——压力管道一PPT课件
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《水 电 站》
2009年11月
.
1
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。
2
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)
❖ 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。
(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)
19
(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
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
15
第四节 钢管的材料和管身构造
16
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。
20
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。
21
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
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。
10
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。
11
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。
17
❖ 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。
18
二、钢材性能的要求
❖ 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。
12
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
13
❖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)
14
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。
❖ 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
22
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
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。
7
一、压力管道的wenku.baidu.com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。
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
3
钢管
4
钢筋混凝土管
5
聚酯材料管
6
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。
8
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。
9
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，
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)
❖ 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。
(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
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。
20
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
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。
11
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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❖ 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
❖ 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。
12
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
13
❖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)
14
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。
❖ 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
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。
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一、压力管道的wenku.baidu.com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。
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
4
钢筋混凝土管
5
聚酯材料管
6
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。
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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，