压力水头

压力水头（精选3篇）

压力水头 篇1

高原地区由于山谷深切、地形复杂、地势高低不平, 但其往往为淡水资源开发的重要地带, 因此为了适应经济发展的需要在该类地区建立引水式高水头下流量水电站被越来越多的关注, 该类水电站中由于地形变化较大导致管道落差较大, 其内部水的压力较大, 相应管路应承受高速水流冲击和相应的动水压力, 因此在该类水电站建设过程中其压力管道的设计与施工成为关键环节。

1 压力钢管稳定设计与制作

1) 压力钢管设计。高水头小流量水电站压力钢管设计一般采用有限元法计算确定, 采用该中方法设计的管壁厚度常小于采用规范解析法计算确定的管壁, 因此其可在一定程度上节约投资;同时管路设计过程中由于部分管路在施工中被钢筋混凝土外包, 因此可将其视为埋管, 但其壁厚收外水压力控制应案钢管单独承受内水压力设计, 而无需计算围岩承担的内水压力。2) 背管外包混凝土厚度。以往经验显示背管外包混凝土在超过一定压力后将产生裂缝, 且其裂缝宽度往往超过设计要求的0.3mm。因背管属于钢管与外包钢筋联合受力, 其外包混凝土不承担钢管内的水压力, 而只起到力的传递作用, 因此该中裂缝不影响钢管的安全运行;而少量增加外包混凝土厚度则只能提高外包混凝土的初始裂缝荷载, 在该荷载作用下混凝土仍将继续开裂, 且增加混凝土厚度只能增加裂缝间距及裂缝开展宽度;较大幅度的增加外包混凝土厚度可达到在设计荷载下避免裂缝产生并减少钢管的温度应力和变形, 但该中方案从经济及背管原理考虑并不可取;混凝土灌注应尽量采用膨胀混凝土回填以取消接触灌浆, 但仅作混凝土衬砌顶部回填和局部洞段固结灌浆, 该种措施可在很大程度上减少在钢衬上开孔并减少灌浆及灌浆孔补强的工作量, 导致提高工程的安全度并缩减工期。3) 钢管及岔管制作。钢管制作过程中在钢板生产及卷板能力允许的前提下管节越长则管节数及瓦片张数越少, 其相应的下料、切割、卷板、焊接等工作量也相应减少, 因此合理确定钢管长度非常必要;传统压力钢管制造在瓦片组成整圆、纵缝焊接完成后调圆后下装焊加劲环, 该种工艺由于焊接收缩应力在整个圆周均匀分布其产生的钢管圆度变形很小, 在现代小流量压力钢管制作中由于受到特殊环境的影响为了减轻洞内的工作量而需在厂内纵缝未焊接的情况下对瓦片进行加劲环处理;在岔管制作中首先应根据图纸尺寸进行放样划线, 之后用样冲做出标志, 最后进行压缝对接, 且岔管应在钢管厂进行拼装, 待其检验合格后焊上定位板, 拆成瓦片运至施工现场。

2 压力钢管施工

1) 钢管组装。安装前准备。在钢管洞内沿钢台车轨道两侧浇筑混凝土土埂;由专业测量人员根据施工图纸进行测量放线、放点, 并将钢管中心线放于地面上, 随后在钢管洞两侧洞壁上放出高程点和里程桩号线。首装节安装。由于其安装精度直接影响到后续钢管的安装因此应严格控制其中心、高程和里程, 安装后应加固牢固以免与后续管节连接压缝时发生位移;安装时应先调整中心用千斤顶支于混凝土埂上将钢管顶起, 并使其下中线对准控制线, 之后用4个千斤顶将钢管均衡的顶至要求高程和里程, 其合格后在钢管上焊接支腿;该节钢管安装完成并符合要求后应将支腿焊接加强, 并用型钢将钢管与洞壁的预埋锚筋连接加固。弯管安装。弯管安装前应准确测量前一管节的安装中心、高程、里程, 若前节管超前或滞后则应做出相应的调整, 最终控制其中心、高程和里程偏差在5mm范围内;安装中应用经纬仪测定其上下中心和里程, 用水准仪测量其高程, 在管口上中心处挂重锤来测量弯管的倾斜度, 用钢卷尺测量管口上下中心和垂线距离, 并计算其垂直度, 并将其与理论值进行比较, 存在偏差应用千斤顶或调整螺杆的方法进行调整, 并可通过调整环缝的间隙调整其高程、里程。斜管安装。首先应用千斤顶架设在支墩上将钢管顶起, 将其下中心对准已装管节的下中心或测量人员放在地面的中心线, 之后将环缝间隙调整到位, 再从下中心分两边压缝;若相邻的管节周长存在差异则应计算出其错牙量, 并顺圆周边均匀错边, 保证其最大错牙量不超过2mm, 之后每安装2-3单元则对其中心、高程、里程进行一次检查以免造成误差积累。

