一種高溫高壓大直徑管道固定支架及其固定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種管道固定支架，特別涉及一種高溫高壓大直徑管道固定支架結構。
【背景技術】
[0002]高溫管道廣泛應用于各種工業生產及民用工程，特別是部分管道不僅管道內流體高溫高壓，而且直徑超大。此類管道固定支架需要與管道基礎緊密連接，而管道基礎一般處于常溫狀態，因此管道固定支架節點的溫度由管道位置的高溫狀態迅速降低到支架底部與基礎連接部位的常溫狀態，溫度梯度極大。內部管道在高溫高壓作用下，管道向外膨脹變形，而外部支架溫度較低，沿管道直徑方向的膨脹量很小，對內部高溫管道形成強烈的變形約束，使節點內部管道及外部支架諸多部位材料進入屈服階段。
[0003]當此類支架節點作為承受管道盲端力的固定支架時，管道盲端力迫使管道在溫度應力作用下已進入屈服階段的位置產生巨大的塑性應變，節點整體發生不可逆轉的大變形而失效。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于設計出一種具有特殊構造的管道固定支架及其固定方法，解決的主要問題是:傳統管道固定支架節點的構造做法均將高溫管道與其固定支架直接焊接連接為一個整體，以達到傳遞高溫管道外部機械荷載的目的，但由此造成高溫管道的熱量也傳遞到管系固定支架上，造成固定支架與高溫管道連接部分處于與管道一致的高溫工作狀態，而固定支架與基礎連接的部位則處于與基礎一致的常溫工作狀態。如此的工作狀態下，固定支架內部管道與外部構造溫度變形不一致且互相約束，造成高溫管道的固定支架在工作工況下的溫度應力很高，基本達到甚至局部超過材料在工作溫度下的屈服點，致使支架節點在外部機械荷載及工作溫度場的共同作用下，發生大面積塑性變形，支架整體發生不可逆轉的塑性大變形，直至整個節點變形超過安全標準而退出工作；此外，現有技術中節點內部管道與節點外部構造之間一般設置絕熱構造，其構造復雜且可靠度不高，嚴重影響管道固定質量。
[0005]為實現上述技術目的，本發明采取的技術方法如下:
一種高溫高壓大直徑管道固定支架，支設在管道上，其特征在于，固定支架包括以下部分:
支架框架，所述支架框架為矩形框，管道從其中間穿過，支架框架的底部有支腿支設在基礎上；支架框架的框上開有用于固定傳力牛腿的限位孔；
傳力限位環梁，所述傳力限位環梁套在支架框架與管道之間的管道外壁面上，其內徑大于管道的外徑，與管道外壁面之間的間隙不小于管道的徑向溫度膨脹距離；所述傳力限位環梁的兩端面上均有用于與縱向傳力限位加勁板接觸的內凹斜面；
傳力牛腿，所述傳力牛腿垂直焊接在傳力限位環梁的外表面上，且繞傳力限位環梁一圈均勻分布，其與支架框架的限位孔一一對應并從孔中伸出；
縱向傳力限位加勁板，所述縱向傳力限位加勁板包括前后兩圈，分別焊接在傳力限位環梁前后兩側的管道外壁面上，沿管道圓周均勻分布，所述縱向傳力限位加勁板靠近傳力限位環梁接觸的一側為楔形，與傳力限位環梁的內凹斜面配合形成能上下發生相對位移的摩擦面；所述摩擦面位于依據管道中心膨脹方向射線確定的膨脹摩擦接觸面上。
[0006]其中，所述膨脹摩擦接觸面是集合管道中心膨脹方向射線形成的一個以膨脹中心點為頂點的圓錐面或棱錐面，即圓錐的側面形狀或棱錐的側面形狀，所述管道中心膨脹方向射線以膨脹中心點為原點，經過兩圈傳力限位加勁板相互靠近的內側楔形的下邊緣點；所述膨脹中心點可根據需要設置在支架中心位置的管道軸線上；也可以在支架內的管道軸線上偏心設置。其確定方法如下:
步驟1、在支架內選定膨脹中心點:此膨脹中心點可根據需要設置在支架中心位置的管道軸線上；也可以在支架內的管道軸線上偏心設置；
