第十三章 水电站的压力管道 - 图文

第一节 压力管道的功用和类型

压力管道是指从水库、前池或调压室向水轮机输送水量的管道。其一般特点是坡度陡，内水压力大，承受水锤的动水压力，而且靠近厂房。因此它必须是安全可靠的。万一发生事故，也应有防止事故扩大的措施，以保证厂房设施和运行人员的安全。

压力管道按材料可分为： 一、钢管

钢管具有强度高、防渗性能好等许多优点，常用于大中型水电站。 钢管布置在地面以上者称明钢管，如图11-5。布置于坝体混凝土中者称坝内钢管，如图11-2。埋设于岩体中者则成地下埋管，如图18-12。以上是水电站压力钢管的三种主要形式。 二、钢筋混凝土管

钢筋混凝土管具有造价低、可节约钢材、能承受较大外压和经久耐用等优点，通常用于内压不高的中小型水电站。除普通钢筋混凝土管外，尚有预应力和自应力钢筋混凝土管、钢丝网水泥和预应力钢丝网水泥管等。普通钢筋混凝土管因易于开裂，一般用在水头H和内径D的乘积HD<50m的情况下；预应力和自应力钢筋混凝土管的HD值可超过200㎡，预应力钢丝网水泥管由于抗裂性能好，抗拉强度高，HD值可超过300㎡。

位于岩体中的现浇钢筋混凝土管道，在内水压力作用下，钢筋混凝土与围岩联合受力，工作状态与隧洞相似，归于隧洞一类。 三、钢衬钢筋混凝土管

钢衬钢筋混凝土管是在钢筋混凝土管内衬以钢板构成。在内水压力作用下钢衬与外包钢筋混凝土联合受力，从而可减小钢衬的厚度，适用于大HD值管道情况。由于钢衬可以防渗，外包钢筋混凝土可按允许开裂设计，以充分发挥钢筋的作用。

本章主要讲钢管。

第二节 压力管道的布置和供水方式

一、压力管道的布置

压力管道是引水系统的一个组成建筑物。压力管道的布置应根据其形式、当地的地形、地质条件和工程的总体布置要求确定，其基本原则可归纳如下： (1)、尽可能选择短而直的路线。这样不但可以缩短管道的长度，降低造价，减小水头损失，而且可以降低水锤压力，改善机组的运行条件。因此，明钢管常敷设在陡峻的山坡上，以缩短平水建筑物（如果有的话）和厂房之间的距离。 (2)、尽量选择良好的地质条件。明钢管应敷设在坚固而稳定的山坡上，以免因地基滑动引起管道破坏；支墩和镇墩应尽量设置在坚固的基岩上，表面的覆盖层应予以清除，以防支墩和镇墩发生有害的位移。地下埋管应布置在良好的岩体中，其好处是：可利用围岩承担部分内水压力；开挖时可不用或少用支护以减少施工费用和加快施工进度；良好的岩层裂隙水一般不发育，钢管受外压失稳的威胁较小。

(3)、尽量减少管道的起伏波折，避免出现反坡，以利管道排空；管道任何部位的顶部应在最低压力线以下，并有2m的裕度。若因地形限制，为了减少挖方而将明管布置成折线时，在转弯处应设镇墩，管轴线的曲率半径应不小于3倍管径。明钢管的底部至少应高出地表0.6m,以便安装检修；若直管段超过150m,中间宜加镇墩。地下埋管的坡度应便于开挖出碴和钢管的安装检修。

(4）、避开可能发生山崩或滑坡地区。明管应尽可能沿山脊布置，避免布置在山水集中的山谷之中，若明管之上有坠石或可能崩塌的峭壁，则应事先清除。 (5）、明钢管的首部应设事故闸门，并应考虑设置事故排水和防冲设施，以免钢管发生事故时危及电站设备和运行人员的安全。 二、压力管道的供水方式

