阅读说明：本技术 保护u形弯管的装置及方法 (Device and method for protecting U-shaped bent pipe ) 是由 钱保娴 王飞 张霖峰 刘浩 张宇文 于 2020-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及保护U形弯管的装置及方法,属于供热管道工程技术领域；目的是降低U形弯管的保护施工难度,且提高其适用性；技术方案为,为绕过障碍物平行铺设的供水管和回水管形成U形管路,供水管位于回水管与障碍物之间,在供水管的U形结构的两端固定连接一弧形钢,弧形钢与供水管的U形结构分别位于障碍物的两侧,弧形钢与供水管位于同一水平面；弧形钢将管道所受力抵消,与现有技术相比,本发明装置的结构简单、布置灵活；降低保护施工难度,且适应各种障碍物环境。(The invention relates to a device and a method for protecting a U-shaped bent pipe, belonging to the technical field of heat supply pipeline engineering; the purpose is to reduce the protection construction difficulty of the U-shaped bent pipe and improve the applicability of the U-shaped bent pipe; the technical scheme is that a U-shaped pipeline is formed by a water supply pipe and a water return pipe which are laid in parallel around a barrier, the water supply pipe is positioned between the water return pipe and the barrier, two ends of a U-shaped structure of the water supply pipe are fixedly connected with arc-shaped steel, the arc-shaped steel and the U-shaped structure of the water supply pipe are respectively positioned at two sides of the barrier, and the arc-shaped steel and the water supply pipe are positioned on the same horizontal plane; the arc steel counteracts the force borne by the pipeline, and compared with the prior art, the device has the advantages of simple structure and flexible arrangement; reduces the construction protection difficulty and adapts to various obstacle environments.)

保护U形弯管的装置及方法

技术领域

本发明属于供热管道工程技术领域，具体为保护U形弯管的装置及方法。

背景技术

在直埋供热管道设计、施工中经常会遇到以下情况：管网在定线过程中，经常遇到一棵树或电线杆等障碍物挡在管线敷设的方向上，在障碍物周围空间不够大、无法设置方形补偿器的情况下，如何安全绕开这些障碍物成了设计人员需要考虑的问题。

现有技术方案一是通过串联小折角来绕开障碍物，如图1所示。折角两侧既不布置固定墩，也不布置补偿器或远离补偿装置而处于无补偿管段情况，为防止疲劳破坏和出现局部皱结，折角不应大于最大允许折角Ø_max,n。各种管径规格、各种温差下的最大允许折角Ø_max,n。由于允许的角度小，折角的个数非常多，施工的难度大，牵涉距离长；每一个折角也是一个应力危险点，降低了管道的安全性。除此之外，该技术方案无法解决突发的障碍。

现有技术方案二是通过做U形弯管绕过障碍物，然后在U形弯管两侧设置补偿器对其进行保护，如图2所示。补偿器与管道轴向应一致，轴向补偿器离弯头的距离应大于等于1.5Le；固定墩离弯头的距离宜为1Le。图中L1、L2、L3的长度由障碍物尺寸及周围其他管位确定。由于L1、L2、L3的长度需要通过应力验算。当不具备安装条件、无法满足强度条件时方案不可行；方案二增加了补偿器及检查小室，不仅增加投资，还增加补偿器漏水的概率，降低管网的安全性；用技术方案二解决突然遇到的障碍物时，会造成施工返工，延长施工工期，特别是冬季施工。

现有技术方案三是通过做U形弯管绕过障碍物，然后在U形弯管两侧设置固定墩对其进行保护。如图3所示。这种方案同样是由于L1、L2、L3的长度需要通过应力验算。当不具备安装条件、无法满足强度条件时方案不可行。固定墩设计需要设计人员提供推力及完成土建设计，并具备施工的地质条件。方案三增加了固定墩，增加了投资。直埋管道固定墩推力一般从几十吨到几百吨，体积大，当管道周围狭小时无法实施。用技术方案三解决突然遇到的障碍物时，会造成施工返工，延长施工工期，特别是冬季施工时。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种保护U形弯管的装置及方法，目的是降低U形弯管的保护施工难度，且提高其适用性。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

保护U形弯管的装置，所述U形弯管是为绕过障碍物而形成U形管路，所述U形管路包括平行铺设的供水管和回水管，障碍物所在平面垂直于供水管和回水管；供水管位于回水管与障碍物之间，在供水管的U形结构的两端固定连接一弧形钢，弧形钢与供水管的U形结构分别位于障碍物的两侧，所述弧形钢与供水管位于同一水平面，所述弧形钢与U形管路同轴对称。

