CN101664776B - 一种大直径弧形管道现场弯制方法及其固定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大直径弧形管道现场弯制方法及其固定装置，在施工现场将直管道两端固定，对管道进行均匀分段标注，再对标注的每分段管道根据基线依次进行弯制，弯制过程为在分段管道的底部对分段管道进行加热，在分段管道的顶部用千斤顶加力使分段管道产生弯曲形变，从管道的一端开始对每分段管道依次进行弯制至管道的另一端，实现管道的现场整体弯制。本发明可以有效解决现有弯制方法很难保证管道的设计精度和强度，影响管道的美观，且劳动强度大的问题，同时解决管道在工厂加工弯制带来的如运输不便，施工现场由于场地狭窄，不便对管道整体构件吊装等问题。

Description

一种大直径弧形管道现场弯制方法及其固定装置

技术领域

本发明涉及一种用于现场弯制工业与民用建筑给排水工程、通风与空调工程中大直径弧形管道的方法，以及该大直径弧形管道的固定装置。

背景技术

随着人们对建筑物造型设计美观度的要求越来越高，越来越多的建筑物为突出曲线美，不再以过去僵硬的直线段构成主轴线，而多以圆、椭圆、弧线段等来实现，这样也势必会给工程的施工带来一定难度，其中弧形建筑中大直径弧形管道的弯制及安装就是一个难点。管道在工厂预先加工完成后再进行运输至现场安装，不仅运输不便，而且大多数施工现场由于场地狭窄，不便对管道整体构件吊装。传统弧形管道现场弯制有如下两种方法：第一种是采用机械顶弯法弯制加工，利用千斤顶推动模块达到顶弯目的，但管道直径越大，加工很难保证设计精度，而且顶弯处产生凹坑而影响管道强度；第二种是将管道分段打折，然后再焊接施工，但如果管道多且成排布置，这样施工势必占据很大空间，使原本布置紧凑的其他设备及管道无法安装，且极不美观。另外大直径管道安装一般要求法兰连接，按传统的方法施工，就要将管道切割成1m左右的小管段焊接法兰，并在中间切割、抽块、打折，这样焊接工作的工作量将会加倍，管道的强度也将减弱。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种大直径弧形管道现场弯制方法，可以有效解决现有弯制方法很难保证管道的设计精度和强度，影响管道的美观，且劳动强度大的问题，同时解决管道在工厂加工弯制带来的如运输不便，施工现场由于场地狭窄，不便对管道整体构件吊装等问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种大直径弧形管道现场弯制方法，其特征在于：在施工现场将直管道两端固定，对管道进行均匀分段标注，再对标注的每分段管道根据基线依次进行弯制，弯制过程为在分段管道的底部对分段管道进行加热，在分段管道的顶部用千斤顶加力使分段管道产生弯曲形变，从管道的一端开始对每分段管道依次进行弯制至管道的另一端，实现管道的现场整体弯制。

进一步，加热过程在高于管道材料下临界温度减去56～60℃的温度下进行。

更进一步，基线根据管道的回弹数据叠加理论弧线值确定。

进一步，测取回弹数据的步骤包括先调整好模具，在模具上做两个弯头，从被弯的管材中取一段试验管，按放样弯曲角度弯曲管子，测量管形，记录实际弯曲角度C1和C2，并测量好对应管道回弹角度Δ1和Δ2，计算回弹数据。

更进一步，回弹数据ΔC(i)，与实际弯曲角度C₀(i)呈不过原点的直线关系，即如下公式：

ΔC(i)＝P·C₀(i)+F    (1≤i≤N)

