水电站压力钢管安装工艺研究.pdf

2014年第1期
龙江水利科技
No.1.2014
(第42卷)
Heilongjiang Science and Technology of Water Conservancy
(Total No. 42)
文章编号:1007-7596(2014)01-0011-03
水电站压力钢管安装工艺研究
李作孝
(贵州省水利投资(集团)有限責任公司,贵阳55000
摘要:随着我国经济的快速增长,水电站工程建设越来越多,而水电站工程的立项大多是针
对水电站工程投资的收益情况来决定水电站建设是否可行。压力钢管的设计和安装直接影响
着整个工程造价的问题,因此,如何设计和安装好水电站的压力钢管是十分重要的,文章通过
实例探讨研究了这一问题。
关键词:水电站;压力钢管;安装;管壁厚度;加重力环设置;受力计算;安装工艺
中图分类号:TYV547.2
文献标识码:A
Study on Installation Technology of Steel Penstocks for Hydroelectric Stations
Guizhou Province Water Conservancy Investment(Group) Co. Ltd, Guiyang 550002, China)
Abstract With the rapid growth of national economy, more and more hydropower stations are
constructed. Setting up the hydropower station project usually is determined by comparing the
hydropower station project investment and income which will decide if the project is feasible. Design and
installation of penstock directly affects the whole project cost. Therefore, design and installation of the
penstock are very important for a hydropower station. This paper studies the problem through a real
Key words: Hydropower station; penstock; installation tube wall thickness; aggravate the ring set; Force
calculation installation technology
水电站压力钢管的设计和安装是整个水电工程mn钢,屈服强度34.3350kPa。
里非常重要的内容,压力钢管的尺寸和压力计算,以
在3号镇墩以下2m处,设有套筒式伸缩节,填
及安装工艺都直接影响着水电站运行的经济性和稳料沿钢管轴线方向长度0.20m。伸缩节填料厚度
定性。本文通过实际例子,针对水电站压力钢管的2.8cm,填料与管壁的摩擦系数ul=0.3,伸缩节断
设计计算和安装工艺进行研究探讨。
面包括水击升压在内的设计水头为106.63m。最下
1工程概况
跨跨中断面最大静水头123.08m,水击压力
36.92m。计及安全系数后的外压力196.2kPa。支
某水电站预采用明钢管,在3号镇墩与4号镇
承环、伸缩节等附属部件重量约为钢管自身重量
墩间共8跨,采用侧支承滚动支墩。支墩间距
8.4m,管道轴线倾角45°,钢管内径.9m,采用15的10%
[收稿日期]2013-09-27
作者简介]李作孝(1976-),男,贵州逆义人,エ程师,从事水利エ程金属结构的制造与安装工作。
2014年第1期
黑龙江水利科技
No.1.2014
(第42卷)
Heilongjiang Science and Technology of Water Conservancy
Total No. 42)
支墩与管壁的摩擦系数f=0.1。要求按正常运=196.2kPa。
行情况进行结构分析并拟定主要结构压力钢管尺寸2.3钢管受力和法向力的计算
后进行安装。
地下埋管或钢衬钢筋混凝土管一般采用有限元
工程剖面图见图1。
法进行结构计算。要求钢管、混凝土衬砌和围岩共
同承担内水压力,并考虑三者之间存在缝隙;混凝土
衬砌承受山岩压力及传递围岩压力,参照水工隧洞
进行分析;一切可能外压应全部由钢管(或管内设临
时支撑)承担。
跨中断面P=yH=9.81×160=1569.6kPa
法向力的计算:每米长钢管重qs,钢材容重ys=
76.5kN/m3,钢管平均直径D=1
0.014=
1.914m,则qs=1.1mrD0ys=1.1×3.14x1.914
0.014×76.5=7.1kN/m。每跨管重和水重的法向
分力 @cosc=(qs+gu) Lcos=(7.1+27.8)×8.4
cos45°=207.3kN。
4镇墩
2.4轴向力的计算
钢管自重的轴向分力A1=∑ alsina=7.1×
(6x8.4-2)xsin45°=243.0kN;伸缩节端部内水
图1工程剖面图
压力A5。伸缩节内套管外径D1和内径D2分别取
1.928m和1.9m,该截面设计水头106.63m,则:A5
2压力钢管尺寸设计
T(D12-D22)yH/4=3.14×(1.9282-1.92)
2.1初定管壁厚度
9.81×106.63/4=88.1kN
钢管设计的计算工况和荷载组合应根据运行条2.5支承环旁膜应力区边缘断面
件,通过具体分析确定,主要计算工况为钢管充满水
正常运行情况计算点选在θ=180°断面的管壁外缘。
正常运行的情况,在钢管冲水和放空过程中,钢管可近似取跨中断面的水头为该断面的计算水头。环向应力
能处于部分冲水状态,此时管壁可能产生较大的弯o1=Pm/S(1+m/Heos)=1560.6x0.92/0.012(1+
曲应力,在管径较大、管壁较薄和倾角较小的明钢管Q956/160os45)=125331kPa。
需校核这种情况。
由内水压力初估管壁厚度,膜应力区允许应力3水电站压力钢管安装工艺
降低20%,所以:[o]=0.8x0.550s=0.8×0.55
在不同的外压作用下,有多种管壁稳定问题。
343350=151074kPa。考虑单面对接焊,焊缝系数对于水电站的钢管而言,明管在均匀径向外压作用
=0.90,故=PDO2o[p]=9.81x(123.08+下的稳定是一种主要的弹性稳定问题
36.92)x1.9/(2x0.9x151074)=0.011m。取计
如不能满足抗外压稳定要求,设置加劲环一般
算厚度=12mm。考虑锈蚀等因素,管壁结构厚度比增加管壁厚度经济,加劲环的间距根据管壁抗外
初定为t=14mm。
压稳定的要求确定。若管壁因压应力过大而丧失承
2.2核算加劲环设置条件及间距
载能力,会出现弹性稳定问题。
先考虑支承环兼加劲环,即加劲环间距l
压力钢管运输
8.4m,计及管壁厚度的钢管平均半径r=0.95+<