进一步的，回水管位于供水管与障碍物之间，所述回水管与供水管的U形结构的两端分别通过管箍、固定钢相连接，所述弧形钢两端固定连接在回水管的U形结构两端。

进一步的，所述管箍和固定钢外部设置有钝化膜。

进一步的，障碍物所在平面与供水管和回水管相平行，弧形钢垂直于供水管和回水管设置。

进一步的，所述回水管与供水管的U形结构的两端分别通过多套管箍和固定钢连接。

进一步的，所述弧形钢焊接在供水管U形结构的两端。

进一步的，所述弧形钢外部设置有钝化膜。

进一步的，所述弧形钢设置有多根。

进一步的，所述弧形钢为工字钢、槽钢、U型钢、H钢中的任意一种。

一种U形弯管保护方法，所述U形弯管是为绕过障碍物而形成U形管路，所述管路包括平行铺设的供水管和回水管，障碍物所在平面垂直于供水管和回水管；将一弧形钢的两端焊接在供水管的U形结构两端，或将回水管与供水管的U形结构两端分别通过管箍、固定钢相连接后再将弧形钢的两端焊接在回水管的U形结构两端，弧形钢与U形管路分别位于障碍物的两侧，弧形钢与U形管路位于同一水平面，所述弧形钢与U形管路同轴对称。

由于供水管的温度较回水管高很多，主要需保护供水管上的U形弯管。当供水管在靠近障碍物一侧时，直接将弧形钢焊接在供水管上，如图4所示；当供水管在远离障碍物一侧时，由于在外侧布置弧形钢占用空间位置大，且补偿效果较内侧时弱，故采用将供、回水管通过管箍、固定钢固定在一起，将弧形钢焊接在回水管上的方法，如图5所示。为使供、回水管连接更加稳固，可在U形弯管两侧各布置两道固定钢，供、回水管固定连接横断面示意图如图6所示。

当直接将弧形钢焊接在供水管上时，弧形钢受力示意图如图7所示。假设管道没有焊接弧形钢时，管道运行时H点固定不动，根据《直埋供热管道工程设计》中固定墩的受力分析，H点所受的推力可分以下两种情况计算：

图7中的L₁为H点到U形弯管端部的距离，L₂为H点到U形弯管活动端的距离；

L₁≧L_min，L₁≧L₂，且L_max>L₂时

H=N_a1-0.8(F_minL₂+P_t2)

其中N_a1=F_minL_max+P_t1

N_a1为H点左端轴向力，L_min为最小过渡段长度，L_max为最大过渡段长度，P_t1、P_t2为活动端对管道伸缩的阻力。

（2）L_min>L₁>L₂时

H=(F_maxL₁+P_t1)-0.8(F_minL₂+P_t2)

加上弧形钢后，弧形钢对管道的力可分解为沿管道轴向的力F₁和径向的力F₂，U形管左右对称，弧形钢左右侧受沿管道轴向的力可互相抵消，垂直于管道轴向的力可与土壤弹性反力抵消。

当将弧形钢焊接在回水管上时，供水管的轴向力通过固定钢传递到回水管上，弧形钢承受供、回水管道的推力方向也如图7所示。

弧形钢承受管道的推力：F₁=H；F₂与土壤的约束力和AB段轴向内力抵消。

图7中弧形钢和供热管道的相对位置，可根据障碍物具***置和尺寸确定。θ越小，F相同时，F₁越大，弧形钢能承受的管道轴向推力越大。

为了避免运行时对固定节造成破坏，可通过肋板加强方式对固定结进行加固。

将金属直接埋在土壤中容易腐蚀，可使用钝化剂或成膜剂处理，使表面生成稳定的钝化膜，或进行喷漆处理，或采用电化学保护法对其进行保护。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为。相对于其他几种技术方案，此种使用弧形钢的方法结构简单、布置灵活。

与技术方案一比较，本技术方案不无众多应力危险点，牵涉距离短，施工难度小且安全性提高了，克服了不好解决突发障碍的难题。

与技术方案二比较，本技术方案的施工安装条件相对宽松，适用的U形管尺寸范围更大，无需安装补偿器检查小室，工程成本降低、管道的安全性提高了，对于突发障碍的解决办法也更加灵活。

与技术方案三比较，本技术方案无需安装大体积固定墩，施工条件的要求大大降低，适用的U形管尺寸范围也更广，且不会对其他管道设计、施工及周围建筑规划造成影响，对于突发障碍的解决也更加简单。

弧形钢可根据曲率半径、尺寸等工厂预制、系列化生产，焊接质量高，选用方便。

附图说明

图1为现有技术方案一示意图；

图2为现有技术方案二示意图；

图3为现有技术方案三示意图；

图4为本发明保护U形弯管结构实施例1的布置方案图；

图5为本发明保护U形弯管结构实施例2的布置方案图；

图6为图5的供、回水管固定连接横断面示意图；

图7为弧形钢受力示意图；

其中，1为障碍物，2为供水管，3为回水管，4为弧形钢，5为管箍，6为固定钢，7为补偿器，8为固定墩。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

