给水管材种类及其特点讲述

DN50的水管用DN50的阀门。

DN 是公称通径（名义上的直径，实际可能是指 内径、外径、中径……）的代号，在管道材料中，DN后数值相同的管材，虽然具体的直径尺寸或有差异，但在连接尺寸上可以相互配合。

常用的给水管材有：

PPR管、铜管、铝塑管、镀锌管、PVC管、薄壁不锈钢管、衬PVC不锈钢管。

1、PPR管：作为一种新型的水管材料，PPR管具有得天独厚的优势，卫生无毒，既可以用作冷水管，也可以用作热水管，

优点：价格适中、性能稳定、耐热保温、耐腐蚀、内壁光滑不结垢、管道系统安全可靠，并不渗透，使用年限可达50年。

缺点：但连接时需要专用工具 ,连接表面需加热 ,加热时间过长或承插口插入过度会造成水流堵塞。

2、铜管：是水管中的上等品，铜在化学活性排序中的序位很低 ,比氢还靠后 ,因而性能稳定 ,不易腐蚀。据有关资料介绍 ,铜能抑制细菌的生长 ,保持饮用水的清洁卫生。

优点：强度高，性能稳定，可杀菌，且不易腐蚀。

缺点：价格高、施工难度大，在寒冷的冬天，极易造成热量损耗，能源消耗大，使用成本高。

3、铝塑管：铝塑管曾经是市面上较为流行的一种管材，由于其质轻、耐用而且施工方便，其可弯曲性更适合在家装中使用。在装修理念比较新的广东和上海，铝塑管已经渐渐地没有了市场，属于被淘汰的产品。

优点：价格比较便宜，可任意弯屈，表面光滑，施工方便。

缺点：易老化，使用隐患多，使用年限短，实践证明，其管道连接处极易出现渗漏现象。

4、镀锌管：好久不用的水管，你突然打开竟发现流出的是“黄”水，以前老房子中镀锌铁管中极易发生这样的事情，这样的“黄”水对人体也是有危害的。从2000年起禁用镀锌管，目前新建小区的冷水管已经很少使用镀锌管了。

优点：品种齐全，管件配套多。

缺点：属于国家禁止使用的淘汰产品，易腐蚀生锈，导致水流不畅，极易造成水源的污染。

5、PVC管：实际上就是一种塑料管，接口处一般用胶粘接。因为其抗冻和耐热能力都不好，所以很难用作热水管；强度也不适用于水管的承压要求，所以冷水管也很少使用。大部分情况下，PVC管适用于电线管道和排污管道。另外，使PVC变得更柔软的化学添加剂酞，对人体内肾、肝、睾丸影响甚大，会导致癌症、肾损坏，所以不建议大家购买。

优点：轻便，安装简易，成本低廉，也不易腐化。

缺点：质量差的会很脆，易断裂，遇热也容易变形。

6、薄壁不锈钢管：薄壁不锈钢管耐腐蚀不易生锈，使用安全可靠抗冲击性强，热传导率相对较低。但不锈钢管的价格相对较高，另外在选择时应采用耐水中氯水中氯离子的不锈钢型号。薄壁不锈钢管的连接有焊接、螺纹、封压等方式。

