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1、第四章第四章 水电站压力管道水电站压力管道4.1 压力管道的功用和类型压力管道的功用和类型4.2 压力管道的线路选择和布置方式压力管道的线路选择和布置方式4.3 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4.4 压力管道的水力计算与尺寸拟定压力管道的水力计算与尺寸拟定4.6 钢岔管钢岔管14.1 压力管道的功用和类型压力管道的功用和类型4.1.1 压力管道的功用与特点压力管道的功用与特点q作用作用：从水库、前池或调压室向水轮机输送水量。：从水库、前池或调压室向水轮机输送水量。q特点特点：v承受水电站大部分或全部水头承受水电站大部分或全部水头v内水压力大内水压力大v坡度陡坡度陡v靠
2、近厂房靠近厂房v承受动水压力承受动水压力4.1 压力管道的功用和类型压力管道的功用和类型4.1.2 压力管道的类型及适用条件压力管道的类型及适用条件q1.按管壁材料分类按管壁材料分类v(1)钢管钢管：强度高，抗渗性能好。：强度高，抗渗性能好。应用：中应用：中/高水头高水头水电站水电站v(2)钢筋混凝土管钢筋混凝土管：造价低，刚度较大、经久耐用，：造价低，刚度较大、经久耐用，能承受较大外压，管壁承受拉应力能力较差。能承受较大外压，管壁承受拉应力能力较差。应用：应用：水头较低的中小型水电站。水头较低的中小型水电站。v(3)钢衬钢筋混凝土管钢衬钢筋混凝土管：应用：水头较高的情况应用：水头较高的情况v
3、(4)玻璃钢管玻璃钢管：水流摩阻系数小，重量轻。：水流摩阻系数小，重量轻。应用：应用：水头不高、流量较小的中小型水电站。水头不高、流量较小的中小型水电站。4.1 压力管道的功用和类型压力管道的功用和类型4.1.2 压力管道的类型及适用条件压力管道的类型及适用条件q1.按管壁材料分类按管壁材料分类钢管管节钢管管节 钢筋混凝土管钢筋混凝土管4.1 压力管道的功用和类型压力管道的功用和类型4.1.2 压力管道的类型及适用条件压力管道的类型及适用条件q2.按管道布置方式分类按管道布置方式分类v（1）地面压力管道）地面压力管道（明管、露天式压力管道）：（明管、露天式压力管道）：露天铺设。露天铺设。应用：
4、引水式地面厂房应用：引水式地面厂房。4.1 压力管道的功用和类型压力管道的功用和类型4.1.2 压力管道的类型及适用条件压力管道的类型及适用条件q2.按管道布置方式分类按管道布置方式分类v（2）地下压力管道）地下压力管道：布置在地面以下成为地下管：布置在地面以下成为地下管道。道。应用：电站厂房布置在地下或地形地质条件不应用：电站厂房布置在地下或地形地质条件不宜布置成明管时采用。宜布置成明管时采用。l地下埋管地下埋管：压力管道埋入岩体中，：压力管道埋入岩体中，内水压力由管壁和周围内水压力由管壁和周围岩体分担岩体分担。l回填管回填管：地面开挖沟槽，压力管道铺设在沟槽内后，再以：地面开挖沟槽，压力管
5、道铺设在沟槽内后，再以土石回填，土石回填，内水压力全部由管壁承担内水压力全部由管壁承担。4.1 压力管道的功用和类型压力管道的功用和类型4.1.2 压力管道的类型及适用条件压力管道的类型及适用条件q2.按管道布置方式分类按管道布置方式分类4.1 压力管道的功用和类型压力管道的功用和类型地下埋管施工中地下埋管施工中4.1.2 压力管道的类型及适用条件压力管道的类型及适用条件q2.按管道布置方式分类按管道布置方式分类v（3）坝体压力管道）坝体压力管道：坝式水电站厂房紧靠坝体布：坝式水电站厂房紧靠坝体布置，压力管道穿过坝身成为坝体压力管道。置，压力管道穿过坝身成为坝体压力管道。应用：应用：坝后式、坝
6、内式、地下式厂房。坝后式、坝内式、地下式厂房。l坝内埋管坝内埋管：埋设于混凝土坝体内的压力管道，常采用钢管。：埋设于混凝土坝体内的压力管道，常采用钢管。坝内埋管的安装与大坝施工干扰较大，且影响坝体强度。坝内埋管的安装与大坝施工干扰较大，且影响坝体强度。l坝后背管坝后背管：将压力钢管穿过上部混凝土坝体后布置在下游：将压力钢管穿过上部混凝土坝体后布置在下游坝坡上。布置较坝内式的稍长，且管壁要承受全部内水压坝坡上。布置较坝内式的稍长，且管壁要承受全部内水压力，管壁厚度较大，用钢量多。力，管壁厚度较大，用钢量多。应用：宽缝重力坝、支墩应用：宽缝重力坝、支墩坝及薄拱坝的坝后式厂房。坝及薄拱坝的坝后式厂房
