一种引水式压力钢管保护装置的制作方法

1.本发明涉及一种压力钢管保护装置，尤其涉及一种适用于昼夜温差大的高陡边坡引水压力钢管保护装置，属于引水工程技术领域。


背景技术：

2.压力钢管常见于引水式发电站引水隧洞出口至厂房段的引水设施。高山峡谷地区的引水式发电站的压力钢管多数布置在高陡的边坡上，具有水头高等特点，目前为保护压力钢管因温度变化产生不利变形，主要采用混凝土进行包管，但由于现有混凝土的导热系数较大(约1.28w/m
·
k)，当对钢管充水后，会因钢管内产生力而引起混凝土开裂，进而失去对钢管的保温效果，加之混凝土自重大约2.4t/m3会对压力钢管产生不利影响，同时对镇墩稳定要求高，且包管混凝土施工难度大，给维修带来极大困难。因此有必要对现有技术进行改进。


技术实现要素：

3.为解决现有混凝土包管存在保温效果不佳、对镇墩稳定性要求高等诸多问题，本发明提供一种使压力钢管免遭温度变化而产生不利影响，同时减轻对镇墩稳定性要求的引水式压力钢管保护装置。
4.本发明通过下列技术方案实现：一种引水式压力钢管保护装置，包括钢管，其特征在于在钢管外表面设置硅酸铝针刺毡，在硅酸铝针刺毡外部设置泡沫混凝土，在该泡沫混凝土中设置支撑钢筋，以便通过硅酸铝针刺毡的设置，有效防止钢管充水后产生的力传至外部的泡沫混凝土而引起其开裂而降低保温效果，同时通过泡沫混凝土降低其自重对压力钢管带来不利影响的同时，降低导热系数，提高保温效果。
5.所述硅酸铝针刺毡设置在整个钢管外壁，或者设置在钢管朝上的270
°
范围，且硅酸铝针刺毡厚度为2-3cm，以便缓冲钢管充水时产生的力向外传递而影响泡沫混凝土强度。
6.所述支撑钢筋设置在泡沫混凝土外层四周中，直径为5-7mm、间排距为15-30cm，用于补强泡沫混凝土抗拉强度，较少开裂。
7.所述泡沫混凝土断面设置为矩形，以便增加钢管在高陡边坡上的稳定性。
8.所述泡沫混凝土每间隔15-18m设一条缝宽为20-30mm、填缝材料为聚乙烯发泡板的结构缝，用于分缝以适应泡沫混凝土变形而产生挤压，减少变形裂缝。
9.所述泡沫混凝土底部设有锚杆，该锚杆长度为4-6m，插入基岩中的长度为3-5m，锚杆间距为1-3m用于增加泡沫混凝土的稳定性能。
10.所述泡沫混凝土由下列组分的原料混合、浇灌而成：
11.水泥
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500kg/m312.hf30植物性发泡剂
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1kg/m313.水
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250kg/m3。
14.所述泡沫混凝土指标为：干密度489kg/m3，抗压强度平均值1.07mpa，导热系数
0.116w/m
·
k，吸水率31.2％，容重430-930kg/m3，均满足泡沫混凝土质量要求。
15.本发明具有下列优点和效果：采用上述技术方案，可方便地通过硅酸铝针刺毡的设置，有效防止钢管充水后产生的力传至外部的泡沫混凝土而引起其开裂而降低保温效果，同时通过泡沫混凝土降低其自重的同时，降低导热系数，提高保温效果，再通过泡沫混凝土外层中的支撑钢筋设置，有效提高泡沫混凝土抗拉强度，保障钢管在高海拔、温差大的地区能够安全使用，有效防止泡沫混凝土不开裂，延长钢管及泡沫混凝土使用寿命。
附图说明
16.图1为本发明断面结构图；
17.图2为本发明应用示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图及实施例对本发明做进一步描述。
