水电站精品ppt－11——压力管道(三).ppt

《水 电 站》 2009年11月 例 题 某电站明钢管，在3号镇墩与4号镇墩间共8跨，采用侧支承滚动支墩。支墩间距8.4m，管道轴线倾角45o，钢管内径1.9m，采用16Mn钢，屈服强度34 .3350kPa。在3号镇墩以下2m处，设有套筒式伸缩节，填料沿钢管轴线方向长度0.20m。伸缩节断面包括水击升压在内的设计水头为106. 63m。最下一跨跨中断面最大静水头123.08m，水击压力36.92m。计及安全系数后的外压力196.2kPa。要求按正常运行情况(一)和放空情况对最下一跨进行结构分析并拟定主要结构尺寸。 一、初定管壁厚度 由内水压力初估管壁厚度，膜应力区允许应力降低20%，所以：[σ]=0.8×0.55σs =0.8×0.55×343350=151074(kPa) 考虑单面对接焊，焊缝系数φ=0.90，故 δ=pr0/φ[σ] =9.81×(123.08+36.92)×1.9/(2×0.9×151074) =0.011(m) 取计算厚度δ= 12mm。考虑锈蚀等因素，管壁结构厚度初定为δ= 14mm。 可以验证，该厚度满足稳定要求的光面管壁最小厚度。 二、核算加劲环设置条件及间距 若不设加劲环，则临界外压力Pcr为： Pcr=2Es(δ/D0)3=2×2.06×108×(0.012/1.9)3 =103.8kPa196.2kPa 不满足稳定要求，需设加劲环。 先考虑支承环兼加劲环，即加劲环间距l=8.4m，计及管壁厚度的钢管平均半径 r=0.95+0.006=0.956m，由 l/r=8.4/0.956=8.8，r/δ=0.956/0.012=80，查临界外压力曲线可得最小临界压力的波数n=3，Pcr=3.7×98.1kPa=362.97kPaP0=196.2(kPa)，可见，可以不另设加劲环，以支承环兼作加劲环。 三、钢管受力分析 1. 径向力的计算 跨中断面p= -γH=-9.81×160=1569.6kPa 2. 法向力的计算 (1) 每米长钢管重qs。初估支承环、伸缩节等附属部件重量约为钢管自身重量的10%，钢材容重γs=76.5kN/m3，钢管平均直径D=1.90十0.014=1.914(m)，则 qs=1.1πDδγs=1.1×3.14×1.914×0.014×76.5 =7.1kN/m (2) 每米长管内水重qw qw=πr2γ=3.14×(1.9/2)2×9.81=27.8kN/m (3) 每跨管重和水重的法向分力Qncosα= (qs+qw)Lcosα =(7.1+27.8)×8.4×cos45o=207.3kN。 3. 轴向力的计算 （1）钢管自重的轴向分力A1 A1=∑qsLsinα=7.1×(6×8.4-2)×sin45o=243.0kN （2）伸缩节端部内水压力A5。伸缩节内套管外径D1和内径D2分别取1.928m和1.9m，该截面设计水头106.63m，则： A5=π(D12-D22)γH/4=3.14×(1.9282-1.92)×9.81×106.63/4 =88.1kN （3）温度变化时，伸缩节止水填料的摩擦力A6。取填料与管壁的摩擦系数f1=0.3，则： A6=πD1b1f1γH=3.14×1.928×0.2×0.3×9.81×106.63 =380.2kN （4）温度变化时，支墩对水管的摩擦力A7。共5个支墩，取支墩与管壁的摩擦系数f2为0.1，则 A7=f2∑(qs+qw)Lcosα=0.1×5×(7.1+27.8)×8.4 ×cos45o=103.6kN 以上轴向力对计算跨的断面均为压力，故总轴向力为： ∑A=A1+A5+A6+A7=814.9kN 四、管壁应力分析 1. 跨中断面① 正常运行情况计算点选在θ=0o断面的管壁外缘，此处的等效应力最大。 (1) 环向应力σθ1。 σθ1= pr/δ=1569.6×0.956/0.012 =125044.8kPa (2) 轴向应力σx。由轴向力引起的轴向应力σx1和由法向力引起的轴向应力σx2分别为： σx1=-∑A/2πrδ=814.9/(2×3.14×0.956×0