——压力管道一PPT课件

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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。
(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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(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
❖ 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。
《水 电 站》
2009年11月
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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)
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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、钢材性能的要求
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
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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
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木管
第二节 压力管道的布置和供水方式
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。
1.0σs
按明管校核情况
四、管身构造
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，施工困难。 国内：D≤60cm；国外：D≤120cm。 适用高水头小流量电站。
2、焊接管：钢板按要求的曲率辊成弧形，焊接成管段。 适用于各种直径、水头，造成价低。 (1) 纵缝：焊缝交错排列，避开两个中心轴 (2) 相邻管壁厚度差≯2mm，内部光滑，外部成台 阶状。
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
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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第四节 钢管的材料和管身构造
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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。
❖ 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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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，
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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
❖ 钢材的容许应力一般用屈服强度除以安全系数得 到，即 [σ]=σs/ K
❖ 不同的荷载、不同的部位采用不同的容许应力。
应力区域 荷载组合
产生应力的内力
明钢管
允 许
地下埋管
应
力 坝内埋管
膜应力区 基本 特殊
轴力
0.55σs 0.67σs
0.67σs
0.7σs 0.9σs
0.8σs 0.9σs
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局部应力区
基本
特殊
轴力
轴力和 弯矩
轴力
轴力和 弯矩
0.67σs 0.85σs 0.8σs
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；
(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。
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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)
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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。