9 水电站压力管道(一)
水电站压力管道
第八章水电站压力管道第一节压力管道的功用、类型一、功用和特点压力管道是从水库、压力前池或调压室向水轮机输送水量的水管，一般为有压状态。
其特点是集中了水电站大部分或全部的水头，另外坡度较陡，内水压力大，还承受动水压力的冲击(水锤压力)，且靠近厂房，一旦破坏会严重威胁厂房的安全。
所以压力管道具有特殊的重要性，对其材料、设计方法和加工工艺等都有特殊要求。
压力管道的主要荷载为内水压力，管道的内直径D(m)和其承受的水头H(m)及其乘积HD值是标志压力管道规模及技术难度的重要参数值。
目前最大直径的钢管是巴基斯坦的塔贝拉水电站第三期扩建工程的隧洞内明钢管，直径为13.26m。
HD值最高的常见于抽水蓄能电站，已超过5 000m2。
二、分类压力管道可按照布置型式和所用的材料分类，见表8-1。
其中，明管适用于引水式地面厂房，地下埋管多为引水式地面或地下厂房采用，混凝土坝身管道则只能在混凝土坝式厂房中使用。
由于钢材强度高，防渗性能好，故钢管或钢衬混凝土衬砌管道主要用于中、高水头电站；而钢筋混凝土管适用于中小型电站。
图8-1 焊缝布置图(一) 钢管钢管按其自身的结构又可分为：(1) 无缝钢管。
其直径较小，适用于高水头小流量的情况。
(2) 焊接钢管。
适用于较大直径的情况。
焊接钢管由弯成圆弧形的钢板焊接而成，焊缝结构如图8-1所示，一般相邻两节管道的纵缝应错开一定角度，以避免焊缝薄弱点在同一直线上。
(3) 箍管。
当HD>1 000m2时，钢板厚度一般会超过40mm，其加工比较困难，因而在这种情况下常采用箍管。
箍管是在焊接管或无缝钢管外套以无缝的钢环(钢箍，称为加劲环)，从而使管壁和钢箍共同承受内水压力，以减小管壁钢板的厚度。
钢管所使用的钢材应根据钢管结构型式、钢管规模、使用温度、钢材性能、制作安装工艺要求以及经济合理等因素参照设计规范选定。
(二) 钢筋混凝土管钢筋混凝土管具有造价低、刚度较大、经久耐用等优点，通常用于内压不高的中小型水电站。
水电站压力管道
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2020/10/29
水电站压力管道
第八章 水电站压力管道
v 作用：从水库、前池或调压室向水轮机输送水量。 v 特点：坡度陡、内水压力大，承受动水压力，且
靠近厂房，失事后果严重，所以必须安全可靠。
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水电站压力管道
第一节 压力管道的类型
按布置方式分
按材料分
易于制作，无岔管。 v 缺点：造价高。 v 适用：(1) 单机流量大、长度短的地下埋管或明管；
(2)混凝土坝内管道和明管道。
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水电站压力管道
2．联合供水： 一根主管，向多台机组供水。设下阀门。
v 优点：造价低 v 缺点：结构复杂（岔管）、灵活性差
v 适用：机组少、单机流量小、引水道长的地下埋管 和明管。
明管：
钢管(大中型水电站)，钢筋
暴露在空气中(无压引水式电站) 混凝土管、木管(小型电站)
地下埋管（隧洞埋管) : 埋入岩体。(有压引水电站)
不衬砌、锚喷或混凝土衬 砌、钢衬混凝土衬砌，聚 酯材料管等
混凝土坝身埋管： 依附于坝身(混凝土重力坝及 钢筋混凝土管道、钢衬钢 重力拱坝)，包括：坝内管道、 筋混凝土管道 坝上游面管、坝下游面管
2. 经验公式法：简化条件推导公式。精度较低，初 步设计时采用
Qmax——压力管道设计流量，H—设计水头
3. 经济流速法：压力管道经济流速一般为4~6m/s，
最大不超过7m/s，Ae= Qmax/Ve
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水电站压力管道
第四节 钢管的材料和管身构造
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水电站压力管道
一、钢管的材料
➢ 路线尽可能短、直。(经济，hf和ΔH小)。 ➢ 地质条件好。山体稳定、地下水位低、避开山崩、
水电站压力管道
第八章水电站压力管道第一节压力管道的功用、类型一、功用和特点压力管道是从水库、压力前池或调压室向水轮机输送水量的水管，一般为有压状态。
其特点是集中了水电站大部分或全部的水头，另外坡度较陡，内水压力大，还承受动水压力的冲击(水锤压力)，且靠近厂房，一旦破坏会严重威胁厂房的安全。
所以压力管道具有特殊的重要性，对其材料、设计方法和加工工艺等都有特殊要求。
压力管道的主要荷载为内水压力，管道的内直径D(m)和其承受的水头H(m)及其乘积HD值是标志压力管道规模及技术难度的重要参数值。
目前最大直径的钢管是巴基斯坦的塔贝拉水电站第三期扩建工程的隧洞内明钢管，直径为13.26m。
HD值最高的常见于抽水蓄能电站，已超过5 000m2。