优点：不易氧化生锈，冲击性强，热传导较低。

缺点：成本较高，应采用耐水中氯离子的不锈钢型号。

7、衬 PVC镀锌钢管：衬 PVC镀锌钢管兼有金属管材强度大、刚性好和塑料管材耐腐蚀的优点，同时也克服了两类材料的缺点。

优点：管件配套多、规格齐全。

缺点：管道内实际使用管径变小 对环境温度和介质温度变化大时 ,容易产生离层而导致管材质量下降。

内8710-外环氧树脂防腐管指经过防腐工艺加工处理，内壁采用8710涂料，表面使用环氧树脂防腐涂料。可有效防止或减缓在运输与使用过程中发生化学或电化学反应发生腐蚀现象的钢制管道。根据我国统计数据，每年国内的钢管腐蚀直接经济损失2800多亿，当前全球每年因钢管腐蚀损失高达5000亿美元。防腐钢管可有效地防止或减缓腐蚀延长钢管的使用寿命，降低钢管运行成本。内8710-外环氧树脂防腐钢管按制造工艺分类（1）无缝钢管的制造工艺可以分为：热轧（挤压）、冷轧（拔）、热扩钢管这基本的几类。（2）焊管按照制造工艺可以分为：直缝焊接钢管，螺旋焊接钢管、板卷对接焊钢管，焊管热扩钢管。内8710-外环氧树脂防腐管内壁防腐内8710-外环氧树脂防腐管内壁防腐漆为接技型互穿网络聚合物，在常温下引发聚合，两网络能互相取长补短，产生协作效应，涂膜无毒性，高固体、低粘度，是一种强附着、高强度、耐冲磨、耐水解、耐腐蚀和耐水、耐候性非常优良的新型防腐涂料，且对钢结构表面的除锈要求不高，使用温度可在-20～120℃范围内。内8710-外环氧树脂防腐外壁防腐内8710-外环氧树脂防腐外壁防腐外套防腐结构：在钢管外表面包裹高密度聚乙烯材料制成，具有极高的机械强度和优良的耐腐蚀性能，可以保护钢管在运输、安装及使用过程中避免因外界因素而造成的破坏。制造外套管应添加抗氧剂、紫外线稳定剂和炭黑等。聚乙烯外套管易老化，如露天存放宜用篷布等物遮盖，堆放处应远离高热源和火源，制成防腐钢管后，禁止暴晒、骤冷，否则聚乙烯外套管易开裂，影响产品性能和使用寿命。

4分镀锌管一件127支、6分：镀锌管一件91支、1吋：镀锌管91支、1.2寸61支/件、1.5寸61支/件、2.5寸37支/件、3寸19支/件、4寸19支/件、5寸7支/件、6寸7支/件、8寸7支/件。不买二手焊管机械。焊管机械质量关乎焊管的生产效率以及产品质量。焊管机械注重机台的稳定性以及耐用性。

热镀锌管：

热镀锌管使熔融金属与铁基体反应而产生合金层，从而使基体和镀层二者相结合。热镀锌是先将钢管进行酸洗，为了去除钢管表面的氧化铁，酸洗后，通过氯化铵或氯化锌水溶液或氯化铵和氯化锌混合水溶液槽中进行清洗，然后送入热浸镀槽中。

外墙管道最早诞生于德国，1936年德国尤尼克公司生产出了第一条PVC管材，1951年，这种技术开始在日本、韩国得到了应用，1983年pvc管技术开始在中国大陆得到了使用和推广，但是仅仅是局限于中国东部少数几个沿海城市，直到1999年，国家建设部、经贸委、建材局、质量技术监督局联合发文《关于在住宅建设中淘汰落后产品的通知》，规定城镇饮用水方面淘汰钢管、冷镀锌管，这个时候pvc管才开始在全国范围内展开。

第八章 水电站压力管道要求：掌握压力管道的工作特点、类型及总体布置，压力管道的尺寸拟定，设计方法和步骤。第一节 压力管道的功用和类型一、功用及特点(一) 功用压力管道是从水库、压力前池或调压室向水轮机输送水量的水管。(二)特点(1) 坡度陡(2) 内水压力大，且承受动水压力的冲击(水击压力)(3) 靠近厂房。严重威胁厂房的安全。压力管道的主要荷载为内水压力，HD值是标志压力管道规模及技术难度的重要参数值。当V=5~7m/s时，HD≈(0.15～0.18) NgH当Ng相同时，H愈大，HD愈大。目前最大达5000m2。目前最大直径的钢管是巴基斯坦的塔贝拉水电站第三期扩建工程的隧洞内明钢管，直径为13.26m。二、分类

按布置方式分 按材料分

明管：暴露在空气中(无压引水式电站) 钢管(大中型水电站)钢筋混凝土管(小型电站)

