水电站压力钢管8介绍
四、钢管上的闸门、阀门和附件
(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
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四、钢管上的闸门、阀门和附件
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二、钢材性能的要求
2、加工性能 l 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 l 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
l 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
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：压力管道的经济流速一般为4~6m/s，
最大不超过7m/s，Ae= Qmax/Ve 水电站压力钢管8介绍
第四节 钢管的材料和管身构造
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一、钢管的材料
l 管道的受力构件有管壁、加劲环、支承环、支 座滚轮、支承板等
l 位置：常在上镇墩 的下游侧
l 伸缩节的型式较多， 常见的几种见下页 图。
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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
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伸缩节动画
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四、钢管上的闸门、阀门和附件
3、 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
3. 类型：滑动式、滚动式、摆动式。
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(1) 滑动式支墩
l 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。
l 支承环式(slidding ring girder support)：在支墩处 管身四周加刚性支承环。摩 擦力小，支承部位受力较均 匀，D<2m
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二、压力管道引进厂房的方式
(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 水电站压力钢管8介绍
三、供水方式
1．单元供水：一管一机。不设下阀门。
l 优点：结构简单(无岔管)、工作可靠、灵活性好， 易于制作，无岔管
l 缺点：造价高 l 适用：(1) 单机流量大、长度短的地下埋管或明管；
l 不同的荷载、不同的部位采用不同的容许应力，见 表8-2。
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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。
地下埋管和明管.
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三、供水方式
单元供水
联合供水
分组供水
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第三节 水力计算和经济直径的确定
一、水力计算 l 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。
一、敷设方式
l 明钢管一般敷设在一 系列支墩上，离地面
不小于60cm
l 转弯处设镇墩，将水 管完全固定，相当于 梁的固定端。
l 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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一、敷设方式
l 连续式布置： 管身在两镇墩间连续，不设伸缩节。温度应力大， 一般较少采用。
l 常用的钢材：经过镇静熔炼的热轧平炉低碳钢 或低合金钢，如：A3、16Mn，或经过正火的 15MnV、15MnTi。滚轮可采用A3、A4、A5、 16Mn或35、45等优质钢材。
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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 l 工作特点：内水压力大，并经常承受冲击荷载
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2020/11/22
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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)
暴露在空气中(无压引水式电站) 钢筋混凝土管(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、木管等
l 结构设计状况：持久状况、短暂状况、偶然状况 l 三种设计状况均应进行承载能力极限状态设计。 l 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。 l 承载能力极限状态：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。 l 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。
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。 l 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、钢材性能的要求
(二) 钢材性能要求
1、机械性能 l 屈服强度σs 、抗拉强度σb ；塑性指标：断裂时的延伸率ε、
➢ 开敞式：采用较少。易于检修，但受力不均匀。
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三、镇墩(anchor block)
封闭式
开敞式
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三、镇墩(anchor block)
4、设计 l 荷载见表8-3，P126。根据管道的满水、放空、温
升、温降等情况，找出最不利的荷载组合。 l 设计内容包括抗滑稳定、地基应力校核、细部构
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四、管身构造
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四、管身构造
3、箍管：钢管外加钢箍。
钢管最小厚度： δmin≮(D/800+4)mm，或 6mm 防腐、防锈措施： 涂料、喷镀、化学保护。 加防锈厚度2mm。
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第五节 明钢管的敷设方式、镇墩、 支墩和附属设备
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一、压力管室)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。
➢尽量减小起伏, 避免出现负压; 转弯半径R≯3D。 ➢ 避开可能发生山崩或滑坡的地区以及山水集中的地
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三、镇墩(anchor block)
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。
(2) 球阀：球形外壳+可旋转的圆筒形
阀体+附件。
优点：开启状态时没有水头损失，止
世
水严密，能承受高压。
界
缺点：结构复杂，尺寸和重量大，造
上
价高。
最
适用：高水头电站。
大
的
球
阀
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2、伸缩节 (expansion joint)
l 功用：消除温度应 力，且适应少量的 不均匀沉陷
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第六节 明钢管的管身应力分析
l 结构设计状况分为持久状况、短暂状况和偶然状况三种。
l 三种设计状况均应进行承载能力极限状态设计。
l 持久状况还应进行正常使用极限状态设计；
l 短暂状况可根据需要进行正常使用极限状态设计；
l 偶然状况可不进行正常使用极限状态设计。
l 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；
l 分段式： 两镇墩之间设置伸缩节 (在上镇墩的下游侧)。 温度应力小。
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二、支墩(support)
1. 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)。
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。
hw→电能→装机容量→管径选择 l 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、水击压力的影响)，拟定几个直径，进行 动能经济计算，比较确定最优经济直径。
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一、荷载计算及其分项系数
l 按荷载的作用方向可以将其分为轴向力、径向力 和法向力。 每种荷载都有其不同的作用分载系数，见表8-2。
l 作用在明钢管上的各种作用力计算公式及作用方 向见表8-3，但风荷载、雪荷载、地震荷载等需查 阅《水工建筑物荷载设计规范》。
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二、荷载组合
位置：阀门之后
4、 进人孔
作用：检修钢管；位置：钢管上方；直径：50cm左右,间距
100m 。
5、 旁通阀及排水设备