本發(fā)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：
高溫管道廣泛應用于各種工業(yè)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(tài)，因此管道固定支架節(jié)點的溫度由管道位置的高溫狀態(tài)迅速降低到支架底部與基礎連接部位的常溫狀態(tài)，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(jié)點內部管道及外部支架諸多部位材料進入屈服階段。當此類支架節(jié)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(jié)點整體發(fā)生不可逆轉的大變形而失效。

技術實現要素：
本發(fā)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(tǒng)管道固定支架節(jié)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(tài)，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(tài)。如此的工作狀態(tài)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(jié)點在外部機械荷載及工作溫度場的共同作用下，發(fā)生大面積塑性變形，支架整體發(fā)生不可逆轉的塑性大變形，直至整個節(jié)點變形超過安全標準而退出工作；此外，現有技術中節(jié)點內部管道與節(jié)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。為實現上述技術目的，本發(fā)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(huán)梁，所述傳力限位環(huán)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(huán)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(huán)梁的外表面上，且繞傳力限位環(huán)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(huán)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(huán)梁接觸的一側為楔形，與傳力限位環(huán)梁的內凹斜面配合形成能上下發(fā)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。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(tǒng)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。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(huán)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。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(huán)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。優(yōu)選的，所述傳力限位環(huán)梁為一個環(huán)梁或并排的兩個環(huán)梁，若為并排的兩個環(huán)梁，則其剛性連接為一個整體，所述傳力牛腿設于兩個環(huán)梁中間的連接桿件上。優(yōu)選的，所述傳力牛腿的橫截面為圓形、正方形或多邊形。本發(fā)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(jié)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(jié)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(tǒng)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(huán)梁，縱向傳力限位加勁板與傳力限位環(huán)梁在膨脹摩擦接觸面上摩擦接觸，接觸面為能上下發(fā)生相對位移的摩擦面，傳力限位環(huán)梁的內環(huán)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(huán)梁外側最少設置兩個傳力牛腿，繞傳力限位環(huán)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。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(huán)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。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(huán)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。優(yōu)選的，所述傳力限位環(huán)梁可以是一個環(huán)梁或并排的兩個環(huán)梁，若為并排的兩個環(huán)梁，則其剛性連接為一個整體，所述傳力牛腿設于兩個環(huán)梁中間的連接桿件上。與現有技術相比，本發(fā)明的技術優(yōu)勢在于：1、應用本發(fā)明高溫高壓大直徑管道固定支架，可使高溫管道固定支架節(jié)點的外部構造與內部高溫管道系統(tǒng)屬于弱連接，由內部管道傳遞到外部的熱量十分有限，且將內部管道的膨脹變形與外部構造分離，節(jié)點外部構造僅用于承受管道節(jié)點位置的外部機械荷載，內部高溫高壓的管道在溫度作用下可以自由向外膨脹，可完全釋放節(jié)點部位內部高溫管道的溫度膨脹變形，從而避免了節(jié)點在內外溫度不一致的情況下，發(fā)生由溫度膨脹變形不協調導致的節(jié)點破壞；同時支架位置管道不發(fā)生空間位移，形成固定支架，在釋放溫度變形的同時可以承受外部機械荷載；2、采用分離的變形構造，節(jié)點內外溫度變形不相互影響，因此不需要設置專門絕熱構造來隔斷節(jié)點內部熱量通過弱連接向外部傳遞的通道，大大降低了節(jié)點構造的復雜程度，同時提高了節(jié)點的可靠性。本發(fā)明的做法使用框架傳力，穩(wěn)定可靠，具有可靠地工作安全裕量。且框架的綜合剛度及綜合強度較大，可以用在高溫高壓大直徑的管道固定支架上，用于承受很大的管道盲端推力，也可用于管道中部次固定支架。