常规水电站埋藏式压力钢管动态经济直径计算方法

一、概述近几年来,随着我国新的水利工程经济评价准则的实施,原有的水电站压力钢管经济直径计算方法已不能满足要求。人们在探讨着新的解决途径,提出了不少新方法。本文拟对这些新旧方法进行简单的分析,希望能对其应用和发展有所帮助。现有方法可分为三大类:公式法,方案比较法(枚举法)和优化方法。它们的基本依据大体相同,都考虑到了压力钢管直径选择中的技术和经济因素的影响,只是考虑的方法和深度以及采用的资料不尽相同。这就影响到各种方法的计算精度和适用场合。

龙滩水电站为地下厂房压力引水式电站,采用单管单机供水方式,压力钢管内径10m,最大hd值达2453m2,为特大型钢管。钢管管壁厚度18~52mm,采用16mnr级钢板(厚18~32mm)和610mpa级钢板(厚32~52mm),加劲环采用q345-c级钢材。地下埋管入岩段外包厚1500mm的c25钢筋混凝土,配ⅱ级钢筋,其余地下埋管外包厚600mm的c20素混凝土。对龙滩水电站埋藏式加劲压力钢管抗外压稳定性进行了校核计算。在校核计算过程中,采用了解析法和半解析有限元法等多种计算方法,并且综合考虑了初始缝隙等缺陷因素对压力钢管抗外压稳定性的影响。对水电站埋藏式加劲压力钢管的稳定性设计具有一定的借鉴作用。

长甸水电站改造工程为引水式水电站,引水压力钢管内径为6.0m,分为明钢管和埋藏式钢管两部分,根据内压应力计算和抗外压稳定分析计算,确定埋管段钢管壁厚为18mm。

云南芒牙河一级水电站是一个径流式高水头电站,压力钢管道采用明管和埋管相结合布置形式。对埋管段结构分析,根据规范解析法的计算结果,并参照类似工程设计经验,采用有限元计算方法对埋管段进行优化分析,确定钢管壁厚和抗外压稳定的加劲措施。

口科研设计口·吉林水利·l992年第6期 l7一 f水电站钢管道经济直径 计算方法探讨 浑江市水电局贾永德／z·／ ～， 内容提要：在山区小水站建设中，需要较长的低压引水渠道，管道建筑与工程 投资密切相关。本文从管道各项费用之和最小方面研究探讨钢管道经济直径计算方 法，在微机计算中更为简便有效．． 关键词；丝经济皇垒壁寸粕√ 一 、前言 中小水电对边远山区经济发展起到了重 要作用，并得到了迅速发展。 中小水电站大部分修建在山区地势险峻 的中．上游河段上，电站的水头主要靠引水建 筑物集中，经压力总管向几台机组供水．这 样，高水头电站压力管道均较长．有些电站 因地形、地质条件限制，需要采用较长的低 压引水管道引水。因此，管道建筑物在这类工 程当中就成为控制工程经济性的主要部分． 缩小管

格曲二级水电站最大水头近400m,发电引水隧洞的斜井段和下平段采用埋藏式压力钢管,不同管道设计方案对发电引水隧洞具有不同影响。通过分析不同管壁厚度设计产生的结果,对水电站高水头埋藏式压力钢管设计方案进行比选。经计算,按明管设计比较安全,施工速度快,但偏于保守,钢材用量大;按埋管设加劲环设计钢材总量小,但施工难度大,影响混凝土浇筑和接缝灌浆的密实性,不易保证施工质量;按埋管不设加劲环设计钢管用量介于两者之间,且施工难度低,速度快,可保证混凝土浇筑和接缝灌浆的施工质量。故推荐采用埋管不设加劲环设计。

基于缅甸dapein(ⅰ)水电站的工程规模和特点,研究了埋藏式钢岔管的布置设计,使其结构布置安全、合理、经济,满足运行要求。

埋藏式预压力钢管混凝土回填新技术与常规回填相比，简化了施工措施，缩短了工期，具有良好的技术经济效益。预压力与很多因素有关，需作进一步探讨。

以压力钢管内水头损失所形成的电能损失价值与钢管费用之和最小为优化准则，推导出压力钢管多种分段方式下的直径计算公式，通过经济技术比较，确定最优管径与分段方案．采用本文方法进行压力钢管设计，具有速度快、结果明确等特点．可广泛适用于各种水头压力钢管的直径与分段方式的确定．

本文以动态的观点、系统工程的观点优化广西１０００ｍ水头的南山水电站压力钢管直径设计。

针对水电站压力钢管的抗外压稳定问题,提出了半解析有限元法。该方法具有计算量小、计算精度高、收敛速度快等优点。采用半解析有限元法对九甸峡水电站埋藏式压力钢管进行了外压稳定性计算,并将计算结果与米赛斯法、文敦白法和赖-范法的计算结果进行了比较分析。研究表明,半解析有限元法考虑加劲环嵌固作用比考虑加劲环简支作用的计算结果大,而与米赛斯法、文敦白法结果相近。在实际施工中,应采取有效施工工艺,使加劲环对钢管的约束更接近于嵌固作用,从而提高压力钢管抗外压稳定性。

用经济学原理建立了水电站压力钢管经济尺寸的优化模型，对模型优化及参数确定进行了详细分析介绍，提出了压力钢管经济尺寸的最优计算公式，最后用实例验证其实用性和准确性。