7、。4.1 压力管道的功用和类型压力管道的功用和类型4.1.2 压力管道的类型及适用条件压力管道的类型及适用条件q2.按管道布置方式分类按管道布置方式分类v（3）坝体压力管道）坝体压力管道4.1 压力管道的功用和类型压力管道的功用和类型斜式布置斜式布置 平式布置平式布置 竖直式布置竖直式布置坝内埋管坝内埋管斜式布置斜式布置q这种布置多用于这种布置多用于混凝土重力坝坝后式厂房混凝土重力坝坝后式厂房q当进水口高程较高时，一般用斜管和水轮机相连当进水口高程较高时，一般用斜管和水轮机相连q特点：特点：v管线较短，造价较低，管道在混凝土中埋得较深，管线较短，造价较低，管道在混凝土中埋得较深，可以考虑钢管和
8、混凝土联合受力。可以考虑钢管和混凝土联合受力。v钢管安装和混凝土浇筑干扰较大，不利于加快大坝钢管安装和混凝土浇筑干扰较大，不利于加快大坝施工施工平式布置平式布置q当坝不高且进口高程布置较低时，钢管可以水平当坝不高且进口高程布置较低时，钢管可以水平或接近水平布置，穿过坝体。或接近水平布置，穿过坝体。竖直式布置竖直式布置q多用于多用于坝内式厂房坝内式厂房。q对于一些比较薄的拱坝，如果要设埋管，也可采对于一些比较薄的拱坝，如果要设埋管，也可采用竖直式布置。但由于孔口对坝体有削弱作用，用竖直式布置。但由于孔口对坝体有削弱作用，对拱坝应力求避免采用此布置。对拱坝应力求避免采用此布置。4.1.2 压力管道
9、的类型及适用条件压力管道的类型及适用条件q2.按管道布置方式分类按管道布置方式分类v（3）坝体压力管道）坝体压力管道4.1 压力管道的功用和类型压力管道的功用和类型坝坝后后背背管管4.2 压力管道的线路选择和布置方式压力管道的线路选择和布置方式4.2.1 压力管道线路的选择压力管道线路的选择q压力管道路线选择应符合水电站枢纽总体布置要压力管道路线选择应符合水电站枢纽总体布置要求，并考虑地形、地质、水力学、施工及运行等求，并考虑地形、地质、水力学、施工及运行等条件，经技术经济比较之后确定。条件，经技术经济比较之后确定。q原则：原则：v1.尽可能短而直尽可能短而直v2.选择良好的地形、地质条件选择
10、良好的地形、地质条件v3.应满足运行安全要求应满足运行安全要求v4.应满足施工要求应满足施工要求4.2 压力管道的线路选择和布置方式压力管道的线路选择和布置方式4.2.2 压力管道的布置型式压力管道的布置型式q1.压力管道的供水方式压力管道的供水方式4.2 压力管道的线路选择和布置方式压力管道的线路选择和布置方式单元供水单元供水Next联合供水联合供水分组供水分组供水单元供水单元供水q每台机组都有一根水管供水。每台机组都有一根水管供水。q优点优点：结构简单，运行方便可靠，一根故障或检：结构简单，运行方便可靠，一根故障或检修不影响其他。修不影响其他。q缺点缺点：费材，工程量大，造价高：费材，工程
11、量大，造价高q适用适用：坝式电站，明管：坝式电站，明管Back联合供水联合供水 q多台机组共用一根总水管。多台机组共用一根总水管。q优点优点：机组多时水管数量少，管理方便，较经济：机组多时水管数量少，管理方便，较经济q缺点缺点：总管发生故障或检修时，由它供水的机组：总管发生故障或检修时，由它供水的机组都要停止，每台机组都要安设阀门以便检修该机都要停止，每台机组都要安设阀门以便检修该机组时不影响其他机组运行。组时不影响其他机组运行。q适用适用：水头较高，流量较小的电站、地下厂房。：水头较高，流量较小的电站、地下厂房。Back分组供水分组供水 q由多根水管供水，每根水管同时向两台以上机组由多根水管
12、供水，每根水管同时向两台以上机组供水。供水。q特点特点：介于以上两种供水方式之间。：介于以上两种供水方式之间。q适用适用：管道较长，机组台数较多，需限制管径过：管道较长，机组台数较多，需限制管径过大的水电站。大的水电站。Back4.2.2 压力管道的布置型式压力管道的布置型式q2.压力管道的引近方式压力管道的引近方式4.2 压力管道的线路选择和布置方式压力管道的线路选择和布置方式 (a)、(b) 正向引正向引进 (c)、(d) 侧向引向引进 (e) 斜向引斜向引进 Next正向引近正向引近q管道的轴线与厂房的纵轴线垂直。管道的轴线与厂房的纵轴线垂直。q特点特点：水流平顺、水头损失小，开挖量小、
