水电站压力管道布置设计Word格式文档下载.docx
- 文档编号:13683802
- 上传时间:2022-10-12
- 格式:DOCX
- 页数:25
- 大小:466.86KB
水电站压力管道布置设计Word格式文档下载.docx
《水电站压力管道布置设计Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水电站压力管道布置设计Word格式文档下载.docx(25页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
(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;
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;
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;
7、支墩与管身摩擦系数;
8、伸缩节摩擦系数;
9.水轮机调节时间。
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:
式中:
为钢管的最大设计流量,;
H为设计水头,m。
由基本资料得:
所以
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。
所以斜管段长
所以,压力管道总长为
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。
水轮机开度的调节时间,故为间接水击。
2.第一项水击与极限水击判断
为起始开度,当电站满负荷运行时,;
当电站以部分负荷运行时。
为水锤常数。
当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。
当电站满负荷运行时,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:
水锤的最大值:
4.水击常数的计算
5.动水头计算
水头变化令也称水锤压强,令
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。
初步确定管壁的计算厚度
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。
满足要求。
计算时取,2mm不能用于强度计算。
3.荷载组合选择(A1、2、5、7、8)
(1)水管自重的轴向分力A1
查钢管的密度为785g/cm3:
(2)作用在阀门或堵头上的内水压力A2
(3)伸缩节变化处的内水压力A5
取填料厚度为22mm,所以,为2.05m。
(4)温度变化时伸缩节填料的摩擦力A7
取伸缩节可调节长度b=15cm,已知伸缩节摩擦系数f=0.4。
(5)温度变化时水管与支墩的摩擦力A8
支墩与管身摩擦系数;
;
每米水重:
(6)总应力
4.计算断面(跨中断面1-1断面)
(1)切向(环向)应力的
管壁的切向应力主要由内水压力引起。
对于倾斜的管道:
对于水电站压力管道,等号右端的第二项是次要的,只有当时才有计入的必要(低水头大流量才有用,高水头的不考虑)。
所以计算时不考虑第二项。
(2)径向应力
管壁内表面的径向应力等于该处的内水压强,即:
“-”表示压应力,“+”表示拉应力。
管壁外表面径向应力为0,径向应力较小。
(3)轴向应力
跨中断面的轴向应力由两部分组成,即有水重和管重引起的轴向弯曲应力及各轴向力引起的应力。
对于支承在一系列支墩上的管道,其跨中弯矩M可按多跨连续梁求出。
轴向弯曲应力
,,在管顶和管底,和,,最大
管道各轴向力其合力为,由此引起的轴向力为
跨中断面剪应力为0。
所以,轴向应力
六、压力管强度校核
钢管的工作处于三维应力状态,强度校核的方法是求出计算应力并与容许应力作比较,而不是直接采用某一方向的应力与容许应力作比较。
钢管的强度校核目前多采用第四强度理论,其强度条件为
为焊缝系数,取0.900.95。
由于、、一般较小,故可以简化为
第三强度理论
取,所以
该压力钢管在正常运行时充满水的情况,强度校核满足第三强度理论条件。
七、压力管抗外压稳定计算
钢管是一种薄壳结构。
能承受较大的内水压力,但抵抗外压能力较低。
在外压的作用下,管壁易于失去稳定,屈曲成波形,过早的失去承载力。
因此,在按强度和构造初步确定管壁厚度之后,尚需进行外压稳定校核。
在不同的外压作用下,有多种管壁稳定问题。
明钢管在均匀径向外压作用下的稳定:
对于沿轴线可以自由伸缩的无加劲环的明钢管,管壁的临界外压
钢的弹性模量
满足抗外压稳定要求。
所以不需要设置加劲环增加抗外压稳定。
注意:
对设有加劲环的管壁,临界外压
l为加劲环的间距;
n为屈曲波数。
需假定不同的n,用试算法求出最小的。
n值可用下式估算:
其中D为管径。
八、镇墩支墩设计
1、镇墩的设计
镇墩一般布置在管道的转弯处,以承受因管道改变方向而产生的不平衡力,将管道固定在山坡上,不允许管道在镇墩处发生任何位移。
在管道的直线段,若长度超过150m,在直线段的中间也应设至镇墩。
在压力钢管进水口及下游出水口折管段分别布置首末镇墩,由于压力钢管长度超过150m,所以宜在斜管段中部设中镇墩。
(1)下镇墩计算
求各轴向力分量取x轴水平顺水流方向为正,y轴垂直向下为正,水管轴线交点为坐标原点,求出轴向力总和在x轴和y轴的分力:
为压力钢管的倾角,35°
则:
抗滑抗倾计算
取抗滑稳定安全系数Kc=2.0
镇墩与地基的摩擦系数f=0.5,则镇墩的理论重量:
查规范可得混凝土的容重;
取外包厚d=0.7m,则可得:
取H=B=3.5m。
镇墩体积
则
由图的三角形关系得:
所以,满足抗倾要求。
(2)中镇墩计算
①求各轴向力分量取x轴水平顺水流方向为正,y轴垂直向下为正,水管轴线交点为坐标原点,求出轴向力总和在x轴和y轴的分力:
取H=B=3.5m
故中镇墩的尺寸如上述计算,由于上镇墩所受的力比中镇墩小,且中镇墩尺寸较适中,故上镇墩采用与中镇墩相同的尺寸。
2、支墩的设计
支墩的作用是承受水重和管道自重在法向的分力,相当于梁的滚动支承,允许管道在轴向自由移动。
支墩的间距应通过结构分析和经济比较确定,一般在m之间。
大直径的钢管可采用较小的支墩间距,可减小到3m。
钢管直径2.05m,取支墩间距为10m,布置21个支墩,在压力钢管进水口下游水位990m处布置伸缩节。
支墩的设计同镇墩设计。
(1)荷载计算
支墩的结构受力分析,由于支墩间距为10m,所以作用在支墩上的钢管自重应力及水重的分力为:
水管自重:
管重
水重
则钢管与支墩间的摩擦力为:
为支墩与管身摩擦系数f=0.3;
钢管与支墩间的摩擦力由升温和降温引起,故考虑温度变化时的荷载分别为:
①温升时,沿平行管轴向上的方向。
钢管与支墩间的摩擦力
q为单位长度的管和水的重量
为支墩与管身摩擦系数f=0.3;
②降温时,A3沿平行管轴向下的方向:
(2)抗滑计算
取抗滑稳定安全系数kc=1.5,支墩与管道间的摩擦系数fk=0.3。
温升情况下
降温情况下
故支墩的理论重量按温升时来进行计算
G=1165.82kN
混凝土的容重,支墩的理论体积
取支墩的宽B=H=3.5m,长
计算书
一、压力钢管管径、管厚及水击计算
1.管径的确定
2.管长确定
3.压力管水击计算
(1)直接与间接水击的判断
(2)第一项水击与极限水击判断
(3)水击常数的计算
(4)动水头计算
令
二、压力管强度设计
1.管壁厚度计算
2.荷载计算
(6)总荷载
3.应力计算
计算时不考虑第二项。
4.压力管强度校核
5.压力管抗外压稳定计算
三、镇墩支墩设计
抗滑抗倾计算:
镇墩的理论重量:
中镇墩的尺寸如上述计
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水电站 压力 管道 布置 设计