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白勉峡水电站压力钢管设计
李国柱
汉中市水利水电建筑動测设计院陕西汉中723000)
摘要根据对该电站工程规模、用途和社会效益的综合考虑,结合工程经验,分析了高水头、小流
量压力钢管的一般设计方法,可为同类工程提供借鉴
关键词压力钢管;管线;管径;稳定验算
中图分类号:TV732.4+1
文献标识码:B
水电站述力钢管多用于引水式及坝副厂房底部,采用ト形又管给机纽供水
后式电站,是由水库、前池或调压室将水
方案二,管线全长约241.14m,管线
流引人水轮机的水管。由于压力钢管承与山体等高线正交,在·号镇墩处左转
式中.Qm-一最大引用流量,5.72
受较大的内水压力故水击压强,管道ト13°,在一号嫩处平面转角47°,引至m%s;
游即为电站厂房,其运行的安全性对电厂房上游山坡,采用卜形岔管沿山坡
H一设计水头99.0m。
的影响极大。此外,压力钢管造价在电判进入厂房,给机组供水。
计算D-=1.42m,取1.5mo
二…二
站总投资中的比重较大,所以合理、正确
经过计算,方楽一和方案二水头损失
再按经济流速公式计算
的设计对电站特别重要
相差0.05m,管道长度相差8.28m,且方
案一压力管道进房在一个水平面,对
工程概述
时厂房布置无影响:而方案二支管进厂
采用经济流速4.5ms时,计算D经
房均与水平而成38~41°夹角,且增=1.27m,取1.3m
白勉峡水电站位于汉中市乡县境加管坡开挖量,盆管镇墩砼用量较大,且
选取两种管?进行方案比较
内,汉江一级支流白勉峡河上,系开发白拾副厂房,与主厂房成3m高差,运行
根据上述方案比较,方案二较方案
勉峡河下游河毀水能资源的引水式水电管理不方便。综合比较选用方案
济合理,施工条件相近,本次设计选择
站工程,距西乡县城45km。厂区于汉
主管沿线共设置镇墩3个,镇墩间距方案二,即管径为1.5m
江右岸,主要包括前池、压力钢管、电站
左右。钢管与水平面的夹角为26°
厂房及变电站等建筑物。木电站设计水38。由于径较大,支墩间距取6.5m。4管壁厚度和管身应力验算
头99.00m(不包括水击压力),设计流量
5.72m%,装机容量4900x,管道采用直3管径的选择
4.1管壁厚度计算
1.5m的钢管,设计发电流量5.75m/
(1)根据内水压力按下式确定管壁
末端支管管係0.8m。也站保证出力
当压力管道长度和流最一定时,管厚度:
875W,多年平均发电量215L万kW?h,径愈小,管道的投资也小,但管道中的流
t≥.YHxD
年利用小时数4481h。选用3台单机速愈大,所以水头损失愈大,电能损失
1600kW的卧轴式水轮发电机组。
大;反之管径愈大投资愈大,电能损失钢管管壁厚度t≥74,再考虑2mm的
小。本工程用两种计算公式进行初选。锈蚀裕量,管壁结构厚度t10m
2管线布置
先采用“彭德舒”经验式计算管
(2)管壁结构厚度考虑制造工艺、安
表1
压力钢管方案比较表
该电站为高水头小流电站,根据经
项目名称
单位
方案
方案
崄平用单管联合供水方式比较经济。炷
力钢管接前池,沿山坡明管敷设至电站
设计流量
m/s
5.72
厂房翁机组供水。基岩斜坡度3.
净水头
97、32
99.00
51°,管线走向与岩层走向夹角73°,为
管长
232.86
22.86
反向坡,管坡基本稳定。管床纵向坡比利
内径
3
1.5
用自然坡,施工开挖及清除表层风化卸
流速
4.33
荷带,一级阶地上發坡崩积碎石土,厚度
2m~7m,强风化深度3m~6m,应予以开
管壁厚度
j0)~14
10]4
挖,使管基础置于风化基岩上。
管重
107.87
力筲道管线选取妠种方案进行
水头损失
4.2U
比较
多年平均发电量
万kW?h
2129
方案一,管线全长约232.86m,管线
山体等高线正交,在一号镇处左转
工程投资
13°,在三号镇嫩处平面转角?进人增量投资收益率
22.0
装、运输等要求,保证必需的刚度的最小厚的末相水锤。
计算工况为:最不利工况(个机同时
度要求
(3)计算水锤压力及其分布
关闭,温升/降、水锤),2号镇墩。妣表2。
计算公式:t≥D800+4(《水电站压力钢
Zm=2o(2-o)=0.21
52基底应力计算公式
管设计规范》S1281-2003-30P),则应满足
Ym?2o(2+o)=0.17
△H升=ZmH=21.34m
(3)管壁结枃厚度满足外压稳定的最小
由表3计算可知,基底应力均为压
厚度要求
所以,压力管道末端最大设计水头H
,且最大压应力均小丁念许500kPa,满
计算公式:t=D130,根据计算,则t应=H+△H=122.86m,满足规范要求
足地基承载力要求,镇墩不会倾覆
满足t≥11.5fmum。
4.3跨中断面应力条件复核计算
对于平面上有转弯的鎮,先将空间力
结合压力钢管制作、运输、安装、及其他
计算公式
转化为同一平面内的力、再按平顧问题进行
程经验等合考虑,钢管采用Q235C碳
分析。対于转弯角度不大的镇墩也叮以采用
o=Vo, +0, a, -gro -o 案钢制作。以镇墩为界,管壁厚度自上而下
适当提高安全系数的方法
其中,o为容许应力,kRPa,计算结果满
依次选用10mm、12m、14m,同时,为满足
足要求
抗外压稳定要求,按2m间距设加劲环。支
6细部构造
晉管壁厚度10m
4.2水锤计算
5镇墩稳定验算
6,1支揲环
(1)力钢管的水锤波的传播速度
压力管道支形式·股根径大小
镇为重力式结构,以自身重量来维持选择:当管径小于1500m对,可采用鞍形
压力管道稳定。设计应验算镇墩在最不利的当管径为1500m-250om时,宜采用平面
荷载组合下的抗滑和抗倾性,其地基应力滑动式或滚动式;当管径大于230m宜采
式中,8一水的弹性模量,s=2.1x也应满足地基承载力要求。一般选取最不利用滚动式或摆动式。本电站压力管道采用平
的荷载组合工况为:管中有水、温升/降,突面滑动式
E一一管壁材料的弹性模量,钢然停机
6.2伸缩竹
管用2.]x10kg/em2;
作用在镇墩上的力除自重外,分为沿管
压力管道伸缩节般釆用脈插式或
D一压力水管内径,cm;
轴方向的轴向力和垂直管轴方向的法向力筒式,对于小管径也有工程采用波纹补偿器
8一一管嬖厚度,cm;
两种。轴向力包括:钢管自重分力,弯管上的为案的尝试,采用波纹补偿器伸缩节除其有
经计算得:-997m/s。
内水压力,伸缩节端部的内水压力,温度変不水、位移补偿量大、维护简单的优点