13、交通：水流平顺、水头损失小，开挖量小、交通方便。钢管发生事故时直接危机厂房安全。方便。钢管发生事故时直接危机厂房安全。q适用适用：低水头电站。：低水头电站。Back侧向引近侧向引近q管道的轴线与厂房的纵轴线平行。管道的轴线与厂房的纵轴线平行。q特点特点：避免水流直冲厂房。管材用量增加，开挖：避免水流直冲厂房。管材用量增加，开挖工程量较大。工程量较大。q适用适用：高、中水头电站。：高、中水头电站。Back斜向引近斜向引近q管道的轴线与厂房的纵轴线斜交。管道的轴线与厂房的纵轴线斜交。q特点特点：介于上述两者之间：介于上述两者之间q适用适用：分组供水和联合供水。：分组供水和联合供水。Back4.3
14、明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式什么是明钢管？什么是明钢管？q暴露在空气中的压力钢暴露在空气中的压力钢管。管。q在中小型引水式水电站在中小型引水式水电站中应用广泛。中应用广泛。4.3.1 明钢管的构造明钢管的构造q1.接缝与接头接缝与接头v(1)无缝钢管无缝钢管l在工厂压轧成在工厂压轧成无纵缝无纵缝的管节，运到现场后用横向焊缝或法的管节，运到现场后用横向焊缝或法兰将管节连成整体。兰将管节连成整体。l适用适用：高水头，小流量的水电站。：高水头，小流量的水电站。4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式4.3.1 明钢管的构造明钢管的构造q1.接缝与接
15、头接缝与接头v(2)焊接钢管焊接钢管l由辊卷成圆弧形的钢板，用纵缝和横缝焊接而成。由辊卷成圆弧形的钢板，用纵缝和横缝焊接而成。l纵缝：焊缝纵缝：焊缝交错排列交错排列，避开两个中心轴，避开两个中心轴l纵缝与水平轴线和垂直轴线的夹角应大于纵缝与水平轴线和垂直轴线的夹角应大于154.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式4.3.1 明钢管的构造明钢管的构造q1.接缝与接头接缝与接头v(3)箍管箍管l在无缝钢管或焊接钢管外套上无缝钢环（钢箍）而成。在无缝钢管或焊接钢管外套上无缝钢环（钢箍）而成。l特点特点：管壁和钢箍共同承受内水压力，以减小管壁厚度。：管壁和钢箍共同承受内水压力，
16、以减小管壁厚度。l适用适用：水头极高的电站。：水头极高的电站。4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式4.3.1 明钢管的构造明钢管的构造q2.弯管和渐缩管弯管和渐缩管v（1）弯管弯管：钢管在水平或竖直方向内改变方向时，：钢管在水平或竖直方向内改变方向时，需要装置弯管以保持水流顺畅。需要装置弯管以保持水流顺畅。l每一折线段两端径向线的每一折线段两端径向线的夹角以夹角以57度为宜度为宜。夹角越小，夹角越小，水流条件越好。水流条件越好。l弯管的弯管的曲率半径不宜小于曲率半径不宜小于3倍管径倍管径。l弯管弯管首尾应为半节首尾应为半节，使相邻管节在接缝处的相贯线形状相，使相邻管
17、节在接缝处的相贯线形状相同。同。4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式4.3.1 明钢管的构造明钢管的构造q2.弯管和渐缩管弯管和渐缩管v（2）渐缩管渐缩管：不同直径钢管段连接时需设置渐缩：不同直径钢管段连接时需设置渐缩管。管。l渐缩管的收缩角不宜过大，宜采用：渐缩管的收缩角不宜过大，宜采用：=1016l渐缩管与相邻管段之间常以渐缩管与相邻管段之间常以横向焊缝连接横向焊缝连接。q当渐缩管与弯管位置相近时，宜合并成当渐缩管与弯管位置相近时，宜合并成渐缩弯管渐缩弯管。q分段式钢管的弯管和渐缩管均须埋于镇墩中。分段式钢管的弯管和渐缩管均须埋于镇墩中。4.3 明钢管的构造、附
18、件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式4.3.1 明钢管的构造明钢管的构造q3.加劲环加劲环v为提高抗外压稳定，或为加强钢管制作、安装时的为提高抗外压稳定，或为加强钢管制作、安装时的刚度，在管外设置的环状结构。刚度，在管外设置的环状结构。v加劲环常用加劲环常用T形或槽形的型钢制作。形或槽形的型钢制作。4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式4.3.1 明钢管的构造明钢管的构造q4.分岔管分岔管v当水电站采用联合供水或分组供水时，钢管进入厂当水电站采用联合供水或分组供水时，钢管进入厂房之前必须设置分岔管。房之前必须设置分岔管。l对称分岔对称分岔：钢管为正向进水时多用之。
