沐若水电站压力钢管设计.pdf

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1、第44卷第8期人民长江Vo1．44，No．82013年4月YangtzeRiverApr．，2013文章编号：1001—4179(2013)08—0040—04沐若水电站压力钢管设计王永权，李月伟，李德(长江勘测规划设计研究有限责任公司枢纽设计处，湖北武汉430010)摘要：马来西亚沐若水电站引水发电系统的压力钢管设计水头高，抗外压稳定性要求高，设计难度大。阐述了钢管设计原则，即由内水压力确定管壁厚，用抗外压稳定进行复核，通过设置加劲环和增加管壁厚度来加固局部不满足规范要求的管段。用三维有限元方法计算了调压井岔管、月牙岔管和支段钢管在设计运行工况和水压试验工况下的应力和变形。计算结果表明，

2、钢管应力、变形值均满足设计规范要求。关键词：压力钢管；岔管；有限元分析；沐若水电站中图法分类号：TV743．41文献标志码：A管设计，临近厂房段按明管设计，钢管锈蚀裕量为21引水压力钢管设计概况ITlm。按《水电站压力钢管设计规范》(SL281—2003)，马来西亚沐若水电站共安装4台机组，由两条引Q345R材质钢管按埋管设计时其允许应力设计值水隧洞经岔管分别向这4台机组引水。两条引水隧洞[]=217．8MPa；07MnCrMoVR材质钢管按埋管设计在平面上采取相互平行的布置形式，由进口渐变段、上时，其允许应力设计值[IT"]=286．1MPa。外压稳定平段(坡比1．465％)．、调压井、

3、上弯段、竖井段、下弯安全系数取值：光面管为2．0；加劲环式钢管管壁为段、下平段(坡比7％、13％)、渐变段、岔管段、支管段1．8；加劲环式钢管的加劲环为1．8。等组成。水库正常蓄水位为540．0m，机组安装高程为218．0m；正常工况下最大设计静水头322．0In，末端最大内压水头为429．0m(含水锤)。上平段隧洞直径为8．0m，在调压井前经渐变段后管径变为7．0m。调压井岔管为外加强的三梁岔管，颈管直径7．0m，两管垂直相接，为大管径三梁岔管。经上弯段、竖井段、图1压力钢管沿管轴线纵剖面图(尺寸单位：mil1)下弯段(直径6．2m)至下平段后管径渐变为5．7in。引水洞钢管沿线穿过砂岩

4、段、泥岩段及砂岩与页下平段月牙肋岔管采用对称Y形月牙肋的结构形式，岩互层段3种岩组(部分断层破碎带)。钢管设计外主管管径5．5m，最大设计水头429m，PD值为水压力水头为84．7—246m，内水压力水头为79．3～2359．5In，属于大(一)型工程。岔管后接支管段，管429．0m。设计时，首先对不同管段钢管按内压确定钢径分别为4．2in和3．4m，支管末端与机组球阀相连。管厚度，再按相应管段外水压力复核钢管稳定性。对两条压力钢管的长度分别约为1340，1380m，采用于外压控制管壁厚度的管段，采用增设加劲环和增加07MnCrMoVR的高强钢和Q345R钢分段卷制而成，压管壁厚度等方法提

5、高钢管抗外压能力，考虑钢管制造、力钢管布置示意见图1。安装及围岩开挖、混凝土回填、灌浆等因素，取加劲环间距不小于1000mm，高度不大于250mm，加劲环材2钢管设计原则料与该段管壁材料相同。钢管管壁在内水压力荷载下沐若水电站压力钢管结构按埋管设计，岔管按明的应力计算依据第四强度理论。收稿日期：2013—03—10作者简介：王永权，男，高级工程师，主要从事水工金属结构设计工作。E—mai1：wangy0ngquan@cjwsjy．com．ca第8期王永权，等：沐若水电站压力钢管设计41钢管为Q345R材质的管壁计算厚度分别为30，32井管道最大Mises应力为255．0MPa，外加强梁最大

6、mm，钢管设计内压水头为200～429m。钢管材质为Mises应力为260．2MPa，加强肋最大Mises应力为07MnCrMoVR的管壁计算厚度为30，32，36，40，45，184．3MPa，应力均小于允许应力，满足规范要求。5O，55，72mm。Q345R材质钢管段管壁应力控制在78～156．1MPa，07MnCrMoVR材质钢管段管壁应力控制表1调压井岔管各构件最大Mises应力MPa在135～253．9MPa，均满足规范要求。所有管壁的外计算荷载管壁应力肋板应力外加强梁应力压稳定安全系数在2．16～7．62之间，加劲环外压稳定0．85255．0l84．3260．20．9×0．85

7、229．5l65．9234．2安全系数在1．81～1．89之间，符合设计规范要求。0．8×0．85204．0147．4208．2容许应力[：260．02l7．7286．13岔管设计3．2．月牙岔管设计3．1调压井岔管设计__啊-．．四l--丝一住嘲缸-乩一_岔管分岔角对过流条件及钢管结构受力影响较调压井管道内径为7000mm，管道壁厚36mm，大，设计过程中需合理布置。该工程月牙岔管采用对梁截面尺寸为400mm×72mm