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第五章压力钢管设计

5.1选择压力钢管的经济直径,初估管壁厚度

①经济直径前面已计算D=1.8m

②初估管壁厚度（5-1）

其中φ为接缝坚固系数，焊接时φ=0.9～1.0取0.95。[σ]为钢材允许应力，由于考虑内水压力，故[σ]值要适当的降低，取降低25%，[σ]=925kg/cm2.

查规范+4=6.25mm，取7mm，管壁厚度满足强度要求，但不满足

稳定要求，如果增加管壁厚度则不经济，可以沿管壁每隔一定距离加刚性环，以增加管壁刚度。

按（5-1）式计算的厚度还应加1～2mm锈蚀及磨损安全值，所以管壁厚度取δ=7+2=9mm。

5.2压力钢管的水力计算

5.2.1计算水头损失（包括沿程和局部损失）

（1）沿程损失△hf

其中：L斜==72.7m

（2）局部损失△hf

1拦污栅局部损失

其中：采用机械清污V=1.2m/s，β=1.79，s=10mm，b≈D/30=140/30=47mm，

α=750。

△h拦=()=1.79×（10/47）×sin75×=0.016m

2有压进水口喇叭段局部损失

其中：ζ=0.1，V==2.17m/s。

3闸门槽水头损失

其中：ζ=0.1，V==3.2m3/s。

4压力管道渐变段水头损失

其中：ζ=0.05，V==3.9m/s。

5渐变段水头损失（圆管变圆管）

其中：ζ=0.05，V=。

6转弯处水头损失

局部损失

△h局=0.016+0.024+0.052×2+0.15×2+0.07+0.04×2=0.592m总水头损失△h=△h沿+△h局=0.818+0.592=1.40m

净水头H净=34-1.4=32.6m

5.2.2水击计算

由于压力管道中流速的突然的变化，引起管道中水流压力急剧升高或降低的现象就是水击。

（1）水击传播速度a

式中：k——水的体积弹性模数（2.1×104kg/cm2）；

E——管壁材料纵向弹性模数（钢材E=2.1×106kg/cm2）；g——重力加速度；

D——管道内径；

r——水的容重；

δ——管壁的厚度。

a=1435/1+(1.8×2.1×104/9×10—3×2.1×106=828.5m/s

（2）净调节时间

Ts’=KTs=(0.54+0.04Ts)Ts=1.24其中Ts由[5]表3-3查得启闭时间Ts=2s。

（3）判断水击情况

tr=2L/a=2×86/828.5=0.21sTs≥tr，发生间接水击。

（4）水管的特性系数计算

管路常数=6.46水击常数=1.08

导叶关闭情况，τ0=1，Pτ0=6.46×1=6.46＞1发生末相水击。

不满足要求设调压阀，取ξm=0.2。

ξmax=cξm=1.2×0.2=0.24，c值与水轮机类型有关，混流式取c=1.2。

丢弃负荷时蜗壳末端最大水击压力相对值ξmax，根据规定ξmax=0.2～0.5范

围内满足要求。

最大压力上升值△H=H净ξ

max=32.59×0.2=6.52m

导叶开启情况，τ0=0，Pτ0＜1最大水击发生在第一相末。

由=0.2代入=0.2反推σ=0.18。

乘以机型修正系数c=1.2，ηmax=cη=1.2×0.31=0.372＞0满足要求。突增负荷时，压力系统不允许发生真空。

5.2.3机组暂态不均衡率β的计算

在机组调节过程中，机组转速n变化的计算称为机组暂态不均衡率丢弃全负荷时机组暂态不均衡率

式中：Ts1=0.9Ts=0.9×2=1.8

由σ=0.18查表得f=1.25

所以：

一1=0.21＜0.5满足要求。

突增全负荷时不考虑。

5.3露天钢管管身设计

管身设计是指在初步拟定压力钢管直径D和壁厚δ以后进行的强度计算（看是否满足允许应力[σ]）和稳定分析，在自重和水重作用下，沿水流方向相当于一端固定的连续梁，取三个断面进行设计如下图

③

③

图5-1

图5-1

5.3.1基本资料

（1）作用在钢管内的水头

净水头H=32.6m，计算水头Hp=（1+0.18）×32.6=38.5m

（2）钢管的有关数据

钢管直径D0=1.8m敷设角Φ=21.80，中间支座间距L=8m，采用具有支承环的滚轴支座，其摩擦系数f=0.