19、：钢管为正向进水时多用之。l非对称分岔非对称分岔：侧向和斜向进水时多用之。：侧向和斜向进水时多用之。4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式4.3.1 明钢管的构造明钢管的构造q5.支承环：支承环：v钢管与支座之间起支承、加固作用的环状结构。钢管与支座之间起支承、加固作用的环状结构。v作用作用：防止支墩直接接触管壁，加强支承处钢管的：防止支墩直接接触管壁，加强支承处钢管的强度和刚度。强度和刚度。v支承环支承环沿管周箍设沿管周箍设，断面可为工字形、，断面可为工字形、T形、矩形、形、矩形、槽形等。槽形等。4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式4.3
20、.4 明钢管的支承结构明钢管的支承结构q1.镇墩及其构造镇墩及其构造承受轴向力承受轴向力v镇墩是保持钢管段不发生位移、倾覆和扭转的支承镇墩是保持钢管段不发生位移、倾覆和扭转的支承结构物。结构物。v作用作用：l依靠自身的重量来固定钢管依靠自身的重量来固定钢管l承受因钢管改变方向及管径变化而产生的轴向不平衡力承受因钢管改变方向及管径变化而产生的轴向不平衡力l使钢管在任何方向均不产生位移和转角使钢管在任何方向均不产生位移和转角4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式4.3.4 明钢管的支承结构明钢管的支承结构q1.镇墩及其构造镇墩及其构造v镇墩为镇墩为重力式结构重力式结构。基
21、础为。基础为软基软基时，底面宜做成时，底面宜做成水水平平；若为；若为岩基岩基，底面宜做成，底面宜做成台阶式台阶式。v布置布置：在水管转弯处，直线段不超过：在水管转弯处，直线段不超过150m。v类型类型：一般由混凝土浇制，靠自重维持稳定。：一般由混凝土浇制，靠自重维持稳定。l封闭式封闭式：应用广泛。结构简单，节约钢村，固定效果好。：应用广泛。结构简单，节约钢村，固定效果好。l开敞式开敞式：采用较少。易于检修，但受力不均匀。：采用较少。易于检修，但受力不均匀。4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式4.3.4 明钢管的支承结构明钢管的支承结构q1.镇墩及其构造镇墩及其构造4
22、.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式封闭式封闭式 开敞式开敞式 4.3.4 明钢管的支承结构明钢管的支承结构q2.支墩（支座）及其构造支墩（支座）及其构造支承管、水重在法支承管、水重在法向的分力向的分力v功用功用：承受水重和管重的法向分力。相当于连续梁：承受水重和管重的法向分力。相当于连续梁的滚动支承，允许水管在轴向自由移动的滚动支承，允许水管在轴向自由移动(温度变化时温度变化时)。v布置布置：间距：间距L=612m，D特别大时，特别大时，L取取3m。L小小M、Q小小支墩造价高。两相邻镇墩之间，支墩支墩造价高。两相邻镇墩之间，支墩宜等间距布置，设伸缩节的一跨，间距宜缩
23、短。宜等间距布置，设伸缩节的一跨，间距宜缩短。v类型类型：滑动式滑动式、滚动式滚动式、摆动式摆动式。4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式Next(1) 滑动支墩滑动支墩v鞍式鞍式l钢管直接支承在鞍型的混凝土支墩钢管直接支承在鞍型的混凝土支墩上，包角上，包角90135l结构简单，造价低，摩擦力大，支结构简单，造价低，摩擦力大，支承部位受力不均匀承部位受力不均匀l适用适用：D1m无支承环及无支承环及D2m。Back(3) 摆动支墩摆动支墩q在支承环与墩座之间设一摆动短柱。摩擦系数在支承环与墩座之间设一摆动短柱。摩擦系数f很很小，适用于大直径管道。小，适用于大直径管道。B
24、ack4.3.2 明钢管的阀门和附件明钢管的阀门和附件q1.闸门及阀门闸门及阀门v压力管道进口压力管道进口设设快速闸门快速闸门(事故门事故门)在前池、调在前池、调压室、水库等位置。压室、水库等位置。v对于对于联合供水或分组供水的管道联合供水或分组供水的管道，在水轮机进口前，在水轮机进口前应设应设快速阀门快速阀门(事故阀事故阀)，紧急切断水流，防止机组，紧急切断水流，防止机组产生飞逸。产生飞逸。v对于对于单元供水单元供水的电站，当水头高于的电站，当水头高于120m或管道较或管道较长时，经技术经济比较，也可设置主阀。长时，经技术经济比较，也可设置主阀。v其型式有蝴蝶阀、球阀，小型水电站有时用平板阀
