一种水电站油气水管路及电缆桥架综合支吊架系统
阅读说明：本技术 一种水电站油气水管路及电缆桥架综合支吊架系统 (Comprehensive support and hanger system for oil-gas water pipeline and cable bridge of hydropower station ) 是由 王豪 陈冬波 郑涛平 李玲 郭学洋 桂绍波 彭志远 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：一种水电站油气水管路及电缆桥架综合支吊架系统,包括油气水管路电缆桥架综合吊架、油气水管路系统失稳备用综合支架、油气水管路系统轴向力支撑支架、油气水管路系统抗重坐地支撑支架；油气水管路电缆桥架综合吊架、油气水管路系统失稳备用综合支架设置在机组段,油气水管路系统轴向力支撑支架布置在端部机组段的混凝土墙面上,油气水管路系统抗重坐地支撑支架布置在安装场混凝土楼板上。本发明有效的解决了在狭小的空间中高利用率的综合排布油气水干管和电缆桥架的问题,避免了支吊架数量及类型过于庞杂,同时考虑了各辅机系统不同运行工况下所产生的动态荷载,增加了支吊架系统的稳定性。(A hydropower station oil gas water pipeline and cable bridge comprehensive support and hanger system comprises an oil gas water pipeline and cable bridge comprehensive hanger, an oil gas water pipeline system instability standby comprehensive support, an oil gas water pipeline system axial force support and an oil gas water pipeline system anti-weight support; the comprehensive hanger of the oil-gas-water pipeline cable bridge and the comprehensive support for instability of the oil-gas-water pipeline system are arranged on the unit section, the axial force supporting support of the oil-gas-water pipeline system is arranged on a concrete wall surface of the unit section at the end part, and the anti-weight-bearing supporting support of the oil-gas-water pipeline system is arranged on a concrete floor slab of an installation site. The invention effectively solves the problem of high-utilization rate comprehensive arrangement of oil-gas-water main pipes and cable bridges in a narrow space, avoids the excessively numerous and complicated number and types of the supporting and hanging frames, simultaneously considers the dynamic loads generated under different operation working conditions of each auxiliary engine system, and increases the stability of the supporting and hanging frame system.)
技术领域
本发明涉及水利水电工程技术领域，特别是涉及一种水电站油气水管路及电缆桥架综合支吊架系统。
背景技术
