一种管道水平移动工装的设计与应用
2021-09-15武世铭
广 波 武世铭
(雅砻江流域水电开发有限公司,四川 成都 610000)
某厂垂直布置了6层φ512,壁厚6mm的铝合金管道,长度最长约50米。由于设计安装时没有考虑拆卸问题,导致后期维护拆卸吊运管道困难。由于管道内部布置精密元器件,拆卸回装时要求比较高,因此设计制作了一种管道水平移动工装,并投入使用。
1 现场调查
1.1 现场管路布置特点
在设备安装时,为了方便施工,管道的安装方式为将管道焊接成50米左右长管道,由下至上逐层安装。管道就位后,将管道固定在固定支撑上,并调整水平,如图1。
图1 管道空间布置示意图
1.2 管道固定支撑的形式
现场管道固定支撑主要有槽钢单臂支撑、H型钢单臂支撑、H型钢拼装框型支撑三种形式,并用管箍抱紧,防止管道移动。
槽钢单臂支撑特点:该类型支撑主要布置于6层管道集中区域,槽钢采用20#B型槽钢(尺寸:200mm*75mm*9mm),槽口向下,布置间距约5米,每个长度根据布置需求长约1.5 米-2米,侧边配置斜拉固定。
H型钢单臂支撑特点:该类型支撑主要布置于长管道区域,H型钢尺寸150mm*150mm*7mm*10mm,布置间距约10米,长度约0.74 米。
H型钢拼装框型支撑特点:类型支撑主要布置于长管道区域两端转角两侧,主要由H型钢拼装成单层矩形框架,空间尺寸1.5 m*1.2 m*1.2 m。
1.3 管道移动的基本需求
在后期的管道检修维护过程中,只能根据现场需求对任意单层管道进行转移分解,由于管道支撑短、管道层间间距小、管道长度长等特点,无法采用大型工程机械进行管道转移施工。
进行现场管道分解施工时,根据要求需采取:管道轴向移动(使管道内部精密插接部件脱开)→管道径向移动(使管道移开上方管道避免遮挡,具备垂直起吊空间)→垂直整体吊运。
2 设计与制作
2.1 设计制作
2.1.1 水平移动工装基本要求
2.1.1.1 垂直调整机构,具备垂直调节功能,能够根据原管道固定支撑高度的不同进行调节适应。2.1.1.2 轴向滑动机构,管道能够在水平移动工装上进行轴向移动。2.1.1.3 径向移动机构,管道能够在水平移动工装上进行多支点同步精确移动。2.1.1.4 工装固定装置,能够将水平移动工装固定在不同形式的管道支撑臂上。
2.1.2 水平移动工装设计
2.1.2.1 通用性考虑
为了适应3种不同支撑替换成水平移动工装和整体吊运需求,在设计时考虑通用性,设计思路如下:
(1)3种固定支撑共同使用一种水平移动装置,区别在于使用的固定部件不一样,分别适用于槽钢单臂、H型钢单臂支撑、H型钢拼装框型支撑,防止水平移动工装安装就位后固定不牢靠导致其移动。(2)管路支撑基础,长度有限,需要增加其延伸机构,以具备垂直吊运空间。(3)垂直吊运时,需安装专用吊具,避免直接将吊带捆绑在筒体上,造成筒体变形。
2.1.2.2 水平移动工装设计
根据现场情况及GIL拆卸回装要求,设计水平移动工装基本情况如图2-图4所示,具体设计图纸详见附件。
图2 适用于H型钢单臂支撑的水平移动工装安装示意
图3 适用于槽钢单臂支撑的水平移动工装安装示意
图4 适用于H型钢拼装框型支撑的水平移动工装安装示意
功能实现途径:
垂直调整,通过设置在移动工装上的垂直调整机构,4颗正反螺纹螺杆同时调整适应不同高度实现。
管道径向移动,通过轴向滑动机构“V”型槽内侧对称安装滚轮实现。
管道轴向精确调整移动,通过径向移动机构带丝杆燕尾槽,移动时摇动摇把控制移动距离实现。
延伸支撑,适当延长径向移动距离,使管道满足空间要求,通过设计制作的可调整的工装夹紧部件、支撑部件、延伸支撑部件实现。
2.2 受力计算
水平段GIL最长约为40米,每米计算重量约40Kg,总重量2000Kg。该段总共5个支撑,平均每个支撑承受400Kg。进行受力计算时,按照单个支撑1.5 倍重量进行核算。
2.2.1 已知条件
GIL水平移动工装托板可以伸出的最大长度:L=0.35 m;GIL管路及导体米重:40Kg;GIL管 路 及 导 体 最 大 长 度:40m。GIL水平移动工装托板数量:5个;托板受力面积:0.07 m2;托板厚度:26mm;托板材料:Q235B。
Q235B许 用 弯 曲 应 力:[σ]=158MPa;重力加速度:10m/s2;Q235B弹性模量:E=200GPa;托板截面宽度b=0.23m,高度h=0.026 m;许用挠度:[w]=1/250L。
2.2.2 受力计算
根据已知条件计算得出单个GIL水平移动工装托板上放置的的GIL管路及导体所受重力:
G=40×40÷5×10N=3200N
为了简化计算,可将托板看作悬臂梁,受力集中在托板端部托板,受力大小为GIL管路及导体所受重力,同时考虑受力的安全裕量,取F=1.5 G=1.5 ×3200N=4800N。
托板截面惯性矩I=bh3/12=0.23 ×0.0263 ÷12 m4=3.37 ×10-7m4。
托板抗弯截面系数Wz=2I/h=2.59×10-5m3
(a)校核托板的正应力强度,托板内部最大弯矩为:
Mmax=FL=4800×0.35 N·m=1680N·m
托板的最大正应力为:
σmax=Mmax/Wz=1120÷(2.59 ×10-5)Pa=64.9 MPa<[σ]
(b)校核托板的刚度
托板的最大挠度为:
wmax=FL3/3EI=4800×0.353 ÷3÷200÷3.37 ÷109÷10-7m=1×10-3m=1mm
许用挠度[w]=1/250L=0.35 /250m=1.4 mm。可见wmax<[w]。
结论:水平移动工装满足强度和刚度使用条件。
3 结论
采用文中所述水平移动工装,具备垂直调整、轴向移动、径向移动、延伸支撑的功能,工装经过受力计算满足现场需求。解决了现场管道多层布置、间距小、固定支撑短、管道调运要求高的问题。