该如何做代办胶南非金属材料管生产许可证的细则.高效办理往复式

球阀的优点是在开启状态时实际上没有水头损失，止水严密，结构上能承受高压；缺点是尺寸和重量大，造价高。适于作高水头电站的水轮机前阀门。球阀是在动水中关闭，但需要用旁通阀平压后在静水中开启。

        

　　　　　　　    图8-10 平板阀门                           图8-11 蝴蝶阀

　图8-12  球阀

　(a) 关闭状态    (b) 开启状态

(二) 附件

　　(1) 伸缩节。露天式压力钢管受到温度变化或水温变化的影响时，为了使管身能沿轴线自由伸缩，以消除温度应力，且适应少量的不均匀沉陷，常在上镇墩的下游侧设置伸缩节。对伸缩界的基本要求是：能随温度变化自由伸缩，能适应镇墩和支墩的基础变形而产生的线变位和角变位，并留有足够余度。伸缩节的型式较多，较常见的几种见图8-13。在阀门处的伸缩节应便于阀门拆卸，并允许产生微小的角位移。

(a)

(b)                                      (c)

(d)

图9－13 伸缩节

(a)套筒式伸缩节 (b)压盖式限拉伸缩节 (c)波纹管伸缩节 (d)波纹密封套筒式伸缩节

　　(2) 通气阀。通气阀常布置在阀门之后。当阀门紧急关闭时，水管中的负压使通气阀打开向管内充气，以消除管中负压；水管充水时，管中空气从通气阀排出，然后再关闭阀门。

　　(3) 进人孔。为了检修方便，在钢管镇墩的上游侧通常设置进人孔。进人孔间距一般为150m，不宜超过300m。进人孔为圆形或椭圆形，其直径(或短轴)一般不小于45cm。为保证正常运行期间不漏水，进人孔盖与外接套管之间要设止水盘根，如图8-14所示。

　　(4) 旁通阀。旁通阀设在水轮机进水阀门处，与闸门处的旁通管作用相同，使阀门前后平压后开启，以减小启闭力。

　　(5) 排水设施。在压力水管的最低点应设置排水管，在检修水管时用于排出管中的积水和渗漏水。

　　严寒地区的明钢管，应有防止钢管本身及其附件结冰的保温措施。

　　图8-14 进人孔

　　1-孔盖； 2-垫圈； 3-螺栓； 4-接管

第五节 作用在钢管上的荷载及其组合

一、荷载计算

　　按荷载的作用方向可以将其分为轴向力、径向力和法向力。各种作用力计算公式及作用方向见表8-3，但风荷载、雪荷载、地震荷载等需查阅《水工建筑物荷载设计规范》。

二、荷载组合

　　钢管结构设计应根据承载能力极限状态的要求，对不同设计状况下可能同时出现的作用，进行相应的作用效应组合，对明钢管要求的组合见表8-4。

1．“上段”和“下段”分别指镇墩上游侧和下游侧管段，管段从伸缩节断开。

2．“顺”和“逆”分别表示发电工况顺水流方向和逆水流方向，序号3.2作用力及顺水流抬高的管段的其他作用力指向应具体判断。

　　表8-3中各计算式种符号的含义为：P — 内水压力设计值；— 水的重度；H — 计算截面管轴处内水压力作用水头(包括静水压力和水锤压力)；qs — 单位管长钢管自重设计值；qw — 单位管长管内水重设计值；L — 支墩间距；α — 管轴与水平面夹角；D0 — 钢管内径；Dmax和Dmin — 渐缩管的最大内径和最小内径；D1和D2 — 伸缩节内套管的外径和内径；v0 — 机组满负荷时钢管内水流流速；g — 重力加速度；bp — 伸缩节止水填料长度；μp — 伸缩节止水填料与钢管间的摩擦系数；μ — 支座垫板与钢管间或支座上下垫板间的摩擦系数。

第六节 明钢管的结构分析

一、钢管管壁厚度估算

　　在进行钢管设计时，需要先设定管壁厚度。由于内水压力在管壁上产生的环向应力是其主要应力，因此常用锅炉公式来初拟管壁厚度。取单位长度承受较高水头的压力钢管，将其沿水平直径切开，由力的平衡条件可以得出管壁中的环向拉应力：

　　                                     (8-3)

　　以钢管结构构件的抗力限值代替，并考虑焊缝的强度降低，引入焊缝系数φ，整理得：

　　                                          (8-4)

上面二式中： P —— 内水压力；D —— 钢管直径；δ —— 管壁厚度；γ —— 水的比重；H —— 钢管内的水头。

　　根据规范要求，焊缝系数φ一般取为0.9~0.95。考虑钢管运行期间的锈蚀、磨损及钢板厚度误差，管壁厚度至少比计算值加2mm。另外，在实际工程中，考虑到制造、运输、安装等条件，必须保持一定的刚度，因而需要限制管壁的最小厚度δmin。δmin一般取为D/800+4(mm)，且不宜小于6 mm。

