第三章_压力管道总论及明钢管1
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电站整体示意图
第三章 压力管道总论及 明钢管
❖ 3.1 压力管道的功用和类型 ❖ 3.2 压力管道的供水方式与水力计算 ❖ 3.3 钢管的材料、容许应力和管身构造 ❖ 3.4 明钢管线路选择和布置 ❖ 3.5 镇墩结构分析 ❖ 3.6 明钢管闸门、阀门和附件 ❖ 3.7 明钢管的管身应力分析及结构设计 ❖ 3.8 明钢管的抗外压失稳计算
特点：这种管道布置灵活，能和围岩共同承 担水压力，并且运行不受干扰，维护简单。但是 在地下水压较大的地方，管道受外压失稳的威胁 比较大，因此对地下埋管一般需要进行衬砌。
地下埋管示意图
按照衬砌形式的不同，将地下埋管分为以下四类：
分类
适用条件
应用情况
不衬砌 地质条件很好
喷锚或钢筋 混凝土衬砌
地质条件稍差
特点：它由于进水口设于坝体，结构 紧凑简单，因此引水长度最短，水头损失 小，机组调节保证条件好。但是管道的安 装会干扰坝体施工，同时，坝内埋管空腔 会削弱坝体，使坝体应力恶化。
混凝土坝身管按照管道在坝身上的不同 位置，可以分为以下三类： a．坝内埋管 (penstock embedded in dam)
钢衬+回填 地质条件很差， 混凝土 对防渗要求较高
在挪威应 用的较多 在抽水蓄 能电站中
应用比 较广泛
钢衬钢筋混 地质条件稍差， 工程中很 凝土衬砌 施工非常复杂 少应用
工程实例
广西天湖水电站 压力竖井和斜井
广蓄和天荒坪抽 水蓄能电站
二滩水电站和鲁 布革水电站
在国内只有天生 桥电站中采用
③ 混凝土坝身管 ：这种管道形式一 般依附于坝身，并且在混凝土坝后式水电 站中应用非常广泛。
力
管
木管 应用较少
道
露天式（明钢管）
★ 按布置方式分 地下式（地下埋管）
混凝土坝身管
钢管管节
钢筋混凝土管 木管
① 明管 (exposed penstock)：暴露在空气中， 一般在引水式地面厂房电站中采用。
按照材料的不同，明管可分为： a．钢管,白山二期电站的压力管道 b．钢筋混凝土管：普通钢筋混凝土管因易于 开 裂 ， 在 工 程 中 应 用 很 少 ， 一 般 只 用 在 HD 值 ﹤50m2的电站。 c．钢衬钢筋混凝土管：钢衬与外包钢筋混凝 土联合承载，可减小钢衬厚度；按限裂设计，充 分发挥钢筋作用，适用于HD值较大的电站。云南 的依萨河电站是我国第一个采用地面式钢衬钢筋 混凝土管的电站。
明管：暴露在空气中 (无压引水式电站)
地下埋管: 埋入岩体。 (超过100万kW 以上的常规水电站
和抽水蓄能电站)
分类
钢管 钢筋混凝土管 钢衬钢筋混凝土管
不衬砌 喷锚或混凝土衬砌 钢衬+回填混凝土 钢衬钢筋混凝土衬砌
混凝土坝身管： 依附于坝身 (混凝土重力坝及重力拱坝)
坝内管道 坝上游面管 坝下游面管
明 管 示 意 图
为了使管壁受力 均匀，支座处管 壁加支承环； 为保持钢管抗外 压稳定，有时在 支承环间加设加 劲环。
② 地下埋管 (underground penstock) ：埋藏 于地下岩层中的钢管，它可以是斜的，垂直的， 因此也被称为斜井，竖井。
地下埋管是大中型水电站中应用最多的一种 压力管道。目前，国内外装机容量为100万kW以 上的常规水电站和抽水蓄能电站中，大部分采用 了地下埋管。
有压引水式水电站
调压室 压力管道
❖ 压力管道的特点
①坡度陡 ②承受电站的最大水头，且承受水锤产生的动 水压力比较大。 ③靠近厂房，因此它必须是安全可靠的，万一 出现事故，将直接危及厂房安全。 基于以上特点，压力管道的经济性和安全性在 水电站设计过程中受到特别重视。
❖ 压力管道的基本参数
压力管道的主要荷载是内水压力，在工程上， 管道内径 D(m) 和水头 H(m) 及其乘积 HD(m2) 值是标志压力管道规模及其技术难度的最重 要特征值。 随着国内外越来越多的大型常规电站和抽水 蓄能电站的兴建，管道的HD值急剧增长，压 力管道日益向着巨型化和超巨型化发展。
3.1 压力管道的功用和类型
❖ 压力管道的概念
水库 引水管道末端的前池 调压室
有压状态