其中，P为比例回弹率、C₀(i)为实际弯曲角度、F为固定回弹率。

更进一步，对弯制的管道进行校正弯曲。

本发明的另一个目的是提供一种用于固定上述大直径弧形管道的固定装置，保证管道的固定及其强度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种大直径弧形管道的固定装置，其特征在于：包括U型卡、槽钢、钢板和锚爪，U型卡套住管道外壁，U型卡两端与槽钢固定连接，管道通过U型卡固定于槽钢上；槽钢与钢板固定连接，锚爪固定在钢板上并埋入混凝土壁体内，槽钢通过钢板和锚爪固定于混凝土壁体上，实现管道与混凝土壁体的固定连接。

进一步，锚爪焊接在钢板上。

更进一步，钢板采用三号钢板或者角钢。

更进一步，锚爪采用I级钢筋、II级钢筋或角钢。

本发明由于采用了上述技术方案，不仅对管道强度损伤很小，而且施工方便，管道造型美观，根据建筑物对大直径弧形管道弯曲的要求，运用计算机对弧形管道的多项数据进行测量、计算和校正，采用成套卡具对管道进行弯制和安装施工。本发明方法在多个有弧形要求的工业和民用建筑的给排水工程、通风与空调工程以及市政工程中大直径弧形管道的弯制及安装工程中成功运用，可以为公司及同行在今后类似工程中的操作提供了一定的参考经验。

本发明较现有技术，具有如下有益效果：

1、减少了管道抽块切割、对口焊接及打折加工工序，缩短了工期；且本发明可以在工地现场进行弯制，与委托加工比较，费用便宜，且管道若发生局部变更，便于现场处理，省去了加工厂家与工地间的往返运输环节，自然也节省了运输费和装卸费。如实例某工程原委托上海某厂家加工弯制钢管，后采用本发明改为现场自行弯制，经比较弯制费用每吨节省1000多元，往返运输费用每吨节省400多元，大大降低了工程成本。

2、减少了对管道的使用量以及能耗，减少了焊接对空气质量的破坏，节省管材，减少了对环境的污染；另外现场弯制与委托厂家弯制比较，不发生车辆往返厂家与工地之间，因此大大减少了汽车排汽污染问题。

3、因建筑物弧形构造要求，采用本发明弯制的弧形管道较现有折线型管道排列美观，且能与建筑物弧形构造一致，相对与现有方法能精确的实现弧形构造，并保证管道自身强度及其固定强度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明中大直径弧形管道固定装置的结构示意图；

图2为待弯制管道平均标注为五段的结构示意图；

图3为待弯制管道中第一分段管道弯制时结构示意图；

图4为待管制管道中第二分段管道弯制时结构示意图；

图5为待弯制管道中第三分段管道弯制时结构示意图；

图6为待弯制管道中第四分段管道弯制时结构示意图；

图7为待弯制管道中第五分段管道弯制时结构示意图；

具体实施方式

本发明大直径弧形管道现场弯制方法的流程为：

加工准备→检查场地、设备及管道→定位→弯制管道→检查管道质量→预连接与安装→镀锌→连接与安装。

一：加工准备

1、材料准备：根据图纸及工程情况，编制详细的材料订货供应计划单。

2、施工机具：对所用的机具进行检测，确保其性能良好。

3、人员准备：对技术工人进行技术培训和技术交底。

4、技术准备：熟悉图纸，准备有关图集、质量验收标准和业内资料所用的表格，回弹数据。

二：检查场地、设备及管道

根据管道规格要求和设备施工要求准备合适的空地。场地要求平整稳固，长度不小于15m，宽度不小于5m，且要接通用水。

三：定位

本发明采用如图1所示固定装置进行定位，其包括U型卡3、槽钢4、钢板5和锚爪6，钢板5采用三号钢板或者角钢，锚爪6采用I级钢筋、II级钢筋或角钢，U型卡3套住管道1外壁，U型卡3两端与槽钢4固定连接，管道1通过U型卡3固定于槽钢4上；槽钢4与钢板5固定连接，锚爪6焊接在钢板5上并埋入混凝土壁体2内，槽钢4通过钢板5和锚爪6固定于混凝土壁体2上，从而实现管道1与混凝土壁体2的固定连接。