2) 焊缝焊接。焊前准备。先将破口作为双面破口, 纵缝和环缝直边侧的破口均应采用机械加工, 环缝斜边侧的破口采用数控火焰切割机加工, 之后用砂轮将表面的硬化层磨掉;在焊接施工前应检查破口尺寸和钢管瓦片组对工序的装配质量以保证组圆钢管内壁错台小于1.0mm, 破口内侧及两侧30cm范围内无油污、铁锈、水分及杂质等, 并应露出金属光泽;焊条在使用前应严格烘烤, 烘烤后的焊条应在保温桶内贮存便于使用;纵缝焊接。其属于立焊位焊缝, 首先应进行内侧立缝焊接, 采用焊条电弧焊进行多层多道焊, 过程中采用短弧焊接减弱磁偏吹的程度;并一般采取分段退步焊接顺序来控制焊接变形, 并根据纵缝处的间隙来决定采用内侧焊还是采用外侧焊, 焊接概面焊缝时应盖过破口边界3~4mm, 并应保证焊条余高为2~3mm以防止咬边、未焊满以及焊缝界面形状突变等缺陷;内侧焊缝焊接完成后其外侧应采用碳弧气刨进行清根, 完毕后用角磨机进行破口部位的修磨以保证破口干净、平滑, 之后采用与内侧相同的工艺焊接;焊接过程中若发生长时间中断则应立即进行150~200℃的加热处理, 并应保证其均匀加热, 焊接过程中其温度不低于预热温度且不高于180℃, 焊接完成后应立即进行保温处理。

3) 焊后检验。焊接后的埋管及钢衬管应进行100%超声波探伤, 用射线复验长度为该焊缝的5%, II类焊缝应进行50%超声波探伤;明管I类焊缝进行100%超声波探伤, 30%以上射线透照, 对T形焊缝及每个焊工作焊焊缝的一部分应进行局部探伤。对存在缺陷的部位应进行补焊, 首先应清除缺陷, 清除时应向缺陷两头各延伸10~20mm, 并将补焊区周围杂质清理干净以便于补焊时引弧, 补焊完成后也应进行保温、缓冷等。

4) 管道防腐。管道焊接完成并检验合格后方可进行管道防腐, 在施工前一股脑进行表面预处理, 预处理前应将钢材表面的焊渣、毛刺、油脂等污物清理干净;钢管内壁采用的喷涂材料和除锈等级应达到2.5级, 钢管涂装应在密闭车间内进行便于防腐环境改变后易于得到保障, 涂料涂装应由高压无气喷涂机完成, 并应保证涂层的厚度均匀。

5) 支墩和镇墩设置。露天钢管支墩最好采用滚动式支承, 间距一般在6~12m之间, 除管道转弯处设置外, 镇墩直线段一般每隔80~120m也应设置镇墩。在主管安装竣工后, 冈其外侧布置钢筋, 浇筑混凝土, 受回填灌浆压力及固结灌浆压力, 主管内设置内加撑, 以支承施工期间这一类外荷载, 该外荷载不与永久性外水压力荷载叠加。

3 结语

压力钢管是高水头小流量水电站的一个重要组成部分, 因此其设计和施工质量对整个水电站的最终质量具有非常重要的意义, 其在设计过程中应尽量采用有限元计算, 施工中应严格控制其施工质量方可保证其[最参终考经文济献效]益和社会效益的实现。

[1]张剑红河南沙水电站引水发电压力钢管的设计[J].珠江现代建设, 2007.

