水电站压力管道

1.镇墩及其构造——承受轴向力
❖ 镇墩是保持钢管段不发生位移、倾覆和扭转的支承 结构物。
❖ 作用：
依靠自身的重量来固定钢管 承受因钢管改变方向及管径变化而产生的轴向不平衡力 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
4.3.4 明钢管的支承结构
1.镇墩及其构造
4.3.2 明钢管的阀门和附件
2.附件
❖ （2）通气孔和通气阀
作用：当阀门紧急关闭时，向管内充气，以消除管中负压； 水管充水时，排出管中空气。即：放空时补气，充水时排 气。
位置：阀门之后 当进水口较深时，可采用通气阀，在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。
第四章 水电站压力管道
4.1 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 4.3 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
4.6 钢岔管
4.1 压力管道的功用和类型
4.1 压力管道的功用和类型
4.1.1 压力管道的功用与特点
作用：从水库、前池或调压室向水轮机输送水量。 特点：
在工厂压轧成无纵缝的管节，运到现场后用横向焊缝或法 兰将管节连成整体。
适用：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
4.3.1 明钢管的构造
1.接缝与接头
❖ (2)焊接钢管
由辊卷成圆弧形的钢板，用纵缝和横缝焊接而成。 纵缝：焊缝交错排列，避开两个中心轴 纵缝与水平轴线和垂直轴线的夹角应大于15°
4.1 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
2.按管道布置方式分类
❖ （3）坝体压力管道
斜式布置
平式布置 坝内埋管
竖直式布置
斜式布置
这种布置多用于混凝土重力坝坝后式厂房 当进水口高程较高时，一般用斜管和水轮机相连 特点：
❖ 管线较短，造价较低，管道在混凝土中埋得较深， 可以考虑钢管和混凝土联合受力。
适用：D=1~3m有支承环的钢管。
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(2) 滚动支墩
在支承环与墩座之间加圆柱形辊轴，摩擦系数f 小，适用于D>2m。
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(3) 摆动支墩
在支承环与墩座之间设一摆动短柱。摩擦系数f 很小，适用于大直径管道。
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4.3 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
❖ 钢管安装和混凝土浇筑干扰较大，不利于加快大坝 施工
平式布置
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。
竖直式布置
多用于坝内式厂房。 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， 对拱坝应力求避免采用此布置。
4.1 压力管道的功用和类型
4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式
4.3.1 明钢管的构造
1.接缝与接头
❖ (3)箍管
在无缝钢管或焊接钢管外套上无缝钢环（钢箍）而成。 特点：管壁和钢箍共同承受内水压力，以减小管壁厚度。 适用：水头极高的电站。
4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式
4.3.1 明钢管的构造
2.弯管和渐缩管
1.闸门及阀门
❖ 压力管道进口设快速闸门(事故门)——在前池、调 压室、水库等位置。
❖ 对于联合供水或分组供水的管道，在水轮机进口前 应设快速阀门(事故阀)，紧急切断水流，防止机组 产生飞逸。
❖ 对于单元供水的电站，当水头高于120m或管道较 长时，经技术经济比较，也可设置主阀。
❖ 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
4.3.2 明钢管的阀门和附件
1.闸门及阀门
❖ （1）蝴蝶阀(Butterfly Valve)
优点：启闭力小，操作方便 迅速，体积小,重量轻，造价 低。 缺点：开启状态时，阀体对 水流有扰动，水头损失较大； 关闭状态止水不严。 动水中关闭，在静水中开启
蝴蝶阀
2.按管道布置方式分类
❖ （1）地面压力管道（明管、露天式压力管道）： 露天铺设。应用：引水式地面厂房。
4.1 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
2.按管道布置方式分类
❖ （2）地下压力管道：布置在地面以下成为地下管 道。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。
3.加劲环
❖ 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。
❖ 加劲环常用T形或槽形的型钢制作。
4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式
4.3.1 明钢管的构造
4.分岔管
❖ 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。
对称分岔：钢管为正向进水时多用之。 非对称分岔：侧向和斜向进水时多用之。
4.3.4 明钢管的支承结构
1.镇墩及其构造
封闭式
开敞式
4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式
4.3.4 明钢管的支承结构
2.支墩（支座）及其构造——支承管、水重在法 向的分力
❖ 功用：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(温度变化 时)。
❖ 布置：间距L=6~12m，D特别大时，L取3m。L小 →M、Q小→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，间距宜缩短。
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正向引近
管道的轴线与厂房的纵轴线垂直。 特点：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。 适用：低水头电站。
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侧向引近
管道的轴线与厂房的纵轴线平行。 特点：避免水流直冲厂房。管材用量增加，开挖
工程量较大。 适用：高、中水头电站。
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斜向引近
4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式
4.3.1 明钢管的构造
5.支承环：
❖ 钢管与支座之间起支承、加固作用的环状结构。 ❖ 作用：防止支墩直接接触管壁，加强支承处钢管的
强度和刚度。 ❖ 支承环沿管周箍设，断面可为工字形、T形、矩形、
槽形等。
4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式
4.3.4 明钢管的支承结构
4.1.2 压力管道的类型及适用条件
2.按管道布置方式分类
❖ （3）坝体压力管道
坝 后 背 管
4.2 压力管道的线路选择和布置方式
4.2 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 条件，经技术经济比较之后确定。
❖ 承受水电站大部分或全部水头 ❖ 内水压力大 ❖ 坡度陡 ❖ 靠近厂房 ❖ 承受动水压力
4.1 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
1.按管壁材料分类
❖ (1)钢管：强度高，抗渗性能好。应用：中/高水头水 电站
❖ (2)钢筋混凝土管：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。应用： 水头较低的中小型水电站。
修不影响其他。 缺点：费材，工程量大，造价高 适用：坝式电站，明管
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联合供水
多台机组共用一根总水管。 优点：机组多时水管数量少，管理方便，较经济 缺点：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 组时不影响其他机组运行。 适用：水头较高，流量较小的电站、地下厂房。
开
关
4.3 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
1.闸门及阀门
❖ （2）球阀：球形外壳+可
世
旋转的圆筒形阀体+附件
界
优点：开启状态时没有水
上
头损失，止水严密，能承
最
受高压。
大
的
缺点：结构复杂，尺寸和
球
重量大，造价高。
阀
适用：高水头电站。
球阀
开
关
4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式
原则：
❖ 1.尽可能短而直 ❖ 2.选择良好的地形、地质条件 ❖ 3.应满足运行安全要求 ❖ 4.应满足施工要求
4.2 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
1.压力管道的供水方式
单元供水
联合供水
分组供水
Next
单元供水
每台机组都有一根水管供水。 优点：结构简单，运行方便可靠，一根故障或检
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分组供水
由多根水管供水，每根水管同时向两台以上机组 供水。
特点：介于以上两种供水方式之间。 适用：管道较长，机组台数较多，需限制管径过
大的水电站。
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4.2 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
2.压力管道的引近方式
(a)、(b) 正向引进 (c)、(d) 侧向引进 (e) 斜向引进
2.弯管和渐缩管
❖ （2）渐缩管：不同直径钢管段连接时需设置渐缩 管。
渐缩管的收缩角不宜过大，宜采用：θ=10°~16° 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须埋于镇墩中。
4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式
4.3.1 明钢管的构造
2.按管道布置方式分类
❖ （3）坝体压力管道：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。应用： 坝后式、坝内式、地下式厂房。
坝内埋管：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。
坝后背管：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 力，管壁厚度较大，用钢量多。应用：宽缝重力坝、支墩 坝及薄拱坝的坝后式厂房。