CN111396675A - 一种曲线管道的位移补偿装置及其安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种曲线管道的位移补偿装置及其安装方法，包括波纹补偿器，该波纹补偿器的两端分别通过拟合管I和拟合管II连接曲线管道中的外管I和外管II；所述拟合管I包括直管I，其一端连接所述外管I，其另一端连接所述波纹补偿器；所述拟合管II包括直管II和弧形管；该直管II的一端与所述弧形管的一端相连；该直管II的另一端连接所述波纹补偿器；该弧形管的另一端连接所述外管II。本发明设计合理，结构简单，使用方便，可对曲线管道因地基沉降而引起的竖向位移，以及沿管道自身走向的轴向位移和沿曲线管道上各点与其所对应曲率半径圆心连线的径向位移等进行有效补偿，确保曲线管道的使用安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种管道结构及安装方法，尤其是一种管道位移补偿装置，具体的说是一种曲线管道的位移补偿装置及其安装方法。
背景技术
与各种流线型外观的公共建筑相匹配，为其输送流体或提供能源的金属管道系统大都采用水平曲线布置安装。鸟瞰时，管道平面呈不同曲率半径的弧线与弧线相切或弧线与直线相切。
这种曲线布置的管道系统特点是固定支架间的跨度比较大，介于两个固定支架之间的独立管段有两种位移补偿需求：一种是管道跨越沉降缝因地基沉降而引起的竖向位移；另一种是管道内的介质温度引起的金属管道热胀冷缩位移，包括沿管道自身走向的轴向位移和沿曲线管道上各点与其所对应曲率半径圆心连线的径向位移。在长期工作工况下，这两种位移反映为曲线管道的组合位移补偿需求。但是，目前尚未有专门用于这种曲线管道的位移补偿方案。因此，急需设计一种结构，解决此类曲线管道的位移补偿问题。
发明内容
本发明的目的是针对当前在曲线管道位移补偿方面遇到的困难，提供一种曲线管道的位移补偿装置及其安装方法，有效解决了曲线管道的竖向位移、轴向位移和径向位移等方面的补偿，确保管道使用的安全性。
本发明的技术方案是：
一种曲线管道的位移补偿装置，包括波纹补偿器，该波纹补偿器的两端分别通过拟合管I和拟合管II连接曲线管道中的外管I和外管II；所述拟合管I包括直管I，其一端连接所述外管I，其另一端连接所述波纹补偿器；所述拟合管II包括直管II和弧形管；该直管II的一端与所述弧形管的一端相连；该直管II的另一端连接所述波纹补偿器；该弧形管的另一端连接所述外管II。
进一步的，所述拟合管I还包括异径管，其一端与所述直管I的一端相连，其另一端与所述波纹补偿器相连。
进一步的，所述弧形管的曲率半径与所述外管II的曲率半径相同，其长度小于或等于3°圆心角对应的弧长。
进一步的，所述拟合管II上设有自由滑动支承。
进一步的，还包括多个径向限位支承，分别安装在所述弧形管和外管II上。
一种曲线管道的位移补偿装置的安装方法，包括以下步骤：
1）波纹补偿器的两端分别通过拟合管I和拟合管II连接曲线管道中的外管I和外管II，使所述外管I和外管II分别位于沉降缝的两侧，并使所述波纹管补偿器的双工作波纹管一侧的中间接管位于沉降缝上部；
2）在所述外管I和外管II上分别安装固定支架I和固定支架II；
3）在所述弧形管上安装自由滑动支承，使其与所述波纹补偿器端部的距离和波纹补偿器另一端与固定支架Ⅰ的距离相当；
4） 在自由滑动支承和固定支架II之间的弧形管和外管II上等弧长均布径向限位支承，并在管道与所述径向限位支承的限位结构之间设置冷缩间隙和热胀间隙。
进一步的，所述步骤4）中，通过以下方法计算热胀间隙和冷缩间隙：通过管道应力分析计算，取得每个径向限位支承对应管道节点在工作温度下的径向净位移，即为沿着各相关节点与圆心连线方向的热胀冷缩量值，再取大于零且小于3的正公差，再加上管道绝热层厚度。
进一步的，所述自由滑动支承和各径向限位支承分别安装在建筑结构上。
本发明的有益效果：
