水电站压力钢管初步设计(毕业设计)

水电站压力钢管安装施工组织设计1 工程概况及工程范围水电站是一个大型水电站，地处边境口岸，。

压力钢管材质有Q235C、 Q345R 、620MPa高强钢等。

钢管安装有主管、支管、岔管，主管直径2.8米、支管直径为1.5米和2.2米。

钢板厚度在18mm～62mm之间。

有平管段、斜管段、弯管段和岔管。

详见下列分组工程量清单表。

调压井事故闸门及压力钢管安装分组工程量清单表工作内容：1、引水压力钢管安装现场（洞内）倒运就位、安装、焊接、探伤、焊缝补漆、验收；2、闸门等安装；3、防腐涂料由甲方提供；补漆只考虑安装焊缝以及安装过程中的损伤部位。

2施工工艺技术措施、焊接方法及工艺措施2.1压力钢管安装2.1.1施工准备（1）在安装工作面具备安装条件时对工作面进行检查和清理。

（2）根据监理人提供的厂房系统坐标控制点，用全站仪测量放出压力钢管安装所需的中心、高程和桩号控制点，并对所有的控制点进行复检及记录。

（3）布置安装工作面的施工电源和施工设备，用于安装的照明电源使用安全电压。

（4）编写钢管安装施工措施、作业指导书和进度计划，报送监理审批后，对所有的施工人员进行技术和安全交底。

（5）对成品钢管进行清点，确认钢管出厂编号。

2.1.2、钢管现场运输（1）钢管运输路线按施工现场及总包方安排配合执行（加工厂至洞口由制作方负责）。

引水压力钢管现场公路运输将使用40t平板拖车运输。

考虑到钢管运输安全问题，钢管以轴线垂直地面的方式装车运输。

为防止钢管运输时钢管装车不平衡和运输中滑移的危险和产生超限变形，利用托架和链子葫芦等对钢管进行加固。

沿线公路和路基两侧影响运输范围之内不准有障碍物；沿线公路必须用鲜明的油漆画出中心线，拖车头中心线对准公路中心线缓慢行驶。

压力钢管成品管节在平板拖车上采用平放管口向下的方式运输示意如下图示：钢管水平运输示意图（2）钢管卸车和翻身钢管在施工支洞内采用20t平板托车进行，在各道引水洞下平段及其延长线内运输采用载重20t 的运输台车支架进行。

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；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。

第六章水电站压力钢管设计目录第一节概述一、压力钢管在水电工程设计中的作用与地位二、压力钢管的分类三、压力钢管的附件及其他设备第二节材料一、钢材的基本特性二、钢材的设计强度三、结构用材料四、质量监督要点第三节设计基本原则与观测设计一、管道设计特点二、布置形式三、压力钢管选型四、管道的线路五、水力计算六、设计作用(荷载)及作用效应组合七、允许应力法设计八、概率极限状态设计九、一般构造要求十、观测设计十一、水压试验十二、质量监督要点第四节明管一、布置特点二、结构计算三、构造特点四、质量监督要点第五节地下埋管一、布置特点二、结构计算三、构造特点四、质量监督要点第六节坝内埋管一、布置特点二、结构计算三、构造特点四、质量监督要点第七节坝后背管一、布置特点二、结构计算三、构造特点四、质量监督要点第八节岔管一、岔管的种类二、布置特点三、结构计算四、构造特点五、质量监督要点第九节防腐蚀一、水质二、环境三、高速水流的腐蚀或侵蚀四、影响防腐蚀质量的关键因素五、大型钢管除锈工艺六、质量监督要点第六章水电站压力钢管设计第一节概述一、压力钢管在水电工程中的作用与地位压力管道是水电站输水道最常用的形式，特别是在中高水头的水电站中，他将水从水库、前池、或调压室中在承受压力的条件下引入水轮机或其他设备，以满足发电、供水等要求。

管道可用钢材、钢筋混凝土或木材制造。

战前用木板条和钢箍制成的木输水管道，运行情况不坏，在许多电站上，一直到今天，还在运转。

在现代的水电站和水泵站中，已不再使用木管。

钢筋混凝土管，包括预应力钢筋混凝土管，常在水泵站和水电站上作为引水管道和中压（水头60～100m）水轮机管道使用；钢筋混凝土管加钢衬后组成钢衬钢筋混凝土管，承受内压可高达150m～200m，甚至更高。

