壓力水管
正文
從水庫、前池或調壓室將發電用水直接引入水輪機,或者在抽水蓄能電站由水泵向高處輸水,承受較高內水壓力的管道。當水輪機或水泵的流量發生急劇變化,壓力水管內出現水擊現象時,壓力水管在承受較大內水壓力的同時,還須承受水擊壓力。
壓力水管按所用材料的種類又可分為木管、鋼筋混凝土管、鋼管等。
①木管:由橫斷面有一定曲率的木板條拼成圓管,外加鋼箍構成,常用於盛產木材山區的小型水電站。
②鋼筋混凝土管:包括普通鋼筋混凝土管、預應力和自應力鋼筋混凝土管、鋼絲網水泥和預應力鋼絲網水泥管等。普通鋼筋混凝土管一般用於水頭不高,直徑較大,且有一定外壓情況下的中小型水電站。其他鋼筋混凝土管一般適用於較高水頭的小型水電站。
③鋼管:由於鋼材具有強度高,防滲性能好等優點,目前大中型水電站的壓力水管大都採用鋼管,通常稱為壓力鋼管。
壓力鋼管 隨著水電站的引水系統形式的不同,壓力鋼管有各種布置方式,但其基本構造及對材料的要求等方面是相同的。
壓力鋼管主要包括管身、剛性環、伸縮節、通氣孔、進人孔和排水孔等。對於開敞式鋼管還有支承環、支墩和鎮墩(圖1)。
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為了保持某些焊接鋼管在外壓作用下的管壁穩定,並保證管節在運輸和安裝時的剛度,常在鋼殼外部設定剛性環(又稱為加勁環)。
為了清除因溫度作用和地基變形而引起鋼管結構內產生的附加應力,在壓力鋼管的直線段上常設定伸縮節。根據其功用可分為兩類:溫度伸縮節,只允許鋼管作軸向伸縮和發生微小的角變位;溫度沉陷伸縮節,除允許鋼管沿軸向自由變形外,還允許鋼管發生較大的相對轉角。
開敞式鋼管一般敷設在一系列的支墩上,鋼管在支墩處要設支承環,支墩要承受水重和管身自重在垂直管軸方向的分力,並允許鋼管在軸向能自由移動,在開敞式鋼管的轉彎處還需設定鎮墩以固定鋼管,並承受因管軸方向變位而產生的軸向力。
壓力鋼管所使用的鋼材,根據鋼管類型和適用的水頭,一般採用經過鎮靜熔煉的熱軋平爐低碳鋼或低合金鋼,隨著高水頭水電站的建設,屈服點為500、600MPa級,甚至700MPa級的高強度鋼材也已被廣泛使用。
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在世界上已建成了許多各種類型的大型壓力水管。如美國胡佛水電站的地下埋藏式鋼管,直徑9.14m;委內瑞拉古里水電站第二廠房的壩內埋藏式鋼管,直徑11.4m;美國大古力水電站第三廠房壩後背管,直徑12.2m等。
分岔管 當採用一條壓力管道向一台以上的水輪發電機組供水時,為了分配流量,在壓力水管的末端需設定分岔管。由於在壓力鋼管末端採用較多,故又稱為鋼岔管。
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中國在20世紀50年代建造的分岔管,由於水電站的水頭不高,一般都採用貼邊岔管;60年代起,由於高水頭水電站的建造,比較多地採用三梁岔管,70年代後,因為壓力鋼管的設計水頭和直徑繼續加大,大直徑、高內壓的三梁岔管,製造安裝更為困難,遂逐漸採用內加強月牙肋岔管,個別工程採用了球形岔管和無梁岔管。至1987年,中國已建水電站的最大的分岔管如表2。
在其他國家也已建成了許多大型的分岔管(見彩圖),如日本第二沼澤水電站的三梁岔管,主管直徑6.0m,支管直徑4.0m;美國卡斯巴克水電站的內加強月牙肋岔管的主管直徑 9.14m,支管直徑7.10m;日本奧吉野水電站的球形岔管,主管直徑4.3m,支管直徑2.7m等。
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王樹人、董毓新主編:《水電站建築物》,清華大學出版社,北京,1984。