CN106969203A - 一种新型低摩擦管道支架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型低摩擦管道支架，包括从上至下依次设置的垫板、抛光板、聚四氟乙烯板和底板；所述垫板与抛光板固定连接，所述聚四氟乙烯板嵌入底板上的凹槽内，聚四氟乙烯板上表面紧贴抛光板的下表面；抛光板与底板之间留有间距。本发明所述的一种新型低摩擦管道支架，可减少高温管线管架与钢结构之间的摩擦力，进而减少叠加到固定点(限位点)处的水平推力。

Description

一种新型低摩擦管道支架

技术领域

本发明属于管道设备领域，尤其是涉及一种用于大直径热力管线的新型低摩擦管道支架。

背景技术

在高温管线以及大直径火炬管线的设计中，为了保证管道柔性及安全，需要在特定位置设置固定点、导向点。当管线比较长时，每个滑动架位置的摩擦力叠加到固定点，会形成巨大的推力。如图4所示，为管廊上的一段管子。管道采用“π型补偿器13”进行自然补偿。其中，f1、f2、f……、fxx为各个支架(包括管道滑动支架7和管道导向支架8)处的摩擦力。其与垂直荷载和接触面的摩擦系数正相关。对整段管道进行受力分析，固定点(也即管道固定支架6)处的作用力F＝f1+f2+……+fxx，对于高温高压或高温中压管线，这个合力动辄10来吨。这给结构的设计造成很大的困难，同时也增加了土建成本。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种新型低摩擦管道支架，以克服现有技术的缺陷，减少高温管线管架与钢结构之间的摩擦力，进而减少叠加到固定点(限位点)处的水平推力。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种新型低摩擦管道支架，包括从上至下依次设置的垫板、抛光板、聚四氟乙烯板和底板；所述垫板与抛光板固定连接，所述聚四氟乙烯板嵌入底板上的凹槽内，聚四氟乙烯板上表面紧贴抛光板的下表面；抛光板与底板之间留有间距。聚四氟乙烯板上表面和抛光板的下表面之间为物理面接触；聚四氟乙烯板和凹槽四壁可以紧贴，也可以留有间隙。

进一步的，所述垫板和底板的材质均为碳钢；抛光板为抛光的不锈钢板；垫板与抛光板焊接。由于使用时要将垫板与现有管托底部固定连接，而现有管托底部为不锈钢板，故采用碳钢做垫板进行焊接，可避免现有技术中由于异种钢焊接对于主要结构(管道和管托)的影响，同时降低了钢材成本。

进一步的，所述垫板、抛光板、聚四氟乙烯板和底板的几何中心重合。

进一步的，所述垫板、抛光板、聚四氟乙烯板和底板的横截面均为正方形。

进一步的，所述垫板、抛光板、底板的横截面边长依次减小。该新型低摩擦管道支架整体结构虽然上边大，下边小，但是由于使用时顶部垫板与现有管托进行焊接，同时借助管道刚度和现有导向架的作用，对于整个结构体系来说是非常稳定的。

进一步的，所述垫板、聚四氟乙烯板和底板的横截面边长符合以下关系：

G＝AP²；

其中，L-垫板横截面的边长，mm；

M-底板横截面的边长，mm；

G-所述低摩擦支架使用时安装位置处的管道荷载，N；

A-聚四氟乙烯板的最小耐受荷载，取3.43N/mm²；

Mov-所述低摩擦支架使用时安装位置处的管道的轴向位移，mm；

P-聚四氟乙烯板横截面的边长，mm。

进一步的，所述聚四氟乙烯板的厚度为4-10mm，聚四氟乙烯板伸出凹槽的高度为1-5mm。为了保持该新型低摩擦管道支架各部分之间协调、稳定，施工过程汇中要注意控制凹槽的深度和聚四氟乙烯板的厚度，保证聚四氟乙烯板放入凹槽后，顶面可以高出底板一定高度。

进一步的，所述聚四氟乙烯板的厚度为5mm，聚四氟乙烯板伸出凹槽的高度为2mm。

相对于现有技术，本发明所述的一种新型低摩擦管道支架具有以下优势：

(1)本发明所述的一种新型低摩擦管道支架，所用原材料简单、处理方便，且设计机构简单；采用聚四氟乙烯板与抛光的不锈钢板形成摩擦副，其摩擦系数很小，可大幅降低管架与结构之间的摩擦力，进而降低叠加在固定点(限位点)处的水平推力(合力值)，缩减结构成本。

(2)本发明所述的一种新型低摩擦管道支架，垫板、聚四氟乙烯板和底板的横截面边长可根据低摩擦管道支架目标安装位置处的管道荷载和管道轴向位移计算，并选择适合不同管道荷载和位移情况的低摩擦管道支架，达到最佳的降低管架与结构之间的摩擦力的效果，保证各种安装情况下，聚四氟乙烯板整体被不锈钢板覆盖，防止了聚四氟乙烯板的丢失，从而保证叠加在固定点(限位点)处的水平推力(合力值)能得到有效的降低。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种新型低摩擦管道支架的剖视图；