钢筋混凝土管道和钢管相比耐久性好，运行费用低，造价省，大直径钢筋混凝土管可比钢管节约大量钢材，造价平均低30～40%，但是主要制作工作应在预制厂完成，所以总长度不小于1000m的管道，才划算。

高水头小流量水电站压力钢管结构分析与设计摘要:hm水电站属于小流量、高水头的引水式电站，该电站压力管道部分全线采用地下埋管，调压井与主厂房之间采用一竖井一平洞连接。

本文结合压力钢管设计，对压力钢管主、岔、支管的总体布置、水力计算、管材及壁厚选择、结构设计进行分析。

关键词: 地下埋管竖井外水压力结构设计分析岔管abstract: hm hydropower station belongs to a small flow, high water head of water diversion type power station, the power of the pressure piping all buried pipes, surge tank and main building between the shaft well a flat a hole connection. combining with the design pressure pipe, steel pipe to pressure the bifurcation, pipe, the overall layout, hydraulic calculation, piping and wall thickness selection, structure design for analysis.keywords: buried pipes external water pressure of vertical shaft structure design analysis bifurcation pipe中图分类号：tu318文献标识码：a 文章编号：1 工程概况hm水电站发电引用流量19.71 m3/s,总装机容量为3×25mw，年发电量3.6125亿kw·h，其年利用小时数为4817h。

2 水力计算选定主管直径为3.0m、2.8m、2.6m和2.2m四种，支管直径1.2m，管道过最大引用流量19.71m3/s，主管的流速为2.79～5.16m/s，支管的流速为5.81m/s，相应坝前正常蓄水位1430.0m时，压力钢管的最大静水头为457m，在该水头下，电站带满负荷时，水头损失按9.67m计。

第一章总则第二章布置第三章材料第四章水力计算第五章结构分析第六章岔管第七章构造要求第八章水压试验第九章原型观测和检查维修附录(一) 明管结构分析方法附录(二) 地下埋管结构分析方法附录(三) 坝内埋管结构分析方法附录(四) 岔管结构分析方法附录(五) 钢管防腐蚀措施附录(六) 规范用词说明参考附录(七)打印刷新水电站压力钢管设计规范（试行）SD144—85中华人民共和国水利电力部关于颁发《SD144—85水电站压力钢管设计规范（试行）》(85)水电水规字第32号根据国家计委关于编制设计规范的要求，我部委托部昆明勘测设计院会同有关设计、科研和高等院校等十一个单位编制了《SD144—85水电站压力钢管设计规范》。

在编制过程中得到了各有关单位的积极支持，进行了广泛的调查研究和征求意见，并吸收了有关科研成果。

现颁发《SD144—85水电站压力钢管设计规范(试行)》。

于一九八五年十月实施。

各单位在试行中，如有意见，请随时告知部水利水电建设总局和昆明勘测设计院。

一九八五年四月二十九日本规范主要编写人员编写内容单位主要编写人员水电部昆明勘测设计院诸葛睿鉴、金章瑄、黄伟通用部分、明管、地下埋管及汇编全文坝内埋管水电部西北勘测设计院袁培义水电部北京勘测设计院潘玉华、邱彬如三梁岔、球岔及汇编岔管部水电部华东勘测设计院巫必灵、吕谷生分月牙岔及无梁岔浙江大学力学系洪嘉智、钟秉章贴边岔及明管振动同济大学数学力学系徐次达强度理论和埋管抗外华东水利学院河川系刘启钊压稳定分析水力计算及地下埋管清华大学水利系谷兆琪结构分析构造要求水电部第十四工程局安装处张树森防腐蚀措施江苏省三河闸管理处王宁强伸缩节结构分析长江流域规划办公室刘奕光第一章总则第条本规范适用于：一、水电站1、2、3级压力钢管(引水发电钢管)的设计。

4、5级压力钢管设计可参照使用。

钢管级别划分应按水利电力部：《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》(山区、丘陵区部分)(SDJ12—78试行)执行。

