什么是压力水管?

[拼音]：yali shuiguan

[外文]：penstock

从水库、前池或调压室将发电用水直接引入水轮机，或者在抽水蓄能电站由水泵向高处输水，承受较高内水压力的管道。当水轮机或水泵的流量发生急剧变化，压力水管内出现水击现象时，压力水管在承受较大内水压力的同时，还须承受水击压力。

压力水管按布置方式，可分为开敞式水管、埋藏式水管和回填式水管三类。开敞式水管又称明管，通常布置在地面或建筑物的支座上（见彩图），或者布置在地表以下的坑道、隧洞、廊道内，并留有一定的通道，以便检修。埋藏式水管包括坝内埋藏管（埋藏在混凝土坝体内的压力水管）和地下埋藏管（开凿在岩石内的压力水管），均不另建专门的支承结构，水管周围的混凝土或坚硬岩石能承受部分内水压力，可减薄管壁厚度。此外还有布置在混凝土坝下游坝面以外，外面包有混凝土，常称为坝后背管或外包混凝土管。回填式水管可布置在沟槽内，或者直接敷设在回填土上，然后回填土，也不需要专门的支承结构。

压力水管按所用材料的种类又可分为木管、钢筋混凝土管、钢管等。

（1）木管:由横断面有一定曲率的木板条拼成圆管，外加钢箍构成，常用于盛产木材山区的小型水电站。

（2）钢筋混凝土管：包括普通钢筋混凝土管、预应力和自应力钢筋混凝土管、钢丝网水泥和预应力钢丝网水泥管等。普通钢筋混凝土管一般用于水头不高，直径较大，且有一定外压情况下的中小型水电站。其他钢筋混凝土管一般适用于较高水头的小型水电站。

（3）钢管：由于钢材具有强度高，防渗性能好等优点，目前大中型水电站的压力水管大都采用钢管，通常称为压力钢管。

随着水电站的引水系统形式的不同，压力钢管有各种布置方式，但其基本构造及对材料的要求等方面是相同的。

压力钢管主要包括管身、刚性环、伸缩节、通气孔、进人孔和排水孔等。对于开敞式钢管还有支承环、支墩和镇墩（图1）。

压力钢管管身构造形式有无缝钢管、焊接和铆接钢管、箍管三种。20世纪以前，水电站的压力钢管比较广泛地使用铆接钢管。到20世纪，随着焊接技术的发展，逐渐改用焊接钢管，现已不再采用铆接钢管。箍管是在光滑的无缝钢管或焊接钢管上套以钢箍而成，都用于高水头的明管，还有用多层管壳的水管，可承受更高的内水压力。

为了保持某些焊接钢管在外压作用下的管壁稳定，并保证管节在运输和安装时的刚度，常在钢壳外部设置刚性环（又称为加劲环）。

为了清除因温度作用和地基变形而引起钢管结构内产生的附加应力，在压力钢管的直线段上常设置伸缩节。根据其功用可分为两类：温度伸缩节，只允许钢管作轴向伸缩和发生微小的角变位；温度沉陷伸缩节，除允许钢管沿轴向自由变形外，还允许钢管发生较大的相对转角。

开敞式钢管一般敷设在一系列的支墩上，钢管在支墩处要设支承环，支墩要承受水重和管身自重在垂直管轴方向的分力，并允许钢管在轴向能自由移动，在开敞式钢管的转弯处还需设置镇墩以固定钢管，并承受因管轴方向变位而产生的轴向力。

压力钢管所使用的钢材，根据钢管类型和适用的水头，一般采用经过镇静熔炼的热轧平炉低碳钢或低合金钢，随着高水头水电站的建设，屈服点为500、600MPa级，甚至700MPa级的高强度钢材也已被广泛使用。

随着高水头和大型水电站的发展，出现了大直径压力钢管，其计算水头（包括水击压力在内的内水压力）也不断提高。中国已建和在建水电站的各种类型压力钢管最大参数如表1。

在世界上已建成了许多各种类型的大型压力水管。如美国胡佛水电站的地下埋藏式钢管，直径9.14m；委内瑞拉古里水电站第二厂房的坝内埋藏式钢管，直径11.4m；美国大古力水电站第三厂房坝后背管，直径12.2m等。

当采用一条压力管道向一台以上的水轮发电机组供水时，为了分配流量，在压力水管的末端需设置分岔管。由于在压力钢管末端采用较多，故又称为钢岔管。

根据分岔管连接形状和加固方式可分为五类。

（1）贴边岔管（图2a）：在分岔管相贯线的两侧用补强板加固，一般用于水头不大，流量较小的地下埋藏式钢管。

（2）三梁岔管（图2b）:由三根首尾相接的曲梁作为加固结构，是一种应用较普遍的分岔管形式，适用于水头较高，流量不大的开敞式钢管。

（3）内加强月牙肋岔管（图2c）：它是由三梁岔管发展而来的一种较新的分岔管。加强用的月牙肋完全被嵌入管体，以改善其应力状态，并减小外型尺寸，是大型地下埋藏式钢管分岔管的发展方向。

（4）球型岔管（图2d）：由球壳、主管和支管、补强环等组成，常用于高水头水电站，是世界各国采用较多的一种分岔管。

（5）无梁岔管（图2e）：它是在球形分岔管基础上发展而来的，由三个渐变的锥管作为球壳与主、支管的连接段，同时作为补强环。无梁岔管是一个比较复杂的空间壳体结构，目前应用不多。

中国在20世纪50年代建造的分岔管，由于水电站的水头不高，一般都采用贴边岔管；60年代起，由于高水头水电站的建造，比较多地采用三梁岔管，70年代后，因为压力钢管的设计水头和直径继续加大，大直径、高内压的三梁岔管，制造安装更为困难，遂逐渐采用内加强月牙肋岔管，个别工程采用了球形岔管和无梁岔管。至1987年，中国已建水电站的最大的分岔管如表2。

在其他国家也已建成了许多大型的分岔管（见彩图），如日本第二沼泽水电站的三梁岔管，主管直径6.0m，支管直径4.0m；美国卡斯巴克水电站的内加强月牙肋岔管的主管直径 9.14m，支管直径7.10m；日本奥吉野水电站的球形岔管，主管直径4.3m，支管直径2.7m等。

参考书目

王树人、董毓新主编：《水电站建筑物》，清华大学出版社，北京，1984。