通常采用管

10、过长将增加材料用量，通常采用=10=10 o o 1616 o o ，为宜，为宜 。渐缩管与相邻管段之间常以横向焊缝连接。当渐。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。式钢管的弯管和渐缩管均埋于镇墩中。 3.3.刚性环刚性环 当薄壁钢管不能抵抗外压和满足不了运输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，度要求往往是不经济的，可考虑加设刚性环， 刚性环常

11、用刚性环常用T T形或槽形的型钢制作。形或槽形的型钢制作。 4 4、分岔管、分岔管 分岔管有对称分岔和非对称分岔两种基本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。；侧向和斜向进水时，多采用非对称分岔。 二、明钢管的阀门和附件二、明钢管的阀门和附件 （一）阀门（一）阀门 压力水管的进、出口要设置控制阀门。设置在水压力水管的进、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。有闸阀、蝶阀和球阀。

12、(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。 2 2、通气孔与通气阀、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，可启闭室外并高于校核洪水位；进水口较深时，可 采用通气阀。采用通气阀。 3 3、进人孔与排水阀、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置设置进人孔，进人孔截面常做成直

13、径不小于45cm45cm的的 圆孔或短轴不小于圆孔或短轴不小于45cm45cm的椭圆孔。进人孔间距一般不的椭圆孔。进人孔间距一般不 超过超过150m150m。 为便于在检修钢管时将水放空，通常在压力钢管的最低为便于在检修钢管时将水放空，通常在压力钢管的最低 点设置排水阀点设置排水阀 进人孔进人孔 4 4、钢管的过流保护装置和防腐蚀措施、钢管的过流保护装置和防腐蚀措施 三、钢管的敷设方式三、钢管的敷设方式 1 1、分段式。在相邻两镇墩之间设置伸缩接头。明、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，钢管大都采用此种敷设方式。伸缩节构造较复杂， 容易漏水，

14、常布置在镇墩以下第一节管的横向接缝容易漏水，常布置在镇墩以下第一节管的横向接缝 处处 2 2、连续式。两镇墩间的管身连续敷设，中间不设、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。件下可能是经济合理的。但我国很少采用。 第五节明钢管的支承结构第五节明钢管的支承结构 一、镇墩一、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

15、方式不同，镇墩可分为封闭式和开敞式两种的固定方式不同，镇墩可分为封闭式和开敞式两种。 封闭式镇墩封闭式镇墩开敞式镇墩开敞式镇墩 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 鞍形支墩鞍形支墩 滑动支墩滑动支墩 滚动式支墩 摇摆式支墩 滚动式支墩 摇摆式支墩 第六节钢岔第六节钢岔 管管 一、一、分岔管的工作特点分岔管的工作特点 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。端并靠近厂房，承受很大的内水压力。在岔管段在岔管段 ，由于一部分管壁被割裂，不再是完整的圆形断，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。向力，否则，将使管壁产生过大变形而破坏。 二、常用岔管形式 1.三梁岔管 2.贴边岔管