[2]张自军, 刘军, 孟晓春.公伯峡水电站引水压力钢管制作安装施工技术措

施[J].青海水力发电, 2005.

参考文献

[1]张剑红河南沙水电站引水发电压力钢管的设计[J].珠江现代建设, 2007.

[2]张自军, 刘军, 孟晓春.公伯峡水电站引水压力钢管制作安装施工技术措施[J].青海水力发电, 2005.

局部水头损失实验研究 篇2

流体在管道中流动时存在存在能量损失,例如长庆油田等油田的油气在输送时,要流经复杂繁琐的各种管道,会损耗很多能量。流体经过管路进口、出口、大小头、弯头、阀门、过滤器等局部管件时,流速重新分布,漩涡中粘性力做功和质点碰撞产生动量交换,引起的水头损失称为局部水头损失[1],用符号hj表示。理论上推导局部水头损失较为困难,仅有少量可以推导,绝大多数需要用实验方法确定。突扩管局部水头损失可以借助理论公式计算,突缩管局部水头损失可以用经验公式计算。将突扩管理论值与实验值、突缩管经验值与实验值进行比较分析,寻找造成实验误差的原因。

1 实验装置及实验原理

1.1 实验装置

实验装置简图[2]以及各部分的名称如下图1所示。实验所用装置由浙江大学水力实验室提供。

1.2 实验装置

局部水头损失是发生在一段流程上,有时候在相当长的流程上才能完成。如图1所示的圆管突扩管和突缩管断面。根据实际流体总流的伯努利方程,在一段流程上两截面1-2有:

水平管道总水头损失hwl-2包括局部水头损失和沿程水头损失:

用hi(i=1,2,3……)表示第i断面处的测压管水头,试验中可直接由测压管读出;hf1-2表示的沿程水头损失。局部阻力系数实验值表达式为

1.2.1 圆管突扩管水头损失

突扩管处水头损失采用三点法[2]测量,即在突扩管段上布设三个测点,如图1中测点(1)(2)(3)。流段(1)—(2)为局部水头损失发生段,(2)—(3)为均匀流流段;测点(1)(2)间距为测点(2)(3)间距一半。该突扩管局部水头损失:

突扩管局部阻力系数的理论值根据包达公式[1]计算:

1.2.2 圆管突缩管水头损失

突缩管处水头损失采用四点法[2]测量,即在突缩管段上布设四个测点,如图1中测点(3)(4)(5)(6)。图中M-M为突缩段截面。(4)—(5)为局部水头损失发生段,(3)—(4)与(5)—(6)为均匀流流段;测点(3)(4)为(4)到M-M间距2倍,M-M到(5)间距等于(5)(6)。

该突缩管局部水头损失:

突缩管局部阻力系数的经验值根据下列计算:

2 实验结果与误差分析

实验过程中由于各种各样不当操作,导致实验值与理论值出现较大误差。以下对各种常见错误操作引起的误差进行比较分析。实验管段直径:d1=1.01cm,d2=d3=d4=1.94cm,d5=d6=1.07cm;实验管段长度:l1-2=12cm,l2-3=24cm,l3-4=12cm,l4-M=12cm,lM-5=12cm,l5-6=12cm。实验要求测得突扩段或突缩段得局部损失的实验值hj与理论值hj误差ε小于5%。

2.1 测压管6个管子液柱面未调平

实验时,如果测压管液面未调平就开始测量,会造成较大误差。表中下表为1的是突扩段参数,下表为2的是突缩段参数。

2.2 测压管液面未稳

试验中,若测压管液面未稳定就开始读数,同样会造成很大实验误差,如表3。液面稳定需要一定的时间,试验中耐心等待。

3 结束语

文章仅列举了对实验结果影响明显的几种错误操作。今后再做此类实验时,应尽量避免出现以上错误操作。本实验中,使用介质为水,但对油田在设计实验输油气管道及分析管道输送油气时管压逐步升高等现象同样具有一定的参考价值。

