CN103133778A - 管道转动约束装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于管道约束领域,公开了管道转动约束装置。该装置主要由挡板(1)、凹弧镶块(2)、凸弧镶块(3)和T型梁(4)构成,其中凹弧镶块(2)是采用胀接工艺卡入挡板(1),凸弧镶块采用胀接工艺卡入T型梁(4),T型梁(4)的一端通过卡箍(5)与管道(6)紧固,另一端的凸弧镶块(3)放入凹弧镶块(2)的弧槽内,凸弧镶块(3)的凸弧面与凹弧镶块(2)的凹弧面均为以管道中心为圆心的同心圆柱面,凸凹弧面之间吻合。该装置提供了一种不通过约束管道平动而直接约束管道转动的装置。
Description
技术领域
本发明属于管道约束技术领域,具体涉及管道转动约束装置。
背景技术
大型反应堆的管道系统往往非常庞大,其管线长达几十米,管道直径达几百甚至上千毫米,常常横跨几个厂房,并连接主泵、换热器等重要设备,管系运行过程中要承受温度、压力、振动等载荷的综合作用。而管道系统的应力分析,就是在管道上合理配置支吊架,对管道位移进行限制,使应力满足规范的相关要求。
在三维空间中,管系节点有六个自由度,即三个线位移和三个角位移。到目前为止,工程上使用的管道支吊架,除了固定架是将所有自由度都约束死之外,其余都是通过铰接连接的,而铰接是可以自由转动的,也就是说,常用的管道支吊架只能约束线位移,而不能约束角位移。由于管道节点的转动力矩,实际上是由某个管线力(即管道平动)导致的,所以,工程上需要约束管道转动时,往往采取约束产生该转矩的平动,从而间接实现管道转动的约束。
连接重要设备的大型管道系统,需要满足接管口的三个力和三个力矩限值的严格要求。设计管线布置时,长直管道往往不能与设备直接相连,而是通过增添弯头,使管线改变走向,然后再与设备连接,从而缓解热膨胀对设备的不利影响。而通过约束平动来限制管道转动的方法,需要在弯头前的管段上增加支架,才能限制管嘴处的转动力矩。如果多个力矩都超过设备限值,那就需要在弯头前添加多个平动约束来限制力矩,这往往要占用较大安装空间。
大型管道系统的支架安装空间常常比较有限,计算上行得通的方案,实际上可能无法实现安装,从而无法实现约束目的。而不同性质的应力对支吊架的设置要求也会产生矛盾,例如,降低热胀应力需要降低系统刚度去掉支架,而降低地震应力又恰恰需要增大系统刚度增添支架,两个完全相反的要求是无法同时满足的,这也是设置支吊架的难点。
在这种情况下,如果有一种机械装置,能直接约束管道转动,将缓解安装空间不足的矛盾,从而给支架设置和力学分析带来新途径。
在中国先进研究堆的管道系统应力分析中,曾经遇到过此类问题,即设备接管嘴的三个力矩中,一个转动力矩必须约束;另一个转动力矩则又不能约束;第三个转动力矩约不约束均可。但由于安装空间限制,无法通过添加常规平动支架来实现,而需要直接约束管道转动的装置。而现有技术里没有能够实现上述功能的管道转动约束装置。
发明内容
(一)发明目的
根据现有技术所存在的问题,本发明提供了一种不通过约束管道平动而直接约束管道转动的装置。
(二)技术方案
为了实现本发明所要解决的技术问题,本发明提供的技术方案如下:
管道转动约束装置,该装置主要由挡板1、凹弧镶块2、凸弧镶块3和T型梁4构成,其中凹弧镶块2是采用胀接工艺卡入挡板1,凸弧镶块采用胀接工艺卡入T型梁4,T型梁4的一端通过卡箍5与管道6紧固,另一端的凸弧镶块3放入凹弧镶块2的弧槽内,凸弧镶块3的凸弧面与凹弧镶块2的凹弧面均为以管道中心为圆心的同心圆柱面,凸凹弧面之间吻合。
其优选技术方案为:
挡板1通过使用螺栓或焊接与地面或墙壁紧固。
挡板1、凹弧镶块2、凸弧镶块3、T型梁4及卡箍5的材料均为不锈钢。凸弧镶块3与凹弧镶块2均经淬火硬化,以增加耐磨性。
使用两套管道转动约束装置,沿互相垂直的两个方向安装,可实现同时约束两个转矩的功能。