水电站的机组往往不止一台，压力管道可能有一根或数根，压力管道向机组的供水方式可归纳为三类。 （一）单元供水

每台机组由一根专用太管供水，如图13-1（a）、(b)所示。

图13-1 压力管道供水方式示意图

这种供水方式结构简单，工作可靠，管道检修或发生事故时，只影响一台机组工作，其余机组可照常运行。这种布置方式除水头较高和机组容量较大者外，一般只在进口设事故闸门，不设下阀门。单机供水所需管道根数较多，需要钢材较多，适用于以下两种情况：单机流量较大，若几台机共用一根水管，则管径较大，管壁较厚，制造和安装困难；压力管道较短，几台机组共用一根水管，在管身上节约材料不多，但需要增加岔管、弯管和阀门，并使运行的灵活性和安全性降低。坝内钢管一般较短，通常都采用单元供水。 （二）集中供水

全部机组集中由一根管道供水，如图13-1（c）、（d）所示。用一根管道代替几根管道，管身材料较省，但需设置结构复杂的分岔管，并需在每台机组之前设置事故阀门，以保证任意一台机组检修或发生事故事时不致影响其它机组运行。这种供水方式的灵活性和可靠性不如单元供水，一旦压力管道发生事故或进行检修，需全厂停机，对于跨流域开发的梯级电站，这同时会给下游梯级的供水带来困难。

集中供水适用于单机流量不大，管道较长的情况下。对于地下埋管，由于运行可靠，同时又因不宜平行开挖几根距离不远的管井，较多地采用这种供水方式。 （三）分组供水

采用数根管道，每根管道向几台机组供水，如图13-1（e）、(f)所示。这种供水的特点介于单元供水和集中供水之间，适用于压力管道较长、机组台数较多和容量较大的情况。

压力管道可以从正面进人厂房，如图13-1 (a)、(c)、（e）所示，也可以从侧面进人厂房，如图13-1 (b)、 (d)、(f)所示。前者适用于水头不高、管道不长或地下埋管情况。对于明钢管，若水头较高，宜从侧面进人厂房：在这种情

况下，万一管道爆破，可使高速水流从厂外排走，以防危及厂房和运行人员的安全。在集中供水和分组供水情况下，管道从侧面进人厂房也易于分岔。地下埋管爆破的可能性较小，即使爆破，由于围岩的限制亦不易突然扩大，管道进人厂房的方式常决定于管道及厂房布置的需要。

第三节 压力管道的水力计算和经济直径的确定

一、水力计算

压力管道的水力计算包括恒定流计算和非恒定流计算两种。 （一）恒定流计算

恒定流计算主要是为了确定管道的水头损失。管道的水头损失对于水电站装机容量的选择、电能的计算、经济管径的确定以及调压室稳定断面计算等都是不可缺少的。水头损失包括摩阻损失和局部损失两种。 1、摩阻损失

管道中的水头损失与水流形态有为。水电站压力管道中的水流的雷诺数Re一般都超过3400，因而水流处于紊流状态，摩阻水头损失可用曼宁公式或斯柯别公式计算。

曼宁公式应用方便，在我国应用较广。该公式中，水头损失与流速平方成正比，这对于钢筋混凝土管和隧洞这类糙率较大的水道是适用的。对于钢管，由于糙率较小，水流未、能完全进人阻力平方区，但随着时间的推移，管壁因锈蚀糙率逐渐增大，按流速平方关系计算摩阻损失仍然是可行的。曼宁公式因一般水力学书中均可找到，此处从略。

斯柯别根据198段水管的1178个实测资料，推荐用以下公式计算每米长钢管的摩阻损失

(13-1)式中a-水头损失系数，焊接管用0.00083。

为考虑水头损失随使用年数t的增加而增大的系数，清水取K＝0.01，

腐蚀性水可取K＝0.015。

2.局部损失

在流道断面急剧变化处，水流受边界的扰动，在水流与边界之间和水流的内部形成旋涡，在水流质量强烈的混掺和大量的动量交换过程中，在不长的距离内造成较大的能量损失，这种损失通常称为局部损失。压力管道的局部损失发生在进口 …… 此处隐藏：1636字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……