地下埋管（隧洞埋管)：埋入岩体。(有压引水电站) 不衬砌、锚喷或混凝土衬砌、钢衬混凝土衬砌，聚酯材料管

混凝土坝身埋管：依附于坝身(混凝土重力坝及重力拱坝)，包括：坝内管道、 坝上游面管、坝下游面管 钢筋混凝土结构、钢衬钢筋混凝土结构

第二节 压力管道的线路选择及尺寸拟定一、供水方式1．单元供水：一管一机。不设下阀门。优点：结构简单(无岔管)、工作可靠、灵活性好，易于制作，无岔管缺点：造价高适用：(1) 单机流量大、长度短的地下埋管或明管； (2) 混凝土坝内管道和明管道2．联合供水：一根主管，向多台机组供水。设下阀门。优点：造价低缺点：结构复杂（岔管）、灵活性差适用：、(1) 机组少、单机流量小、引水道长的地下埋管和明管3． 分组供水：设多根主管，每根主管向数台机组供水。设下阀门。

适用：压力水管较长，机组台数多，单机流量较小的情况。地下埋管和明管单元供水 联合供水分组供水二、明管布置管道与主厂房的关系：1．正向引近：低水头电站。水流平顺、水头损失小，开挖量小、交通方便。钢管发生事故时直接危机厂房安全。2．纵向引近：高、中水头电站。避免水流直冲厂房。3．斜向引近：分组供水和联合供水。(a)、(b) 正向引进 (c)、(d) 纵向引进(e) 斜向引进压力水管引进厂房的方式三、线路选择压力管道的线路选择应结合引水系统中的其它建筑物(前池、调压室)和水电站厂房布置统一考虑。1．路线尽可能短、直。（经济、水头损失小、水击压力小）一般设在陡峻的山脊上。2．地质条件好。山体稳定、地下水位低、避开山崩、雪崩地区。3．尽量减小上下起伏，避免出现负压；转弯半径R≯3D。四、压力管道直径的选择压力管道经济直径确定是压力管道的主要设计内容之一。1．动能经济比较法：基本原理与渠道相同（压力管道要考虑流速、水击压力的影响），拟定几个直径，进行动能经济计算，比较确定最优经济直径。2．经验公式法：简化条件推导公式。精度较低，初步设计时采用Qmax——压力管道设计流量，H—设计水头3．经济流速法：压力管道的经济流速一般为4~6m/s，最大不超过7m/s，De= Qmax/Ve注：确定压力钢管直径的公式有很多。经验公式法或经济流速方法的设计结果可作为参考。第三节 明钢管的敷设方式及附件一、明钢管的敷设方式和支承方式明钢管一般敷设在一系列支墩上，离地面不小于60cm（便于维护和检修）。水管受力明确，在自重和水重作用下，水管在支墩上相当于一个多跨连续梁；每隔120~150m或在钢管轴线转弯处(包括平面转弯和立面转弯)设置镇墩，将水管完全固定，相当于梁的固定端。