一 、压力管水击计算 设计参数：Q=10s m 3，s T S 3=，[]MPa 120=σ，4.0=K f ，6.0=f ，3.0=b f 。

1、直接或间接水击判断取在明钢管中水击波的传播速度s m C 1000=。

取i=0.001，b=1.5m ，K=Q/=316.233/m s ，故 2.67 2.671.50.5490.017316.23b nk ==⨯，查表知，03.2, 1.5 3.2 4.8h h m b==⨯= 初估钢管直径由公式VQV Q D 13.1)4(21=⋅=π， 其中s m v 0.5=，,103m Q = 代入公式计算得：m D 598.1=。

取mm m D 1600.600.1==。

进口底砍取1m ，由初始尺寸可计算[]188(4.80.81)sin 36144.6L m -=---= 则s T CLs 329.010006.14422=<=⨯=，因此，发生的水击为间接水击 2、第一相或极限水击判断 水击常数：0max2h g V C ⨯⨯⨯=ρ一般经验，露天钢管的经济流速为4.0~6.0s m ，取s m v 0.5=0.3858.920.5100020max =⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=h g V C ρ， 满负荷运行 10=τ， 则 10.30>=ρτ，因此，压力钢管内将产生极限水击。

3、计算 σ s T gH LV s 29.03858.90.56.1440max =⨯⨯⨯==σ 4、由于钢管内产生的是极限水击，则取34.029.0229.0222=-⨯=-=σσξm ， 则水击压力的升高值m H H m 9.288534.00=⨯=⋅=∆ξ。

5、水击影响下阀门处最大水头：H ∆＝28.9m m H H H p 9.1139.28850=+=∆+=二 、压力钢管计算1、荷载组合选择①：钢管自重分力1A （沿管轴方向）； ②：关闭的阀门及闷头上的力2A ； ③：温度变化时支座对钢管的摩擦力3A ； ④：钢管自重分力4A （沿垂直管轴方向）；⑤：钢管中水重分力5A ； 3、管壁厚计算 []σγδ20DH p ⋅⋅=其中，38.9m KN g ==ργ m H p 9.113= mm D 1600= ， []MPa 120=σ则mm 44.710120260.19.113108.9630=⨯⨯⨯⨯⨯=δ， 0/80046D mm δ≥+= 符合要求。

目录第一章工程概况 (1)一、流域概况 (1)二、水文与气象 (1)（一）气象概况 (1)（二）水文特性 (2)三、压力前池基本地质条件与评价 (5)（一）基本地质条件 (5)（二）前池工程地质评价 (6)四、地震 (6)五、工程总体布置 (6)第二章压力钢管设计 (8)一、工程的级别确定 (8)二、压力管道的经济直径 (8)三、压力钢管的布置 (8)四、管壁厚度的确定 (9)五、镇墩的稳定分析 (12)（一）计算条件 (13)（二）运行条件下作用在镇墩上的基本荷载 (15)（三）检修条件下的基本荷载 (17)（四）校核条件下（水压试验情况）作用在镇墩上的基本荷载 (19)（五）运行条件下荷载组合后的水平、垂直分力 (20)（六）检修条件下荷载组合后的水平、垂直分力 (22)（七）校核条件下荷载组合后的水平、垂直分力 (24)（八）镇墩尺寸的拟定 (25)六、支墩的稳定分析 (31)（一）计算条件 (31)（二）荷载计算 (31)（三）、抗滑、抗倾覆稳定与地基承载能力校核 (32)七、管身应力分析 (34)（一）抗外压稳定核算 (34)（二）钢管受力计算 (35)（三）轴向力计算 (35)（四）管壁应力计算 (36)八、管道附件 (50)九、管道工程量 (50)一、钢材工程量 (50)二、土石方工程量计算 (52)参考文献 (53)致谢 ....................................................................................... 错误!未定义书签。

第一章工程概况一、流域概况隔界河为怒江右岸支流，流域位于东经98°42′～98°51′50″、北纬26°19′14″～26°24′之间。

行政区划属云南省怒江州沪水县称杆乡。

电站取水口以上径流面积为64.02km2，多年平均流量2.51m3/s。

水电工程设计论文：某水电站工程压力钢管及钢岔管设计【摘要】根据某水电站工程的工程规模和特点、结合主要的设计计算研究压力钢管和钢岔管的布置设计,使其结构布置安全、合理、经济,满足运行要求。

