一種管道水平移動(dòng)工裝的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

廣 波 武世銘

（雅礱江流域水電開發(fā)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(zhǎng)度最長(zhǎng)約50米。由于設(shè)計(jì)安裝時(shí)沒有考慮拆卸問題，導(dǎo)致后期維護(hù)拆卸吊運(yùn)管道困難。由于管道內(nèi)部布置精密元器件，拆卸回裝時(shí)要求比較高，因此設(shè)計(jì)制作了一種管道水平移動(dòng)工裝，并投入使用。

1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

1.1 現(xiàn)場(chǎng)管路布置特點(diǎn)

在設(shè)備安裝時(shí)，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(zhǎng)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(diào)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(xiàn)場(chǎng)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(dòng)。

槽鋼單臂支撐特點(diǎn)：該類型支撐主要布置于6層管道集中區(qū)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(gè)長(zhǎng)度根據(jù)布置需求長(zhǎng)約1.5 米-2米，側(cè)邊配置斜拉固定。

H型鋼單臂支撐特點(diǎn)：該類型支撐主要布置于長(zhǎng)管道區(qū)域，H型鋼尺寸150mm*150mm*7mm*10mm，布置間距約10米，長(zhǎng)度約0.74 米。

H型鋼拼裝框型支撐特點(diǎn)：類型支撐主要布置于長(zhǎng)管道區(qū)域兩端轉(zhuǎn)角兩側(cè)，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(dòng)的基本需求

在后期的管道檢修維護(hù)過程中，只能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求對(duì)任意單層管道進(jìn)行轉(zhuǎn)移分解，由于管道支撐短、管道層間間距小、管道長(zhǎng)度長(zhǎng)等特點(diǎn)，無法采用大型工程機(jī)械進(jìn)行管道轉(zhuǎn)移施工。

進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管道分解施工時(shí)，根據(jù)要求需采取：管道軸向移動(dòng)（使管道內(nèi)部精密插接部件脫開）→管道徑向移動(dòng)（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(yùn)。

2 設(shè)計(jì)與制作

2.1 設(shè)計(jì)制作

2.1.1 水平移動(dòng)工裝基本要求

2.1.1.1 垂直調(diào)整機(jī)構(gòu)，具備垂直調(diào)節(jié)功能，能夠根據(jù)原管道固定支撐高度的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)適應(yīng)。2.1.1.2 軸向滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，管道能夠在水平移動(dòng)工裝上進(jìn)行軸向移動(dòng)。2.1.1.3 徑向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，管道能夠在水平移動(dòng)工裝上進(jìn)行多支點(diǎn)同步精確移動(dòng)。2.1.1.4 工裝固定裝置，能夠?qū)⑺揭苿?dòng)工裝固定在不同形式的管道支撐臂上。

2.1.2 水平移動(dòng)工裝設(shè)計(jì)

2.1.2.1 通用性考慮

為了適應(yīng)3種不同支撐替換成水平移動(dòng)工裝和整體吊運(yùn)需求，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮通用性，設(shè)計(jì)思路如下：

（1）3種固定支撐共同使用一種水平移動(dòng)裝置，區(qū)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(dòng)工裝安裝就位后固定不牢靠導(dǎo)致其移動(dòng)。（2）管路支撐基礎(chǔ)，長(zhǎng)度有限，需要增加其延伸機(jī)構(gòu)，以具備垂直吊運(yùn)空間。（3）垂直吊運(yùn)時(shí)，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(dòng)工裝設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及GIL拆卸回裝要求，設(shè)計(jì)水平移動(dòng)工裝基本情況如圖2-圖4所示，具體設(shè)計(jì)圖紙?jiān)斠姼郊?/p>

圖2 適用于H型鋼單臂支撐的水平移動(dòng)工裝安裝示意

圖3 適用于槽鋼單臂支撐的水平移動(dòng)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(dòng)工裝安裝示意

功能實(shí)現(xiàn)途徑：

垂直調(diào)整，通過設(shè)置在移動(dòng)工裝上的垂直調(diào)整機(jī)構(gòu)，4顆正反螺紋螺桿同時(shí)調(diào)整適應(yīng)不同高度實(shí)現(xiàn)。

管道徑向移動(dòng)，通過軸向滑動(dòng)機(jī)構(gòu)“V”型槽內(nèi)側(cè)對(duì)稱安裝滾輪實(shí)現(xiàn)。

管道軸向精確調(diào)整移動(dòng)，通過徑向移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶絲桿燕尾槽，移動(dòng)時(shí)搖動(dòng)搖把控制移動(dòng)距離實(shí)現(xiàn)。

延伸支撐，適當(dāng)延長(zhǎng)徑向移動(dòng)距離，使管道滿足空間要求，通過設(shè)計(jì)制作的可調(diào)整的工裝夾緊部件、支撐部件、延伸支撐部件實(shí)現(xiàn)。

2.2 受力計(jì)算

水平段GIL最長(zhǎng)約為40米，每米計(jì)算重量約40Kg，總重量2000Kg。該段總共5個(gè)支撐，平均每個(gè)支撐承受400Kg。進(jìn)行受力計(jì)算時(shí)，按照單個(gè)支撐1.5 倍重量進(jìn)行核算。

2.2.1 已知條件

GIL水平移動(dòng)工裝托板可以伸出的最大長(zhǎng)度：L=0.35 m；GIL管路及導(dǎo)體米重：40Kg；GIL管 路 及 導(dǎo) 體 最 大 長(zhǎng) 度：40m。GIL水平移動(dòng)工裝托板數(shù)量：5個(gè)；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(yīng) 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(jì)算

根據(jù)已知條件計(jì)算得出單個(gè)GIL水平移動(dòng)工裝托板上放置的的GIL管路及導(dǎo)體所受重力：

G=40×40÷5×10N=3200N

為了簡(jiǎn)化計(jì)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(dǎo)體所受重力，同時(shí)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(shù)Wz=2I/h=2.59×10-5m3

（a）校核托板的正應(yīng)力強(qiáng)度，托板內(nèi)部最大彎矩為：

Mmax=FL=4800×0.35 N·m=1680N·m

托板的最大正應(yīng)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(jié)論：水平移動(dòng)工裝滿足強(qiáng)度和剛度使用條件。

3 結(jié)論

采用文中所述水平移動(dòng)工裝，具備垂直調(diào)整、軸向移動(dòng)、徑向移動(dòng)、延伸支撐的功能，工裝經(jīng)過受力計(jì)算滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。解決了現(xiàn)場(chǎng)管道多層布置、間距小、固定支撐短、管道調(diào)運(yùn)要求高的問題。