水管打压的原理

什么是压力管道？压力管道布置设计中的问题, 压力管道常用管子材料选用原则？

压力管道布置设计门道多，你都清楚每一项吗？

压力管道在工业生产中扮演着十分重要的角色，是工厂物料的搬运工，是长途运输的储存室，还帮忙处理工厂里的热交换。这么重要的管道，不懂压力管道，不会布置设计怎么行？

1.什么是压力管道？

压力管道属于特种设备，根据《特种设备安全监察条例》的定义，是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备。其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa(表压)的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道。

工作原理：

对于单条压力管道而言，是依靠外界的动力或者介质本身的驱动力将该条压力管道源头的介质输送到该条压力管道的终点的。

压力管道特点：

压力管道是一个系统，相互关联相互影响，牵一发而动全身。

压力管道长径比很大，极易失稳，受力情况比压力容器更复杂。

压力管道内流体流动状态复杂，缓冲余地小，工作条件变化频率比压力容器高（如高温、高压、低温、低压、位移变形、风、雪、地震等都有可能影响压力管道受力情况）。

管道组成件和管道支承件的种类繁多，各种材料各有特点和具体技术要求，材料选用复杂。

管道上的可能泄漏点多于压力容器，仅一个阀门通常就有五处。

压力管道种类多，数量大，设计，制造，安装，检验，应用管理环节多，与压力容器大不相同。

压力管道的用途：

输送介质（主要用途）

储存功能（用于长输管道）

热交换（用于工业管道）

压力管道设计步骤：

根据介质种类、压力、温度选择管道材料。

进行管径、管壁厚度计算，编制或确定管道等级表。

进行管道布置方案、确定管道走向、敷设方式。

绘制管道布置图、轴侧图。

编制管道特性表。

进行应力、热补偿、支架推力计算。

向有关专业提供土建资料。

完成设计图纸、图纸会签。

2.压力管道布置设计中的问题

设计步骤中有你想具体了解的知识点吗?

如何确定设计压力：

如何确定设计温度：

管道的布置要求：

管道应尽可能架空敷设，必要时也可埋地或者管沟敷设。（便于安装、生产和维修）

尽量使用吊架设计，使管道尽量靠近已有的建筑物和构筑物，但应避免柔性大的构件承受较大荷载。

在建筑物吊装孔范围内、设备内件抽出区域及法兰拆卸区内不应布置管道。

管道布置应成列平行敷设，尽量走直线少走拐弯、少交叉，这样可减少管架数量，节约材料，美观且便于安装。

管道应尽量集中成排布置，裸管的管底与管托地面取齐，以便设计支架。

当管道改变标高或走向时，应避免管道形成积聚气体或液体的“袋子”，如果不可以避免，应在高点设置排气阀，低点设置排液阀。

管道平面敷设应有坡度，坡度方向一般与物料流向相同，但也有例外，根据具体工艺确定。

道路、铁路的上方的管道不应安装可能泄露的组成件，如法兰、螺纹接头、带有填料的补偿器等。

当管道穿越屋面、楼板、平台及墙壁时，一般需要加套管保护。

埋地管道应该考虑车辆荷载的影响，穿越道路时应加套管，管顶与路面的距离不小于0.6m，且在冻土深度以下。

从水平的气体主管上引接支管时，应该从主管的顶端接出。

对于多层共架管道的布置，气体管道、热管道、公用工程管道及电气仪表槽架宜在上层，腐蚀性介质管道、低温管道宜在下层。

易燃、易爆、有毒及有腐蚀性物料的管道不应敷设在生活间、楼梯、走廊等地方。放空管应该引至室外指定地点，或高出屋面2m。

无绝热层的管道不用管托或者支座。大口径薄壁裸管及有绝热层的管道应采用管托或支座支撑。

管道直接埋地布置的条件是：

◇ 输送介质无毒、无腐蚀性、无爆炸危险的管道，由于某种原因无法在地上敷设的。

◇ 与地下储槽或地下泵房有关的工艺介质管道。

◇ 冷却水及消防水或泡沫消防管道。

◇ 操作温度小于150℃的热力管道。

3.压力管道常用管子材料选用原则？

压力管道常用管子材料的使用是根据所输送介质的操作条件（如压力、温度）及其在该条件下的介质特性决定的。考虑如下因素：

优先选用的管材：

在选用管子材料时，一般先考虑采用金属材料，金属材料不适用时，再考虑非金属材料。金属材料优先选择钢制管材，后考虑选用有色金属材料。钢制管材中，先考虑采用碳钢，不适用时再选用不锈钢。在考虑碳钢材料时，先考虑焊接钢管，不适用时再选用无缝钢管。