实施例1

如图4所示，是山西太原某直埋供热管网一次网工程的一条分支。设计供水温度120℃，回水温度70℃，安装温度10℃，工作循环最低温度10℃，管道埋深1.2米，设计压力1.6MPa，DN500管道碰到障碍物电线杆，管道走向如图4所示，管道在遇到障碍物处形成绕过障碍物1的U形管路，管路包括平行铺设的供水管2和回水管3，供水管2位于回水管3与障碍物1之间，在供水管2的U形结构的两端焊接一弧形钢4，弧形钢4与供水管2的U形结构分别位于障碍物1的两侧，弧形钢4与供水管2位于同一水平面。弧形钢4外部采用钝化剂形成钝化膜。

将弧形钢4通过固定节焊接在供水管2的U形弯管两侧时，弧形钢4受力示意图如图7所示。弧形钢焊接点离弯头的距离3米。图7中的L₁为H点到U形弯管端部的距离，L₂为H点到U形弯管活动端的距离，L₁=57米，L₂=3米，假设管道没有焊接弧形钢时，管道运行时H点固定不动，焊接点H沿管道轴向的受力为：

H=(F_maxL₁+P_t1 )-0.8(F_minL₂+P_t2)

=7786×2×57-0.8×（7786×3）

=869KN

加上弧形钢4后，弧形钢对管道的力可分解为沿管道轴向的力F1和径向的力F2，U形管左右对称，弧形钢左右侧受沿管道轴向的力可互相抵消，垂直于管道轴向的力可与土壤弹性反力抵消。

相比较：

1、而若采用现有技术方案一，查《直埋供热管道工程设计》附表8-1，单缝焊接情况下，DN500管道无保护措施最大允许折角为1.3°，按照实际情况，需要串联16个1.3°的折角，管道才能避开障碍物。

2、若采用现有技术方案二，查《直埋供热管道工程设计》表7-1得，DN500管道的弹性臂长Le为8.2米，U形补偿弯臂的长度为0.8~2倍的弹性臂长，则U形弯管不能作为补偿弯管使用，根据套筒补偿器的使用要求，需离弯头距离大于1.5倍弹性臂长，即大于12.3米。套筒补偿器的补偿量为87mm，还需设置两个尺寸约为2.4m×3m×1.8m的补偿器小室便于检修。

3、若采用现有技术方案三，U形弯管不能作为补偿弯管，设置固定墩对其进行保护，固定墩离弯头的距离取3米。L₁=57米，L₂=3米，查附表5-6，过渡段最大长度L_max=376米，过渡段最小长度L_min=L_max/2=188米，则属于第二种情况L_min>L₁>L₂，由于弯头侧土壤的压缩反力和土壤摩擦力相比很小，可忽略不计，故固定墩沿管道轴向的受力为：

H=(F_maxL₁+P_t1 )-0.8(F_minL₂+P_t2)

=7786×2×57-0.8×（7786×3）

=869KN

固定墩离弯头的距离小于弹性臂长，但弯头的臂长只有3米，因此固定墩处所受的弯头轴向力在垂直管道轴线方向的推力已经被土壤所平衡。故固定墩横向受力几乎为零。

根据受力大小，若设置T形固定墩，固定墩的占地面积应设置为5600mm×3200mm，高度为2.5m+1.5m。

实施例2

如图5和6所示，是山西太原某直埋供热管网一次网工程的一条分支。设计供水温度120℃，回水温度70℃，安装温度10℃，工作循环最低温度10℃，管道埋深1.2米，设计压力1.6MPa，DN500管道碰到障碍物电线杆，管道走向如图5所示，管道在遇到障碍物处形成绕过障碍物1的U形管路，管路包括平行铺设的供水管2和回水管3，回水管3位于供水管2与障碍物1之间，回水管3与供水管2的U形结构的两端分别通过两套管箍5、固定钢6相连接，弧形钢4两端焊接在回水管3的U形结构两端，弧形钢4与供水管2的U形结构分别位于障碍物1的两侧，弧形钢4与供水管2位于同一水平面。弧形钢4、管箍5和固定钢6外部采用钝化剂形成钝化膜。

相对于现有的技术方案，本装置施工安装条件相对宽松，适用的U形管尺寸范围更大，降低了工程成本、提高了管道的安全性，对于突发障碍的解决也更加灵活；而且弧形钢可根据曲率半径、尺寸等工厂预制、系列化生产，焊接质量高，选用方便。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。