摘要：局部水头损失实验用来测量流体在经过局部管件时能量损失大小。实验中,若操作不当,会造成较大误差。操作中常犯的错误无非有测压管液面未调平、测压管液面不稳定开始读数等。这文章针对这些不当操作,分析研究操作不当对实验数据的影响。通过数据的比较,可以了解哪些错误操作对实验影响较大,不能忽略。

关键词：局部水头,能量损失,测压管

参考文献

[1]袁恩熙.工程流体力学[M].石油工业出版社,2007:144-150.

大水头煤矿瓦斯地质规律量化研究 篇3

瓦斯是气态地质体, 采用多种手段勘查、核实井田内地质构造和煤层赋存条件, 掌握矿井瓦斯赋存规律, 对矿井瓦斯地质进行研究, 是搞好瓦斯地质工作、保证瓦斯治理的根本, 也是贯彻落实瓦斯治理“十六字”体系的重要举措。大水头煤矿为高瓦斯矿井, 曾发生三次严重的瓦斯爆炸事故, 因此掌握矿井的瓦斯赋存规律对矿井瓦斯治理、保证矿井安全生产具有重要的现实意义。

1 矿井地质与瓦斯地质概况

大水头煤矿位于靖远煤田中部, 大-宝向斜南翼, 井田有5条大型断层及4条向背斜构造, 次一级小型断层分布广泛。据东一、中一采区开采揭露, 区内断层数量达8~15条/km2, 落差普遍在3~21 m之间。井田可采煤层只有一层煤, 由于长期遭受压扭性地应力的作用, 一层煤厚度变化较大, 厚0.53~33.38 m, 平均10.34 m, 但层位稳定。煤层之上有1.2~2.5 m厚的炭质泥岩伪顶;直接顶为铝质泥岩, 厚3.6 m;其上为砂质泥岩、细砂岩。

目前, 矿井绝对瓦斯涌出量约46.2 m3/min, 综放工作面瓦斯涌出量约18 m3/min。矿井开采过程中未出现过瓦斯异常涌出的情况。一层煤瓦斯含量8~l0 m3/t, 呈现东高西低的特征, 瓦斯压力0.35~1.48 MPa, 煤层透气性系数1.11~4.66 m2/MPa2d, 属于可抽煤层。煤层具有自燃发火特征, 一般为3~6个月, 但也有21 d的发火历史。

2 矿井瓦斯赋存量化划分分析

根据矿井不同区域的不同的瓦斯赋存条件、煤厚、埋藏深度、地质条件、抽采条件、回采率等因素, 结合地质勘探钻孔中煤的瓦斯含量分析数据, 采、掘工作面掘进、回采期间瓦斯绝对涌出量、抽放量和相对瓦斯涌出量, 综合分析矿井不同条件下瓦斯赋存量, 进行量化块段划分:东一采区内地质构造复杂, 为矿井高瓦斯赋存区。瓦斯含量在6.0~9.8 m3/t。东一采区瓦斯赋存量18 605.68万m3;东二、东三采区瓦斯含量在5.2~6.3 m3/t, 瓦斯赋存量7 805.12万m3;中一、中二采区受F40断层影响, 附近有落差在2~21 m的中、小型断层造成煤底板起伏, 煤厚变化较大, 本区域瓦斯含量在6.0~7.8 m3/t, 瓦斯赋存量2 275.21万m3;西一、西二、西三采区尚未进行采掘活动, 类比中一、中二采区的煤层赋存条件, 结合钻孔煤层瓦斯含量实验数据, 区域瓦斯含量在4.8~5.8m3/t, 瓦斯赋存量16 667.18万m3。

3 矿井瓦斯涌出规律分析

根据矿井瓦斯赋存规律, 结合工作面的瓦斯绝对、相对涌出量的变化情况, 及实验室对矿井有关煤与瓦斯参数测定化验数据, 综合分析总结出矿井瓦斯涌出规律:

