[发明专利]管道转动约束装置

说明书

技术领域

本发明属于管道约束技术领域，具体涉及管道转动约束装置。 

背景技术

大型反应堆的管道系统往往非常庞大，其管线长达几十米，管道直径达几百甚至上千毫米，常常横跨几个厂房，并连接主泵、换热器等重要设备，管系运行过程中要承受温度、压力、振动等载荷的综合作用。而管道系统的应力分析，就是在管道上合理配置支吊架，对管道位移进行限制，使应力满足规范的相关要求。 

在三维空间中，管系节点有六个自由度，即三个线位移和三个角位移。到目前为止，工程上使用的管道支吊架，除了固定架是将所有自由度都约束死之外，其余都是通过铰接连接的，而铰接是可以自由转动的，也就是说，常用的管道支吊架只能约束线位移，而不能约束角位移。由于管道节点的转动力矩，实际上是由某个管线力（即管道平动）导致的，所以，工程上需要约束管道转动时，往往采取约束产生该转矩的平动，从而间接实现管道转动的约束。 

连接重要设备的大型管道系统，需要满足接管口的三个力和三个力矩限值的严格要求。设计管线布置时，长直管道往往不能与设备直接相连，而是通过增添弯头，使管线改变走向，然后再与设备连接，从而缓解热膨胀对设备的不利影响。而通过约束平动来限制管道转动的方法，需要在弯头前的管段上增加支架，才能限制管嘴处的转动力矩。如果多个力矩都超过设备限值，那就需要在弯头前添加多个平动约束来限制力矩，这往往要占用较大安装空间。 

大型管道系统的支架安装空间常常比较有限，计算上行得通的方案，实际上可能无法实现安装，从而无法实现约束目的。而不同性质的应力对支吊架的设置要求也会产生矛盾，例如，降低热胀应力需要降低系统刚度去掉支架，而降低地震应力又恰恰需要增大系统刚度增添支架，两个完全相反的要求是无法同时满足的，这也是设置支吊架的难点。 

在这种情况下，如果有一种机械装置，能直接约束管道转动，将缓解安装空间不足的矛盾，从而给支架设置和力学分析带来新途径。 

在中国先进研究堆的管道系统应力分析中，曾经遇到过此类问题，即设备接管嘴的三个力矩中，一个转动力矩必须约束；另一个转动力矩则又不能约束；第三个转动力矩约不约束均可。但由于安装空间限制，无法通过添加常规平动支架来实现，而需要直接约束管道转动的装置。而现有技术里没有能够实现上述功能的管道转动约束装置。 

发明内容

（一）发明目的

根据现有技术所存在的问题，本发明提供了一种不通过约束管道平动而直接约束管道转动的装置。

（二）技术方案

为了实现本发明所要解决的技术问题，本发明提供的技术方案如下：

管道转动约束装置，该装置主要由挡板1、凹弧镶块2、凸弧镶块3和T型梁4构成，其中凹弧镶块2是采用胀接工艺卡入挡板1，凸弧镶块采用胀接工艺卡入T型梁4，T型梁4的一端通过卡箍5与管道6紧固，另一端的凸弧镶块3放入凹弧镶块2的弧槽内，凸弧镶块3的凸弧面与凹弧镶块2的凹弧面均为以管道中心为圆心的同心圆柱面，凸凹弧面之间吻合。

其优选技术方案为： 

挡板1通过使用螺栓或焊接与地面或墙壁紧固。

挡板1、凹弧镶块2、凸弧镶块3、T型梁4及卡箍5的材料均为不锈钢。凸弧镶块3与凹弧镶块2均经淬火硬化，以增加耐磨性。 

使用两套管道转动约束装置，沿互相垂直的两个方向安装，可实现同时约束两个转矩的功能。 

（三）有益效果

采用本发明提供的管道转动约束装置，具有如下有益效果：

（1）在XZ竖直面内，T型梁4可以在同心弧槽内自由转动，从而使该方向的转动不受约束。

在XY水平面内，T型梁4若要转动，凸弧镶块3的转动轨迹将切入凹弧镶块，由于受到挡板1的限制，T型梁4在水平面内是无法转动的，从而实现对该方向转动的约束。原理解释如下： 

如图2所示，T型梁4在XY水平面内转动的运动轨迹如图2中的虚弧线部分，由于直角三角形斜边OE大于直角边，若以O为圆心转动时，E点的轨迹将扫入凹弧镶块内部，从而实现对该转动的约束。

在YZ竖直面内，转动也将受到很大程度的限制，凸弧镶块3能够在弧槽内发生轻微扭动，从而对该方向的转动只能起到一定程度的约束作用。 

（2）使用两套管道约束装置，并且沿互相垂直的两个方向安装，则可实现约束两个转矩的功能。 

附图说明

图1是管道约束装置结构示意图；