大型水电站油气水管路及电缆桥架综合支吊架系统是将水力机械中透平油供排油管、制动用气管路、封闭母线微正压供气管路(若有)、调速器气罐供气管路、清洁水管路、消防用水管路以及电缆桥架有机的整合为同一个稳定刚性整体的支撑系统，从而保证了机组透平油、制动用气、调速器油压装置用气、润滑水、消防水能够稳定的供应到用户设备，对水电站的安全稳定运行有着十分重要的作用。
按照常规的油气水系统管路和电缆桥架支撑系统的设计思路，水力机械的管路与电气一次的电缆桥架的支吊架一般为分开布置，且水力机械中透平油系统、中低压压缩空气系统、清洁水系统、消防水系统的管路大多也是单独设置，由此构建了一个比较单一简单的支吊架集合。
而针对厂房布置紧张的电站，传统设计方法暴露出几个缺点：
(1)水力机械辅机及消防系统共计数十根干管，电气一次在水轮机层贯穿整个机组段的有2～3层及2～3列的电缆桥架。若各个系统均单独设置支吊架，在保证舒适的过人通道(一般2～2.5m宽)的前提下，受大型电站厂房跨度影响原规划的地下厂房空间必然不够，从而需要增加开挖，增大了土建造价。
(2)由于管路和电缆桥架众多，单独为每个系统设置支吊架，会极大的增加支吊架的数量，且电缆桥架的支吊架间距与水机辅助系统管路的间距不一致，不可避免的会出现支吊架参差不齐的现象，影响美观。
(3)由于支吊架的数量众多，而油气水干管和电缆桥架支吊架的支撑点一般为混凝土楼板或柱子，而厂房空间有限，很可能会出现支吊架冲突的问题。
(4)传统的支吊架主要考虑的管路本体和介质的重量，而忽视了管道在不同运行工况下产生的轴向推力，且如果某个系统的支吊架失稳，可能导致整个管路系统坍塌，造成极为严重的事故。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种水电站油气水管路及电缆桥架综合支吊架系统，有效的解决了在狭小的空间中高利用率的综合排布油气水干管和电缆桥架的问题，避免了支吊架数量及类型过于庞杂，同时考虑了各辅机系统不同运行工况下所产生的动态荷载，增加了支吊架系统的稳定性，电缆桥架采用隐蔽式布置，油气水干管采用中心对齐的排列方式，较好的满足了“美丽机电”的设计原则。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种水电站油气水管路及电缆桥架综合支吊架系统，其特征在于：包括油气水管路电缆桥架综合吊架、油气水管路系统失稳备用综合支架、油气水管路系统轴向力支撑支架、油气水管路系统抗重坐地支撑支架；所述油气水管路电缆桥架综合吊架、油气水管路系统失稳备用综合支架设置在机组段，所述油气水管路系统轴向力支撑支架布置在端部机组段的混凝土墙面上，所述油气水管路系统抗重坐地支撑支架布置在安装场混凝土楼板上；
所述油气水管路电缆桥架综合吊架贯穿整个机组段；所述油气水管路系统失稳备用综合支架每个机组段设置一副。
进一步的，所述油气水管路电缆桥架综合吊架包括立柱，所述立柱上设置有电缆桥架托臂，所述立柱顶部设置有第一底座，所述第一底座上设置有重型后扩底锚栓，两根所述立柱之间设置有横担，所述横担上设置有螺杆式管夹。
进一步的，所述油气水管路系统失稳备用综合支架包括第一工字钢，所述第一工字钢通过第二底座上设置在机墩和混凝土柱上，第一工字钢上焊接有钢板，油气水干管通过第一U型抱箍把合在第一工字钢、钢板上；两根所述第一工字钢之间通过槽钢连接。
更进一步的，在油气水干管和第一工字钢之间设置第一不锈钢垫块。
进一步的，所述油气水管路系统轴向力支撑支架包括第二槽钢，所述第二槽钢设置在第三底座上，所述第三底座通过自切底锚栓固定在端部机组段的混凝土墙面上，油气水干管通过第二U型抱箍固定在第二槽钢上，在油气水干管和第二槽钢之间设置第二不锈钢垫块。
进一步的，所述油气水管路系统抗重坐地支撑支架包括肋板，所述肋板焊接在油气水干管上，所述肋板底端通过第二不锈钢垫块设置在第三槽钢、第四槽钢搭建的矩形框架上，所述矩形框架设置在混凝土楼板上；所述第二不锈钢垫块通过螺栓设置在第三槽钢、第四槽钢搭建的矩形框架上。
更进一步的，在第三槽钢、第四槽钢之间设置有增强筋板。
本综合支吊架系统发明具有以下有益效果：
(1)针对电站层高和通道都比较狭小的厂房，对水力机械辅助系统油气水干管和电缆桥架在综合支吊架上进行统一排布，充分的利用了有限空间布置下众多管路与桥架，避免了增加土建开挖；
(2)由于水力机械辅助系统在不同工况下产生轴向推力，轴向力支撑支架可以抵消产生的轴向力，增加了综合支架的稳定性；
(3)失稳备用综合支架可以在油气水管路电缆桥架综合吊架失稳的极端工况下支撑一个机组段所有的油气水管路，增加了综合支架系统的可靠性；