25、其型式有蝴蝶阀、球阀，小型水电站有时用平板阀4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式4.3.2 明钢管的阀门和附件明钢管的阀门和附件q1.闸门及阀门闸门及阀门v（1）蝴蝶阀蝴蝶阀(Butterfly Valve)4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式l优点优点：启闭力小，操作方便：启闭力小，操作方便迅速，体积小迅速，体积小,重量轻，造价重量轻，造价低。低。l缺点缺点：开启状态时，阀体对：开启状态时，阀体对水流有扰动，水头损失较大；水流有扰动，水头损失较大；关闭状态止水不严。关闭状态止水不严。l动水中关闭，在静水中开启动水中关闭，在静水中开启蝴蝴
26、 蝶蝶 阀阀开开 关关4.3.2 明钢管的阀门和附件明钢管的阀门和附件q1.闸门及阀门闸门及阀门v（2）球阀球阀：球形外壳：球形外壳+可可旋转的圆筒形阀体旋转的圆筒形阀体+附件附件l优点优点：开启状态时没有水：开启状态时没有水头损失，止水严密，能承头损失，止水严密，能承受高压。受高压。l缺点缺点：结构复杂，尺寸和：结构复杂，尺寸和重量大，造价高。重量大，造价高。l适用适用：高水头电站。：高水头电站。4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式世世界界上上最最大大的的球球阀阀球球 阀阀开开 关关4.3.2 明钢管的阀门和附件明钢管的阀门和附件q1.闸门及阀门闸门及阀门v（3）
27、闸阀闸阀：阀体在门槽中的滑动方式与一般的平：阀体在门槽中的滑动方式与一般的平板闸门相似。板闸门相似。l特点特点：安装和维修比较简单，止水严密，运行可靠；但启：安装和维修比较简单，止水严密，运行可靠；但启闭力大，动作缓慢，封水环易被磨损，也容易产生空蚀现闭力大，动作缓慢，封水环易被磨损，也容易产生空蚀现象。象。l适用适用：只适用于直径较小的压力钢管。：只适用于直径较小的压力钢管。4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式4.3.2 明钢管的阀门和附件明钢管的阀门和附件q2.附件附件v（1）伸缩节）伸缩节l功用功用：消除温度应力，且：消除温度应力，且适应少量的不均匀沉陷适应少
28、量的不均匀沉陷 l位置位置：常在上镇墩的下游：常在上镇墩的下游侧侧 l两镇墩之间一般要求布置两镇墩之间一般要求布置伸缩节，伸缩节间距不宜伸缩节，伸缩节间距不宜超过超过150m。4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式伸伸 缩缩 节节(a)套筒式伸套筒式伸缩节 (b)波波纹密封套筒式伸密封套筒式伸缩节(c)压盖式限拉伸盖式限拉伸缩节 (d)波波纹管伸管伸缩节伸缩节动画伸缩节动画4.3.2 明钢管的阀门和附件明钢管的阀门和附件q2.附件附件v（2）通气孔和通气阀）通气孔和通气阀l作用作用：当阀门紧急关闭时，向管内充气，以消除管中负压；：当阀门紧急关闭时，向管内充气，以消除管
29、中负压；水管充水时，排出管中空气。即：水管充水时，排出管中空气。即：放空时补气，充水时排放空时补气，充水时排气。气。l位置位置：阀门之后：阀门之后l当进水口较深时，可采用通气阀，在当进水口较深时，可采用通气阀，在正常运行时保持关闭正常运行时保持关闭状态，发生负压时开启，自动补气，充水时自动排气状态，发生负压时开启，自动补气，充水时自动排气。4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式4.3.2 明钢管的阀门和附件明钢管的阀门和附件q2.附件附件v（3）进人孔和进水阀）进人孔和进水阀l当明钢管很长时，为便于观察和检修管道内部，常在当明钢管很长时，为便于观察和检修管道内部，常在
30、镇墩镇墩上游侧管道上设置进人孔上游侧管道上设置进人孔。l为便于检修钢管时将管内积水排出，通常在为便于检修钢管时将管内积水排出，通常在压力钢管的最压力钢管的最低点设置排水阀低点设置排水阀。4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式4.3.2 明钢管的阀门和附件明钢管的阀门和附件q2.附件附件v（4）钢管的保护装置和防腐蚀措施）钢管的保护装置和防腐蚀措施l保护装置保护装置：在钢管破裂后管内流速增大时能迅速发出信号：在钢管破裂后管内流速增大时能迅速发出信号关闭闸门，防止事故扩大。关闭闸门，防止事故扩大。l防腐蚀措施防腐蚀措施：金属热喷涂、涂料保护、电化学保护和涂料：金属热喷涂、