图2为本发明实施例所述的一种新型低摩擦管道支架用于管道支撑的侧视结构示意图；

图3为本发明实施例所述的一种新型低摩擦管道支架用于管道支撑的主视结构示意图；

图4为工程中管廊上一段管子的各支撑点位置示意图。

附图标记说明：

1-垫板；2-抛光板；3-聚四氟乙烯板；4-底板；5-凹槽；6-管道固定支架；7-管道滑动支架；8-管道导向支架；9-管托；10-支撑梁；11-管道；12-保温层；13-π型补偿器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

如图1所示，当目标安装位置的管道载荷为5.488KN，管道的轴向位移为15mm时，

一种新型低摩擦管道支架，包括从上至下依次设置的垫板1、抛光板2、聚四氟乙烯板3和底板4；所述垫板1与抛光板2固定连接，所述聚四氟乙烯板3嵌入底板4上的凹槽5内，聚四氟乙烯板3上表面紧贴抛光板2的下表面；抛光板2与底板4之间留有间距。

所述垫板1和底板4的材质均为碳钢；抛光板2为抛光的不锈钢板；垫板1与抛光板2焊接。

所述垫板1、抛光板2、聚四氟乙烯板3和底板4的几何中心重合。

所述垫板1、抛光板2、聚四氟乙烯板3和底板4的横截面均为正方形。

所述垫板1、抛光板2、底板4的横截面边长依次减小。

所述垫板1、聚四氟乙烯板3和底板4的横截面边长分别为100mm、40mm和90mm，均符合以下关系：

G＝AP²；

其中，L-垫板1横截面的边长，mm；

M-底板4横截面的边长，mm；

G-所述低摩擦支架使用时安装位置处的管道荷载，N；

A-聚四氟乙烯板3的最小耐受荷载，取3.43N/mm²；

Mov-所述低摩擦支架使用时安装位置处的管道的轴向位移，mm；

P-聚四氟乙烯板3横截面的边长，mm。

所述聚四氟乙烯板3的厚度为5mm，聚四氟乙烯板3伸出凹槽5的高度为2mm。

所述垫板1的厚度为6mm，抛光板2的厚度为3mm，底板4的厚度为10mm。

本实施例的使用过程为：

使用时，如图2和图3所示，将本实施例所述低摩擦管道支架的垫板1与现有管托9(用来支撑管道11，该管道为高温管线，外面设有保温层12)的底部焊接，底板4安装在现有与地面接触的支撑梁10上，即可利用聚四氟乙烯板3与抛光板2之间形成的摩擦副，降低本实施例所述低摩擦管道支架于结构之间的摩擦力，进而降低叠加在本实施例所述低摩擦管道支架所安装的管线上固定点处的摩擦力。实际操作中，可调整管托9的高度(工程检验显示，1cm高度可降温约20℃)，以保证本实施例所述的低摩擦管道支架所处位置温度为常温，进而保证其不会受管道11高温影响导致变形而失去降低摩擦力的作用；此外，聚四氟乙烯板3上边有管道11和管托9的荷载约束，可以抵抗轻微的变形。

实施例2

本实施例中目标安装位置的管道载荷为21.952KN，管道的轴向位移为25mm时，其对应的新型低摩擦管道支架与实施例1基本相同，不同之处在于所述垫板1、聚四氟乙烯板3和底板4的横截面边长分别为160mm、80mm和130mm。

实施例3

本实施例中目标安装位置的管道载荷为49.392KN，管道的轴向位移为40mm时，其对应的新型低摩擦管道支架与实施例1基本相同，不同之处在于所述垫板1、聚四氟乙烯板3和底板4的横截面边长分别为230mm、120mm和170mm。

实施例4

本实施例中目标安装位置的管道载荷为137.2KN，管道的轴向位移为60mm时，其对应的新型低摩擦管道支架与实施例1基本相同，不同之处在于所述垫板1、聚四氟乙烯板3和底板4的横截面边长分别为350mm、200mm和250mm。

实施例5

将本发明所述的新型低摩擦管道支架用于一段设计压力(管线中介质压力)为4.5MPa,操作温度为240℃的中压蒸汽管线，在π型补偿器两侧各24m的管线上，均每6m设置一个本实施例所述的新型低摩擦管道支架，单侧设置4个，最远端为固定点。其中π型补偿器单侧的4个本发明新型低摩擦管道支架安装点按照与π型补偿器的距离由近及远的分别标记为1#、2#、3#、4#，各个点位的重力(管道载荷G)、管道的轴向位移(Mov)，以及根据实施例1中的公式计算出的各个点位处安装的新型低摩擦管道支架的垫板1横截面的边长(L)、聚四氟乙烯板3横截面的边长(P)和底板4横截面的边长(M)数据见表1：

