莒溪水电站压力钢管设计.docx

莒溪水电站压力钢管设计方建泽(苍南县水利局浙江苍南325800)叶宗文(苍南县水利水电勘测设计所浙江苍南325800)Ve为压力钢管经济流速,为410～610m/s。分别计算得管径D=019～111m,对计算成果进行技术经济综合比较,选定管径为111m,设计流速为3182m/s。31212管材选择考虑到本电站设计水头高,管道较长,原设计采用16MnR钢,后经设计对可选用钢材作了大量分析比较,并结合钢材市场供应状况,改用低合金高强度Q345—C级结构钢。后者不仅可保证强度、可焊性和抗冲击韧性指标要求,还可节省投资40余万元。313钢管结构分析31311内水压力计算最高内水压力按电站全部机组突然同时丢弃满负荷计算,钢管末端压力升高值取前池正常蓄水位静水压力的20%,并考虑水压试验加大系数和全反射且不计水头损失影响;最低水压力线按压力前池可能出现的最低发电水位,计算工况为3台机组1台满发,另2台未带负荷由空转增至满发,考虑全反射且计入水头损失影响。31312压力钢管壁厚确定根据最高压力线计算结果,按如下“锅炉公工程概况莒溪水电站以发电为主,为引水式开发,总装机容量1819MW(3×613MW),设计流量3163m3/s,设计水头6631624m,是一座典型的高水头、小流量水电站。工程枢纽建筑物由取水枢纽、引水系统及发电厂房组成,引水线路总长4172km,其中压力管道长116km,是本电站设计施工难点、重点部位。工程于2005年9月开工建设,至2007年6月1中旬电站正式投产发电,前电站运行正常。建设总工期22个月,目自然条件电站位于莒溪上游,2溪流两岸山高谷深,交通困难,森林植被覆盖良好,降水丰富,年均气温20℃,年均降雨量1000～2000mm,垂直变化明显,工程区域地质构造稳定性较差,地震基本烈度为Ⅶ度。压力管线基本沿山脊布置,地形平均坡度30°左右,部分管段基岩出露,构坡,坡体稳定。3压力钢管设计311管道布置总体属同向陡倾结pr式”初拟钢管壁厚:δ=[σR]经综合布置比较,管道沿河流左岸的山脊为明管布置。山脊基岩基本裸露,岩性为Ptaa条纹～条痕状混合岩,岩体多呈强～弱风化,完整性好,坡体稳定。根据地形地质条件压力管道布置设计有:平面拐点6个,立面变坡12级;设置镇墩16个、支墩151个;伸缩节16个、进人孔11个。312管径和管材选择31211管径确定压力钢管经济管径按公式D=Q/0178Ve进行初拟,式中,Q为发电引用流量,为3163m3/s;·40·2)式中,p为内水压力(N/mm;r为钢管半径(mm);σR]为钢管结构构件的抗力限值,σR]=fs/γ0Ψγα(N/mm2);fs为钢材强度设计值,290N/mm2;γ0为结构重要性系数,110;Ψ为设计状况系数,持久状况110、短暂状况019、偶然状况018;γα为结构系数,整体膜应力116、局部膜应力113、局部膜应力+弯曲应力111。按可能发生的最不利工况分别计算各管段管壁厚度δ,并充分考虑钢管锈蚀影响确定取用管壁厚度t(见表1)。规划设计小水电2009年第3期(总第147期)表1计算管壁厚度及取用管壁厚度成果0+0001000～02471659～05221061～07261512～09391004～12001973～1+4491556分段桩号(m)计算壁厚(mm)取用壁厚(mm)614101091012101218161014141810181722102015241031313钢管抗外压稳定验算1)不设加劲环的光面管,4)部位4:支承环及其近旁管壁(包括局部膜按抗外压稳定验算应力和局部膜应力加弯曲应力2种情况)。根据钢管各种状况的相应荷载组合,按最不利工况进行复核验算,计算方法有结构力学法和弹性力学法,镇墩间钢管内力按等跨连续梁进行计算,荷载有钢管管重、管内水重、内水压力及水流离心力等,经复核结果表明:各断面的最大应力值[σ]max均小于钢材抗力限值[σR,管壁应力满足要求。表3加劲环抗外压强度验算结果基本公式:kc·p0k≤pcr=2Es[t/D]3式中,kc为明管抗外压稳定安全系数,p0k为明管径向均布外压标准值,011N/mm2;210;pcr为明管抗外压稳定临界压力计算值(N/mm2);Es为钢材弹性模量,2106×105N/mm2;t为钢管取用壁厚(mm),需扣除锈蚀厚度2mm;D为钢管直径,1100mm。按不同管壁厚度分别进行抗外压稳定验算(见表2)。[σR](N/mm2)σQ外(N/mm2)σQ内(N/mm2)钢管壁厚(mm)加劲环间加劲环厚距(mm)度(mm)表2不设加劲环的明钢管抗外压稳定验算结果181125～263164181125～26316