二、管身的应力分析

　　前面已经指出，明钢管敷设在一系列支墩上，为了改善钢管的受力条件及保持管壁的外压稳定，有时需要在管壁上加设支承环和加劲环。钢管承受的荷载分为径向力、轴向力、法向力。可以利用叠加原理对其进行应力分析。在管重和水重作用下，钢管相当于一根连续梁；在轴向力作用下钢管可用轴向受压构件计算；径向力作用只会引起钢管的环向变形。根据受力特点，管身的应力分析可选择四个基本断面，如图8-15所示。(1)-(1)断面在跨中，只有弯距作用，且弯距最大,剪力为零，无局部应力，受力最简单；(2)-(2)断面位于支承环旁管壁膜应力区的边缘，弯距和剪力共同作用，无局部应力，受力比较简单；(3)-(3)断面是加劲环及其旁管壁，由于加劲环的约束，存在局部应力；(4)-(4)断面指支承环及其旁管壁，应力最复杂，弯距和剪力(支承反力)共同作用，存在局部应力。在压力钢管的应力分析中，其坐标系规定为：轴向x、径向r、环向θ，如图8-16所示。

(一) 跨中段面(1)-(1)的管壁应力

　　跨中段面属于膜应力区，其特点是弯矩最大，剪力为零。下面分别介绍径向应力、切向(环向)应力和轴向应力的计算。

　　        

图8-15 明钢管应力分析的几个断面             图8-16 管壁应力计算坐标系

　　1．径向应力

　　水管的内表面承受内水压力，所以内表面的径向应力等于该处的水压强，即，“-”表示压应力。管壁外表面的。由于径向应力的数值比较小，所以应力计算中可以忽略。

　　2．切向(环向)应力

　　设压力水管中心处的水头为H，而水管轴线与水平面的夹角为α，则在管壁中任意一点(该点半径与管顶半径的夹角为θ，见图8-17)的水头为。在管壁中取出一段微圆弧，其圆周长为。沿轴线方向取单位长度，则由力的平衡(图8-18)，可以推导出管壁中的切向拉力T和切向应力为：

　　                                  (8-5)

          

                                      (8-6)

式中   P —— 内水压强；

       δ —— 管壁计算厚度；

       H —— 计算水头；

       α —— 管轴线倾角；

       θ —— 管壁中任意一点半径与管顶半径的夹角；

　　    r —— 水管半径。

图8-17 管壁上内水压力的分布                图8-18 管壁微圆弧的受力平衡

　　3．轴向应力

　　跨中段面的轴向应力由两部分组成，即法向力引起的轴向弯曲应力和轴向作用力引起的轴向应力。

　　(1) 法向力作用引起的管壁轴向应力。将水重和管重的法向分力视为均布荷载，则钢管的受力与多跨连续梁类似，其变形以弯曲为主，并在管壁上产生弯曲正应力与剪应力。在相邻两镇墩之间的压力钢管放置于支墩之上，支墩相当于连续梁的中间辊轴支座，最下端的镇墩相当于固定端，上端伸缩节处可近似认为是自由端。在均布荷载作用下，三跨连续梁的弯矩和剪力见图8-19，其他情况用结构力学方法求出，或查规范计算。这样管壁横断面上任意一点的轴向应力为

　　　　　                       (8-7)

式中   M——水重和管重的法向分力作用下连续梁的弯矩，钢管底部受拉为正；

　　   W——连续梁(空心圆环)的断面模数，。

图8-19 三跨连续梁截面内力

　　(2) 轴向力引起的轴向应力。

　　在轴向力合力∑A作用下，管壁中产生的轴向应力为，管壁的断面积为F，则：

　　　　　　　　　　                    (8-8)

“-”表示压应力。一般情况下，∑A为压力，即为压应力，D为管道直径。

　　4．剪应力

　　由于跨中断面的剪力为0，所以该断面的=0。

(二)、支承环旁管壁膜应力区边缘(2)-(2)断面的管壁应力

　　(2)-(2)断面虽然靠近支承环，但在支承环的影响范围之外，即不考虑支承环对管壁的约束作用。为了安全起见，认为该断面的弯矩和剪力与支承环断面相等。对于连续梁，跨中断面和支承环断面的管道弯矩，方向相反，顾可用式(9-7)计算弯曲应力。此外支承环处存在剪力V，在垂直于管道轴线的横断面上剪应力的计算公式为：

　　                                        (8-9)

式中    V——管重和水重的法向分力作用下连续梁的剪力；

        SR——计算点以上管壁环形截面积对重心轴的静矩，；

        b——受剪截面宽度，；

        J——截面惯性矩，。

　　当θ=0°(管道顶部)和θ=180°(管道底部)时，=0；当θ=90°(管道侧面中点)时，，达到最大值。

　　的分布如图8-20，该图为以上各应力的综合图。

　　断面(2)-(2)的其他正应力σr、σθ和σx均与断面(1)-(1)相等，但符号不尽相同。

(三) 加劲环及其旁管壁，断面(3)-(3)的管壁应力

　　1．轴向应力σx3。

　　由于加劲环存在，管壁在内水压力作用下的径向变形受到了限制，因而将产生局部应力，变形状态如图8-21(a)所示。加劲环对管壁约束的影响范围，每侧为。又称等效翼缘宽度。由弹性理论分析可得