19.图1、2中，本发明提供的引水式压力钢管保护装置，包括钢管1，在钢管1外表面设置硅酸铝针刺毡2，在硅酸铝针刺毡2外部设置泡沫混凝土3，在该泡沫混凝土3中设置支撑钢筋4，该硅酸铝针刺毡2设置在钢管1朝上的270
°
范围，且硅酸铝针刺毡2厚度为2cm，以便缓冲钢管充水时产生的力向外传递而影响泡沫混凝土强度；所述泡沫混凝土3断面设置为矩形，支撑钢筋4设置在矩形泡沫混凝土3外层的四周，该支撑钢筋直径为6.5mm，间排距20cm，用于补强泡沫混凝土强度，在泡沫混凝土3底部设有锚杆5，该锚杆5长度为4.5m，锚杆5间距为1.5m，插入基岩中的长度为4m、外露0.5m，用于增加泡沫混凝土3在高陡边坡上的稳定性；所述泡沫混凝土3每间隔15m设一条缝宽为20mm、填缝材料为聚乙烯发泡板的结构缝，用于用于分缝减少泡沫混凝土变形而产生裂缝。
20.所述泡沫混凝土由下列组分的原料混合、浇灌而成：
21.水泥
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500kg/m322.hf30植物性发泡剂
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1kg/m323.水
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250kg/m3。
24.所述泡沫混凝土指标为：干密度489kg/m3＜500kg/m3，抗压强度平均值1.07mpa＞1.00mpa，导热系数0.116w/m
·
k＜0.12w/m
·
k，吸水率31.2％＜40％，容重平均值489kg/m3，均满足泡沫混凝土质量要求。
25.本发明实施例1应用在西藏芒康县境内，据当地气象站统计数据表明多年平均气温3.7℃，历年极端最高气温28.8℃，历年极端最低气温-24.6℃。因此为安全考虑，泡沫混凝土计算中，环境温度取历年极端最高气温及历年极端最低气温。
26.该工程隧洞开挖过程中，对洞内水温进行了监测，监测结果表明隧洞内水温基本恒定在15-18℃，同时考虑钢管设计合拢温度为13-18℃，故外包用的泡沫混凝土厚度计算中，钢管管壁温度取15℃。根据《工业设备及管道绝热工程设计规范》(gb50264-2013)相关规定进行压力钢管外包混凝土厚度计算，计算公式如下：
27.[0028][0029]
d0：管道外径，取1.3m；
[0030]
d1：保温层外径(m)；
[0031]
λ：保温层导热系数，计算取0.22w/m
·
k；
[0032]
t0：管道外表面温度，取15℃；
[0033]
ta：环境温度，保温时取-24.6℃，保冷时取28.8℃；
[0034]
[q]：绝热层外表面单位面积最大允许热、冷损失量(w/m2)；
[0035]as
：绝热层外表面与周围空气的换热系数(w/m2·
k)；
[0036]
δ：保温层厚度(m)；
[0037]
k：厚度修正系数，保温时取1，保冷时取1.4。
[0038]
经计算，在外界温度为历年极端最高气温28.8℃时，外包的泡沫混凝土厚度需0.1m，在外界温度为历年极端最低气温-24.6℃时外包的泡沫混凝土厚度需0.22m；考虑到本工程地处西藏高海拔寒冷地区，昼夜温差大，为减小外界环境温度变化对压力钢管的影响，保证压力钢管安全稳定运行，压力钢管外包的泡沫混凝土实施厚度两侧及顶面最薄处为0.55m。
[0039]
通过硅酸铝针刺毡的设置，有效防止钢管充水后产生的力传至外部的泡沫混凝土而引起其开裂而降低保温效果，同时通过泡沫混凝土降低其自重的同时，降低导热系数，提高保温效果，该工程经过6年多的使用，未发现泡沫混凝土开裂，监测数据反应压力钢管运行良好变形极小，证明本发明技术方案行之有效。