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例涉及的高溫高壓大直徑管道固定支架的整體安裝狀態(tài)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例涉及的高溫高壓大直徑管道固定支架的設置在管道8上的傳力限位環(huán)梁5、縱向傳力限位加勁板3及傳力牛腿的安裝關系示意圖；圖3是圖2的A-A剖面的剖面結構示意圖；圖4是支架框架7的結構示意圖。附圖標記：1-膨脹中心點、2-管道中心膨脹方向射線、3-縱向傳力限位加勁板、4-摩擦面、5-傳力限位環(huán)梁、6-傳力牛腿、7-支架框架、8-管道、9-管道中軸線、10-限位孔。具體實施方式以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖1，一種高溫高壓大直徑管道固定支架，包括底部帶支腿的支架框架7，支架框架7支在地面上，管道8從支架框架7中間穿過，其特征在于：在支架框架7與管道8之間的管道上套有一個傳力限位環(huán)梁5，如圖2和圖3，傳力限位環(huán)梁5的內環(huán)直徑大于管道8的外徑，其與管道外壁面之間的間隙不小于管道外保溫層徑向溫度膨脹距離；傳力限位環(huán)梁5的外側至少設兩個垂直其外壁面的傳力牛腿6，傳力牛腿6的橫截面為圓形、正方形或多邊形。傳力牛腿6繞傳力限位環(huán)梁5一圈均勻分布；如圖4，支架框架7上開有與傳力牛腿6一一對應的限位孔10，傳力牛腿6從限位孔10中伸出支架框架7；傳力限位環(huán)梁5為一個環(huán)梁或并排的兩個環(huán)梁，本實施例采用并排的兩個環(huán)梁，其剛性連接為一個整體，四個矩形傳力牛腿6均勻設于兩個環(huán)梁中間的連接桿件上。如圖2和圖3，傳力限位環(huán)梁5兩側的管道外壁面上分別焊接一圈沿管道圓周均勻分布的縱向傳力限位加勁板3，所有傳力限位加勁板3靠近傳力限位環(huán)梁5的一側為楔形，其與內側的傳力限位環(huán)梁5的接觸面為能上下發(fā)生相對位移的摩擦面4，摩擦面4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。如圖1至3，本實施例采用的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，相應的傳力限位環(huán)梁5的截面為圓形，其與縱向傳力限位加勁板3接觸的摩擦面4也為圓錐面。膨脹摩擦接觸面也可以是正棱錐面，相應的傳力限位環(huán)梁5的截面為正多邊形，其與縱向傳力限位加勁板3接觸接觸的摩擦面4也為正棱錐面。其中，所述膨脹摩擦接觸面是集合管道中心膨脹方向射線2形成的一個以膨脹中心點（1）為頂點的圓錐面或棱錐面，所述管道中心膨脹方向射線2以膨脹中心點1為原點，經過兩圈傳力限位加勁板3相互靠近的內側楔形的下邊緣點11；所述膨脹中心點1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1：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2：在膨脹中心點1處，根據需要的支架寬度作管道中心膨脹方向射線2；管道中心膨脹方向射線2以膨脹中心點1為原點，經過兩圈傳力限位加勁板3相互靠近的內側楔形的下邊緣點11，所述內側楔形的下邊緣點11可以是位于內側楔形的下邊沿上的任一點；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2統(tǒng)一起來，使管道兩端的管道中心膨脹方向射線2各自形成一個以膨脹中心點1為頂點的圓錐面或棱錐面，即為膨脹摩擦接觸面。在應用本發(fā)明的高溫高壓大直徑管道固定支架進行管道的規(guī)定施工時，具體操作如下：1）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；2）根據管道8在工作狀態(tài)下支架需要承受的外荷載大小，用有限元計算或理論分析計算得出支架截面應力，以此應力滿足框架的材料要求為依據反算出所需要的支架寬度及支架截面。3）在管道8支架位置內選定的膨脹中心點1處，根據需要的支架寬度作出管道8中心膨脹方向射線2。此膨脹中心點1可根據需要設置在管道8支架中心位置的管道8軸線上；也可以在管道8支架位置內的管道8軸線上偏心設置。4）根據管道8中心膨脹方向射線2確定出膨脹摩擦接觸面，膨脹摩擦接觸面可以是圓錐面也可以是正棱錐面。錐面上每一點都位于管道8中心膨脹方向射線2上。5）在管道8外側設置兩圈焊接在管道8外壁上，沿管道8圓周均勻分布的縱向傳力限位加勁板3，縱向傳力限位加勁板3內側的楔形與管道8中心膨脹方向射線2重合，使所有的縱向傳力限位加勁板3位于管道8中心膨脹方向射線2一側的楔形位于膨脹摩擦接觸面上。每圈縱向傳力限位加勁板3的加勁板3數量、厚度根據管道8直徑大小及管道8支架受力情況確定，確定的原則是根據有限元計算或理論分析計算得出的縱向傳力限位加勁板3工作應力滿足縱向傳力限位加勁板3的材料要求，縱向傳力限位加勁板33的間距一般為200~250mm。6）在兩圈縱向傳力限位加勁板3的膨脹摩擦接觸面之間設置傳力限位環(huán)梁5，縱向傳力限位加勁板3與傳力限位環(huán)梁5在膨脹摩擦接觸面上摩擦接觸成摩擦面4。若前面確定的膨脹摩擦接觸面是圓錐面，則環(huán)梁5相應為圓形且與縱向傳力限位加勁板3接觸一側同樣為與膨脹摩擦接觸面重合的圓錐面。若前面確定的膨脹摩擦接觸面是正棱錐面，則環(huán)梁5相應為正多邊形且與縱向傳力限位加勁板3接觸的摩擦面4也同樣為與膨脹摩擦接觸面重合的正棱錐面。本實施例傳力限位環(huán)梁5內直徑比管道8外徑大100mm。傳力限位環(huán)梁5可以整體為一個環(huán)梁5，也可以在兩側的縱向傳力限位加勁板3位置設置沿支架位置管道8中心對稱的兩個環(huán)梁5，然后將兩個環(huán)梁5剛性連接為一個整體。傳力限位環(huán)梁5內環(huán)表面與管道8外表面間留一定間隙，此間隙需大于等于管道8外保溫厚度及管道8外表面徑向溫度膨脹值之和。根據限位環(huán)梁5在工作工況下通過有限元計算或理論分析計算得出的限位環(huán)梁5工作應力需滿足限位環(huán)梁5的材料要求確定限位環(huán)梁5的截面尺寸。7）在傳力限位環(huán)梁5外側設置圓形或正方形或多邊形傳力牛腿6，傳力牛腿6最少設置兩個，沿傳力限位環(huán)梁5圓周均勻分布。傳力牛腿6大小及數量根據傳力牛腿6在工作工況下通過有限元計算或理論分析計算得出的傳力牛腿6工作應力滿足傳力牛腿6的材料要求確定。8）在支架位置設置支架框架7，支架框架7沿支架位置管道8中心處的垂直于管道8中軸線的平面對稱，支架框架7上設置與傳力牛腿6一一對應的限位孔10，限位孔10需要釋放傳力牛腿6沿傳力牛腿6中軸線方向的位移，并約束傳力牛腿6在垂直于傳力牛腿6中軸線平面內的位移。9）整體質檢，至此，管道固定支架的安裝工作完成，重復上述步驟，在需要安裝固定支架的其他位置安裝支架，直至管道8整體固定完成。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。