水電站壓力鋼管破壞影響因素與改進措施
科技專論
作者：肖正康
【摘要】隨著經濟的發展,我國的各種大型水電站不斷地興建起來,壓力鋼管受到極其廣泛的應用。壓力鋼管的使用過程中會受到塑性破壞、屈曲失穩、脆性斷裂和疲勞破壞四方麵的破壞。找尋導致壓力鋼管破壞的因素,並對壓力鋼管進行有效保護,使得壓力鋼管保持自身形態良好的發揮自身的作用減少水電站事故的發生迫在眉睫。
【關鍵詞】壓力鋼管;破壞因素;解決措施
1、前言
對壓力鋼管的材質質量嚴格把關,嚴格保證施工的質量,嚴格按照規範的程序進行操作,對壓力鋼管做好防鏽蝕保護是水電站勢在必行的事情。
2、水電站壓力鋼管的特點
壓力鋼管是將水量從水庫、壓力前池或調壓室輸送至水輪機的一種水管,一般呈現為有壓狀態。它將水電站的大部分或者所有的水頭集中起來,所以其不可避免地承擔著大量的動水壓力。另外壓力鋼管自身的坡度陡峭,地理位置臨近廠房,這就意味著壓力鋼管的安全問題不可忽視,對廠房的安全有著極其重要的影響,牽一發而動全身。因此,壓力鋼管的經濟性與安全性兩方麵成為我們不得不慎重考慮的因素,其材質、設計以及加工工藝等方麵問題也不可忽視。
壓力鋼管需要以較小的厚度承擔巨大的重量,主要荷載為內部動水壓力,壓力鋼管內部的直徑D(m)和水頭H(m)以及兩者的乘積HD值是壓力鋼管承受壓力能力與鋼管研發難度的重要標誌。
3、壓力鋼管破壞的主要影響因素
壓力鋼管主要有四種典型的破壞模式,分別為:塑性破壞、屈曲失穩、脆性斷裂和疲勞破壞。研究全世界壓力鋼管破壞的實例,導致壓力鋼管破壞的原因主要有:(1)壓力鋼管內部的管理和使用過程不合理導致水錘過大,從而導致內部壓力減小,使得管道受到了過大外壓的直接作用,最終導致壓力鋼管的抗外壓能力降低,失去穩定性;(2)環境的不穩定性導致鋼管的振動過大,壓力鋼管最終發生共振導致鋼管結構的破壞;(3)鋼管材料選擇的不合理、焊接較差以及運行維護的不及時導致壓力鋼管不能承擔正常的符合造成破壞;(4)鋼管部分特殊結構如進入孔、出氣孔結構突變致使不能正常運行造成壓力鋼管損壞;(5)自然災害也是不可忽視的重要原因,地震、洪水導致壓力鋼管破壞的事例也不少見。除了一些特殊實例由單一原因造成以外,大部分的壓力鋼管破壞都是由兩個或幾個因素共同作用造成的。
4、壓力鋼管破壞原因結合事例詳述
4.1水錘過大
1950年,日本大井川水電站發生了一起事故,廠房前麵的蝴蝶閘受到長期的機械磨損,因而一次操作失誤導致蝴蝶閘完全不能發揮作用自動關閉,從而產生了一個巨大的關閥水錘壓力波,在壓力波的劇烈作用下,一節長7.63米的壓力鋼管直接從其頂部破裂,破裂程度巨大,鋼管幾乎平鋪,導致上遊水管內部產生了真空,從而引起了連鎖反應,導致一段長53.3米的壓力鋼管破壞,水大量流出,造成廠房淹沒,機組不可避免受到了損壞,造成了巨大損失。
上述水錘導致鋼管破壞的現象並不隻是偶然的,這種現象極其常見,也如上例所示,一般多為操作失誤導致。
4.2振動
正常情況下,水流正常流過壓力鋼管,不存在任何異樣情況,不會發生任何振動現象,但是,如果壓力鋼管內部產生壓力波,則導致水管振動。如果,水管振動頻率與鋼管某段自然振動頻率相似,則會導致共振發生從而引發非常劇烈的振動,破壞力極大。理論上,隻要頻率相同,共振就會引發極其劇烈的振動。但強烈振動發生的情況並不多,因為很多情況會導致能量被消耗,減少振動的強度,所以強烈振動隻在一些特定情況下發生。如強烈振動隻會發生在某些工程的明鋼管的某些運行情況下,並且隻會發生在壓力鋼管的少數部位,強烈振動隻是壓力鋼管管壁的劇烈震蕩。另外,如果我們將壓力鋼管的剛度進行改變,那麼我們將能夠對壓力鋼管的振幅進行有效的控製。