                                     (8-10)

式中    μ——钢材的泊松比。

　　对于范围以外的管壁，认为不受加劲环的影响，即不存在局部应力。在计算时，加劲环有效断面面积F，等于其自身净断面F加上两侧各长为0.78的管壁面积。

　　在内水压力作用下，其变形具有轴对称特性，因此管壁圆周上各处的弯矩和剪力值都相等。设想将加劲环与管壁切开，根据变形相容条件可以证明，在切口处存在着均布的径向弯矩M和剪力V，如图8－21(b)所示。设在内水压力P和管壁传来的剪力V作用下，加劲环向外径向变位为Δ1；加劲环影响范围以外的管壁向外径向变位为Δ2；如果没有M和V的作用，全部管壁都将有相同的变位Δ2；但是在M和V作用下，钢管与加劲环连接处的变位应该与加劲环的变位相同，等于Δ1。我们可以看作M和V作用下使钢管在断面(3)-(3)处发生一个变位等于Δ3。根据变形连续条件，，同时管壁在M和V作用下没有角变位(转角)。

　　(1) 求Δ2。在加劲环影响范围以外的管壁变位Δ2，是由均匀内水压力产生的。Δ2为半径的增加。根据虎克定律可得

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(b)

　　　　　　　　　　　　　　图8－21 加劲环及其旁管壁变形示意图

　　　　　　　　　　　(a) 管壁局部变形；(b) 切口处均布的径向弯矩和剪力

　　                                (8-11)

式中    E——钢材弹性模量。

　　(2) 求Δ1。用类似的方法可以推导出：

　　                                         (8-12)

式中     a——加劲环宽度；

　　     F——加劲环净截面积，不包括管壁翼缘。

　　(3) 求Δ3。根据弹性理论，M与V之间存在关系如下：

　　                                                  (8-13)

　　在M与V的共同作用下，该处管壁的径向变位减小Δ3

                                               (8-14)

式中     k——等效翼缘宽度的倒数，即：

                    

　　根据连续条件，，将式(8－11)、(8－12)、(8－14)代入，得

　　　　　　                (8-15)

再将代入上式，化简后得

　　                                                 (8-16)

代入式(8－13)得

　　                                              (8-17)

　　                      (8-18)

式中     F——加劲环有效截面积，包括管壁的等效翼缘。

　　最后可得局部弯矩M产生的管壁局部轴向应力σx3为

　　                   (8-19)

　　取μ=0.3，则

　　                                        (8-20)

式中的正号代表管壁内缘受拉，负号代表管壁外缘受压。由于，当F很大时，β≈1，而没有加劲环时，F=aδ, β≈0。

　　2．剪应力

　　上述分布剪力V在加劲环旁管壁内产生剪应力，的作用方向指向管中心，其值用公式(管壁中面)或(管壁内、外缘)计算。一般的值较小，且管壁总应力的控制点在管壁内外缘，故可忽略不计。

　　3．切向应力σθ2

　　加劲环净截面除承受径向的均匀内水压力Pa外，还承受外侧径向剪力2V，如图8-21(a)。总切向拉应力为

　　　　                                   (8-21)

将式(8－16)代入上式得

　　                      (8-22)

根据式(8－18)可得

　　　　　                                   (8-23)

将上式代入式(8－22)，即可得

　　                                         (8-24)

　　4．剪应力

　　由管重和水重法向分力在管壁中引起的剪应力用式(8－9)计算，而由剪应力互等定理可知

　　　　　　　=                                      (8-25)

　　断面(3)-(3)的轴向应力σx1、σx2和剪应力的计算，均与断面(2)-(2)相同。

　　综合断面(3)-(3)各应力方向和分布，如图8-22所示。

(四) 支承环及其旁管壁，断面(4)－(4)的管壁应力

　　支承环与加劲环从形式上看都是一个套焊在管壁外缘的钢环，因此断面(4)-(4)的管壁应力的计算均与断面(3)-(3)相同。但支承环由于承担管重和水重法向力Q而在支墩处引起的支承反力R，从而在支承环内产生附加应力。随着支承方式和结构不同，应力状态也不同。

　　1．支承环的支承方式

　　大中型水电站明钢管上的支承环支承方式有侧支承和下支承两种形式，如图8-23所示。图中点划线为支承环有效截面重心轴，它与圆心距离为半径R，支墩支承点至支承环截面有效重心轴距离为b，支承反力为。

　　2．支承环内力计算

　　支承环的内力计算常采用结构力学中的弹性中心方法进行。因为钢管断面是一个对称圆环，是一个三次超静定结构，可用弹性中心法计算支承环上各点的内力。

　　当采用侧支承时，设支承反力离支承环重心轴距离为b。根据分析，在设计时取b=0.04R，可使环上最大正弯矩与最大负弯矩接近相等

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