介质压力的影响：

输送介质的压力越高，管子的壁厚就越厚，对管子材料的要求一般也越高。

介质压力在1.6MPa以上时，可选用无缝钢管或有色金属管子。

压力很高时，如在合成氨、尿素和甲醇生产中，有的管子介质压力高达32MPa，一般选用材料为20钢或15MnV的高压无缝钢管。

真空设备上的管子及压力大于10MPa时的氧气管子，一般采用铜和黄铜管。

介质压力在1.6MPa以下时，可考虑采用焊接钢管、铸铁管或非金属管子。但铸铁管子承受介质的压力不得大于1.0MPa。非金属管子所能承受的介质压力，与非金属材料品种有关，如硬聚氯乙烯管子，使用压力小于或等于1.6MPa；增强聚丙烯管子，使用压力小于或等于1.0MPa；ABS管子，使用压力小于或等于0.6MPa。

对水管，当水的压力在1.0MPa以下时，通常采用材料为Q235A的焊接钢管；当水的压力大于2.5MPa时，一般采用材料为20钢的无缝钢管。

介质化学性质的影响：

介质化学性质的影响主要体现在腐蚀上，应予以高度重视。

介质呈中性，一般对材料要求不高，可选用普通碳钢管。

介质呈酸性或碱性，就要选择耐酸或耐碱的管材。

输送水及水蒸汽，采用碳钢材料的管子。

管子本身功能的影响：

有些管子除需具备输送介质的功能外，还要具有吸震的功能、吸收热胀冷缩的功能，在工作状况下，能经常移动的功能。

压力降的影响：

管子的材料初步选定以后，还要进行管道压力降的计算，确定管子内径。通过压力降的计算，看选用的材料是否符合要求。特别在初步选用塑料管子时，更要重视压力降的复核。

4. 压力管道常用钢管材料选用原则

压力管道常用管子材料选用原则有哪些？今天小编就来说说这个事情。

在进行压力管道设计时，管径经计算确定以后，就要选择管子的材料。压力管道常用管子材料的使用时根据所输送介质的操作条件（如压力、温度）及其在该条件下的介质特性决定的。

材料选择不当，会造成浪费或埋下事故隐患。如可以用普通材料的管子，选用了较昂贵材料的管子，就增加了不必要的基建投资。该有耐酸不锈钢的场合用了碳钢就会直接影响压力管道的正常运行，甚至留下祸根。所以在选择管子材料时，要求设计人员首先要了解管子的种类、规格、性能、使用范围，最好还要调查该管子在其他类似的压力管道的应用情况，再根据以下的原则确定管子的材料。

(1)优先选用的管材

在选用管子材料时，一般先考虑采用金属材料，金属材料不适用时，再考虑非金属材料。金属材料优先选用钢制管材，后考虑选用有色金属材料。钢制管材中，先考虑采用碳钢，不适用时再选用不锈钢。在考虑碳钢材料时，先考虑焊接钢管，不适用时再选用无缝钢管。

(2)介质压力的影响

输送介质的压力越高，管子的壁厚就越厚，对管子材料的要求一般也越高。

介质压力在1.6MPa以上时，可选用无缝钢管或有色金属管子。压力很高时，如在合成氨、尿素和甲醇生产中，有的管子介质压力高达32MPa，一般选用材料为20#或15CrMo的高压无缝钢管。在真空设备上的管子及压力大于10MPa时的氧气管子，一般采用铜管和黄铜管。

介质压力在1.6MPa以下时，可考虑采用焊接钢管、铸铁管或非金属管子。但铸铁管子承受介质的压力不得大于1.0MPa。非金属管子所能承受的介质压力，与非金属材料品种有关，如硬聚氯乙烯管子，使用压力小于或等于1.6MPa；增强聚丙烯管子，使用压力小于或等于1.0MPa；ABS管子，使用压力小于或等于0.6MPa。