【关键词】某水电站;压力钢管;设计1. 工程概况从调压井后直接压力管道。

压力管道内径4.6m,主管全长804.473m,由上平洞段、上下转弯段、斜井段和下平洞段组成,上下转弯段转弯半径为15m,考虑施工方便,斜井段坡度1:0.8391。

上平洞段长10.0m,断面中心点高程1812.700m;上弯段长度为13.09m,断面中心点高程1812.700m~1807.342m;斜井段长度为277.304m,断面中心点高程1807.342m~1594.915m;下弯段长度为13.015m,断面中心点高程1594.915m~1589.557m;下平洞段长度为451.312m,断面中心点高程1589.557m~1587.300m;明管段长度为39.752m,断面中心点高程1587.300m(水轮机安装高程)。

压力钢管外采用C20素混凝土衬砌,抗冻标号F200,抗渗标号W6,衬砌厚度0.6m。

岔管及支管为明钢管,外包C25钢筋砼。

1#岔管是一分为二的卜型内加强月牙肋岔管,分岔角70°,主锥、支锥各由三节锥管过渡;2#岔管是一分为二的卜型内加强月牙肋岔管,分岔角72°,主锥、支锥各由三节锥管过渡。

岔管的设计内水压力3.25 N/mm 2(包括水击压力)。

与1#岔管相连接的主管内半径2.3 m,1#岔管公切球内半径2.7 m,与1#岔管相连接的支管内径分别为1.7m和1.1m。

与2#岔管相连接的主管内半径1.7 m,2#岔管公切球内半径2.0 m;与2#岔管相连接的支管内半径1.1 m,支管间距15m。

3. 材质选择压力管道主管段管径4.6m,支管管径1.1m,岔管最大直径5.4m,最大内水压325m。

由于钢管的HD 值较大,从结构应力分布、抗外压稳定、制作卷板能力、焊接工艺和经济性等综合比较决定,钢材采用高强钢。

中华人民共和国电力行业标准P DL/T 5141—2019水电站压力钢管设计规范Specifications for design of Steel penstocks of hydroelectric Stations编写单位：国家电力公司西北勘测设计研究院，国家电力公司昆明勘测设计研究院，武汉大学批准部门：中华人民共和国国家经济贸易委员会批准文号：国家经贸委2019年第31号公告DL/T5141——2019前言原电力工业部水电水利规划设计总院，按照原电力工业部技综[2019]44号文《关于下达2019年制定、修订电力行业标准计划项目(第二批)的通知》，下达水电规科[2019]0023号文《关于水电站压力钢管设计规范修订任务的函》，本规范是根据该文件的要求组织修订的。

其目的在于适应水电建设发展的需要，结合高水头、大直径压力钢管的工程实践，以及新管型、新结构、新材料、新工艺采用的成功经验，对原水利电力部1985年4月颁发的SDl44——1985《水电站压力钢管设计规范(试行)》进行修订。

本规范在修订过程中，主编单位会同协编、参编单位开展了细致的专题研究，调查总结了近年来大中型工程实践的经验教训，在全国广泛征求了有关设计、施工、运行、科研、教学单位及管理部门和专家的意见，于2019年初提出征求意见稿、2000年6月提出送审稿，并于2000年11月在西安由国家电力公司水电水利规划设计总院组织审查。

根据送审稿审查会议纪要要求于2019年4月完成报批稿。

本规范为推荐性行业标准，替代SDl44——1985。

本规范应与GB/T 50199——1994《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》以及按其要求制订的其他水工结构设计规范配套使用。

本次修订的主要内容为：根据GB/T 50199——1994的原则和要求，将规范基本设计原则按可靠度理论和分项系数表达式进行“转轨、套改”；扩大规范的适用范围，增补坝后背管的布置形式、结构计算及构造要求等条文和附录；推荐新钢种并列出主要指标；增补抽水蓄能电站管道水力计算的特殊要求；其他如模型试验、原型观测、伸缩节等方面的成熟经验，本规范也作了适当增补和修改。