二、分类压力管道可按照布置型式和所用的材料分类，见表8-1。
表8-1 压力管道类型其中，明管适用于引水式地面厂房，地下埋管多为引水式地面或地下厂房采用，混凝土坝身管道则只能在混凝土坝式厂房中使用。
由于钢材强度高，防渗性能好，故钢管或钢衬混凝土衬砌管道主要用于中、高水头电站；而钢筋混凝土管适用于中小型电站。
图8-1 焊缝布置图(一) 钢管钢管按其自身的结构又可分为：(1) 无缝钢管。
其直径较小，适用于高水头小流量的情况。
(2) 焊接钢管。
适用于较大直径的情况。
焊接钢管由弯成圆弧形的钢板焊接而成，焊缝结构如图8-1所示，一般相邻两节管道的纵缝应错开一定角度，以避免焊缝薄弱点在同一直线上。
(3) 箍管。
当HD>1 000m2时，钢板厚度一般会超过40mm，其加工比较困难，因而在这种情况下常采用箍管。
箍管是在焊接管或无缝钢管外套以无缝的钢环(钢箍，称为加劲环)，从而使管壁和钢箍共同承受内水压力，以减小管壁钢板的厚度。
钢管所使用的钢材应根据钢管结构型式、钢管规模、使用温度、钢材性能、制作安装工艺要求以及经济合理等因素参照设计规范选定。
(二) 钢筋混凝土管钢筋混凝土管具有造价低、刚度较大、经久耐用等优点，通常用于内压不高的中小型水电站。
水电站压力管道
第八章水电站压力管道要求:掌握压力管道的工作特点、类型及总体布置,压力管道的尺寸拟定,设计方法与步骤。
第一节压力管道的功用与类型一、功用及特点(一) 功用压力管道就是从水库、压力前池或调压室向水轮机输送水量的水管。
(二)特点(1) 坡度陡(2) 内水压力大,且承受动水压力的冲击(水击压力)(3) 靠近厂房。
严重威胁厂房的安全。
压力管道的主要荷载为内水压力,HD值就是标志压力管道规模及技术难度的重要参数值。
当V=5~7m/s时,HD≈(0、15～0、18) N g H当N g相同时,H愈大,HD愈大。
目前最大达5000m2。
目前最大直径的钢管就是巴基斯坦的塔贝拉水电站第三期扩建工程的隧洞内明钢管,直径为13、26m。
二、分类第二节压力管道的线路选择及尺寸拟定一、供水方式1.单元供水:一管一机。
不设下阀门。
优点:结构简单(无岔管)、工作可靠、灵活性好,易于制作,无岔管缺点:造价高适用:(1) 单机流量大、长度短的地下埋管或明管; (2) 混凝土坝内管道与明管道2.联合供水:一根主管,向多台机组供水。
设下阀门。
优点:造价低缺点:结构复杂(岔管)、灵活性差适用:、(1) 机组少、单机流量小、引水道长的地下埋管与明管3.分组供水:设多根主管,每根主管向数台机组供水。
设下阀门。
适用:压力水管较长,机组台数多,单机流量较小的情况。
地下埋管与明管单元供水联合供水分组供水二、明管布置管道与主厂房的关系:1.正向引近:低水头电站。
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。
2.纵向引近:高、中水头电站。
避免水流直冲厂房。
3.斜向引近:分组供水与联合供水。
(a)、(b) 正向引进(c)、(d) 纵向引进(e) 斜向引进压力水管引进厂房的方式三、线路选择压力管道的线路选择应结合引水系统中的其它建筑物(前池、调压室)与水电站厂房布置统一考虑。
1.路线尽可能短、直。
(经济、水头损失小、水击压力小)一般设在陡峻的山脊上。
水电站压力管道
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
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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
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。
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斜向引近
管道的轴线与厂房的纵轴线斜交。 特点：介于上述两者之间 适用：分组供水和联合供水。
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4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式 什么是明钢管？
暴露在空气中的压力钢 管。
在中小型引水式水电站 中应用广泛。
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.附件
❖ （1）伸缩节
功用：消除温度应力，且 适应少量的不均匀沉陷
位置：常在上镇墩的下游 侧
两镇墩之间一般要求布置 伸缩节，伸缩节间距不宜 超过150m。
伸缩节
(a)套筒式伸缩节
(b)波纹密封套筒式伸缩节
(c)压盖式限拉伸缩节
(d)波纹管伸缩节
伸缩节动画
4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式
