水电站压力管道布置设计.docxVIP

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=16m 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； 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 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，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= 式中：Qmax为钢管的最大设计流量，m 由基本资料得： Q H=1000m-850m=150m 所以 D= 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 L= 所以，压力管道总长为 L 四、压力管水击计算 1.直接与间接水击的判断 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 所以 2L 水轮机开度的调节时间Ts 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 V ρ= 当电站满负荷运行时ρτ 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= 水锤的最大值： ξ 所以 σ= ξ 4.水击常数的计算 ρ= 5.动水头计算 水头变化?H令也称水锤压强，令ξ= 所以 ?H= H 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≥ 初步确定管壁的计算厚度 δ= 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= 满足要求。计算时取δ0 3.荷载组合选择（A1、2、5、7、8） （1）水管自重的轴向分力A1 A 查钢管的密度为785g/cm3: g A （2）作用在阀门或堵头上的内水压力A2 A A （3）伸缩节变化处的内水压力A5 A 取填料厚度为22mm，所以D1=2.05+2×0.018+0.022=2.13m, A （4）温度变化时伸缩节填料的摩擦力A7 A 取伸缩节可调节长度b=15cm，已知伸缩节摩擦系数f=0.4。所以 A （5）温度变化时水管与支墩的摩擦力A8 A 支墩与管身摩擦系数f=0.3；Qp Q A （6）总应力 A= A=1275.49+5751.48+25.74+39.33+2527.16=9619.2KN 4.计算断面（跨中断面1-1断面） （1）切向（环向）应力的σ 管壁的切向应力主要由内水压力引起。对于倾斜的管道： σ 对于水电站压力管道，等号右端的第二项是次要的，只有当D2 σ （2）径向应力σ 管壁内表面的径向应力σ