对水管，当水的压力在1.0MPa以下时，通常采用材料为Q235A的焊接钢管；当水的压力大于2.5MPa时，一般采用采用为20#的无缝钢管。

(3)介质温度的影响

不同材料的管子，适用于不同的温度范围。压力为1.0MPa的氢气，当氢气的温度小于350℃时，一般采用20#无缝钢管，当氢气的温度在351~400℃范围时，一般采用15CrMo或12CrMo无缝钢管。

(4)介质化学性质的影响

输送不同介质，采用不同的管材。有的介质呈中性，一般对材料要求不高，可选用普通碳钢管；有的介质呈酸性或碱性，就要选择耐酸或耐碱的管材。强酸强碱与弱酸弱碱对管子的采用要求也不一样，同样的酸或碱，浓度不同对管子的材料要求也有区别。如输送水及水蒸气，采用碳钢材料的管子就可以了。如在尿素装置中，输送二氧化碳的管子，一般采用不锈钢管，因为二氧化碳遇水形成碳酸，碳酸对一般钢管有腐蚀作用。如发烟硫酸可选用碳钢管子，稀硫酸就不得用碳钢管子，因为稀硫酸和碳钢能其化学反应，对碳钢有腐蚀，可采用硬铝管。

(5)管子本身功能的影响

有些管子除需具备输送介质的功能外，还有具有吸震的功能、系数热胀冷缩的功能，在工作状况下，能经常移动的功能，如民用液化石油气、氧气、乙炔气在灌瓶的部位，管子常采用高压钢丝编织胶管，而不能使用移动不方便的硬质钢管。

(6)压力降的影响

管子的材料初步选定以后，还要进行管道压力降的计算，确定管子内径。通过压力降的计算，看选用的材料是否符合要求。特别是初步选用塑料管子时，更要重视压力降的复核。

压力管道的计算，在工程设计中，一般要根据生产规模进行物料衡算、能量衡算和设备计算，初步确定物料流量。并参照有关资料，假定一个物料流速，计算出管子内径，查手册或标准，选用标准管子，通常选用的标准管子内径应等于或略大于计算出的管子内径。再计算管道的压力降。

(7)常用管道的类型

一般用途及选用材料情况参见下表。

本文相关表格及参数，请点点击下方链接下载：http://www.josen.net/zb_users/upload/2019/07/20190703100930156211977075695.pdf

5. 压力用无缝钢管的正确选用，其实很有学问！

无缝钢管的正确选用，其实很有学问！对于我们流程工业常用的流体输送用无缝钢管，选用时有什么要求？且看我们压力管道人的总结：

无缝钢管是采用穿孔热轧等热加工方法制造的不带焊缝的钢管。必要时，热加工后的管子还可以进一步冷加工至所要求的形状、尺寸和性能。

目前，无缝钢管（DN15－600）是石油化工生产装置中应用最多的管子。

（一）碳素钢无缝钢管

材料牌号：

10#、20#、09MnV、16Mn共4种

标准：

GB8163《流体输送用无缝钢管》

GB/T9711《石油天然气工业输送钢管交货技术条件》

GB6479《化肥设备用高压无缝钢管》

GB9948《石油裂化用无缝钢管》

GB3087《低中压锅炉用无缝钢管》

GB/T5310《高压锅炉用无缝钢管》

GB/T8163：

材料牌号：10#、20#、Q345等。

适用范围：设计温度小于350℃、压力低于10MPa的油品、油气和公用介质.

GB6479：

材料牌号：10#、20G、16Mn等。

适用范围：设计温度－40～400℃、设计压力10.0～32.0MPa的油品、油气.

