水电站压力管道布置设计.docx

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1、水电站压力管课程设计学院：水利学院专业：水利水电工程科目：水电站课题：水电站压力管道课程设计姓名：学号：313174云南农业大学水利学院2017年12月设计说明压力管道的设计步骤一般包括：（1）压力管功能布置；（2）压力管固定方法、设计；（3）压力管应力分析、计算；（4）压力管强度校核；（5）压力管抗外压稳定计算。一、基本资料及参数1、最大发电流量Qmax=16m3/s；2、上游正常水位1000m；3、下游设计尾水水位850m；4、管轴线与水平线夹角35o；5、上游正常水位至伸缩节水位差7m；6、镇墩与地基摩擦系数f=0.5

2、；7、支墩与管身摩擦系数f=0.3；8、伸缩节摩擦系数f=0.4；9.水轮机调节时间Ts=5~6S。二、压力管功能及布置功能：从水库、前池或调压室向水轮机输送水量。布置：采用明钢管敷设。布置时要尽可能选择短而直的线路，明钢管敷设在陡峭的山坡上；尽量选择良好的地质条件，明钢管敷设在坚固而稳定的山坡上，支墩和镇墩尽量设在坚固的岩基上，并清除表面覆盖层；尽量减少管道的起伏波折，避免出现反坡，利于管道排空，明钢管底部应高出地表至少0.6米，以便安装和检修；避开可能发生山崩或滑坡的区，明钢管尽量沿山脊布置，避免布置在山水集中的山谷中，

3、若明钢管之上有坠石或可能崩塌的峭壁，要事先清除；首部设事故闸门，并考虑设置事故排水和防冲设施。三、明钢管的固定、设计1.明钢管的敷设明钢管敷设在一系列支墩上，底部应高出地表0.65米。明钢管宜做成分段式，在首尾设镇墩，两镇墩之间设伸缩节。伸缩节布置在管段的上端，靠近上镇墩处。敷设方式如图：2.明钢管的设计（1）管径的确定采用经验公式——彭德舒公式来初步确定压力钢管的经济直径：D=75.2Qmax3H式中：Qmax为钢管的最大设计流量，m3/s；H为设计水头，m。由基本资料得：Qmax=16ms/sH=1000m-850m=1

4、50m所以D=75.2Qmax3H=75.2×163150=2.03m≈2.05m压力钢管直径进制采用D=50mm为模,所以取D=2.05m。（2）管长确定上游正常水位1000m，闸门进口水位为993m，上游正常水位至伸缩节水位差7m，下游设计为水位850m。取进口直管段长5m，出口直管段长5m。斜管段垂直距离为993-850=143m，管轴线与水平线夹角35o。所以斜管段长L=143sin35°=249.313m≈249.3m所以，压力管道总长为L总=249.3+5+5=259.3m四、压力管水击计算1.直接与间接水击的判

5、断明钢管水锤波速可近似的取为1000m/s，已知水轮机调节时间Ts=5~6S。所以2LC=2×259.31000=0.52s水轮机开度的调节时间Ts=5~6s>2LC=0.52s，故为间接水击。2.第一项水击与极限水击判断τo为起始开度，当电站满负荷运行时，τo=1；当电站以部分负荷运行时τo<1。ρ为水锤常数。当ρτo<1时发生第一相末水锤，为第一相水击，除第一相水击以外的各种水锤现象统统归入极限水击一类。Vmax=QmaxA=16π2.05/22=4.85m/sρ=CVmax2gH0=1000×4.852×9.81×15

6、0=1.65当电站满负荷运行时ρτo>1，所以为极限水击。3.水击公式选择阀门开度变化时管道中水流动量的相对变化率：σ=LVmaxgH0Ts水锤的最大值：ξm=2σ2-σ所以σ=LVmaxgH0Ts=259.3×4.859.81×150×5=0.17kpaξm=2σ2-σ=2×0.172-0.17=0.186kpa4.水击常数的计算ρ=CVmax2gH0=1000×4.852×9.81×143=1.655.动水头计算水头变化∆H令也称水锤压强，令ξ=∆HH0所以∆H=ξmH0=0.186×150=27.9mHp=H0+∆H=

7、150+27.9=177.9m即满负荷运行时，水电站压力管道的总水头为177.9m。五、压力管应力分析及结构设计1.明钢管的荷载根据应用条件，明钢管的设计荷载有：（1）内水压力；（2）钢管自重；（3）温度变化引起的力；（4）镇墩和支墩不均匀沉陷引起的力；（5）风荷载和雪荷载；（6）施工荷载；（7）地震荷载；（8）管道放空时通气设备造成的负压。2.管壁厚度计算管壁的厚度一般经结构分析确定。管壁的结构厚度取为计算厚的加2mm的锈蚀裕度。考虑制造工艺、安装、运输等要求，管壁的最小结构厚度不宜小于下式确定的数值，也不宜小于6mm。δ

8、≥D800+4初步确定管壁的计算厚度δ=δ0+2mm=γHpD2σ+2mm计算时，该式未计入一些次要应力，用以确定管壁厚度时容许应力应降低15%。所以δ=γHpD2σ+2mm=0.001×177.9×2052×1201-15%+0.2=(0.18+0.2)cm=20mm满足要求。计算时取δ