整个定位过程为：首先在空地上浇筑混凝土基础并预埋钢板，锚爪焊接在钢板上并埋入混凝土壁体内，用槽钢做好两个门字型支架，支架垂直高度不小于0.5m；通过电焊把槽钢即门形支架焊接在钢板上，支架一定要用水平尺打平；调整两门形支架在同一水平线上，间距8～9m；把待加工管道放在门形支架上，调整加工平台上的各固定用U型卡件及受力桩，按要求固定，用线锤找到管道中线作为受力点。

四：弯制管道

在弯制管道前，按照设计图纸，将管道各项工艺参数、几何图形数据等，按规定的信息格式输入计算机，通过设计好的程序计算出管道的长度、弧度、卡具加工轨迹等各项数据，为做到操作卡具精确弯制安装管道打下了良好基础；管道弧形的弯制精确，使表面光滑无凹凸，不会影响管道强度，有效地保证工程质量。

在现场弯制管道时，将直管道两端固定，对管道进行均匀分段标注，再对标注的每分段管道依次进行弯制，弯制过程为在分段管道的底部对分段管道进行加热，加热过程在高于管道材料下临界温度减去56～60℃的温度下进行，优选的，加热过程在高于管道材料下临界温度减去56℃的温度下进行；在分段管道的顶部用千斤顶加力使分段管道产生弯曲形变，从管道的一端开始对每分段管道依次进行弯制至管道的另一端，实现管道的整体弯制。

如图2至图7所示为一段10米长的待弯制管道，一般分为5段弯制。取其1/5管道的中点，在底部加热，顶部用千斤顶加力，弯曲形变位移至整段管道中点需要位移的1/5为止，然后用弧形卡尺检查，再接着用同样的方法弯制下一个1/5管道。整段管道弯制完毕再从另一端用同样的方法校正弧度，消除误差。

弯制时需要对管道进行校正弯曲，因弯曲成型时，材料受力产生变形被弯曲成一角度，当外力撤消后，被弯的管道部分会恢复形变，实测管道的弯曲角度比所需弯曲的角度小，即管道产生回弹；影响管道回弹的因素很多，如管道的材料、直径、壁厚、弯曲半径和弯角大小等等，根据不同材料、规格、弯曲数据把管道分类，根据放样管道弯曲程度，采用无缝钢管、焊接钢管两种材料不同管径的国标钢管，经过多次弯曲，测取回弹数据，在正式施工时根据整理出的回弹数据，对管道进行多次校正弯曲，确保弯曲精度。

测取回弹数据的大致步骤是：

1、调整好卡具；

2、从被弯的管材中取一适当长度的试验管，按放样弯曲角度弯曲管道；

3、测量管形，计算回弹数据。

弯曲回弹角度ΔC(i)与理论弯曲角度(成形角)C₀(i)呈不过原点的直线关系，即如下公式：

ΔC(i)＝P·C₀(i)+F    (1≤i≤N)

比例回弹率P和固定回弹率F的计算一般通过在弯曲加工某批管道时，首先在确定的卡具上做两个不同弯头(如20°和120°)的实验，记录弯曲臂的实际弯曲角度C1和C2，并测量好对应管道的回弹角度Δ1和Δ2，用这两组数据可以求得如下公式中的P、F分别为：

$C_0\left(i\right)=\arccos \frac{P_i{P}_{i+1}{\·P}_{i+1}{P}_{i+2}}{\left|P_i{P}_{i+1}\right|\left|P_{i+1}{P}_{i+2}\right|}$ (i＝1，2，3，…，n-2)

P＝(C1-C2)/[(C1-Δ1)(C2-/2)]-1

F＝C1-(C1-Δ1)·(P+1)