(三)有益效果
采用本发明提供的管道转动约束装置,具有如下有益效果:
(1)在XZ竖直面内,T型梁4可以在同心弧槽内自由转动,从而使该方向的转动不受约束。
在XY水平面内,T型梁4若要转动,凸弧镶块3的转动轨迹将切入凹弧镶块,由于受到挡板1的限制,T型梁4在水平面内是无法转动的,从而实现对该方向转动的约束。原理解释如下:
如图2所示,T型梁4在XY水平面内转动的运动轨迹如图2中的虚弧线部分,由于直角三角形斜边OE大于直角边,若以O为圆心转动时,E点的轨迹将扫入凹弧镶块内部,从而实现对该转动的约束。
在YZ竖直面内,转动也将受到很大程度的限制,凸弧镶块3能够在弧槽内发生轻微扭动,从而对该方向的转动只能起到一定程度的约束作用。
(2)使用两套管道约束装置,并且沿互相垂直的两个方向安装,则可实现约束两个转矩的功能。
附图说明
图1是管道约束装置结构示意图;
1.挡板 2.凹弧镶块 3.凸弧镶块 4.T型梁 5.卡箍 6.管道;
图2是T型梁在XY水平面内转动的运动轨迹图。
具体实施方式
实施例1
管道转动约束装置,该装置主要由挡板1、凹弧镶块2、凸弧镶块3和T型梁4构成,其中凹弧镶块2是采用胀接工艺卡入挡板1,凸弧镶块采用胀接工艺卡入T型梁4,T型梁4的一端通过卡箍5与管道6紧固,另一端的凸弧镶块3放入凹弧镶块2的弧槽内,凸弧镶块3的凸弧面与凹弧镶块2的凹弧面均为以管道中心为圆心的同心圆柱面,凸凹弧面之间吻合。挡板1通过使用螺栓或焊接与地面或墙壁紧固。挡板1、凹弧镶块2、凸弧镶块3、T型梁4及卡箍5的材料均为不锈钢。凸弧镶块3与凹弧镶块2均经淬火硬化,以增加耐磨性。
其具体安装方法及工作原理为:
可通过螺栓垫片的数量及厚度调节T型梁4的上下(Z方向)位置,从而使凸凹弧吻合,但T型梁4和凹镶块2在水平方向(X方向)应保证自由接触,不能卡得过紧。T型梁4安装对位时,应先使T型梁4与凹镶块2的弧面相吻合,并用工具夹持定位,然后垫入合适厚度的垫片,最后拧紧螺栓。也可先做Z方向调整,试验出所需垫片的厚度,然后再在X方向手动调整,最后拧紧螺栓。
在XZ竖直面内,T型梁4可以在同心弧槽内自由转动,从而使该方向的转动不受约束。在XY水平面内,T型梁4若要转动,凸弧镶块3的转动轨迹将切入凹弧镶块2, T型梁4在水平面内是无法转动的,从而实现对该方向转动的约束。在YZ竖直面内,转动也将受到很大程度的限制,凸弧镶块3能够在弧槽内发生轻微扭动,从而对该方向的转动只能起到一定程度的约束作用。
由以上分析可知,该装置对管道三个方向转动的约束作用各不相同:对一个方向的转动完全约束,对另一个方向的转动完全不约束,而对第三方向的转动只在一定程度上起到约束作用。
实施例2
与实施例1不同的是,使用两套管道约束装置,并且沿互相正交的两个方向安装,则可实现约束两个转矩的功能。
Claims (4)
1.管道转动约束装置,其特征在于,该装置主要由挡板(1)、凹弧镶块(2)、凸弧镶块(3)和T型梁(4)构成,其中凹弧镶块(2)是采用胀接工艺卡入挡板(1),凸弧镶块采用胀接工艺卡入T型梁(4),T型梁(4)的一端通过卡箍(5)与管道(6)紧固,另一端的凸弧镶块(3)放入凹弧镶块(2)的弧槽内,凸弧镶块(3)的凸弧面与凹弧镶块(2)的凹弧面均为以管道中心为圆心的同心圆柱面,凸凹弧面之间吻合。
2.根据权利要求1所述的管道转动约束装置,其特征在于,挡板(1)通过使用螺栓或焊接与地面或墙壁紧固。
3.根据权利要求1所述的管道转动约束装置,其特征在于,挡板(1)、凹弧镶块(2)、凸弧镶块(3)、T型梁(4)及卡箍(5)的材料均为不锈钢。
4.根据权利要求1所述的管道转动约束装置,其特征在于,凸弧镶块(3)与凹弧镶块(2)均采用淬火硬化。
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