第十三章 水电站的压力管道7.pdfVIP

第十三章水电站的压力管道7--第1页

第十三章水电站的压力管道

第七节分岔管

一、分岔管

压力管道的分岔方式有Y形[图8-22(a)]和y形[图8-22(b)]。二者对水流的分配均匀，缺

点是机组数较多时分岔段较长；后者的分岔管是一种由薄壳和刚度较大的加强梁组成的复杂

的空间组合结构，受力状态比较复杂，在计算力学和计算机这种计算工具应用于工程之前，

对这种结构只能简化成平面问题进行近似计算。岔管的加强梁有时需要锻造，卷板和焊接后

需作调整残余应力处理，因而制造工艺比较复杂。

图13-22管道分岔方式

岔管的另一特点是水头损失较大，在整个引水系统的水头损失重在重要地位。例如我国

某水电站，引水隧洞长1200m，根据模型试验，仅一处岔管的局部水头损失即超过引水隧洞

和进水口水头损失的总和。因此，如何降低水头损失是岔管设计的一个重要问题。较好的岔

管体型应具有较小的水头损失、较好的应力状态和较易于制造。

从水力学的角度看，岔管的体型设计应注意以下几点：

（1）使水流通过岔管各断面的平均流速相等，或使水流处于缓慢的加速状态。

（2）采用较小的分岔角a，如图13-23所示。但从结构上考虑，分岔角不宜太小，太小

会增加分岔段的长度，需要较大尺寸的加强梁，并会给制造带来困难。水电站岔管的分岔角

一般在30°-75°范围内，最常采用的范围是45°-60°。

（3）分弃管采用锥管过渡，避免用柱管直接连接。半锥和一般用5°-10°。

（4）采用较小的岔档角夕。岔档有分流的作用，较小的岔档角有利于分流。

（5）支管上游侧采用较小的顺流转角γ。

第十三章水电站的压力管道7--第1页

第十三章水电站的压力管道7--第2页

图13-23岔管体型示意图

以上各点有时难于同时满足，例如，增加支管锥角有助于减小γ,但又不可避免地会加

大β，但前者对水流的影响较大。

岔管的水力要求和结构要求也存在矛盾，例如，较小的分岔角对水流有利，但对结构不

利，因为分岔角越小，管壁互相切割的破口越大，加强梁的尺寸也就越大，而且过小的夹角

会使岔档部位的焊接困难，又例如，支管用锥管过渡对水流有明显的好处，但不可避免地会

使主支间的破口加大；等等。这就要求在设计岔管体型时应最大限度地满足各方面的要求，

分清主次，抓住主要矛盾。一般说来，对于水头较低的电站，岔管的内压较小，而岔管的水

头损失占总水头的比重较大，此时多考虑一些水力方面的要求是正确的；反之，对于高水头

的电站，多考虑一些结构方面的要求是合理的。

在以后的讨论中我们将会知道，在分岔区，由于管壁的相互切割，在内水压力的作用下，

存在较大的不平衡力，需要另设加强构件承担。加强构件一般沿管壁的相贯线（管壁交线）

布置。在工程中，为了便于加固，希望相贯线是平面曲线。相贯线是平面曲线的必要和充分

条件是两个锥管有一个公切球（平面图像是公切圆），如图13-24所示。在平面图上，公切

圆O与锥管I相切于a、a，与锥管Ⅱ相切于b,b,连接aa和bb,得交点D,AD和BD即为相

贯线的平面图像。在垂直纸面的沿AD和BD方向的两个平面上，相贯线是两个椭圆曲线。

若主支管的直径相差较大，两者公切于一个球有困难，则岔管的体型也可以不按这一要

求进行设计，此时相贯线是一个曲面上的封闭曲线，常用一个曲面圈梁加固。

第十三章水电站的压力管道7--第2页

第十三章水电站的压力管道7--第3页