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 。
水电站压力管道名词解释
压力管道是指从水库、压力
前池或调压室将水流在有压状态
下引入水轮机的输水管。
压力水
管基本上集中了水电站全部或大
部分水头，它具有坡度陡、承受电站最大水头且受水锤动水压力及靠近厂房的特点。
因此，它的安全性和经济性受到特别重视，有不同于一般水工建筑物的特殊要求。
压力管道按布置形式分为明管、地下埋管、混凝土坝身管道三种，按材料可分为钢管或钢筋混凝土管。
明管是压力管道采用分段式铺设，直接暴露在空气中。
管身铺设在一系列支墩上，在管道转弯处设有镇墩，两镇墩之间设有伸缩节，以减少温度应力。
为了减少伸缩节的内水压力和便于安装，伸缩节一般布置在靠近上镇墩处。
地下埋管是埋藏于地层岩石之中的钢管，又叫压力洞或压力管道。
可以是斜的，也可以是垂直的，它是由开挖岩洞，安装，再在各层中钢材之间灌注混凝土做成的。
混凝土坝身管道是依附于混凝土坝身，即埋设在坝体内或固定在坝面上，并与坝体成为一体的压力输水管道。
根据布置形式，坝体压力管有坝内埋管、坝上游面管道及坝下游面管道三种。
水电站压力管道—地下埋管
9.6.2 地下埋管的布置
➢ 地下埋管一般多采用联合供水方式，但如果管道较短、引用流量 较大、机组台数较多，也可采用分组供水或单元供水方式向机组 输水。相邻两管道之间应有足够的间距。
➢ 地下管道应布置在坚固完整、地下水位低的岩层中。对管线的地 质构造进行认真研究，以防塌方和岩石脱落，地下施工要考虑出 碴和浇筑混凝土要求，管道与水平面夹角不宜小于40˚。
9.6.2 地下埋管的施工要求
4. 灌浆
分为回填灌浆，接缝灌浆和固结灌浆。 平洞、斜井应作顶拱回填灌浆，灌浆压力不应小于0.2MPa，但也不得
大于钢管抗外压临界压力。 钢管与混凝土衬圈之间如果缝隙过宽，应进行接缝灌浆。 基岩固结灌浆可视围岩情况、内水压力、设计假定、开挖爆破方式等
情况确定，其灌浆压力不宜小于0.5MPa。 灌浆过程中，应防止钢管失稳等事故，必要时可采取临时支护措施。
➢ 上覆岩层应留有足够的岩石厚度。
9.6.2 地下埋管的施工要求
➢ 地下埋管的施工程序包括洞井开挖、钢衬安装、混凝土回填和灌 浆四个工序。
1. 洞井开挖
洞井开挖要尽量采用光面、预裂爆破或掘进机开挖。 要合理选择施工支洞的高程和位置，以方便出碴、运输钢衬和
混凝土浇筑，并考虑作为永久排水洞和观测洞。 钢管管壁与围岩之间的净空间尺寸，两侧和顶部至少留0.5m，
项目9 压力管道
1
压力管道的功用与类型
2
压力管道的线路选择和布置方式
பைடு நூலகம்
3
明钢管的构造、附件及敷设方式
4
钢岔管
3
钢筋混凝土管
4
地下埋管
项目9 压力管道
9.6 地下埋管
1
地下埋管的特点
水电站的压力管道明钢管的敷设方式丶镇墩丶支墩和附属设备
水电站的压力管道明钢管的敷设方式丶镇墩丶支墩和附属设备在水电站建设中，压力管道起到了非常重要的作用。
而当涉及到管道敷设时，明钢管的使用是一种非常常见的方式。
本文将介绍水电站的压力管道明钢管的敷设方式以及镇墩、支墩以及附属设备的使用。
压力管道明钢管的敷设方式压力管道明钢管的敷设方式是水电站中常常采用的方法之一。
具体来说，明钢管的敷设可以分为地下敷设和地面敷设。
在地下敷设的情况下，需要建设足够宽度的管道路基，并对路基进行均匀地填筑，以防止管道在使用过程中出现偏斜或破损的情况。
然后，在路基上安装管沟，安装管沟的深度需要达到一定的标准，具体标准可以参照相关规定。
在管沟内铺设石子等基础材料，放置明钢管，并对明钢管进行固定。
其他管道敷设的步骤可以参照明钢管的地下敷设方式进行。
在地面敷设的情况下，首先需要进行地面平整处理。
然后，在平整的地面上设置专门的管道支撑架或碳素此和车用钢支撑，放置明钢管，并对其进行固定。
其他管道敷设的步骤可以参照明钢管的地面敷设方式进行。
需要注意的是，在进行明钢管敷设时要严格遵守相关规定和标准，以保证管道的质量和安全性。
镇墩和支墩镇墩和支墩是水电站压力管道敷设中常用的两种管道支撑方式。
镇墩一般用于跨越河流、湖泊、龙门等地方，起到承托管道和分散管道荷载的作用，同时也可以减小管道对地面或地基的冲击。
支墩则用于支撑在地面敷设的管道，起到承托支撑管道的作用。
在使用镇墩和支墩时，需要根据管道的位置和长度以及地形等因素进行合理的设置，在镇墩和支撑之间的距离和设置比例也需要符合相关规定和标准。
同时，在进行设置之前，也需要进行严密的计算和评估，确保设置的镇墩和支撑可以承载相应的荷载。
附属设备水电站压力管道的附属设备是管道敷设中不可或缺的一部分。
这些设备包括法兰、膨胀节、隔震器和阀门等。
法兰一般用于连接管道和管道或管道和设备之间，起到连接和密封的作用。
膨胀节则用于管道的热胀冷缩，以及降低管道振动和管道变形等问题，保证管道的安全性和可靠性。
水电站压力管道.