GB9948：

材料牌号：10#、20#等。

适用范围：不宜采用GB/T8163钢管的场合。

GB3087：

材料牌号：10#、20#等。

适用范围：低中压锅炉的过热蒸汽、沸水等。

GB5310：

材料牌号：20G 等。

适用范围：高压锅炉的过热蒸汽介质

检验：

一般流体输送用钢管必须进行化学成分分析、拉力试验、压扁试验和水压试验。

GB5310、GB6479、GB9948三种标准的钢管，除了流体输送用钢管必须进行的试验外，还要求进行扩口试验和冲击试验；这三种钢管的制造检验要求是比较严格的。

GB6479标准还对材料的低温冲击韧性做出了特殊要求。

GB3087标准的钢管，除了流体输送用钢管的一般试验要求外，还要求进行冷弯试验。

GB/T8163标准的钢管，除了流体输送用钢管的一般试验要求外，据协议要求进行扩口试验和冷弯试验。这两种管子的制造要求不如前三种严格。

制造：

GB/T8163和GB3087标准的钢管多采采用平炉或转炉冶炼，其杂质成分和内部缺陷相对较多。

GB9948多采用电炉冶炼。大多加入了炉外精炼工艺，成分和内部缺陷相对较少。

GB6479和GB5310标准本身规定了炉外精炼的要求，其杂质成分和内部缺陷最少，材料质量最高。

上述几个钢管标准的制造质量等级从低到高的顺序：

GB/T8163 <GB3087 <GB9948 <GB5310 <GB6479

选用：

一般情况下，GB/T8163标准的钢管适用于设计温度小于350℃、压力低于10.0MPa的油品、油气和公用介质条件下；

对于油品、油气介质，当其设计温度超过350℃或压力大于10.0MPa时，宜选用GB9948或GB6479标准的钢管；

对于临氢操作的管道，或者在有应力腐蚀倾向环境中工作的管道，也宜使用GB9948或GB6479标准。

凡是低温下(小于－20℃)使用碳素钢钢管应采用GB6479标准，只有它规定了对材料低温冲击韧性的要求。

GB3087和GB5310标准是专门为锅炉用钢管而设置的标准。

《锅炉安全监察规程》强调指出，凡与锅炉相连的管子都属监察范围，其材料与标准的应用都应符合《锅炉安全监察规程》的规定，故锅炉、电站、供暖以及石化生产装置中用到的公用蒸汽管道(由系统供给)等都应采用GB3087或GB5310标准。

值得注意的是，质量好的钢管标准，钢管的价格也比较高，如GB9948比GB8163材料的价格高近1/5，因此，在选用钢管材料标准时，应依据使用条件综合考虑，既要可靠又要经济。还需注意，按照GB/T20801和TSGD0001，GB3087和GB8163标准的钢管不得用于GC1管道（除非逐根超声，质量不低于L2.5级，可用于设计压力不大于4.0Mpa的GC1(1)管道）。

（二）低合金钢无缝钢管

石油化工生产装置中，常用的铬钼钢和铬钼钒钢无缝钢管标准有

GB9948《石油裂化用无缝钢管》

GB6479《化肥设备用高压无缝钢管》

GB/T5310《高压锅炉用无缝钢管》

GB9948包含的铬钼钢材料牌号：12CrMo、15CrMo、1Cr2Mo、1Cr5Mo等。

GB6479包含的铬钼钢材料牌号：12CrMo、15CrMo、1Cr5Mo等。

GB/T5310包含的铬钼钢和铬钼钒钢材料牌号：15MoG、20MoG、12CrMoG、15CrMoG、12Cr2MoG、12Cr1MoVG等。

其中，较为常用的是GB9948，选用条件见上文。

（三）不锈钢无缝钢管

常用的不锈钢无缝钢管标准有：

GB/T14976、GB13296、GB9948、GB6479、GB5310共五个标准。其中，后三个标准中仅列出了两三个不锈钢材料牌号，而且是不常用的材料牌号。

因此，当工程上选用不锈钢无缝钢管标准时，基本上都选用GB/T14976和GB13296标准。

GB/T14976《流体输送用不锈钢无缝钢管》：

材料牌号：304、304L等共19种适于一般流体的输送。

GB13296《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》：

材料牌号：304、304L等共25种。

其中超低碳不锈钢(304L、316L)具有优良的抗腐蚀性能，在一定条件下，可代替稳定型不锈钢(321、347)用于抗介质的腐蚀；超低碳不锈钢高温机械性能较低，一般仅用于温度低于525℃的条件下；稳定型奥氏体不锈钢既具有较好的抗腐蚀性能，又有较高的高温机械性能，但321中的Ti在焊接过程中易被氧化而失掉，从而降低了其抗腐蚀性能，其价格较高，这类材料一般用在较重要的场合，304、316具有一般的抗腐蚀性能，价格便宜，因此被广泛应用。

一般来说，基本检测方法就是，连接好主机，耳机，传感器。打开开关，戴好耳机，在管线上方路面放置传感器，按步长一步一步放置，一步一步监听，离漏点越近，则信号越强，离漏点越远信号越弱，通过比较不同点之间的信号强弱达到检测漏点的目的。因此，我们使用仪器时，单在一点监听泄漏信号是没有意义的，要多点反复进行比较，比较出其中声音振动的最强的地方就是漏点的，当然我们还要考虑很多其他附加因素，例如漏点破损口的方向问题，因为管道是圆的，如果侧方漏水，可能最强点反而在管道上方路面的一侧，而不是正在管道上方路面，所以对于管线位置要了然于心，另外三通，拐弯，水压，埋深，埋层等等都会有影响，检测时要把这些考虑进去。

