孟 瑩，曹春頂，石立恒

(1.佳木斯河道管理處，黑龍江佳木斯154000;2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080;3.樺川縣悅來灌區(qū)管理站，黑龍江樺川154300)

1 工程基本概況

羅家店水電站工程位于東寧縣，東寧縣供電系統(tǒng)是區(qū)域性獨立電網(wǎng)，隨著東寧縣經(jīng)濟迅速發(fā)展，各行各業(yè)用電需求不斷提升，用電高峰期嚴重缺電，電力電量供需矛盾日益突出，為合理開發(fā)利用綏芬河流域水能資源緩解當?shù)毓╇娕c需求的矛盾，羅家店水電站裝機容量1.5萬kW，多年平均發(fā)電量4 073萬kW·h，發(fā)電年保證率90%。羅家店水電站工程主要由擋水建筑物、泄水建筑物、電站引水系統(tǒng)、電站廠房組成。擋水建筑物為漿砌石重力壩，泄水建筑物為漿砌石溢流壩，壩長104 m;電站引水系統(tǒng)設在壩址上游660 m山體內(nèi)，進水口為岸塔式，壓力管道總長185.8 m。

2 水錘波引起特殊荷載的確定

2.1 水錘波傳播速度的確定

水錘波的傳播速度與管壁材料、厚度、管徑以及水的彈性模量等有關。其傳播速度可表示為:

式中:Ew為水的體積彈性模量;γ、r分別表示水的容重、管道半徑;K為管道的抗力系數(shù)。

2.2 水錘形式的確定

水錘的產(chǎn)生形式有直接水錘和間接水錘。間接水錘是指當閥門關閉過程結束前，水庫異號反射回的降壓波已到達閥門外，如果Ts≥2L/a，這種水錘稱為間接水錘，可以按以下公式進行計算:

作用在壓力明管上的特殊荷載按作用力方向可分為徑向荷載、垂直管軸向荷載、平行管軸向荷載。

3 壓力鋼管厚度與強度計算

壓力管道鋼板襯砌計算采用《水電站壓力鋼管設計規(guī)范》中公式及要求進行設計。

3.1 管壁厚度計算

式中:σR為鋼管結構構件的抗力限值，N/mm2;γ0為結構重要性系數(shù);ψ為設計狀況系數(shù);γd為結構系數(shù);f為鋼材強度設計值，取fs值，N/mm2;ES2為平面應變問題的鋼材彈性模量，N/mm2。

3.2 管壁厚度t的計算

t按下式計算:

式中:p為內(nèi)水壓力設計值，N/mm2;r為鋼管內(nèi)半徑，mm;σR為鋼管的抗力限值，N/mm2。

3.3 管壁應力計算

鋼管最大環(huán)向正應力按下式計算:

式中:σθ為鋼管環(huán)向正應力，N/mm2;K0為圍巖單位抗力系數(shù)較小值，N/mm3;t為鋼管管壁厚度，mm。

4 采用鍋爐公式復核管壁厚度

采用鍋爐公式估算管壁厚度時，只考慮明管僅受內(nèi)水總壓力的作用，即內(nèi)水總壓力與管壁的環(huán)向拉力相平衡，建立平衡方程?？紤]焊縫的強度降低，允許應力應乘以小于1的焊縫系數(shù)φ，當為單面焊時φ取0.9，雙面焊時φ取0.95。此外，考慮銹蝕、磨損及鋼板厚度誤差，管壁厚度應至少比計算值厚2 mm，即

按上述鍋爐公式復核壓力明管的厚度時，當明管管壁實際厚度δ實≥δ計時，則認為明管強度滿足要求。

5 結語

經(jīng)過上述的分析，在進行一般鋼管計算時對于明管的局部結構應采用結構力學法較為可靠，應力分布在充分考慮樞紐位置和地質條件的情況及工程投資的情況下，還要考慮施工中制造安裝的難度，盡量減少對壓力明管不利的因素。

［1］華東水利設計院.水工設計手冊(第七卷)［K］.北京:水利電力出版社，1992.

［2］劉啟釗.水電站(第三版)［M］.北京:中國水利水電出版社，2003.

［3］中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DL/T 5141－2001水電站壓力鋼管設計規(guī)范［S］.北京:中國電力出版社，2002.