本发明设计合理，结构简单，使用方便，可对曲线管道因地基沉降而引起的竖向位移，以及沿管道自身走向的轴向位移和沿曲线管道上各点与其所对应曲率半径圆心连线的径向位移等进行有效补偿，确保曲线管道的使用安全。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是工作工况下，俯视管道可见的热胀冷缩位移引起的变化示意图。
图3是工作工况下，正视管道可见的地基沉降位移引起的变化示意图。
图4是自由滑动支承示意图。
图5是径向限位支承示意图。
其中：1-外管I；21-直管I；22-异径管；3-波纹补偿器；41-直管II；42-弧形管；5-自由滑动支承；6-径向限位支承；61-支承体；62-限位结构件；7-外管II；8-沉降缝；9-建筑结构；10-固定支架I；11-固定支架II。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、4和5所示。
一种曲线管道的位移补偿装置，包括波纹补偿器3。该波纹补偿器3的两端分别通过拟合管I和拟合管II连接曲线管道中的外管I1和外管II7。其中，所述外管I1的曲率半径为R1，公称直径为D1，其上设有固定支架I10。所述外管II7的曲率半径为R2，公称直径为D2，其上设有固定支架II11。所述外管I1和外管II7分别位于沉降缝8的两侧，并使所述波纹管补偿器3的双工作波纹管一侧的中间接管位于沉降缝8上部。
所述拟合管I包括直管I21和异径管22。该直管I21的一端与所述异径管22的一端相互连接。该直管I21的另一端连接所述外管I1，该异径管22的另一端连接所述波纹补偿器3，从而，实现了外管Ⅰ1与波纹补偿器3之间的变径拟合连接。
所述拟合管II包括直管II41和弧形管42；该直管II41的一端与所述弧形管42的一端相连；该直管II41的另一端连接所述波纹补偿器3；该弧形管42的另一端连接所述外管II7。所述弧形管42的曲率半径与所述外管II7的曲率半径相同，其长度小于或等于3°圆心角对应的弧长。优选的，当公称直径小于等于200mm时，弧形管42可采用机械弯管成形；当公称直径大于200mm时，弧形管42则按所述外管II7的管中心圆的大于等于180边的外切正多边形对焊成形。
所述拟合管II上设有自由滑动支承5。该自由滑动支承5安放在建筑结构9上，并使其与波纹补偿器3端部的实际距离和波纹补偿器3另一端与固定支架Ⅰ10的实际距离相当，且使管道安装中心偏向冷缩侧的距离为径向热胀量与径向冷缩量之差的一半，保证管道在安装后和热胀冷缩位移发生时均位于建筑结构的有效作用区间。
同时，在所述弧形管42和所述外管II7上还设有若干个径向限位支承6。该径向限位支承6包括支承体61和限位结构件62。该支承体61与所述弧形管42或外管II7相连，并使所述支承体61安放在建筑结构9上，所述限位结构件62可用型钢制作，焊接固定于建筑结构9上，从而，可使所述弧形管或外管II与所述限位结构之间形成冷缩间隙和热胀间隙。其中，位于所述外管II7的弧形内侧的为冷缩间隙，位于其外侧的为热胀间隙。安装时，在所述自由滑动支承5与所述固定支架II11之间等弧长均布所述径向限位支承6。优选的，当公称直径小于等于250mm时，等弧长跨度应小于等于6米；当公称直径大于250mm时，等弧长跨度应小于等于9米。
进一步，为了控制每个径向限位支承的热胀间隙和冷缩间隙，可通过管道应力分析计算，取得每个径向限位支承对应管道节点在工作温度下的径向净位移，即沿着各相关节点与圆心O点连线方向的热胀冷缩量值，取大于零且小于3的正公差再加上管道绝热层厚度之和，即得热胀间隙和冷缩间隙，安装时，使管道外壁至两侧限位结构件内侧的距离分别等于上述热胀间隙和冷缩间隙。
所述自由滑动支承5和径向限位支承6均可根据国标GB/T 17116.2，并结合实际安装环境进行制作。
所述波纹补偿器3为直管压力平衡横向型波纹补偿器，可选用专利号为ZL98227614.1的产品。