(4)油气水管路电缆桥架综合吊架中，所有管道中心对齐，电缆桥架藏在管排以上，从行人通道观察，管路整齐美观，很好的符合了现代水电站“美丽机电”设计原则。
附图说明
图1为本发明所提供的一种水电站油气水管路及电缆桥架综合支吊架系统的总体布置示意图。
图2为油气水管路电缆桥架综合吊架结构示意图。
图3为油气水干管与电缆桥架综合吊架布置示意图。
图4为油气水管路系统失稳备用综合支架结构示意图。
图5为图4中A-A向剖面示意图。
图6a～6b为油气水管路系统轴向力支撑支架结构示意图。
图7为油气水管路系统抗重坐地支撑支架结构示意图。
图8为图7中A-A向剖面示意图。
其中：油气水管路电缆桥架综合吊架1，油气水管路系统失稳备用综合支架2，油气水管路系统轴向力支撑支架3，油气水管路系统抗重坐地支撑支架4，机组段5，混凝土墙面6，混凝土楼板7，油气水干管8，电缆桥架9；
第一底座1-1，立柱1-2，横担1-3，螺杆式管夹1-4，电缆桥架托臂1-5，重型后扩底锚栓1-6；
第二底座2-1，第一工字钢2-2，第一U型抱箍2-3，第一不锈钢垫块2-4，第二工字钢2-5，钢板2-6，第一槽钢2-7，第一膨胀螺栓2-8，机墩2-9，混凝土柱2-10；
自切底锚栓3-1，第三底座3-2，第二槽钢3-3，第二U型抱箍3-4，第二不锈钢垫块3-5；
第三槽钢4-1，第四槽钢4-2，第二不锈钢垫块4-3，肋板4-4，增加筋板4-5，第二膨胀螺栓4-6。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供了一种水电站油气水管路及电缆桥架综合支吊架系统，主要包括以下四种支吊架形式：油气水管路电缆桥架综合吊架1、油气水管路系统失稳备用综合支架2、油气水管路系统轴向力支撑支架3、油气水管路系统抗重坐地支撑支架4。所述油气水管路电缆桥架综合吊架1、油气水管路系统失稳备用综合支架2设置在机组段5，所述油气水管路系统轴向力支撑支架3布置在端部机组段的混凝土墙面6上，所述油气水管路系统抗重坐地支撑支架4布置在安装场混凝土楼板7上。
如图2～3所示，所述油气水管路电缆桥架综合吊架1，包括：第一底座1-1、MIQ-90立柱1-2、MIQ-90横担1-3、螺杆式管夹1-4、MC-BE-630OC-A电缆桥架托臂1-5、重型后扩底锚栓1-6等各种连接件。所述油气水管路电缆桥架综合吊架1贯穿整个机组段，承担着所有水机管路及电缆桥架的重量。
所述立柱1-2上设置有电缆桥架托臂1-5，所述立柱1-2顶部设置有第一底座1-1，所述第一底座1-1上设置有重型后扩底锚栓1-6，两根所述立柱1-2之间设置有横担1-3，所述横担1-3上设置有螺杆式管夹1-4。
油气水干管8通过螺杆式管夹1-4固定在横担1-3上，电缆桥架9使用桥架托臂1-5进行固定，管道和桥架的荷载通过立柱1-2、第一底座1-1、重型后扩底锚栓1-6传递到混凝土天花板上。
图3为油气水干管与电缆桥架综合吊架布置图，起支撑管路和电缆桥架的吊架与只支撑电缆桥架的吊架交错布置，既满足管路吊架的需求，也满足电缆桥架的支撑需要，大大减少了管路与桥架支撑件的数量，支吊架系统排布错落有致，整齐美观。
参见图4～5所示，所述油气水管路系统失稳备用综合支架2，包括：第二底座2-1、16#第一工字钢2-2、第一U型抱箍2-3、第一不锈钢垫块2-4、14#第二工字钢2-5、钢板2-6，16#第一槽钢2-7，第一膨胀螺栓2-8等各种连接件。所述油气水管路系统失稳备用综合支架2每个机组段设置一副，当油气水管路电缆桥架综合吊架1失效，油气水管路系统失稳备用综合支架2可以承担一个机组段所有水机管路的重量。
所述第一工字钢2-2通过第二底座2-1上设置在机墩2-9和混凝土柱2-10上，部分油气水干管8通过第一U型抱箍2-3把合在第一工字钢2-2上，剩余的中压气系统干管通过第一U型抱箍2-3把合在钢板2-6上，钢板2-6焊接在第一工字钢2-2上，荷载通过第二底座2-1传递到机墩2-9和混凝土柱2-10。为增强支架的稳定性，使用第一槽钢2-7将第一工字钢2-2主梁连接，使用第二工字钢2-5将下部第一工字钢2-2悬臂梁把合在主梁上。另外为防止不锈钢管道与工字钢之间发生电化学腐蚀，在管道和工字钢之间增加了第一不锈钢垫块2-4。
参见图6a～6b，所述油气水管路系统轴向力支撑支架3，包括：自切底锚栓3-1、第三底座3-2、16#第二槽钢3-3、第二U型抱箍3-4、第二不锈钢垫块3-5等各种连接件。油气水管路系统轴向力支撑支架3布置在端部机组段的混凝土墙面6上，用于承担因为工况改变管路产生的轴向水推力。