步驟2、作管道中心膨脹方向射線:在膨脹中心點處，根據需要的支架寬度作管道中心膨脹方向射線；管道中心膨脹方向射線以膨脹中心點為原點，經過兩圈傳力限位加勁板相互靠近的內側楔形的下邊緣點O ;
步驟3、確定膨脹摩擦接觸面:將所有管道中心膨脹方向射線統一起來，使管道兩端的管道中心膨脹方向射線各自形成一個以膨脹中心點為頂點的圓錐面或棱錐面，即圓錐側面形狀或棱錐側面形狀，為膨脹摩擦接觸面。
[0007]當所述膨脹摩擦接觸面是圓錐面時，錐面上的每一點都位于管道中心膨脹方向射線上，相應的，所述傳力限位環梁的截面為圓形，其與縱向傳力限位加勁板接觸的摩擦面也為圓錐面。
[0008]所述膨脹摩擦接觸面是正棱錐面時，相應的所述傳力限位環梁的截面為正多邊形，其與縱向傳力限位加勁板接觸接觸的摩擦面也為正棱錐面。
[0009]優選的，所述傳力限位環梁為一個環梁或并排的兩個環梁，若為并排的兩個環梁，則其剛性連接為一個整體，所述傳力牛腿設于兩個環梁中間的連接桿件上。
[0010]優選的，所述傳力牛腿的橫截面為圓形、正方形或多邊形。
[0011]本發明還提供上述的高溫高壓大直徑管道固定支架的固定方法，其特征在于，包括如下步驟:
步驟一、確定支架安裝位置:根據工藝條件要求及場地條件選定支架位置；
步驟二、確定支架的截面尺寸:根據工作工況下管道需要支架承受的外荷載大小，確定需要的支架截面應力，結合支架框架的材料性能，以材料能承擔此應力為依據反算出所需支架的截面尺寸；
步驟三、在支架內選定膨脹中心點:此膨脹中心點可根據需要設置在支架中心位置的管道軸線上；也可以在支架內的管道軸線上偏心設置；
步驟四、設置兩圈縱向傳力限位加勁板:在管道外側設置兩圈縱向傳力限位加勁板，其焊接在管道外壁上、沿管道圓周均勻分布，兩圈傳力限位加勁板相互靠近的內側均為楔形，此楔形面為管道節點整體承受外部機械荷載的傳力面，兩圈縱向傳力限位加勁板的凈距，以兩圈縱向傳力限位加勁板及與之焊接的管道本體在節點外部機械荷載作用下材料的強度及剛度滿足設計要求為條件； 步驟五、作管道中心膨脹方向射線:在膨脹中心點處，根據需要的支架寬度作管道中心膨脹方向射線；管道中心膨脹方向射線以膨脹中心點為原點，經過兩圈傳力限位加勁板相互靠近的內側楔形的下邊緣點，所述內側楔形的下邊緣點可以是位于內側楔形的下邊沿上的任一點；
步驟六、確定膨脹摩擦接觸面:將所有管道中心膨脹方向射線統一起來，則管道兩端的管道中心膨脹方向射線各自形成一個以膨脹中心點為頂點的圓錐面或棱錐面，即為膨脹摩擦接觸面；
步驟七、在兩圈縱向傳力限位加勁板的內側楔形之間設置傳力限位環梁，縱向傳力限位加勁板與傳力限位環梁在膨脹摩擦接觸面上摩擦接觸，接觸面為能上下發生相對位移的摩擦面，傳力限位環梁的內環表面與管道外壁面之間留有間隙，此間隙不小于管道外表面徑向溫度膨脹距離；
步驟八、在傳力限位環梁外側最少設置兩個傳力牛腿，繞傳力限位環梁均勻分布，傳力牛腿的大小及數量根據傳力牛腿在工作工況下需要的工作應力滿足傳力牛腿的材料性能為依據確定；
步驟九、安裝支架框架:支架框架平面垂直于管道中軸線，其中心點位于管道中軸線管道中軸線上；所述支架框架上開有與傳力牛腿一一對應的限位孔，傳力牛腿伸出限位孔；步驟十:整體質檢，至此，管道固定支架的安裝工作完成，重復步驟一至步驟九，在需要安裝固定支架的其他位置安裝支架，直至管道固定完成。
[0012]若所述膨脹摩擦接觸面是圓錐面，錐面上每一點都位于管道中心膨脹方向射線上，相應的所述傳力限位環梁的截面為圓形，其與縱向傳力限位加勁板接觸的摩擦面也為圓錐面。
[0013]若所述膨脹摩擦接觸面是正棱錐面，相應的所述傳力限位環梁的截面為正多邊形，其與縱向傳力限位加勁板接觸接觸的摩擦面也為正棱錐面。
[0014]優選的，所述傳力限位環梁可以是一個環梁或并排的兩個環梁，若為并排的兩個環梁