全部或大 部分水头
水轮机
对坝式电站，压力管道的起点一般是水库进水口； 对无压引水式的电站，压力管道的起点一般是压 力前池；对有压引水式电站，压力管道的起点一 般是从调压室开始。
坝式水电站
无压引水式水电站
压力管道
三峡工程，坝式电站，D＝12.4m，H＝140m ，HD＝1730m2； 山西西龙池抽水蓄能电站D＝3.5m，H＝1015m ，HD＝3552m2； 国外HD值最高的出现在抽水蓄能电站，已超过5000m2）
Baidu Nhomakorabea
❖ 压力管道的类型
钢管
中高水头电站
钢筋混凝土管 中小型电站
按材料分
压
钢衬钢筋混凝土管 HD值较大电站
坝上游面管
管道大部分位 于水库内，检修 维护很困难，在 国内工程中很少 使用，比较典型 的是伊朗的卡比 尔水电站。
坝下游面管
由于进水口较 高，减少了对坝 体的削弱，同时 有利于保持大坝 的整体性，因此 在工程中应用很 广泛。在我国东 江和紧水滩水电 站都采用了这种 型式。
❖ 压力管道类型小节
按布置方式分
3.２ 压力管道的供水方式与水力计算
❖ 压力管道的供水方式
管道与厂房的相对位置主要取决于整 个厂区枢纽布置中各建筑物的布置情况， 另外水电站机组往往不止一台，压力管道 可能有一根或数根，压力管道向机组的供 水常有这样三种类型 ：
❖ 压力管道的供水方式
单元供水
联合供水
分组供水
❖ 压力管道的供水方式Ⅰ
1．单元供水：一管一机。机组前不设快速阀门。 ❖ 优点：结构简单(无岔管)、工作可靠、灵活性好，
易于制作 ❖ 缺点：相同水头损失下，造价较高 ❖ 布置：平面尺寸大，与前室、调压室连接困难 ❖ 适用：(1) 单机流量大、长度短的地下埋管或明管；
b．坝上游面管 (penstock laid on upstream surface of dam)
c．坝下游面管 (penstock laid on downstream surface of dam)
坝内埋管
坝后式厂房
坝内式厂房
布置在坝体内部,多为坝后式或坝内式厂房采 用。布置型式有竖井式和斜井式。工程实例：直 径最大的是广西红水河岩滩电站钢管，d=10.8m。
第三章 压力管道总论及 明钢管
❖ 3.1 压力管道的功用和类型 ❖ 3.2 压力管道的供水方式与水力计算 ❖ 3.3 钢管的材料、容许应力和管身构造 ❖ 3.4 明钢管线路选择和布置 ❖ 3.5 镇墩结构分析 ❖ 3.6 明钢管闸门、阀门和附件 ❖ 3.7 明钢管的管身应力分析及结构设计 ❖ 3.8 明钢管的抗外压失稳计算
特点：这种管道布置灵活，能和围岩共同承 担水压力，并且运行不受干扰，维护简单。但是 在地下水压较大的地方，管道受外压失稳的威胁 比较大，因此对地下埋管一般需要进行衬砌。
地下埋管示意图
按照衬砌形式的不同，将地下埋管分为以下四类：
分类
适用条件
应用情况
不衬砌 地质条件很好
喷锚或钢筋 混凝土衬砌
地质条件稍差
特点：它由于进水口设于坝体，结构 紧凑简单，因此引水长度最短，水头损失 小，机组调节保证条件好。但是管道的安 装会干扰坝体施工，同时，坝内埋管空腔 会削弱坝体，使坝体应力恶化。
混凝土坝身管按照管道在坝身上的不同 位置，可以分为以下三类： a．坝内埋管 (penstock embedded in dam)
钢衬+回填 地质条件很差， 混凝土 对防渗要求较高
在挪威应 用的较多 在抽水蓄 能电站中
应用比 较广泛
钢衬钢筋混 地质条件稍差， 工程中很 凝土衬砌 施工非常复杂 少应用
工程实例
广西天湖水电站 压力竖井和斜井
广蓄和天荒坪抽 水蓄能电站
二滩水电站和鲁 布革水电站
在国内只有天生 桥电站中采用
③ 混凝土坝身管 ：这种管道形式一 般依附于坝身，并且在混凝土坝后式水电 站中应用非常广泛。
力
管
木管 应用较少
道
露天式（明钢管）
★ 按布置方式分 地下式（地下埋管）
混凝土坝身管
钢管管节
钢筋混凝土管 木管
① 明管 (exposed penstock)：暴露在空气中， 一般在引水式地面厂房电站中采用。