表1 π型补偿器单侧管线上各个点位处的受力及新型低摩擦管道支架的尺寸

名称	G(N)	Mov(N)	P(mm)	L(mm)	M(mm)
						1#	35506	63.586	101.7428	258.9148	151.7428
2#	24234	47.187	84.05538	208.4294	134.0554
						3#	27661	30.79	89.80218	181.3822	139.8022
4#	31048	14.494	95.14145	154.1294	145.1414

备注：表1中1#安装点位、2#安装点位、3#安装点位和4#安装点位处安装的发明所述的新型低摩擦管道支架均与实施例1基本相同，不同之处在于垫板1横截面的边长(L)、聚四氟乙烯板3横截面的边长(P)和底板4横截面的边长(M)不同。

π型补偿器两侧的管线上本发明所述的新型低摩擦管道支架的各安装点位对称，且相对称的两个安装点位处的重力(即管道载荷G)、管道的轴向位移(Mov)相同，相对称的两个安装点位处安装的本发明所述的新型低摩擦管道支架的尺寸一致，即垫板1横截面的边长(L)、聚四氟乙烯板3横截面的边长(P)和底板4横截面的边长(M)相等。1#安装点位紧邻π型补偿器，4#安装点位紧邻固定点。

1#安装点位、2#安装点位、3#安装点位和4#安装点位处，在未安装本发明所述的新型低摩擦管道支架时，管托与支撑梁的摩擦系数均为0.3，而在安装本发明所述的新型低摩擦管道支架后，各安装点位上对应的本发明所述的新型低摩擦管道支架的聚四氟乙烯板和抛光板之间的摩擦系数均为0.1，各安装点位处在安装了本发明所述的新型低摩擦管道支架后，摩擦系数降低了0.2。而此时(各个安装点位处安装了本发明所述的新型低摩擦管道支架后)，1#安装点位、2#安装点位、3#安装点位和4#安装点位处摩擦力的减少量均为各自安装点位处重力(也即管道载荷)的20％。

操作时未添加本发明所述的新型低摩擦管道支架的情况和操作时添加了本发明所述的新型低摩擦管道支架的情况，π型补偿器两侧固定点处的弹性力、轴向摩擦力和重力(也即管道载荷)三方面的数据对比如表2所示

表2 操作时未添加和添加本发明所述新型低摩擦管道支架时固定点处的受力情况

由上表可以看出，在π型补偿器两侧的管线上安装本发明所述的新型低摩擦管道支架之后，两侧固定点处的管道轴向摩擦力相比未安装本发明所述的新型低摩擦管道支架时降低89％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新型低摩擦管道支架，其特征在于：包括从上至下依次设置的垫板(1)、抛光板(2)、聚四氟乙烯板(3)和底板(4)；所述垫板(1)与抛光板(2)固定连接，所述聚四氟乙烯板(3)嵌入底板(4)上的凹槽(5)内，聚四氟乙烯板(3)上表面紧贴抛光板(2)的下表面；抛光板(2)与底板(4)之间留有间距。

2.根据权利要求1所述的新型低摩擦管道支架，其特征在于：所述垫板(1)和底板(4)的材质均为碳钢；抛光板(2)为抛光的不锈钢板；垫板(1)与抛光板(2)焊接。

3.根据权利要求1所述的新型低摩擦管道支架，其特征在于：所述垫板(1)、抛光板(2)、聚四氟乙烯板(3)和底板(4)的几何中心重合。

4.根据权利要求2所述的新型低摩擦管道支架，其特征在于：所述垫板(1)、抛光板(2)、聚四氟乙烯板(3)和底板(4)的横截面均为正方形。

5.根据权利要求4所述的新型低摩擦管道支架，其特征在于：所述垫板(1)、抛光板(2)、底板(4)的横截面边长依次减小。

6.根据权利要求4所述的新型低摩擦管道支架，其特征在于：所述垫板(1)、聚四氟乙烯板(3)和底板(4)的横截面边长符合以下关系：

$L=\sqrt{\frac{G}{A}}+2\×Mov+30;$

$M=\sqrt{\frac{G}{A}}+50;$

G＝AP²；

其中，L-垫板(1)横截面的边长，mm；

M-底板(4)横截面的边长，mm；

G-所述低摩擦支架使用时安装位置处的管道荷载，N；

A-聚四氟乙烯板(3)的最小耐受荷载，取3.43N/mm²；

Mov-所述低摩擦支架使用时安装位置处的管道的轴向位移，mm；

P-聚四氟乙烯板(3)横截面的边长，mm。

7.根据权利要求1所述的新型低摩擦管道支架，其特征在于：所述聚四氟乙烯板(3)的厚度为4-10mm，聚四氟乙烯板(3)伸出凹槽(5)的高度为1-5mm。

8.根据权利要求1所述的新型低摩擦管道支架，其特征在于：所述聚四氟乙烯板(3)的厚度为5mm，聚四氟乙烯板(3)伸出凹槽(5)的高度为2mm。