正常使用极限状态：钢管结构或构件达到正常使用或耐 久性能的某项规定限值。
第六节 明钢管的管身应力分析
结构设计状况分为持久状况、短暂状况和偶然状况三种。
三种设计状况均应进行承载能力极限状态设计。
持久状况还应进行正常使用极限状态设计； 短暂状况可根据需要进行正常使用极限状态设计； 偶然状况可不进行正常使用极限状态设计。 承载能力极限状态，是指钢管结构或构件，或达到最大承 载能力、或丧失弹性稳定、或出现不适合于继续承载的变 形； 正常使用极限状态，是钢管结构或构件达到正常使用或耐 久性能的某项规定限值。
1. 功用：固定钢管，承受因水管改变方向而产生的 轴向不平衡力。水管在此处不产生任何位移。 2. 布置：在水管转弯处，直线段不超过150m。 3. 类型：一般由混凝土浇制，靠自重维持稳定。
封闭式：应用广泛。结构简单，节约钢村，固定效果
好。
开敞式：采用较少。易于检修，但受力不均匀。
三、镇墩(anchor block)
明钢管首部设事故闸门，并考虑事故排水等
二、压力管道引进厂房的方式
1. 正向引近：低水头电站。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。
2. 纵向引近：高、中水头电站。避免水流直冲
厂房。
3. 斜向引近：分组供水和联合供水。
二、压力管道引进厂房的方式
(a)、(b) 正向引进
(2) 滚动式(rolling ring girder support)
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。
(3) 摆动式(rocking ring girder support)
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。
水电站压力管道—压力管道的路线和布置形式
9.2.2 压力管道的供水方式
a. 单元供水。管道末端可不设 阀门。
b. 联合供水。管道末端必须设 置阀门。
c. 分组供水。管道末端必须设 置阀门。
压力前池 压力钢管 (a)
压力前池 压力钢管 (b)
厂房
尾水渠
河流
厂房 尾水渠
河流
调压室 压力钢管
(c) 阀门
厂房 尾水渠
河流
9.2.3 压力管道的引近方式
(b)
(c)
(d)
(e)
(a)、(b)—正向引近；(c)、(d)—纵向引近；(e)—斜向引近
1. 路线尽可能短、直。(经济，hf和ΔH小)。 2. 地质条件好。山体稳定、地下水位低、避开山崩、雪崩地区
以及山水集中的地区和沉降量很大的地段，可沿山脊布置。 3. 宜避开村镇居民区及交通道路等，若避不开应考虑环境影响。 4. 尽量减小起伏, 避免出现负压；转弯半径R≯3D。
9.2.2 压力管道的供水方式
项目9 压力管道
1
压力管道的功用与类型
2
压力管道的线路选择和布置方式
3
明钢管的构造、附件及敷设方式
4
钢岔管
3
钢筋混凝土管
4
地下埋管
项目9 压力管道
9.2 压力管道的线路选择和布置方式
1
压力管道线路选择
2
压力管道的供水方式
3
压力管道的引近方式
9.2.1 压力管道线路选择
➢ 压力管道线路选择应结合其它建筑物(前池、调压室)和水电站 厂房布置统一考虑。
1. 正向引近：适用于低水头电站。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。
2. 纵向引近：适用于高、中水头电站。水头损失大，钢管发生 事故时可避免水流直冲厂房。
水电站用压力管道的防水防腐施工方法
水电站用压力管道的防水防腐施工方法水电站的压力管道是工程中关键的组成部分，对于水电站的正常运行和安全稳定起着重要作用。
防水防腐施工是保证压力管道长期使用的重要环节。
本文将介绍水电站压力管道的防水防腐施工方法，以确保其长期稳定运行。
一、压力管道防水施工方法1. 管道材料的选择：压力管道的防水施工首先要选择适合的管道材料。
常见的材料有钢管、铸铁管、钢筋混凝土管等。
在选择管道材料时，要考虑管道的使用环境和介质特性，选择耐蚀性好、耐压性能高的材料。
2. 防水涂料的选择：在压力管道的外表面涂覆防水涂料，以保护管道的防水性能。
常用的防水涂料有沥青、聚氨酯、环氧树脂等。