所述第二槽钢3-3设置在第三底座3-2上，所述第三底座3-2通过自切底锚栓3-1固定在端部机组段的混凝土墙面6上，油气水干管8通过第二U型抱箍3-4固定在第二槽钢3-3上。由于不同的油气水干管高程不一致，且为了保证油气水管路系统轴向力支撑支架3的可靠性，使用六根第二槽钢3-3(在平面错开布置)分别与不同的油气水干管8把合(如图6a～6b)。另外在油气水干管8和第二槽钢3-3之间设置第二不锈钢垫块3-5，以防止电化学腐蚀。
油气水干管8在阀门通断或工况改变时均会产生轴向荷载，荷载通过第二U型抱箍3-4传递到第二槽钢3-3上，第二槽钢3-3再将轴向荷载通过第三底座3-2传递到混凝土墙面8，因第二槽钢3-3只受轴向力拉力或压力，而弯矩较小，故可以实现较大的强度。
参见图7～8，所述油气水管路系统抗重坐地支撑支架4，包括：16#第三槽钢4-1、16#第四槽钢4-2、第二不锈钢垫块4-3、不锈钢肋板4-4、增加筋板4-5、第二膨胀螺栓4-6等各种连接件。油气水管路系统抗重坐地支撑支架4布置在安装场816.40m高程地面上，承担穿楼板立管的轴向重量。
肋板4-4焊接在油气水干管8上，第二不锈钢垫块4-3焊接在肋板4-4底端，第二不锈钢垫块4-3通过螺栓固定在由第三槽钢4-1、第四槽钢4-2搭建的矩形框架上，所述矩形框架通过第二膨胀螺栓4-6设置在混凝土楼板7上，由此将油气水干管8的纵向荷载传递到混凝土楼板7上。增强筋板4-5焊接在槽钢4-1和4-2之间以增加矩形框架的刚度。
系统运行机制：当电站正常运行时，由油气水管路电缆桥架综合吊架1承载油气水干管和电缆桥架的重力，而当各辅机系统的工况发生变化，例如干管阀门的通断，则会在管道轴线方向产生较大的作用力，由于油气水管路电缆桥架综合吊架1的立柱过长，轴向力通过力臂放大，固定底板的锚栓会产生极大的拉拔力，甚至可能导致锚栓屈服破坏和混凝土崩裂。为防止这种情况产生，使用油气水管路系统轴向力支撑支架3承担轴向荷载，从而使油气水管路电缆桥架综合吊架1在任何工况下都基本只承受重力。为增加整个支吊架系统的可靠性，每个机组段增加一副油气水管路系统失稳备用综合支架2，若油气水管路电缆桥架综合吊架1在极端工况下发生破坏，为避免干管的崩塌，油气水管路系统失稳备用综合支架2则起承担一个机组段所有油气水管道重力的作用。油气水干管从出线层穿越至水轮机层，高差约6m，通过油气水管路系统抗重坐地支撑支架4将辅机干管的重量传递到混凝土楼板，因为管道与支架属于刚性连接，不会出现滑移现象，所以在稳态和动态工况下，均能保证跨层管道在轴向和径向的稳定性。由上述的支吊架构成的管道、桥架支撑系统保证了整个机组及电站的安全稳定运行。
现就油气水管路系统失稳备用综合支架2进行受力分析，在油气水管路系统失稳备用综合支架2中，16#第一工字钢2-2主要承受一个机组段两根DN150的水管，四根DN100的低压气管，两根DN50的中压气管的重力。为简化分析，将这八根管道充满介质后处理为集中力作用在工字钢的中点，工字钢可看作简支梁模型。
计算过程：
1)单跨梁形式：简支梁；
2)荷载受力形式：简支梁中间受集中力载荷；
3)梁的基本参数：
长度L＝2.45m，材质Q235，规格16#工字钢；
截面特性：Ix＝1130cm4，Wx＝141cm3，Sx＝80.8cm3，Iy＝93cm4，Wy＝21.2cm3，G＝20.5kg/m；
X轴塑性发展系数γx＝1.05；
弹性模量E＝206GPa
挠度控制值[v]:L/250；
抗弯设计值f：205N/mm2。
4)集中力大小(单梁受力)：Pd＝(16×2+5.6×4+1.9×2)/2＝29KN；
5)计算结果：
最大弯矩Mmax＝Pd×L/4＝17.8KN.m
弯曲正应力σmax＝Mmax/(γx×Wx)＝120.23N/mm2
最大挠度fmax＝Pd×L3/(48×E×Ix)＝3.82mm
相对挠度v＝fmax/L＝1/625
6)结果分析：
弯曲正应力σmax＝120.23N/mm2<抗弯设计值f：205N/mm2；
相对挠度v＝1/625<挠度控制值[v]:L/250；
故油气水管路系统失稳备用综合支架2选用的型钢能在油气水管路电缆桥架综合吊架1失稳工况下，满足承担起一个机组段所有油气水干管重量的强度要求。
显然，本领域的技术人员可以对本发明行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
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