钢管内径(D)和其承受的水头(H)的乘积HD值是标志压力钢管规模及技术难度的重要参数值。HD值最高的常见于抽水蓄能电站,已达到4000~5000平方米。
水电站压力钢管
水电站中,用钢材制作的、承受较大内水压力的输水管道。
- 英文名称
- steel penstocks of hydroelectric stations
- 所属学科
- 水利工程
水电站压力钢管的结构形式包括明管、地下埋管、坝内埋管和钢衬钢筋混凝土管。明管是暴露在空气中的压力钢管(图1);地下埋管是埋入岩体中,钢管与围岩之间充填混凝土的压力钢管(图2);坝内埋管是埋设在混凝土坝体内的压力钢管;钢衬钢筋混凝土管是在钢筋混凝土管内衬钢板,由钢管与钢筋混凝土组成并共同承载的压力管道。工程上将敷设在混凝土坝下游坝面的钢衬钢筋混凝土管称为坝后背管(图3)。
一条压力钢管可以是一种结构形式,也可由两种或多种结构形式的管段组成。
压力钢管布置中的线路、引水方式、结构形式、管径均应符合枢纽总体布置要求,并应结合地形地质、施工、制作运输安装等条件及运行安全方便的要求,经技术经济综合比较后确定。其中引水方式的比较应考虑水力学条件、进水口布置、管线长短、机组台数、分岔布置、安装分期、电站运行方式及其在电力系统运行中的地位。管径可根据线路布置和内压变化自进水口起分段减小,但变径次数不宜过多。
明管的线路布置与水电站进水口和主厂房的布置有关,一般是这两类建筑物位置先选好,再考虑管线布置。明管线路布置宜选择在地形、地质条件优良的地段,并与水电站进水口和主厂房等建筑物相协调,避开可能发生滑坡、崩塌、沉降量较大的地段。若遇有河沟,可用倒虹吸管或管桥等形式通过。明管通常采用分段敷设,在直线段每隔120~150米或在钢管轴线转弯处设置镇墩,以固定钢管。两镇墩间设置伸缩节,当温度变化时,管身可自由伸缩,以减小温度应力。伸缩节一般放在镇墩的下游侧,镇墩之间设一系列支墩以支承和架空钢管。
地下埋管线路和进出口位置选择在地形地质条件相对优良的地段,应具备成洞条件,避开活动断层、滑坡、地下水压力和涌水量很大等地段。在地下水位较高的地区,应布置排水系统,并结合灌浆帷幕等措施,减小钢管的外水压力。地下埋管通常采用一管多机引水方式。若管道较短,或工程地质条件不宜开挖大断面洞室,或受分期发电要求等的限制,也可采用分组引水方式或单管单机引水方式。
坝内埋管是压力管道穿过混凝土坝体,全部埋在坝体内。坝内埋管最好布置在坝段中央,管径不宜大于坝段宽度的三分之一,这样管外两侧混凝土较厚,且受力对称。
钢衬钢筋混凝土管适用于布置在混凝土坝下游面的管道及沿地面布置的管道。位于混凝土坝下游面的管道可沿下游坝面布置,管道本体位于坝体以外,以利于二者分期施工,减少管道对坝体应力的不利影响。为了缩短厂坝的距离,也可将管道局部嵌入坝体。
压力钢管向多台机组供水的方式有单管单机和一管多机。①单管单机。每台机组都有一条压力管道供水。其特点是结构简单,工作可靠,灵活性好。当某根管道检修或发生事故时,只影响一台机组工作,其他机组照常工作。另外单管单机的管道易于制作,无岔管,但管道在平面上所占尺寸大,造价高。②一管多机。一根主管向多台机组供水,厂房前分岔管,在进入机组前的每根支管上设置快速阀门(图4)。其特点是单管规模大,分岔管多,但造价较低。此外一旦主管道检修或发生事故,需全厂停机。适用于单机流量小、机组少、引水管道较长的引水式水电站。
条目图册
扩展阅读
- 徐国宾,张丽,李凯.水电站.北京:中国水利水电出版社,2017.
- 殷国权.向家坝水电站地下厂房蜗壳和压力钢管灌浆工艺.水电站设计,2012,28(3):103-106.