选择适合的涂料要考虑管道的使用环境、介质特性以及涂料的耐蚀性、耐压性能。
3. 施工工艺：a. 地下管道：对于埋地管道，施工前要进行地基处理，确保地基的平整、坚实。
然后对管道进行防腐处理，可以采用喷涂、刷涂或浸涂等方法。
防水施工时，可以采用卷材防水、喷涂防水等方法，确保管道的防水性能。
b. 地面管道：地面管道一般采用防沉涂料进行防水处理。
在施工前，对管道进行清洁处理，确保涂层的附着力。
然后进行底涂、面涂，涂布均匀，避免漏涂、滴涂等现象。
二、压力管道防腐施工方法1. 防腐材料的选择：压力管道的防腐施工需要选择适合的防腐材料。
常见的防腐材料有防腐漆、防腐涂料、防腐胶带等。
选择材料时要考虑介质的腐蚀性、管道的使用环境和运行要求。
2. 防腐工艺：a. 表面处理：在进行管道的防腐施工前，要对管道表面进行处理，确保表面干净、光滑。
可以采用除锈、打磨等方法，去除旧涂层和锈垢，并使表面粗糙度符合要求。
b. 防腐涂层施工：防腐涂层可以采用刷涂、喷涂、浸涂等方法进行施工。
施工时要注意涂布均匀，涂层厚薄一致，确保涂层的附着力。
多涂几道涂层，提高防腐效果。
c. 防腐胶带施工：对于管道局部的防腐处理，可以采用防腐胶带进行包裹，提高管道的防腐性能。
施工时要将胶带包裹牢固，确保胶带的粘贴牢固。
《水电站》9 水电站压力管道(二)
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。
我国已经建成的水电站岔管大多数属于地下岔管，但大 多按明管设计，即不考虑周围岩体分担荷载。
等组成。
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。
适用：高水头大中型电站。是国外采用比较多的 一种成熟管型，国内应用尚少。
浙江水专国家精品课程《水电站》/sdz
5、无梁岔管
用直径较大的锥管和球壳 沿切线方向衔接，使球壳 只剩下上下两个面积不大
浆压力0.5~1.0MPa，深度2~4m。
地下水位较高地区，可打排水洞(效果好)、设排水
管(易堵塞)，也可外设加劲环。
浙江水专国家精品课程《水电站》/sdz
三、钢衬承受内压时的强度计算
假定： 围岩、混凝土、钢管为弹性各向同性体。
混凝土和钢衬施工后无初始应力。
1 .7
该公式是根据38个不同国家、不同试验者在不 同时期得出的模型试验资料，用回归分析的方 法建立的，其相关性很好。
计算时，Pcr和σs的单位均采用N/mm2。
浙江水专国家精品课程《水电站》/sdz
(四) 加劲环式钢管
环间管壁：按明管稳定公式计算。即认为缝隙值很大， 这样偏于安全。
钢衬与混凝土垫层、混凝土垫层与围岩之间存在
微小的缝隙。
混凝土垫层承受荷载开裂以后只传递径向压力，
不承担环向荷载。
浙江水专国家精品课程《水电站》/sdz
计算内容：(1) 在已知钢管厚度情况下，求钢衬应 力σθ；(2) 在已知钢衬允许应力的情况下求解钢衬 厚度。 钢衬应力的计算公式：
水电站压力钢管PPT课件
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
4.1.2 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
4.2.2 压力管道的布置型式
2.压力管道的引进方式(管轴线与厂房纵轴关系）
(a)、(b) 正向引进
(c)、(d) 侧向引进 (e) 斜向引进
Next
.
正向引进
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及厂房安全。 适用：低水头电站。 例子：杨凌电站
Back
.
侧向引进
管道的轴线与厂房的纵轴线平行。 特点：水头损失大，但避免水流直冲厂房。管材
用量增加，开挖工程量较大。 适用：高、中水头电站。 例子：汤峪水电站
Back
.
斜向引进
管道的轴线与厂房的纵轴线斜交。 特点：介于上述两者之间 适用：分组供水和联合供水。
Back
.
4.3 明钢管的构造、附件及铺设方式 什么是明钢管？
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
地下埋管施工中
.