根据统计方法综合计算出管道的回弹数据，在弯制管道前要考虑到回弹消耗掉的弧度。对于管道来说，不管弯曲角度如何，其弯曲半径最好统，最小弯曲半径取决于材料特性、弯曲角度、弯曲后的管壁外侧的变薄允许量和内侧起皱的大小、以及弯曲处的椭圆度的大小。一般说来，最小弯曲半径不应小于管子外径的2～2.5倍，小的弯曲半径能使管形的走向变化灵活，适应性强。在一般情况下，同一直径规格的管道只采用一种弯曲半径不一定能够满足实际位置的装配需要。因此，相同直径规格的管道可以选取2～4种弯曲半径，以适应实际的需要。在焊接法兰前要计算出法兰与钢管的夹角，这样才能时安装好的管道与建筑保持在同一弧度。采用成套弯曲卡具进行弯曲的管子，管子弯好后的成品管弧度误差可控制在1″。如发生异常情况应及时停止弯曲松开卡具，取出管子，找出原因再进行弯制。

五：检查管道质量

用弧形卡尺检查弧度是否光滑，是否符合弧度要求，管道质量有无损害，若有，则此管道不能使用。

六：预连接与安装

进行预连接，检查管道是否可实现光滑连接。

七：镀锌

要求镀锌均匀、厚度一致，无气泡，保证管道防腐质量。

八：连接与安装。

管道之间采用法兰连接，由于法兰的内圆为正圆形，因此将管道的接口处修正为正圆形与法兰内圆对应，按照设计标高放出两条水平线，管道的排列、连接过程在两条水平线之间进行，然后测量、调整管道管线的水平度，确保管道在同一水平面上。

本发明工艺流程中主要项目的检验及要求：

1、法兰面应与管道中心线垂直并同心。法兰对接应平行，其偏差不应大于其外径的1.5/1000，且不得大于2mm；连接螺栓长度应一致、螺母在同侧、均匀拧紧。螺栓紧固后不应低于螺母平面。法兰的衬垫规格、品种与厚度应符合设计的要求。检查数量：按总数抽查5％，且不得少于5处。检查方法：尺量、观察检查。

2、管道和管件在安装前，应将其内、外壁的污物和锈蚀清除干净，当管道安装间断时，应及时封闭敞开的管口。管道弯制弯管的弯曲半径，热弯不应小于管道外径的3.5倍；焊接弯管不应小于1.5倍；冲压弯管不应小于1倍。弯管的最大外径与最小外径的差不应大于管道外径的8/100，管壁减薄率不应大于15％。冷凝水排水管坡度，应符合设计文件的规定。当设计无规定时，其坡度宜大于或等于8‰，软管连接的长度，不宜大于150mm。冷热水管道与支、吊架之间，应有绝热衬垫(承压强度能满足管道重量的不燃、阻燃硬质绝热材料或经防腐处理的木衬垫)，其厚度不应小于绝热层厚度，宽度应大于支、吊架支承面的宽度。衬垫的表面应平整、衬垫接合面的空隙应填实。管道安装的坐标、标高和纵、横向的弯曲度应符合如下表1的规定。在吊顶内等暗装管道的位置应正确，无明显偏差。

表1

3、加工用的管道的管材、管径、壁厚必须符合规范要求，表明光滑，无锈蚀。管道弯曲时，不允许出现死弯、凹坑、皱褶、扭曲等现象。管道的椭圆率：DN100管道应控制在0.8％以下，最大不得超过1％，DN150、DN200、DN300管道应控制在0.6％以下，最大不得超过0.8％，管壁减薄率不应大于15％。热镀锌层必须符合国家有关标准，外送检测单位测试各项参数均应满足要求。

