卧轴式水轮机水电站课程设计说明书(3)

支座对管壁的摩擦系数…………………………………… f= 0.1 焊缝系数…………………………………………………… φ= 0.95 钢管管壁钢材屈服点…………………………………… σs= 215.000N/mm²

3.9.1 初估管壁厚度t

（1）根据末跨的主要荷载（内水压力）并考虑将钢材的允许应力降低15%，按锅炉公式初估管壁厚度t： 计算公式：

t

2 1 0.15 wHD

式中：

0.55 s 120KPa

钢管管壁钢材屈服点…………………………………… σs= 215.000N/mm² 末跨跨中截面管道中心内水压力………………………… H= 70850mm

钢管管壁厚度t初估计算表

取计算管壁厚度t=5mm, 再考虑2mm的锈蚀裕量，管壁结构厚度初定t=7mm. （2）复核管壁结构厚度是否满足考虑制造工艺、安装、运输等要求，保证必须的刚度的最小厚度要求： 计算公式：

3.9.2 钢管应力分析

3.9.2.1 跨中管壁断面应力分析 A. 荷载计算 （1）径向内水压力P

式中：

计算截面管道中心内水压力………………………………H=70850mm

t D/800 4

则t应满足： t≥5mm, 实际选用管壁厚度t=7mm，满足要求。

P H w

P H w 0.694N/mm2

（2）垂直管轴方向的力（法向力） ① 钢管自重分力Qs

计算公式： Q s sL cos （每跨钢管自重） q

qs 1.25 Dt s （单位管长钢管自重，考虑刚性环等附件的附加重量约为钢管自重的25％）

② 钢管中水重分力Qw

qwLcos 计算公式： Q w （每跨管内水重）

qw 0.25 D2 w（单位管长管内水重）

钢管中水重分力Qw计算表

（3）轴向力∑A ① 钢管自重轴向分力A1

计算公式： A1 qs L3 sin 式中：

伸缩节至计算截面处的钢管长度…………………………L3=73000mm

② 套筒式伸缩节端部的内水压力A5

钢管自重轴向分力A1计算表

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A5 D DP 计算公式： 2 1

4

P H w

式中：

伸缩节端部管道中心内水压力……………………………H´=23400mm 伸缩节内套管外径…………………………………………D1=1207mm 伸缩节内套管内径…………………………………………D2=1200mm

③ 温升时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力A6

套筒式伸缩节端部的内水压力A5计算表

A6

D 计算公式： 1b 1 1P

温升时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力A6计算表

④ 温升时支座对钢管的摩擦力A7

计算公式： A f cos n qs qw Lfcos qL7

式中：

计算截面以上支座的个数………………………………… n=7个

⑤ 轴向力的合力∑A

温升时支座对钢管的摩擦力A7计算表

A6 A7 计算公式： A A A 1 5

轴向力合力∑A计算表

B.跨中管壁断面应力计算

（1）径向内水压力P在管壁中产生的环向应力σ

计算公式： Pr rcos 1 cos 1

t H

Dr

2

θ1

式中：θ为计算点半径与管中心铅垂线的夹角：θ=0°为管顶点；θ=90°为管水平轴线处；θ=180°为管底处。

跨中环向应力σ

（2）轴向力∑A在横断面上产生的轴向应力σx1（以拉力为+）

θ1

计算表

A 计算公式： x1

2 rt

x1

跨中轴向应力σ

计算表

（3）法向力在横断面上产生的轴向应力σx2

计算公式： x2 M cos 2

rt

x2

M

1

(qs qw)L2cos 10

跨中轴向应力σ

计算表

（4）内水压力P在管壁产生的径向应力σr 计算公式：

r P w(H rcos cos )

跨中径向应力σr计算表

C.跨中管壁断面各计算点应力条件复核

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r x r x r 复核公式：

x 1 x x1 x2

式中： 相应计算工况的允许应力：［σ］=0.55σs=120 N/mm²

跨中断面应力条件复核计算成果表

从而得，跨中断面应力符合要求。

4.课设心得和体会

本次课设主要包括水轮机的选择、厂房平面布置、厂房枢纽布置等内容。从本次课设中，我进一步加深了水电站厂房设计的基本知识，并学会将其运用到实践中的能力。这次课设中遇到的不少问题，主要通过自己的思考、查阅资料解决。个别问题通过询问同学老师也都得到较好的解决。其中遇到过的问题包括轨顶高程公式中各参数的选取、主厂房宽度的选取、蝶阀坑尺寸问题、副厂房各室如何布置等问题。这次课设的主要体会有：1、要认真听取头天的课设动员。2、设计

的时候不能想当然，凡事先以规范为依据。3、遇到问题先学会思考，举一反三，实在想不通再请问别人。4、合理安排时间，不赶不拖，保证效率。

参考文献：

[1] 中华人民共和国水利部. SL266-2001 水电站厂房设计规范. 北京：中国水利水电出版社，2001

[2]中华人民共和国水利部. SL281-2003 水电站压力钢管设计规范 北京：中国水利水电出版社，2003

[3]张治滨. 水电站建筑物设计资料.中国水利水电出版社，1999 [3]刘启钊. 水电站.中国水利水电出版社，2010