观音岩水电站左岸大坝土建及金属结构安装工程电站1#～5#机压力钢管制作方案批 准：审 查：校 核：编 制：葛洲坝集团观音岩水电站左岸大坝施工项目部施工五处2011年9月12日C.G.G.C中国葛洲坝集团目录1 概述 (3)2 钢管加工厂及其车间设计方案 (5)3 压力钢管主要制造方案规划 (7)4 压力钢管制造主要工艺方法与工艺措施 (9)5 压力钢管焊接工艺方案 (18)6 压力钢管涂装施工 (24)7 主要资源配置计划 (28)8 压力钢管质量保证措施 (30)9 压力钢管安全保证措施 (32)10 压力钢管环境保护措施 (35)附：13号单元管节（○24～○25号管节）下料图单元管节制作图1/30单元管节制作图2/30单元管节制作图8/30单元管节制作图14/30单元管节制作图17/30单元管节制作图23/30单元管节制作图24/30单元管节制作图30/30电站1＃～5#机压力钢管制作方案1 概述1.1 引水压力钢管工程特性河中厂房坝段坝后式厂房五条引水压力管道采用单机单管引水，管径10.5m，为钢衬压力半背管，其中1#～3#机由10.5m渐变到9.8m，4#～5#机始终为10.5m，外包2m厚钢筋混凝土。

进水口渐变段后接直径为10.5m的压力钢管，1#～3#机压力钢管轴线长度为146.68m，4#～5#机压力钢管轴线长度为147.180m，自上而下由上斜段、上弯段（弯道半径25m）、斜直段、下弯段（弯道半径25m）、下平段和穿墙管等组成，其结构见图1-1。

说明：图中尺寸、高程单位以m计。

图1-1 发电系统引水压力钢管结构示意图上弯段和斜直段上段采用壁厚24、26、28mm的16MnR低合金钢，斜直段下段以下采用壁厚30~50mm的600MPa高强钢，厂房上游墙附近设弹性软垫层措施过缝。

引水压力钢管进口首节设有三道阻水环，环高250~300mm，环板厚度为24mm；每节钢管设有一道加劲环，环高200mm，环板厚度为24mm。

压力钢管制作方案一编制依据编制依据二工艺流程2.1工艺流程图材料检验、存放钢表面预处理钢板下料、坡口切割钢板压头、卷制瓦片组圆错口检查调圆、安装内支撑、加劲环安装2.2工艺流程说明2.2.1材料检验钢板的化学成份、力学性能检验由承包人负责，表面检查、超声波无损检查由承包人负责。

承包人按照监理人的指示对到场的焊接材料、涂料进行抽样检验，将检验成果及产品质量证明书、使用说明书提交监理人。

对已到货钢板，按照钢板的厚度分批，每批检验数量不少于2%，且不少于2张；未到货钢板由丰满建设局组织监理、施工单位等相关人员到厂家按组批钢板分别取样作为检测试件。

其组批与抽检频次与已到货钢板检验方式相同。

如发现有不合格者，再加倍，以此类推。

国产钢板抽样检验项目应包括：表面检查（外观、形状、尺寸及重量）、化学成分、力学性能，应满足GB/T 713-2014、GB/T709-2019、GB/T19189-2019的规定，并按NB/T 47013.1-2015作超声波探伤检查。

2.2.2材料存放（1）钢板的存放:为了保证钢板在存放过程中不产生变形、锈蚀，将钢板存放在平台上。

（2）焊材的存放:焊接材料放置在专用库房里，存放时垫离地面，保证焊材库房的通风及干燥，相对湿度保持在70%以下，库房里设置干湿度计、温度计，由专人定时进行温度、相对湿度的记录及焊接材料的发放记录。

（3）防腐材料的存放:防腐材料存放库远离动火施工作业区，存放条件及要求按厂家说明书和有关国家标准的规定执行。

2.2.3钢表面预处理钢板在使用前应将表面油污、济渣及氧化铁皮等杂物清除干净。

2.2.4钢板下料、坡口切割为了保证钢板的下料精度，所有钢板均采用数控火焰切割机进行切割下料，坡口采用半自动切割机进行切割。

数控火焰切割施工前，需再次核对下料程序。

同时在下料平台上演示一遍切割轨迹，校核无误后，方可进行切割施工。

.（1）相邻管节的纵缝间距离应大于板厚的5倍且不小于300mm，同一管节上相邻纵缝间距不应小于500mm，直管环缝间距不应小于500mm。