一种管道水平移动工装的设计与应用

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。