所述建筑结构9可以是钢结构，包括槽钢管架和设于其底部的预埋件钢板。该建筑结构还可以是混凝土结构，或其他结构。
如图2所示，是本发明在工作工况下，俯视曲线管道发生热胀引起的轴向和径向组合位移的整体变化时，与安装状态进行的比较。如图3所示，是本发明在工作工况下，管道因地基沉降发生而引起竖向位移，以及与轴向和径向位移组合的整体变化时，与安装状态的比较。由此，可以清楚的看出，本发明有效补偿了相关的位移，确保了曲线管道的安全使用。
本发明的安装方法为：
1）波纹补偿器的两端分别通过拟合管I和拟合管II连接曲线管道中的外管I和外管II，使所述外管I和外管II分别位于沉降缝的两侧，并使所述波纹管补偿器的双工作波纹管一侧的中间接管位于沉降缝上部；
2）在所述外管I和外管II上分别安装固定支架I和固定支架II；
3）在所述弧形管上安装自由滑动支承，使其与所述波纹补偿器端部的距离和波纹补偿器另一端与固定支架Ⅰ的距离相当；该自由滑动支承安放在建筑结构上；
4） 在自由滑动支承和固定支架II之间的弧形管和外管II上等弧长均布径向限位支承；各个径向限位支承分别安放在建筑结构，并在管道与所述径向限位支承的限位结构之间设置冷缩间隙和热胀间隙。
所述步骤4）中，通过以下方法计算热胀间隙和冷缩间隙：通过管道应力分析计算，取得每个径向限位支承对应管道节点在工作温度下的径向净位移，即为沿着各相关节点与圆心连线方向的热胀冷缩量值，再取大于零且小于3的正公差，再加上管道绝热层厚度。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (8)
1.一种曲线管道的位移补偿装置，包括波纹补偿器，其特征是：该波纹补偿器的两端分别通过拟合管I和拟合管II连接曲线管道中的外管I和外管II；所述拟合管I包括直管I，其一端连接所述外管I，其另一端连接所述波纹补偿器；所述拟合管II包括直管II和弧形管；该直管II的一端与所述弧形管的一端相连；该直管II的另一端连接所述波纹补偿器；该弧形管的另一端连接所述外管II。
2.根据权利要求1所述的曲线管道的位移补偿装置，其特征是：所述拟合管I还包括异径管，其一端与所述直管I的一端相连，其另一端与所述波纹补偿器相连。
3.根据权利要求1所述的曲线管道的位移补偿装置，其特征是：所述弧形管的曲率半径与所述外管II的曲率半径相同，其长度小于或等于3°圆心角对应的弧长。
4.根据权利要求1所述的曲线管道的位移补偿装置，其特征是：所述拟合管II上设有自由滑动支承。
5.根据权利要求1所述的曲线管道的位移补偿装置，其特征是：还包括多个径向限位支承，分别安装在所述弧形管和外管II上。
6.一种根据权利要求1所述的曲线管道的位移补偿装置的安装方法，其特征是：包括以下步骤：
1）波纹补偿器的两端分别通过拟合管I和拟合管II连接曲线管道中的外管I和外管II，使所述外管I和外管II分别位于沉降缝的两侧，并使所述波纹管补偿器的双工作波纹管一侧的中间接管位于沉降缝上部；
2）在所述外管I和外管II上分别安装固定支架I和固定支架II；
3）在所述弧形管上安装自由滑动支承，使其与所述波纹补偿器端部的距离和波纹补偿器另一端与固定支架Ⅰ的距离相当；
4） 在自由滑动支承和固定支架II之间的弧形管和外管II上等弧长均布径向限位支承，并在管道与所述径向限位支承的限位结构之间设置冷缩间隙和热胀间隙。
7.根据权利要求6所述的曲线管道的位移补偿装置的安装方法，其特征是：所述步骤4）中，通过以下方法计算热胀间隙和冷缩间隙：通过管道应力分析计算，取得每个径向限位支承对应管道节点在工作温度下的径向净位移，即为沿着各相关节点与圆心连线方向的热胀冷缩量值，再取大于零且小于3的正公差，再加上管道绝热层厚度。
8.根据权利要求6所述的曲线管道的位移补偿装置的安装方法，其特征是：所述自由滑动支承和各径向限位支承分别安装在建筑结构上。
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