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：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。
高清图文+水电站的压力管道
的 球
重量大，造价高。
阀
适用：高水头电站。
四、钢管上的闸门、阀门和附件
2、伸缩节 (expansion joint)
功用：消除温 度应力，且适 应少量的不均 匀沉陷
位置：常在上 镇墩的下游侧
伸缩节
(a)套筒式伸缩节
(b)波纹密封套筒式伸缩节
(c)压盖式限拉伸缩节
(d)波纹管伸缩节
伸缩节动画
第六节 明钢管的管身应力分析
结构设计状况：持久状况、短暂状况、偶 然状况
三种设计状况均应进行承载能力极限状态 设计。
持久状况还应进行正常使用极限状态设 计，短暂状况可根据需要进行正常使用极 限状态设计。
承载能力极限状态：指钢管结构或构件，
第六节 明钢管的管身应力分析
结构设计状况分为持久状况、短暂状况和偶 然状况三种。
法 向 力 引 起 的 弯 矩 和 剪 力
(一) 跨中段面(1)-(1)的管壁应力 (1) 法向力作用引起的管壁轴向x1 应力
x1
M W
cos
M
r 2
cos
M——水重和管重的法向分力作用下连续梁
的弯矩；
W r2
W——连续梁(空心圆 x环2 )的断面模数， (2) 轴向力引起的轴向应力
在轴向力的合力∑A作用下，管壁中产生
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
四、钢管上的闸门、阀门和附件
(2) 球阀：球形外壳+可旋
转的圆筒形阀体+附件。
世
优点：开启状态时没有水
界
头损失，止水严密，能承
上 最
受高压。
水电站压力管道讲课
预制管管段长一般3-5m， 连接方式多为承插式接头。
现场浇制式(适用H<50m) 在分段处用套管接头。
自应力水泥：膨胀值较大的膨胀水泥。 自应力水泥的特性：依靠自身体积膨胀产生的能 来张拉任何方向的钢筋，同时砼受到相应的压应力。 混凝土中所产生压应力的数值称为自应力值。当 自应力钢筋砼管在外力作用下产生较大的拉应力时， 就可被水泥的自应力抵消或降低。
(3)斜向引近：当地形、 地质条件、引水系统及厂 房布置要求适宜时采用这 种布置方式，多用于分组 供水和联合供水。
纵向引近 正向引近
3.3 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
钢管通常是在工厂用钢板制成管段，然后运
到现场安装焊接。管段长度一般为4-6m。
（1）无缝钢管：无纵缝，横缝用焊接、法兰 连接成整体，强度高，造价高。
管顶
（2）坝下游面管道(坝后背管)：除进水口后一 小段管道穿过坝体外，主要部分沿坝下游面铺设。
对坝体削弱少、管道施工与坝体干扰小，但使 厂房向下游移动而增加工程量。
①坝下游面明钢管
钢管穿出坝体 →接上弯 管(锚固在坝体上)→经伸缩节 接明钢管→下弯管(锚固在坝体 上)→进入厂房与蜗壳连接。
②坝下游面钢衬钢筋砼管
砼坝身埋管
材料
钢管、钢筋砼管
不衬砌、锚喷或砼衬砌、 钢衬砼衬砌
钢筋砼结构、 钢衬钢筋砼结构
明管
地
下
埋
管
砼坝体压力管道
（一）按管壁材料分 1、钢管。广泛应用于中高水头电站。
2、钢筋砼管。抗拉强度低，一般适用于水头 较低的中小型水电站。
水电站压力管道—钢岔管
9.4.3 钢岔管的结构类型
3. 月牙肋岔管 ➢ 用一个嵌入管体内的月牙形肋板来代
替三梁岔Байду номын сангаас的U梁，并取消腰梁。 ➢ 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。 ➢ 适用：大中型电站。
9.4.3 钢岔管的结构类型
4. 球形岔管 ➢ 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。 ➢ 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。 ➢ 适用：高水头大中型电站。
，有时需锻造，焊接工艺要求高，造价较高； ➢ 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。 ➢ 我国已经建成的水电站岔管大多数属于地下岔管。
9.4.1 钢岔管的工作特点及布置
2. 布置原则 ➢ 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，加强构件和管壁的刚度比不宜太悬殊，加 固措施应结构合理。 ➢ 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30°～45°。 ➢ 制作、运输、安装方便，经济合理。
9.4.3 钢岔管的结构类型
5. 无梁岔管 ➢ 无梁岔管是在分岔处用多节锥管加强
的岔管。 ➢ 在球形岔管基础上发展起来，用锥管
替代了球形岔管中的补强环，完全取 消了加强构件。 ➢ 目前国内应用较少。
强板加固，补强板与管壁焊固形成一个整 体。 ➢ 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。 ➢ 常用于中、低水头卜型布置的地下埋管。
9.4.3 钢岔管的结构类型
2. 三梁岔管 ➢ 由相贯线上的两根腰梁和一根U梁构
成三梁岔。 ➢ U梁承受较大的不平衡水压力，其受
水电站压力管道施工技术方案
水电站压力管道施工技术方案一、项目概述水电站作为一种重要的能源发电设施，其压力管道的施工至关重要。
本文将详细介绍水电站压力管道的施工技术方案，确保施工过程安全可靠，最大限度地提高水电站的发电效率。
二、施工前准备1. 勘察与设计在进行施工前，需进行勘察与设计工作。
