CN111396676B - 一种弧形热管的位移补偿装置及其安装方法 - Google Patents

一种弧形热管的位移补偿装置及其安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种弧形热管的位移补偿装置及其安装方法，包括复式膨胀节，该复式膨胀节包括两个波纹管和两根拉杆；该两个波纹管之间通过中间接管相连；每个所述波纹管的外端设有承载端板；所述两根拉杆对称设置；每根拉杆的两端分别通过紧固件连接到不同的所述承载端板上；所述复式膨胀节的一端通过接管连接直管型的外管I，另一端通过拟合管连接弧形的外管II；该拟合管包括直管和弧形管；该直管的一端与所述弧形管的一端相连；该直管的另一端连接所述复式膨胀节；该弧形管的另一端连接所述外管II；所述拉杆所在平面与所述外管II所在平面相垂直。本发明一方面可吸收横向组合位移，另一方面可吸收管道热膨胀的轴向位移，确保弧形热管的使用安全。

Description

一种弧形热管的位移补偿装置及其安装方法
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，具体的说是一种弧形热管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热管道系统也采用水平弧形布置安装，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。
这种弧形布置的热管道系统特点是固定支架间的跨度比较大，介于两个固定支架间的独立膨胀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；另一种是管道内的热介质引起的金属管道热膨胀位移，包括沿管道自身走向的轴向位移和弧形管道上各点沿曲率半径方向的径向位移。在长期工作工况下，这两种位移反映为弧形管道的组合位移补偿需求。但是，目前尚未有专门用于这种弧形管道的位移补偿方案。因此，急需设计一种结构，解决此类弧形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，提供一种弧形热管的位移补偿装置及其安装方法，可有效解决弧形管道的竖向位移、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：
一种弧形热管的位移补偿装置，包括复式膨胀节，该复式膨胀节包括两个波纹管和两根拉杆；该两个波纹管之间通过中间接管相连；每个所述波纹管的外端设有承载端板；所述两根拉杆对称设置；每根拉杆的两端分别通过紧固套件连接到不同的所述承载端板上；所述复式膨胀节的一端通过接管连接直管型的外管I，另一端通过拟合管连接弧形的外管II；该拟合管包括直管和弧形管；该直管的一端与所述弧形管的一端相连；该直管的另一端连接所述复式膨胀节；该弧形管的另一端连接所述外管II；所述拉杆所在平面与所述外管II所在平面相垂直。
进一步的，所述紧固套件设置于所述承载端板的外侧。
进一步的，所述紧固套件包括锥面紧固件和球面紧固件。
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。
一种弧形热管的位移补偿装置的安装方法，包括以下步骤：
1）在复式膨胀节的两端分别通过接管和拟合管连接弧线管道中的外管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，并使所述复式膨胀节中的中间接管位于沉降缝上方；
2）在所述外管I和外管II上分别安装主固定支架I和主固定支架II；
3）在所述弧形管上安装自由滑动支承，使其与所述复式膨胀节端部的距离和复式膨胀节另一端与主固定支架Ⅰ的距离相当；
4）在自由滑动支承和主固定支架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，再加上管道保温层厚度。
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，一方面可吸收因地基沉降而引起的管道竖向位移和管道热膨胀的水平径向位移，另一方面可利用独立膨胀的热管工作时热胀力大于压力推力而压缩波纹管，从而吸收管道热膨胀的轴向位移，使弧形管道的组合位移得到有效补偿，确保弧形热管的使用安全。
附图说明
图1是本发明俯视时的结构示意图。
图2是本发明正视时的结构示意图，和工作工况下组合位移引起的变化示意图。
图3是自由滑动支承示意图。
图4是径向限位支承示意图。
其中：1-外管I；2-接管；31-波纹管；32-中间接管；33-拉杆；34-承载端板；41-直管；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-主固定支架II；9-主固定支架I；10-沉降缝；11-建筑结构。
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、3和4所示。
一种弧形热管的位移补偿装置，包括复式膨胀节。该复式膨胀节包括两个波纹管31和两根拉杆33。该两个波纹管31之间通过中间接管32相连。每个所述波纹管31的外端设有承载端板34。所述两根拉杆33对称设置。每根拉杆33的两端分别穿装在不同的所述承载端板34上，并通过紧固套件在所述承载端板的外侧进行固定。该紧固套件包括锥面紧固件和球面紧固件，可选用GB850锥面垫圈、GB804球面六角螺母和GB/T6172.1六角薄螺母。
所述复式膨胀节的一端通过接管2连接直管型的外管I1，另一端通过拟合管连接弧形的外管II7。所述接管2为直管状。所述外管I1的公称直径为D1，其上设有主固定支架Ⅰ9。所述外管II7的曲率半径为R，公称直径为D2，其上设有主固定支架II8。所述拉杆33所在平面与所述外管II7所在平面相垂直。所述外管I1和外管II7分别位于沉降缝10的两侧，并使所述复式膨胀节的中间接管32位于沉降缝10上方。
所述拟合管包括直管41和弧形管42；该直管41的一端与所述弧形管42的一端相连；该直管41的另一端连接所述复式膨胀节；该弧形管42的另一端连接所述外管II7。安装时，使复式膨胀节的轴线位于所述外管Ⅱ7的曲率半径圆心为O点的管中心圆的外切正多边形之一边。该边与该圆的切点即为所述拟合管的直管41与弧形管42的连接点，使所述弧形管42与外管Ⅱ7的曲率半径相同，且长度小于等于3°圆心角对应弧长，从而，可使所述复式膨胀节与外管Ⅱ7之间实现变曲率拟合连接。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，则按上述圆的大于等于180边的外切正多边形对焊成形。
所述拟合管上设有自由滑动支承5。该自由滑动支承5安装在建筑结构11上，并使其与所述复式膨胀节端部的实际距离和所述复式膨胀节另一端与主固定支架Ⅰ9的实际距离相当，且使管道安装中心偏向反向于径向热胀量的一半，以保证管道在安装后和热胀位移发生时均位于建筑结构11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11上。所述限位结构件62可用型钢制作，且具有侧向承载能力，焊接固定于建筑结构11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II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与所述主固定支架II8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3米；当公称直径大于250mm时，等弧长跨度应小于等于6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保温层厚度之和，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。
所述自由滑动支承和径向限位支承均可根据国标GB/T 17116.2，并结合实际安装环境进行制作。
所述复式膨胀节可参考GB/T 12777-2019的复式拉杆型膨胀节进行生产。
所述建筑结构11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，一方面可通过锥面紧固件和球面紧固件的线接触相对旋转，使拉杆所在平面成平行四边形变形，从而可吸收弧形管道的竖向和径向位移；另一方面利用独立膨胀的热管工作时，其热胀力大于压力推力，从而压缩波纹管吸收管道热膨胀的轴向位移，对弧形热管的组合位移进行有效补偿。当膨胀节吸收轴向位移变形后，承载端板34与紧固套件分离，此时拉杆33成为保护性拉杆，由位于外管的两端主固定支架承载压力推力。同时，配合位于外管两端的主固定支架，可确保弧形管道的安全使用。
本发明一种弧形热管的位移补偿装置的安装方法为：
1）在复式膨胀节的两端分别通过接管和拟合管连接弧线管道中的外管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，并使所述复式膨胀节中的中间接管位于沉降缝上方；
2）在所述外管I和外管II上分别安装主固定支架I和主固定支架II；
3）在所述弧形管上安装自由滑动支承，使其与所述复式膨胀节端部的距离和复式膨胀节另一端与主固定支架Ⅰ的距离相当；
4）在自由滑动支承和主固定支架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装在建筑结构，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，再加上管道保温层厚度。
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 (6)