31、涂料保护、电化学保护和涂料联合防腐蚀。联合防腐蚀。4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式4.3.3 明钢管的敷设方式明钢管的敷设方式q明钢管一般敷设在一系明钢管一般敷设在一系列支墩上，离地面不小列支墩上，离地面不小于于60cmq转弯处设镇墩转弯处设镇墩，将水管，将水管完全固定，相当于梁的完全固定，相当于梁的固定端。固定端。4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式q水管受力明确，在自重和水重作用下，相当于一水管受力明确，在自重和水重作用下，相当于一个多跨连续梁。个多跨连续梁。4.3.3 明钢管的敷设方式明钢管的敷设方式q1.连续式连续式v明钢管管
32、身在两镇墩之间是连续的，明钢管管身在两镇墩之间是连续的，中间不设伸缩中间不设伸缩节节。v工程中一般较少用之。工程中一般较少用之。4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式4.3.3 明钢管的敷设方式明钢管的敷设方式q2.分段式分段式v在在两镇墩之间设置伸缩节两镇墩之间设置伸缩节将钢管管身分段。将钢管管身分段。v钢管轴线弯转处设镇墩，镇墩间管段用支墩支承，钢管轴线弯转处设镇墩，镇墩间管段用支墩支承，两镇墩间设伸缩节。两镇墩间设伸缩节。v支墩起支承管身的作用。支墩起支承管身的作用。v伸缩节宜设在靠近镇墩的下游侧伸缩节宜设在靠近镇墩的下游侧。v明钢管多用之。明钢管多用之。4.3
33、 明钢管的构造、附件及铺设方式明钢管的构造、附件及铺设方式4.4 压力管道的水力计算与尺寸拟定压力管道的水力计算与尺寸拟定4.4.1 压力管道的水力计算压力管道的水力计算q恒定流计算恒定流计算v确定管道的水头损失确定管道的水头损失(包括沿程和局部包括沿程和局部)，以供确定，以供确定水轮机的工作水头、选择装机容量、计算电能和确水轮机的工作水头、选择装机容量、计算电能和确定管径之用。定管径之用。q非恒定流计算非恒定流计算v水锤计算水锤计算(N变变Q变变H变变) ，确定管道中各点的，确定管道中各点的动水压力和变化过程，为管道的结构设计和机组运动水压力和变化过程，为管道的结构设计和机组运行提供依据。行
34、提供依据。4.4 压力管道的水力计算与尺寸拟定压力管道的水力计算与尺寸拟定4.4.1 压力管道的水力计算压力管道的水力计算q1.沿程摩阻水头损失：处于紊流，可按曼宁公式沿程摩阻水头损失：处于紊流，可按曼宁公式计算计算 式中：式中：i单位管长的摩阻水头损失单位管长的摩阻水头损失 n压力管道糙率压力管道糙率 R压力管道的水力半径压力管道的水力半径 V压力管道中水体的流速压力管道中水体的流速4.4 压力管道的水力计算与尺寸拟定压力管道的水力计算与尺寸拟定4.4.1 压力管道的水力计算压力管道的水力计算q2.局部水头损失局部水头损失v进口、门槽、渐变段、弯段、分岔等部位，按水力进口、门槽、渐变段、弯段
35、、分岔等部位，按水力学公式计算。学公式计算。4.4 压力管道的水力计算与尺寸拟定压力管道的水力计算与尺寸拟定4.4.2 压力管道直径的选择压力管道直径的选择qD用材和造价用材和造价流速流速水头损失和电能损失水头损失和电能损失qD用材和造价用材和造价流速流速水头损失和电能损失水头损失和电能损失q经过技术经济比较之后才能确定管径经过技术经济比较之后才能确定管径。q选择最优直径（经济流速方法）：选择最优直径（经济流速方法）：4.4 压力管道的水力计算与尺寸拟定压力管道的水力计算与尺寸拟定式中：式中：Qd压力管道的设计流量压力管道的设计流量m3/s Ve经济流速。经济流速。明钢管和地下埋管：明钢管和地