1)

强度试验（试验时间1h）：压力表应安装得管道系统的最低点，加压泵宜设得压力表附近；管道内应充满清水，彻底排净管道内空气；用加压泵将压力增至试验压力，然后每隔10分重新加压到试验压力，重复两次；记录最后一次泵压10min及40min后的压力，要求压差不得大于0.06MPa.

2)

严密性试验（试验时间2h）：试验应在强度试验合格后立即进行；记录强度试验合格2h后的压力。此压力比强度试验结果结束时的压力下降不应超过0.02MPa。

总结一下：其实工作原理是压力水管泄漏后压力水从管道破损口冲出时，与管壁摩擦产生的声音振动及引起的其他附加振动传到管道地面上方，用仪器在路面进行检测，找出漏点.这方面是重点哦，如果要是自己不会操作的话，建议找个专业的师傅， 毕竟别人更专业哈！大概也花不了多少钱的哦！

钢管都是有工作压力的, 允许压力就是其爆-破压力,就是不允许超过爆-破压力,长期使用其工作压力. http://www.josen.net/Pipe_Working_Pressure_Calculations.htm 这个页面就是计算钢管的工作压力和爆-破压力的,你可以根据材料的强度计算出钢管的相关压力.

目前主流的检测漏水的仪器，不管国内还是国外仪器，大都是声振法原理或叫音听法原理。就是压力水管泄漏时，破损口因压力液体往外喷射产生喷注噪声，包括摩擦管壁产生的噪声，连同冲击周围埋层媒介，如砖块，泥土的声音，以及冲击时间长了，有可能冲空周围埋层而形成的水流回旋的声音，翻泡的声音等等，这一系列综合的声音传到管道埋设的正上方路面时，用仪器的传感器或者叫拾振器去接收这些泄漏声音信号，再经过主机进行放大分析，最终判定漏点位置。其泄漏信号强度距离漏点越近则信号越强，反之越弱，通过比较各点之间的信号强弱，达到检测漏点的目的。市面上的漏水检测仪，地下管线泄漏探测仪，包括相关检测仪，多探头测漏系统，都属于此类原理的仪器。它们都是属于查找漏点位置的仪器，查找之前，对于管线的埋设位置，也就是管网图是要求越清晰明了越好，它们都不能代替专门查找管线位置的管线探测仪来查找管线位置。这是两种不同原理的仪器

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

第 1 页

(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。

1

—弹簧管

2

—游丝

3

—指针

4

—小齿轮

5

—扇形齿轮

6

—自由端

7

—连接杠杆

8

—支点

9

—固定端

弹簧弯管是由金属管

(

无缝铜管或无缝钢管

)

制成的。管子截面呈扁圆形或椭圆形，它的一

端固定在支撑座上，

并与汽水介质相通；

另一端是封闭的自由端，

与杠杆连接。杠杆的另一

端连接扇形齿轮，扇形齿轮又与中心轴上的小齿轮相啮合，压力表的指针固定在中心轴上。

当弹簧弯管受到介质压力的作用时，

它的截面有变成圆形的趋势，

迫使弹簧弯管逐渐伸直，

从而使弹簧弯管的自由端向上翘起。

压力越高，

自由端向上翘起的幅度越大。

这一动作经过

杠杆、扇形齿轮、小齿轮的传动，使指针偏转一个角度，在刻度盘上指示出压力高低。当被

测介质压力降低时，弹簧管要恢复原状，指针退回到相应刻度处。

在燃油

(

气

)

锅炉上还有一种使用较多的是电接点压力表。

电接点压力表是在普通弹簧管压

力表上加装一套高低限电接点装置构成的。

它不但能随时测量介质压力变化情况，

而且还能

将被测介质保持在一定压力范围内，

当被测压力超过这一范围时，

能自动发出报警信号。

电

接点压力表也可带继电器及接触器的电气线路，

获得自动控制信号，

通过控制机构，

使被测

介质的压力自动保持在上下限给定值的范围内。