(1) 从矿井井田走向方向, 从西南向东北, 瓦斯逐渐加大, 并随着开采深度增加瓦斯涌出量增大;同一区域倾斜方向, 开采深度越大, 瓦斯涌出量越大 (不包括地质构造区域) ;

(2) 在同一回采水平, 煤层厚度变化区域, 煤层厚的地区瓦斯涌出量大, 反之小。

(3) 在同一采区中首掘、首采工作面瓦斯涌出量大, 原始煤层结构完整处, f系数大于0.7, 瓦斯涌出量较低, 原始煤层松软, 层理紊乱处瓦斯涌出量大。

(4) 地质构造集中区瓦斯涌出量大。掘进工作面遇到地质构造, 瓦斯绝对增量在0.1~0.2 m3/min之间。回采工作面遇到采空区顶板来压、大面积垮落, 或在地质构造带回采, 瓦斯绝对增量在1.5~3.2 m3/min之间。

4 瓦斯赋存规律量化的应用

根据矿井一层煤瓦斯赋存条件, 对工作面瓦斯治理工作, 从通风方式、立体抽采瓦斯等方面进行优化。对瓦斯含量在3~6 m3/t区域采用“B”型通风方式, 以顶板巷、回风巷高位钻孔抽放、采空区埋管抽放等措施;对瓦斯含量低于3 m3/t的区域如东二采区, 采用“U”通风方式, 回风巷高位钻孔抽放、采空区埋管抽放等措施。有效地预防了工作面上隅角瓦斯超限及采空区遗煤自然发火。

根据矿井一层煤瓦斯赋存条件, 掘进工作面瓦斯含量大于8 m3/t的煤层, 采取超前预抽、超前卸压释放、边掘边抽的技术措施;在瓦斯含量5~8 m3/t的煤层中掘进采取超前卸压释放, 边掘边抽的技术措施;瓦斯含量小于5 m3/t以下煤层中掘进, 采取边掘边抽, 如遇地质构造, 采取超前卸压解决瓦斯问题。

东二采区211工作面, 是在原始煤层中进行采掘活动, 工作面走向长585 m, 倾斜长为50 m, 比东二采区其它工作面增加了15 m, 且受刀楞山断层影响, 按常规应该设计顶板瓦斯抽放巷。根据矿井瓦斯赋存规律指导矿井瓦斯治理, 该面没有设计顶板瓦斯抽放巷。

中二采区203工作面走向长714 m, 倾斜长为99 m, 该面受刀楞山断层影响, 工作面地质构造复杂, 走向比103工作面缩短了近500 m, 按常规也应设计顶板瓦斯抽放巷。但由于掌握了该工作面煤层瓦斯赋存条件, 因而只在煤层厚度较大区域施工了长172 m的顶板瓦斯抽放巷。

通过上述优化设计, 2个工作面少掘巷道1 127 m, 按4 235元/m计算, 节省施工费用477.28万元。优化方案推广到矿井西一、西二采区、东三采区, 产生的直接经济效益更为可观。

5 结论

通过对大水头矿井煤层不同条件下瓦斯赋存量进行研究, 量化划分采区的瓦斯含量, 是矿井瓦斯治理研究的重要依据。在工作面瓦斯抽放设计中, 合理优化抽采参数, 发挥钻孔最大抽放效率, 增减工作面顺层和高位抽放钻孔数量, 为矿井安全生产创造条件;根据矿井瓦斯地质图反映的瓦斯赋存规律, 准确评价瓦斯 (煤层气) 资源量及开发技术条件, 进一步优化工作面通风方式和矿井瓦斯综合治理设计, 合理布置抽采钻孔, 安全经济效益明显。

摘要：大水头煤矿为高瓦斯矿井, 地质条件复杂, 曾发生三次严重的瓦斯爆炸事故, 通过对矿井的瓦斯赋存规律和瓦斯涌出规律研究, 优化了工作面通风方式和矿井瓦斯综合治理设计, 合理布置抽采钻孔, 保证了矿井的安全生产, 经济效益明显。