一種管道水平移動工裝的設計與應用

廣 波 武世銘

（雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610000）

某廠垂直布置了6層φ512，壁厚6mm的鋁合金管道，長度最長約50米。由于設計安裝時沒有考慮拆卸問題，導致后期維護拆卸吊運管道困難。由于管道內部布置精密元器件，拆卸回裝時要求比較高，因此設計制作了一種管道水平移動工裝，并投入使用。

1 現場調查

1.1 現場管路布置特點

在設備安裝時，為了方便施工，管道的安裝方式為將管道焊接成50米左右長管道，由下至上逐層安裝。管道就位后，將管道固定在固定支撐上，并調整水平，如圖1。

圖1 管道空間布置示意圖

1.2 管道固定支撐的形式

現場管道固定支撐主要有槽鋼單臂支撐、H型鋼單臂支撐、H型鋼拼裝框型支撐三種形式，并用管箍抱緊，防止管道移動。

槽鋼單臂支撐特點：該類型支撐主要布置于6層管道集中區域，槽鋼采用20#B型槽鋼（尺寸：200mm*75mm*9mm），槽口向下，布置間距約5米，每個長度根據布置需求長約1.5 米-2米，側邊配置斜拉固定。

H型鋼單臂支撐特點：該類型支撐主要布置于長管道區域，H型鋼尺寸150mm*150mm*7mm*10mm，布置間距約10米，長度約0.74 米。

H型鋼拼裝框型支撐特點：類型支撐主要布置于長管道區域兩端轉角兩側，主要由H型鋼拼裝成單層矩形框架，空間尺寸1.5 m*1.2 m*1.2 m。

1.3 管道移動的基本需求

在后期的管道檢修維護過程中，只能根據現場需求對任意單層管道進行轉移分解，由于管道支撐短、管道層間間距小、管道長度長等特點，無法采用大型工程機械進行管道轉移施工。

進行現場管道分解施工時，根據要求需采取：管道軸向移動（使管道內部精密插接部件脫開）→管道徑向移動（使管道移開上方管道避免遮擋，具備垂直起吊空間）→垂直整體吊運。

2 設計與制作

2.1 設計制作

2.1.1 水平移動工裝基本要求

2.1.1.1 垂直調整機構，具備垂直調節功能，能夠根據原管道固定支撐高度的不同進行調節適應。2.1.1.2 軸向滑動機構，管道能夠在水平移動工裝上進行軸向移動。2.1.1.3 徑向移動機構，管道能夠在水平移動工裝上進行多支點同步精確移動。2.1.1.4 工裝固定裝置，能夠將水平移動工裝固定在不同形式的管道支撐臂上。

2.1.2 水平移動工裝設計

2.1.2.1 通用性考慮

為了適應3種不同支撐替換成水平移動工裝和整體吊運需求，在設計時考慮通用性，設計思路如下：

（1）3種固定支撐共同使用一種水平移動裝置，區別在于使用的固定部件不一樣，分別適用于槽鋼單臂、H型鋼單臂支撐、H型鋼拼裝框型支撐，防止水平移動工裝安裝就位后固定不牢靠導致其移動。（2）管路支撐基礎，長度有限，需要增加其延伸機構，以具備垂直吊運空間。（3）垂直吊運時，需安裝專用吊具，避免直接將吊帶捆綁在筒體上，造成筒體變形。

2.1.2.2 水平移動工裝設計

根據現場情況及GIL拆卸回裝要求，設計水平移動工裝基本情況如圖2-圖4所示，具體設計圖紙詳見附件。

圖2 適用于H型鋼單臂支撐的水平移動工裝安裝示意

圖3 適用于槽鋼單臂支撐的水平移動工裝安裝示意

圖4 適用于H型鋼拼裝框型支撐的水平移動工裝安裝示意

功能實現途徑：

垂直調整，通過設置在移動工裝上的垂直調整機構，4顆正反螺紋螺桿同時調整適應不同高度實現。

管道徑向移動，通過軸向滑動機構“V”型槽內側對稱安裝滾輪實現。

管道軸向精確調整移動，通過徑向移動機構帶絲桿燕尾槽，移動時搖動搖把控制移動距離實現。

延伸支撐，適當延長徑向移動距離，使管道滿足空間要求，通過設計制作的可調整的工裝夾緊部件、支撐部件、延伸支撐部件實現。

2.2 受力計算

水平段GIL最長約為40米，每米計算重量約40Kg，總重量2000Kg。該段總共5個支撐，平均每個支撐承受400Kg。進行受力計算時，按照單個支撐1.5 倍重量進行核算。

2.2.1 已知條件

GIL水平移動工裝托板可以伸出的最大長度：L=0.35 m；GIL管路及導體米重：40Kg；GIL管 路 及 導 體 最 大 長 度：40m。GIL水平移動工裝托板數量：5個；托板受力面積：0.07 m2；托板厚度：26mm；托板材料：Q235B。

Q235B許 用 彎 曲 應 力：[σ]=158MPa；重力加速度：10m/s2；Q235B彈性模量：E=200GPa；托板截面寬度b=0.23m，高度h=0.026 m；許用撓度：[w]=1/250L。

2.2.2 受力計算

根據已知條件計算得出單個GIL水平移動工裝托板上放置的的GIL管路及導體所受重力：

G=40×40÷5×10N=3200N

為了簡化計算，可將托板看作懸臂梁，受力集中在托板端部托板，受力大小為GIL管路及導體所受重力，同時考慮受力的安全裕量，取F=1.5 G=1.5 ×3200N=4800N。

托板截面慣性矩I=bh3/12=0.23 ×0.0263 ÷12 m4=3.37 ×10-7m4。

托板抗彎截面系數Wz=2I/h=2.59×10-5m3

（a）校核托板的正應力強度，托板內部最大彎矩為：

Mmax=FL=4800×0.35 N·m=1680N·m

托板的最大正應力為：

σmax=Mmax/Wz=1120÷（2.59 ×10-5）Pa=64.9 MPa<[σ]

（b）校核托板的剛度

托板的最大撓度為：

wmax=FL3/3EI=4800×0.353 ÷3÷200÷3.37 ÷109÷10-7m=1×10-3m=1mm

許用撓度[w]=1/250L=0.35 /250m=1.4 mm。可見wmax<[w]。

結論：水平移動工裝滿足強度和剛度使用條件。

3 結論

采用文中所述水平移動工裝，具備垂直調整、軸向移動、徑向移動、延伸支撐的功能，工裝經過受力計算滿足現場需求。解決了現場管道多層布置、間距小、固定支撐短、管道調運要求高的問題。