1.一种弧形热管的位移补偿装置，包括复式膨胀节，其特征是：该复式膨胀节包括两个波纹管和两根拉杆；该两个波纹管之间通过中间接管相连；每个所述波纹管的外端设有承载端板；所述两根拉杆对称设置；每根拉杆的两端分别通过紧固套件连接到不同的所述承载端板上；所述复式膨胀节的一端通过接管连接直管型的外管I，另一端通过拟合管连接弧形的外管II；该拟合管包括直管和弧形管；该直管的一端与所述弧形管的一端相连；该直管的另一端连接所述复式膨胀节；该弧形管的另一端连接所述外管II；所述拉杆所在平面与所述外管II所在平面相垂直； 所述拟合管上设有自由滑动支承；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；所述弧形热管的位移补偿装置的安装方法包括以下步骤：
1） 在复式膨胀节的两端分别通过接管和拟合管连接弧线管道中的外管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，并使所述复式膨胀节中的中间接管位于沉降缝上方；
2） 在所述外管I和外管II上分别安装主固定支架I和主固定支架II；
3） 在所述弧形管上安装自由滑动支承，使其与所述复式膨胀节端部的距离和复式膨胀节另一端与主固定支架Ⅰ的距离相当；
4） 在自由滑动支承和主固定支架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。
2.根据权利要求1所述的弧形热管的位移补偿装置，其特征是：所述紧固套件设置于所述承载端板的外侧。
3.根据权利要求1所述的弧形热管的位移补偿装置，其特征是：所述紧固套件包括锥面紧固件和球面紧固件。
4.根据权利要求1所述的弧形热管的位移补偿装置，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。
5.根据权利要求1所述的弧形热管的位移补偿装置，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，再加上管道保温层厚度。
6.根据权利要求1所述的弧形热管的位移补偿装置，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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