工程应用实例一：

本方法首次应用在某工程中，该工程2003年8月25日开工，至2005年9月27日竣工，建筑而积为33490m²。通风空调与消防工程采用的61米Φ377，64米Φ219，770米Φ159，106米Φ133，3220米Φ108无缝钢管，均呈弧线型64米Φ219，770米Φ159，106米Φ133，3220米Φ108无缝钢管，均呈弧线型布置，安装规范，标识清楚，支架牢固美观，符合国家标准。尤其是屋面冷却塔供Φ377回水管安装工程中，取得了很大成功。同时由于接口少，保证了管道安装质量及防腐质量。管道经过了1.2MPa的水压试验，保持压力1h，无渗漏现象，确保了管道的质量。它不仅解决了大直径弧形管道的精密加工问题，还保证了管道的强度，为同类工程提供了一个很好的实物参照。

工程应用实例二：

某地下人防工程中本方法再次得到应用，该工程在2005年8月开工，至2006年10月竣工，建筑面积为8070m²。该工程战时作为人防工程，平常为地下停车库，根据广场造型，该车库的造型是一个椭圆型构造，该工程的供水管及消防用水主干管均按设计造型弧线布置。供水干管Φ159无缝钢管350m，消防主干管Φ159无缝钢管189m。管道现场弯制及安装，不但满足了弧形的设计要求，而且还确保了施工质量，达到了预期的使用效果。

Claims (10)

1.一种大直径弧形管道现场弯制方法，其特征在于：在施工现场将直管道两端固定，对管道进行均匀分段标注，再对标注的每分段管道根据基线依次进行弯制，弯制过程为在分段管道的底部对所述分段管道进行加热，在分段管道的顶部用千斤顶加力使所述分段管道产生弯曲形变，从管道的一端开始对每分段管道依次进行弯制至管道的另一端，实现管道的现场整体弯制。

2.根据权利要求1所述的一种大直径弧形管道现场弯制方法，其特征在于：所述加热过程在高于管道材料下临界温度减去56～60℃的温度下进行。

3.根据权利要求1或2所述的一种大直径弧形管道现场弯制方法，其特征在于：所述基线根据管道的回弹数据叠加理论弧线值确定。

4.根据权利要求3所述的一种大直径弧形管道现场弯制方法，其特征在于：测取所述回弹数据的步骤包括先调整好模具，在所述模具上做两个弯头，从被弯的管材中取一段试验管，按放样弯曲角度弯曲管子，测量管形，记录实际弯曲角度C1和C2，并测量好对应管道回弹角度△1和△2，计算回弹数据。

5.根据权利要求4所述的一种大直径弧形管道现场弯制方法，其特征在于：所述的回弹数据△C(i)，与实际弯曲角度C₀(i)呈不过原点的直线关系，即如下公式：

△C(i)＝P·C₀(i)+F(1≤i≤N)

其中，P为比例回弹率、C₀(i)为实际弯曲角度、F为固定回弹率。

6.根据权利要求3所述的一种大直径弧形管道现场弯制方法，其特征在于：

对弯制的管道进行校正弯曲。

7.一种如权利要求1中所述大直径弧形管道的固定装置，其特征在于：包括U型卡(3)、槽钢(4)、钢板(5)和锚爪(6)，所述U型卡(3)套住管道(1)外壁，U型卡(3)两端与所述槽钢(4)固定连接，管道(1)通过U型卡(3)固定于槽钢(4)上；槽钢(4)与所述钢板(5)固定连接，所述锚爪(6)固定在钢板(5)上并埋入混凝土壁体(2)内，槽钢(4)通过所述钢板(5)和锚爪(6)固定于混凝土壁体(2)上，实现管道(1)与混凝土壁体(2)的固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种大直径弧形管道的固定装置，其特征在于：所述锚爪(6)焊接在钢板(5)上。

9.根据权利要求7或8所述的一种大直径弧形管道的固定装置，其特征在于：所述钢板(5)采用三号钢板或者角钢。

10.根据权利要求7或8所述的一种大直径弧形管道的固定装置，其特征在于：所述锚爪(6)采用I级钢筋、II级钢筋或角钢。

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