36、下埋管：46m/s；钢筋钢筋混凝土管：混凝土管：24m/s；坝内埋管：水头在坝内埋管：水头在3070m时，取时，取36m/s，水头在水头在70100m时，取时，取57m/s。当压力管道比较长时，当压力管道比较长时，水电站压力管道的直径随水头的增高而水电站压力管道的直径随水头的增高而逐渐减小逐渐减小是经济合理的，但变径次数不宜过多，通常是经济合理的，但变径次数不宜过多，通常在镇墩处在镇墩处变径并设渐变段，渐变段应包括在镇墩内部变径并设渐变段，渐变段应包括在镇墩内部。4.4.3 明钢管管壁厚度的拟定明钢管管壁厚度的拟定4.4 压力管道的水力计算与尺寸拟定压力管道的水力计算与尺寸拟定式中：式中： 水
37、的密度，水的密度，1000kg/m3;H 内水压力（包括水锤压力），内水压力（包括水锤压力），m。初估时。初估时水锤压力值按静水头的水锤压力值按静水头的15%30%，高水头电站，高水头电站取小值，低水头电站取大值。取小值，低水头电站取大值。 焊缝系数，一般为焊缝系数，一般为0.900.95，双面对焊，双面对焊取取0.95，单面对焊取，单面对焊取0.90；D0 压力钢管的内直径，压力钢管的内直径，m； 钢管的设计允许应力，钢管的设计允许应力，kPa。按表。按表4-1中中数值降低数值降低15%20%4.4.3 明钢管管壁厚度的拟定明钢管管壁厚度的拟定q考虑到钢管管壁厚度的制造误差以及钢管运行中考虑
38、到钢管管壁厚度的制造误差以及钢管运行中的磨损和锈蚀，管壁厚度的磨损和锈蚀，管壁厚度t应比计算厚度至少增应比计算厚度至少增加加2mm的厚度欲量；对泥沙磨损、腐蚀较严重的厚度欲量；对泥沙磨损、腐蚀较严重的钢管，还应专门论证。的钢管，还应专门论证。q实际工程中，对于不同管径的管壁最小结构厚度实际工程中，对于不同管径的管壁最小结构厚度应不小于表应不小于表4-2规定的最小值，且同时满足下式规定的最小值，且同时满足下式条件：条件：4.4 压力管道的水力计算与尺寸拟定压力管道的水力计算与尺寸拟定4.6 钢岔管钢岔管4.6.1 钢岔管的工作特点及设计要求钢岔管的工作特点及设计要求q1.功用功用v作用是分配水流
39、。采用联合供水或分组供水时，需作用是分配水流。采用联合供水或分组供水时，需要设置分岔管，岔管位于厂房上游侧。要设置分岔管，岔管位于厂房上游侧。q2.特点特点v水流条件较差，引起的水头损失较大；水流条件较差，引起的水头损失较大；v岔管由薄壳和刚度较大的加强构件组成，管壁厚，岔管由薄壳和刚度较大的加强构件组成，管壁厚，构件尺寸大，有时需锻造，焊接工艺要求高，造价构件尺寸大，有时需锻造，焊接工艺要求高，造价较高；较高；v受力条件差，所承受的静动水压力最大，又靠近厂受力条件差，所承受的静动水压力最大，又靠近厂房，其安全性十分重要。房，其安全性十分重要。4.6 钢岔管钢岔管4.6.1 钢岔管的工作特点及
40、设计要求钢岔管的工作特点及设计要求q3.布置原则布置原则v结构合理，安全可靠，不产生较大的应力集中和变结构合理，安全可靠，不产生较大的应力集中和变形。为此，各管节的转角不宜过大，加强构件和管形。为此，各管节的转角不宜过大，加强构件和管壁的刚度比不宜太悬殊，加固措施应结构合理。岔壁的刚度比不宜太悬殊，加固措施应结构合理。岔管主、支管轴中心线宜布置在同一平面内。管主、支管轴中心线宜布置在同一平面内。v水流平顺，水头损失小，减少涡流和振动。分支管水流平顺，水头损失小，减少涡流和振动。分支管宜采用锥管过渡，分岔角宜较小，一般为宜采用锥管过渡，分岔角宜较小，一般为3045 ；分岔后流速宜宜逐渐加快。对于
41、重要工程的岔管；分岔后流速宜宜逐渐加快。对于重要工程的岔管宜作水力学模型试验。宜作水力学模型试验。v制作、运输、安装方便，经济合理。制作、运输、安装方便，经济合理。 4.6 钢岔管钢岔管4.6.2 岔管的布置形式及构造要求岔管的布置形式及构造要求 q1.布置形式布置形式v卜形布置。纵向引近和斜向引进的厂房常采用这种卜形布置。纵向引近和斜向引进的厂房常采用这种布置方式。布置方式。v对称对称Y形布置。形布置。v三岔形布置。三岔形布置。 4.6 钢岔管钢岔管4.6.2 岔管的布置形式及构造要求岔管的布置形式及构造要求 q2.构造要求构造要求v（1）主、支锥管（或柱管）间的连接，除贴边岔）主、支锥管（
42、或柱管）间的连接，除贴边岔管外，应使相贯线为平面曲线。管外，应使相贯线为平面曲线。v（2）主、支锥管长度及分节，在满足结构布置和）主、支锥管长度及分节，在满足结构布置和水流流态要求下，宜布置紧凑。月牙肋岔管当肋宽水流流态要求下，宜布置紧凑。月牙肋岔管当肋宽比大于比大于0.3时宜设置导流板。无梁岔管、球形岔管内时宜设置导流板。无梁岔管、球形岔管内部应设置导流板。部应设置导流板。v（3）大型岔管宜按变厚设计。）大型岔管宜按变厚设计。4.6 钢岔管钢岔管4.6.3 岔管的结构型式岔管的结构型式 q1.三梁岔管三梁岔管v由相贯线上的两根腰梁和一根由相贯线上的两根腰梁和一根U梁构成三梁岔梁构成三梁岔vU