通过对施工区域的地质、地貌、气候等环境因素的全面了解，确定施工方案及各项施工参数，确保施工的可行性和安全性。
2. 材料准备选用符合标准的优质材料，包括管道、管件、密封材料等。
确保材料具备良好的耐压、耐腐蚀性能，以及良好的可靠性和耐用性。
3. 施工人员培训对施工人员进行必要的培训，使其熟悉施工方案、操作规程以及相关安全措施，提高其责任意识和安全意识。
三、施工步骤1. 管道的开挖与铺设根据施工方案，对施工区域进行开挖，并根据设计要求进行管道的铺设。
在铺设过程中，要严格控制管道的坡度和线路，确保管道顺畅、排水畅通。
2. 管道的连接与密封管道铺设完成后，需进行管道的连接和密封工作。
连接时应保证连接口的平整，并采用可靠的连接方式，如螺纹连接、热熔连接等。
连接口处应使用密封材料进行密封，确保连接点的密封性和耐压性。
3. 管道的固定与支撑为了确保管道的稳定与安全，需进行管道的固定与支撑工作。
根据设计要求，在适当的位置设置管道支架，保证管道的稳定性和安全性。
4. 管道的测试与检验管道铺设完成后，需进行管道的测试与检验工作，以确保管道的质量和性能。
常用的测试方法包括压力测试、超声波检测等，通过这些测试手段可以及时发现管道中的缺陷和隐患，并采取相应措施进行修复和改进。
四、施工安全措施1. 安全防护措施在施工过程中，要加强安全防护措施，包括施工现场的围栏、警示标志的设置，为工人提供必要的个人防护装备，确保施工过程中安全无事故发生。
2. 施工中的应急预案制定合理有效的应急预案，明确应急措施和处理流程，以应对可能发生的事故和突发情况，保障施工过程中的安全和顺利进行。
《水电站》9 水电站压力管道(一)
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一、敷设方式
明钢管一般敷设在一系列支墩上，离地面不小于60cm。
转弯处设镇墩，将水管完全固定，相当于梁的固定端。
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。
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钢 管
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钢筋混凝土管
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聚酯材料管
木管
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检查焊缝(γ射线、超声波)
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(二) 钢材性能要求 1、机械性能 屈服强度ζs 、抗拉强度ζb ；塑性指标：断裂时的 延伸率ε、断面收缩率ψ；冲击韧性ak。要求强度 高、塑性好(冲击、低温、加工)可焊性能好。 A3钢机械性能适用于压力管道，但容许应力低。 当HD>600m2，δ=32mm～40mm，不易加工。 当HD较高时采用16Mn，其强度高，但塑性差： 强度越高，塑性越差。若采用高强钢，要有充分 的论证。
2. 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。
3. 类型：滑动式、滚动式、摆动式。
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(1) 滑动式支墩
鞍式(saddle support)：包 角：90~120°，结构简单， 造价低，摩擦力大，支承 部位受力不均匀，适用于 D<1m。
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二、钢材性能的要求 (一) 压力管道的工作特点与制作程序
工作特点：内水压力大，并经常承受冲击荷载的
作用；低温状态下工作(水温在4℃左右)对钢材的
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❖ 明管支座辊轮可采用下列钢种：Q235—A、B、 C级钢；Q345—A、B、C级钢；30、35、40、 45优质碳素结构钢；ZG230-450、ZG270-500、 ZG310-570等铸件。
❖ 支座支承板可采用与管材、支承环相同的材料。 支座垫板可采用上列钢板或铸件。
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二、压力管道引进厂房的方式 1. 正向引近：低水头电站。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。 2. 纵向引近：高、中水头电站。避免水流直冲厂房。 3. 斜向引近：分组供水和联合供水。
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三、供水方式 1．单元供水：一管一机。不设下阀门。 ❖ 优点：结构简单(无岔管)、工作可靠、灵活性好，
《水 电 站》
2007
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第八章 水电站压力管道
❖ 作用：从水库、前池或调压室向水轮机输送水量。 ❖ 特点：坡度陡、内水压力大，承受动水压力，且
靠近厂房，失事后果严重，所以必须安全可靠。
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第一节 压力管道的类型
按布置方式分
按材料分
明管：
钢管(大中型水电站)，钢筋
暴露在空气中(无压引水式电站) 混凝土管、木管(小型电站)
地下埋管（隧洞埋管) : 埋入岩体。(有压引水电站)