为使小电站压力钢管伸缩节的填料密封设计更为安全、经济、合理，根据填料密封的工作原理；对水电工程中大量使用的石棉类填料函的计算，进行了理论推导。本文要点为（１）在填料腔一定深度内，应满足完全密封的条件．即保证必需的挤紧压力和填料压实压力。（２）填料对套管的径向压力算法。（３）填料与套管摩擦系数，按材料、加工情况及工作压力合理取值。（４）钢制套管式伸缩节螺栓及管件应力计算。

引水钢岔管设计 岔管壁厚度按下面二式的最大值拟定 r—该节钢管最大内半径（m）； k1—系数，k1=1.0~1.1； c—锈蚀系数，c=1~2mm [σ]1、[σ]2—材料用于岔管时的容许应力（pa），此处钢材为a3钢，（见表13-1，340page，《手册》）； a—该节钢管半锥顶角（度）； φ—焊缝系数； k2—边缘应力集中系数，（见图13-13，page357，《手册》）； 《引水系统施工图（安顺关脚水电站工程）》 一、钢岔管管壁厚度δ（mm）的拟定 1、按钢管极限强度设计管壁厚度 式中:p—设计内水压力（n/m2），p=10*1000*h，h=▽h+h1=h1（1+64%），▽h——水击水头； h1——作用水头

针对水电站初期蓄水过程计算,介绍并评价了针对短历时和长历时蓄水过程的典型年法和频率法。详细说明了以需蓄水量为目标,对蓄水历时进行排频计算,求得设计保证率相应典型入库流量过程线的方法。以某水库30年径流系列和蓄水要求为算例,编制程序进行蓄水过程计算。该方法可以同时满足蓄水总量和设计保证率的要求,且不必划分蓄水时段,适合程序化操作,可以为水电站蓄水规划和蓄水安全鉴定提供基础。

γwhdσsφ［σ］t(mm) 0.00000985008003250.95178.750 钢管管壁厚度t初估计算表 　　式中： 　　钢管管壁钢材屈服点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯σs=325.000n/mm2 　　末跨跨中截面管道中心内水压力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯h=500mm 3初估管壁厚度t （1）根据末跨的主要荷载（内水压力）并考虑将钢材的允许应力降低15%，按锅炉公式初估管壁厚度t： 　　计算公式： 　　伸缩节止水填料与钢管的摩擦系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯μ1=0.3 　　支座对管壁的摩擦系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯f=0.5 　　焊缝系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯φ=0.95 　　加径环间距⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l=2000mm 　　伸缩节与上镇墩的距离⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l

γwhdσsφ［σ］t(mm) 0.00000987737814003250.95178.753.7 　　钢管轴线倾角⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯α=44.920° 3初估管壁厚度t 　　焊缝系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯φ=0.95 （1）根据末跨的主要荷载（内水压力）并考虑将钢材的允许应力降低15%，按锅炉公式初估管壁厚度t： 　　计算公式： 325.000n/mm2 　　末跨跨中截面管道中心内水压力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯h=77378mm 　　（2）参考资料：《水电站建筑物》（王树人董毓新主编）、《水电站》（成都水力发电学校主编） 2设计基本资料 　　钢材的泊松比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯μ= 206000n/mm2 0.3 　　钢材的弹性模量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯e= 压力钢管（

介绍岩滩水电站扩建工程在超大直径压力钢管进行\"立式\"运输时,如何固定超大直径压力钢管,防止压力钢管圆形失圆的施工流程与操作要点,以求平稳、安全、高效地运输至安装部位卸车。并分析探讨了运输过程中的质量控制及其安全措施。

针对高水头水电站压力钢管水头高、管轴线长的特点以及常规压力钢管水压试验方案的不足,采用压力钢管整体充水分段连续水压试验方案,成功地完成了高水头、长轴线压力钢管的水压试验。具有一定的参考价值。

采用三维有限元方法对石门坎水电站钢岔管结构体形进行优化,考虑施工中的不确定因素,就总缝隙宽和围岩弹性抗力进行了敏感性分析。结果表明:在一定的平面布置条件下,岔管管壳应力集中的程度取决于管壳母线间的转折角大小;缝隙大小对埋藏式岔管的应力分布影响较为敏感,缝隙越小,围岩分担作用越明显;围岩对岔管的应力大小及分布影响显著。

根据等安全裕度原理并参考现有规范确定了整体安全评估控制标准——整体安全系数限值,同时引入和发展了极限分析的弹性模量缩减法求解整体安全评估指标——整体安全系数,构建了可配套应用的压力钢管整体安全评估方法,克服了现行基于材料层面的点应力评估方法在原理和应用中存在的问题。算例分析表明,该整体安全评估方法既放松了对应力的过严限制,又保证了结构安全承载,可为压力钢管承载力安全评估提供新途径,并可用于优化压力钢管结构设计方案。

新西兰马赖泰１号电站甩负荷后及充水期闸，ｇ１号机组的压力钢管发生了显著的共振。试验与阻抗分析表明，共振模式是二次谐波共振，压力节在钢管中点，封闭的两端即进水闸门和水轮机导叶处的压力相位相反。已查明进水闸门的止水是共振的自激源。本文论述了为找出共振状态及消除激励所进行的研究和试验