明钢管的敷设连续式布置：管身在两镇墩间连续，不设伸缩节。温度应力大，一般较少采用。分段式：两镇墩间设伸缩节（上镇墩的下游侧）。温度应力小。(一) 镇墩1．功用：固定钢管，承受因水管改变方向而产生的轴向不平衡力。水管在此处不产生任何方向的位移。2．布置：水管转弯处，直线段不超过150m。 3．类型：一般由混凝土浇制，靠自重维持稳定。(1) 封闭式：应用广泛。结构简单，节约钢村，固定效果好。(2) 开敞式：采用较少。易于检修，但受力不均匀。封闭式镇墩 开敞式镇墩（二) 支墩1．功用：承受水重和管重的法向分力。相当于连续梁的滚动支承，允许水管在轴向自由移动（温度变化时）。2．布置：间距6~12m，D特别大时，L取3m。支墩间距小→M、Q(弯矩和剪力)小→支墩造价高。3．类型：(1) 滑动式：支承环式、鞍式鞍式：包角：90～120，结构简单，造价低，摩擦力大，支承部位受力不均匀，D<1m。支承环式：在支墩处管身四周加刚性支承环。摩擦力小，支承部位受力较均匀，D<2m(2) 滚动式：在支承环与墩座之间加圆柱形辊轴，f小，D>2m。(3) 摆动式：在支承环与墩座之间设一摆动短柱。f很小，D>2m滑动支墩滚动支墩摆动支墩二、阀门及附件(一) 闸门及阀门1．快速平板闸门（事故门）——压力管道进口（前池、调压室、水库)。作用：在压力管道发生事故或检修时用以切断水流。2．快速阀门（事故阀或下阀门）——水轮机进口前(联合供水或分组供水)，作用：为避免一台机组检修影响其他机组的正常运行，或在调速器、导水叶发生故障时，为紧急切断水流，防止机组产生飞逸。类型：平板阀、蝴蝶阀、球阀(1) 平板阀：框架+板面构成。阀体在门槽中的滑动方式与一般的平板闸门相似。平板阀一般用电动或液压操作。这种阀门止水严密，运行可靠，但需要很大的启闭力，动作缓慢，易产生汽蚀，常用于直径较小的水管。

(2) 蝶阀：由阀壳+阀体组成。阀壳为一短圆筒，阀体形似圆盘，在阀壳内绕水平或垂直轴旋转。阀门关闭时，阀体平面与水流方向垂直；开启时，阀体平面与水流方向一致。蝶阀关 蝶阀开优点：启闭力小，操作方便迅速，体积小，重量轻，造价较低；缺点：在开启状态时由于阀门板对水流的扰动，造成附加水头损失和阀门内汽蚀现象；在关闭状态时，止水不严密，不能部分开启。适用：大直径、水头不很高的情况。目前蝴蝶阀应用最广，最大直径可达8m以上，最大水头达200m。蝴蝶阀要求在动水中关闭，静水中开启。 (3) 球阀：球形外壳+可旋转的圆筒形阀体+附件。阀体圆筒的轴线与水管轴线一致时，阀门处于开启状态，若将阀体旋转90o，使圆筒一侧的球面封板挡住水流通路，则阀门处于关闭状态。优点：在开启状态时实际上没有水头损失，止水严密，结构上能承受高压；缺点：是尺寸和重量大，造价高。适用：高水头电站的水轮机前阀门。球阀是在动水中关闭，在静水中开启。球阀关球阀开(二) 附件(1) 伸缩节作用：消除温度应力，且适应少量的不均匀沉陷位置：常在上镇墩的下游侧 (2) 通气阀作用：当阀门紧急关闭时，向管内充气，以消除管中负压；水管充水时，排出管中空气位置：阀门之后(3) 进人孔作用：检修钢管；位置：钢管上方；直径：50cm左右。(4) 旁通阀及排水设备旁通阀：设在水轮机进水阀门处；作用：阀门前后平压后开启，以减小启闭力。排水管：水管的最低点应设置；作用：在检修水管时用于排出管中的积水和渗漏水。