按照材料的不同，明管可分为： a．钢管,白山二期电站的压力管道 b．钢筋混凝土管：普通钢筋混凝土管因易于 开 裂 ， 在 工 程 中 应 用 很 少 ， 一 般 只 用 在 HD 值 ﹤50m2的电站。 c．钢衬钢筋混凝土管：钢衬与外包钢筋混凝 土联合承载，可减小钢衬厚度；按限裂设计，充 分发挥钢筋作用，适用于HD值较大的电站。云南 的依萨河电站是我国第一个采用地面式钢衬钢筋 混凝土管的电站。
明管：暴露在空气中 (无压引水式电站)
地下埋管: 埋入岩体。 (超过100万kW 以上的常规水电站
和抽水蓄能电站)
分类
钢管 钢筋混凝土管 钢衬钢筋混凝土管
不衬砌 喷锚或混凝土衬砌 钢衬+回填混凝土 钢衬钢筋混凝土衬砌
混凝土坝身管： 依附于坝身 (混凝土重力坝及重力拱坝)
坝内管道 坝上游面管 坝下游面管
明 管 示 意 图
为了使管壁受力 均匀，支座处管 壁加支承环； 为保持钢管抗外 压稳定，有时在 支承环间加设加 劲环。
② 地下埋管 (underground penstock) ：埋藏 于地下岩层中的钢管，它可以是斜的，垂直的， 因此也被称为斜井，竖井。
地下埋管是大中型水电站中应用最多的一种 压力管道。目前，国内外装机容量为100万kW以 上的常规水电站和抽水蓄能电站中，大部分采用 了地下埋管。
有压引水式水电站
调压室 压力管道
❖ 压力管道的特点
①坡度陡 ②承受电站的最大水头，且承受水锤产生的动 水压力比较大。 ③靠近厂房，因此它必须是安全可靠的，万一 出现事故，将直接危及厂房安全。 基于以上特点，压力管道的经济性和安全性在 水电站设计过程中受到特别重视。
❖ 压力管道的基本参数
压力管道的主要荷载是内水压力，在工程上， 管道内径 D(m) 和水头 H(m) 及其乘积 HD(m2) 值是标志压力管道规模及其技术难度的最重 要特征值。 随着国内外越来越多的大型常规电站和抽水 蓄能电站的兴建，管道的HD值急剧增长，压 力管道日益向着巨型化和超巨型化发展。
3.1 压力管道的功用和类型
❖ 压力管道的概念
水库 引水管道末端的前池 调压室
有压状态
全部或大 部分水头
水轮机
对坝式电站，压力管道的起点一般是水库进水口； 对无压引水式的电站，压力管道的起点一般是压 力前池；对有压引水式电站，压力管道的起点一 般是从调压室开始。
坝式水电站
无压引水式水电站
压力管道
三峡工程，坝式电站，D＝12.4m，H＝140m ，HD＝1730m2； 山西西龙池抽水蓄能电站D＝3.5m，H＝1015m ，HD＝3552m2； 国外HD值最高的出现在抽水蓄能电站，已超过5000m2）
Baidu Nhomakorabea
❖ 压力管道的类型
钢管
中高水头电站
钢筋混凝土管 中小型电站
按材料分
压
钢衬钢筋混凝土管 HD值较大电站
坝上游面管
管道大部分位 于水库内，检修 维护很困难，在 国内工程中很少 使用，比较典型 的是伊朗的卡比 尔水电站。
坝下游面管
由于进水口较 高，减少了对坝 体的削弱，同时 有利于保持大坝 的整体性，因此 在工程中应用很 广泛。在我国东 江和紧水滩水电 站都采用了这种 型式。
❖ 压力管道类型小节
按布置方式分
3.２ 压力管道的供水方式与水力计算
❖ 压力管道的供水方式
管道与厂房的相对位置主要取决于整 个厂区枢纽布置中各建筑物的布置情况， 另外水电站机组往往不止一台，压力管道 可能有一根或数根，压力管道向机组的供 水常有这样三种类型 ：
❖ 压力管道的供水方式
单元供水
联合供水
分组供水
❖ 压力管道的供水方式Ⅰ
1．单元供水：一管一机。机组前不设快速阀门。 ❖ 优点：结构简单(无岔管)、工作可靠、灵活性好，
易于制作 ❖ 缺点：相同水头损失下，造价较高 ❖ 布置：平面尺寸大，与前室、调压室连接困难 ❖ 适用：(1) 单机流量大、长度短的地下埋管或明管；
b．坝上游面管 (penstock laid on upstream surface of dam)
c．坝下游面管 (penstock laid on downstream surface of dam)
坝内埋管
坝后式厂房
坝内式厂房
布置在坝体内部,多为坝后式或坝内式厂房采 用。布置型式有竖井式和斜井式。工程实例：直 径最大的是广西红水河岩滩电站钢管，d=10.8m。