不衬砌、锚喷或混凝土衬 砌、钢衬混凝土衬砌，聚 酯材料管等
混凝土坝身埋管： 依附于坝身(混凝土重力坝及 钢筋混凝土管道、钢衬钢 重力拱坝)，包括：坝内管道、 筋混凝土管道 坝上游面管、坝下游面管
❖ 钢管主要受力构件(包括管壁、支承环、岔管加强构 件等)可采用下列钢种：Q235—C、D级碳素结构钢， Q345—C、D级及Q390—C、D级低合金结构钢；20R、 16MnR、15MnNbR、15MnVR等压力容器钢； 07MnCrMoVR、07MnNiCrMoVDR等高强度压力容 器钢。明管宜采用容器钢。如需采用其他钢种，应先 研究其性能，确定相应的焊接方式热处理工艺等。
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二、压力管道直径的选择
1. 动能经济比较法：基本原理与渠道相同(要考虑 流速、水锤压力的影响)，拟定几个直径，进行 动能经济计算，比较确定最优经济直径。
2. 经验公式法：简化条件推导公式。精度较低，初
步设计时采用
D 7 5.2Qm3 ax H
Qmax——压力管道设计流量，H—设计水头
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钢管
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钢筋混凝土管
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聚酯材料管
木管
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第二节 压力管道的布置和供水方式
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一、压力管道的布置
❖ 压力管道线路选择应结合其它建筑物(前池、调压室) 和水电站厂房布置统一考虑。 ➢ 路线尽可能短、直。(经济，hf和ΔH小)。 ➢ 地质条件好。山体稳定、地下水位低、避开山崩、 雪崩地区以及山水集中的地区和沉降量很大的地段， 可沿山脊布置。 ➢ 宜避开村镇居民区及交通道路等，若避不开村镇居 民区应考虑工程对环境的影响。 ➢尽量减小起伏, 避免出现负压; 转弯半径R≯3D。 ➢ 明钢管首部设事故闸门，并考虑事故排水等。
的论证。
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2、加工性能 ❖ 辊轧、冷弯、焊接、切割，要求焊接性能好，冷
加工的塑性变形小，加工后无残余应力，焊缝和 热影响区不产生裂纹。 3、化学成份 ❖ 影响钢材的强度、ε、焊接性能，含碳不要过高 (脆)，含硫量和含硅量也不能高。
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三、容许应力
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二、钢材性能的要求
(一) 压力管道的工作特点与制作程序 ❖ 工作特点：内水压力大，并经常承受冲击荷载的
作用；低温状态下工作(水温在4℃左右)对钢材的 工作条件不利。 ❖ 制作过程： ➢板裁：冷卷、辊压成形； ➢现场焊接(自动焊、手焊)； ➢检查焊缝(γ射线、超声波)
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局部两部分。 ➢沿程损失：处于紊流，可按曼宁公式计算。 ➢局部损失：进口、门槽、渐变段、弯段、分岔
等部位，按水力学公式计算。 hw→电能→装机容量→管径选择
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❖非恒定流计算：水锤计算(N变→Q变→H变) ， 确定管道中各点的动水压力和变化过程。 水击压强→确定压力管道荷载和管线(最高压力 线和最低压力线)
(二) 钢材性能要求 1、机械性能 ❖屈服强度σs 、抗拉强度σb ；塑性指标：断裂时的
延伸率ε、断面收缩率ψ；冲击韧性ak。要求强度 高、塑性好(冲击、低温、加工)可焊性能好。 ❖ A3钢机械性能适用于压力管道，但容许应力低。
❖ 当HD>600m2，δ=32mm～40mm，不易加工。
❖ 当HD较高时采用16Mn，其强度高，但塑性差： ❖ 强度越高，塑性越差。若采用高强钢，要有充分
3. 经济流速法：压力管道经济流速一般为4~6m/s，
最大不超过7m/s，Ae= Qmax造
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一、钢管的材料
❖ 钢管所用钢材应根据钢管结构型式、钢管规模、使用 温度、钢材性能、制作安装工艺要求以及经济合理等 因素选定。
易于制作，无岔管。 ❖ 缺点：造价高。 ❖适用：(1) 单机流量大、长度短的地下埋管或明管；
(2)混凝土坝内管道和明管道。
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2．联合供水： 一根主管，向多台机组供水。设下阀门。
❖ 优点：造价低 ❖ 缺点：结构复杂（岔管）、灵活性差 ❖ 适用：机组少、单机流量小、引水道长的地下埋管
和明管。
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3. 分组供水： 设多根主管，每根主管向数台机组供水。设下阀门。
❖ 适用：压力水管较长，机组台数多，单机流量较 小的情况。地下埋管和明管。
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第三节 水力计算和经济直径的确定
一、水力计算 ❖ 恒定流计算：确定管道的水头损失，包括沿程和