第四节 作用在明钢管上的力一、力和荷载种类(一) 力1．内水压力：(1) 正常蓄水位的静水压力；(2) 正常工作情况最高压力(正常蓄水位,丢弃全负荷)；(3) 特殊工作情况最高压力(最高发电水位,丢弃全负荷)；(4) 水压试验内水压力；2．钢管结构自重；3．钢管内的满水重；4．钢管充水，放水过程中，管内部分水重；5．由温度变化引起的力，对分段敷设的明钢管，即伸缩节和支墩的摩擦力；6．管道直径变化处，转弯处及作用在闷头，闸阀，伸缩节上的水压力；7．镇墩、支墩不均匀沉陷引起的力；8．风荷载；9．雪荷载；10．施工荷载；11．地震荷载；12．管道放空时通气设备造成的气压差；要注意荷载的作用方向及作用的时间，在某些情况下有的荷载不可能出现。(二) 荷载种类按力的作用方向可以将上述作用力归纳为轴向力、径向力和法向力。1．轴向力：水重+管重的轴向分力，摩擦力，管径变化处、转弯处、闷头、阀门、伸缩节上的水压力。2．径向力：内水压力3．法向力：水重+管重的法向分力第五节 明钢管的结构分析一、钢管管壁厚度估算在进行钢管应力分析时，需要先设定管壁厚度。由于内水压力在管壁上产生的环向应力是其主要应力。因此用锅炉公式来初拟管壁厚度，以钢材的允许应力[σ]代替σ θ，根据规范要求，焊缝系数φ一般取为0.9~0.95，允许应力取钢管材料允许应力的75% ~85%。考虑钢管运行期间的锈蚀、磨损及钢板厚度误差，δ实际=δ+2mm（锈蚀厚度）；在实际工程中，考虑到制造、运输、安装等条件，必须保持一定的刚度，因而需要限制管壁的最小厚度δmin。δmin一般取为D/800+4(mm)，且不宜小于6 mm二、管身的应力分析钢管支承在一系列支墩的直线管段在法向力的作用下，相当于一根连续梁。支墩处设有支承环，由于抗外压需要，支承环之间有时还加有刚性环(加劲环)。一般情况下，最后一跨的应力最大。根据受力特点常选四个断面进行应力分析。

(1) 跨中断面1－1:只有弯距作用，且弯距最大,无局部应力——受力最简单；(2) 支承环旁管壁膜应力区边缘，断面2－2：弯距和剪力共同作用，均按最大值计算，无局部应力——受力比较简单；(3) 加劲环及其旁管壁，断面3－3：由于加劲环的约束，存在局部应力；(4) 支承环及其旁管壁，断面4－4：应力最复杂，存在弯距和剪力(支承反力)的作用，有局部应力．分析方法：结构力学法。坐标：轴向x、径向r、环向θ(一) 跨中段面(1)-(1)的管壁应力跨中段面属于膜应力区，其特点是弯矩最大，剪力为零。1．径向应力管壁内表面: ， “-”表示压应力。管壁外表面： 由于径向应力的数值比较小，所以应力计算中可以忽略。2．切向(环向)应力设压力水管中心处的水头为H，而水管轴线与水平面的夹角为α，则在管壁中任意一点(该点半径与管顶半径的夹角为θ)的水头为。推导出管壁中的切向拉力T和切向应力为：管壁上内水压力的分布管壁微圆弧的受力平衡式中 P —— 内水压强；δ —— 管壁计算厚度；H —— 计算水头；α —— 管轴线倾角；θ —— 管壁中任意一点半径与管顶半径的夹角；r —— 水管半径。 3．轴向应力轴向应力=法向力引起的轴向弯曲应力+轴向作用力引起的轴向应力(1) 法向力作用引起的管壁轴向应力将水重和管重的法向分力视为均布荷载，则钢管的受力与多跨连续梁类似，其变形以弯曲为主，并在管壁上产生弯曲正应力与剪应力。在相邻两镇墩之间的压力钢管放置于支墩之上，支墩相当于连续梁的中间辊轴支座，最下端的镇墩相当于固定端，上端伸缩节处可近似认为是自由端。法向力引起的弯矩和剪力

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水电站压力管道

第八章 水电站压力管道

要求：掌握压力管道的工作特点、类型及总体布置，压力管道的尺寸拟定，设计方法和步骤。

第一节 压力管道的功用和类型

一、功用及特点

(一) 功用

压力管道是从水库、压力前池或调压室向水轮机输送水量的水管。

(二)特点

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(1) 坡度陡

(2) 内水压力大，且承受动水压力的冲击(水击压力)

(3) 靠近厂房。严重威胁厂房的安全。

压力管道的主要荷载为内水压力，HD值是标志压力管道规模及技术难度的重要参数值。

当V=5~7m/s时，HD≈(0.15～0.18) NgH

当Ng相同时，H愈大，HD愈大。目前最大达5000m2。

目前最大直径的钢管是巴基斯坦的塔贝拉水电站第三期扩建工程的隧洞内明钢管，直径为13.26m。