43、梁承受较大的不平衡水压力，其受力非常复杂。梁承受较大的不平衡水压力，其受力非常复杂。v适用：内压较高、直径不大的明管道适用：内压较高、直径不大的明管道。 4.6 钢岔管钢岔管4.6.3 岔管的结构型式岔管的结构型式 q2.贴边式岔管贴边式岔管v贴边式岔管是在卜形布置的主、支管相贯线两侧用贴边式岔管是在卜形布置的主、支管相贯线两侧用补强板加固，补强板与管壁焊固形成一个整体。补强板加固，补强板与管壁焊固形成一个整体。v补强板刚度较小，不平衡区的水压力由补强板和管补强板刚度较小，不平衡区的水压力由补强板和管壁共同承担。壁共同承担。4.6 钢岔管钢岔管v常用于中、低水头卜型常用于中、低水头卜型布置的地
44、下埋管布置的地下埋管。 4.6.3 岔管的结构型式岔管的结构型式 q3.球形岔管球形岔管v通过球面体进行分岔，由球壳，圆柱形主、支管以通过球面体进行分岔，由球壳，圆柱形主、支管以及补强环和导流板等组成。及补强环和导流板等组成。v在内水压力作用下，球壳应力仅为同直径管壳环向在内水压力作用下，球壳应力仅为同直径管壳环向应力的一半。应力的一半。4.6 钢岔管钢岔管v适用：高水头大中型电适用：高水头大中型电站站。是国外采用比较多的。是国外采用比较多的一种成熟管型，国内应用一种成熟管型，国内应用尚少。尚少。 4.6.3 岔管的结构型式岔管的结构型式 q4.月牙肋岔管月牙肋岔管v用一个嵌入管体内的月牙形肋
45、板来代替三梁岔管的用一个嵌入管体内的月牙形肋板来代替三梁岔管的U梁，并取消腰梁。梁，并取消腰梁。v在三梁岔管基础上发展而来，目前在我国已基本取在三梁岔管基础上发展而来，目前在我国已基本取代了三梁岔管。代了三梁岔管。v适用：大中型电站适用：大中型电站。4.6 钢岔管钢岔管4.6.3 岔管的结构型式岔管的结构型式 q5.无梁岔管无梁岔管v用直径较大的锥管和球壳用直径较大的锥管和球壳沿切线方向衔接，使球壳沿切线方向衔接，使球壳只剩下上下两个面积不大只剩下上下两个面积不大的三角形，并在主、支管的三角形，并在主、支管和这些锥管之间插入几节和这些锥管之间插入几节4.6 钢岔管钢岔管v逐渐扩大的过渡段，构成
46、一个比较平顺的、无太逐渐扩大的过渡段，构成一个比较平顺的、无太大不连续接合线的体型，从而形成无梁岔管。大不连续接合线的体型，从而形成无梁岔管。 v有发展前途的管型，能发挥与围岩共同受力的优有发展前途的管型，能发挥与围岩共同受力的优点。目前国内点。目前国内应用较少应用较少。本章小结本章小结q1.1.压力管道按管材分为钢管、钢筋混凝土管、钢衬钢筋混凝土压力管道按管材分为钢管、钢筋混凝土管、钢衬钢筋混凝土管和玻璃钢管。按管道布置方式分为地面压力管道、地下压力管和玻璃钢管。按管道布置方式分为地面压力管道、地下压力管道和坝体压力管道。各有其相应的适用范围。管道和坝体压力管道。各有其相应的适用范围。q2.
47、2.压力管道的压力管道的供水方式供水方式分为分为单元供水、联合供水和分组供水单元供水、联合供水和分组供水。q3.3.明钢管的构造有接缝、接头、弯管、渐缩管、加劲环、分岔明钢管的构造有接缝、接头、弯管、渐缩管、加劲环、分岔管、支承环。相关的阀门有闸阀、蝴蝶阀、球阀。相关的附件管、支承环。相关的阀门有闸阀、蝴蝶阀、球阀。相关的附件有伸缩节、通气孔、通气阀、进人孔、排水阀及保护及防腐装有伸缩节、通气孔、通气阀、进人孔、排水阀及保护及防腐装置。其支承结构包括镇墩和支墩。置。其支承结构包括镇墩和支墩。q4.4.压力管道水力计算主要是确定其水头损失、管道直径和管壁压力管道水力计算主要是确定其水头损失、管道
48、直径和管壁厚度。厚度。q5.5.其他内容如埋管、坝体混凝土管等作了解。其他内容如埋管、坝体混凝土管等作了解。思考题思考题q1、压力水管的功用、特点是什么、压力水管的功用、特点是什么?压力水管的类压力水管的类型有几种型有几种?各适用什么条件各适用什么条件?q2、压力水管的线路选择布置原则是什么、压力水管的线路选择布置原则是什么?q3、压力水管的供水方式、引进方式、敷设方式、压力水管的供水方式、引进方式、敷设方式有哪几种有哪几种?各自的优缺点和适用条件是什么各自的优缺点和适用条件是什么?q4、镇墩、支墩的作用是什么、镇墩、支墩的作用是什么?各有几种类型？其各有几种类型？其优缺点是什么优缺点是什么?
