一种直埋敷设热力管道的加强型三通结构

技术领域

本发明涉及一种用于直埋敷设热力管道的带加强板的三通，适合工厂进行规模化生产，也可用于施工现场对不合格的三通管件进行加强。

背景技术

在直埋敷设热力管道及其三通的表面覆盖有聚氨酯硬质泡沫保温层和高密度聚乙烯硬质塑料外护管（黑夹克），形成“三位一体”的结构，以保证直埋敷设热力管道的热源输送；三通作为直埋敷设热力管道的构件, 是管道的重要组成部分，具有管道改向，流量分配等作用；从力学角度来分析, 三通是管路中应力集中的部位，不仅承受管道内热水产生的内压和土壤的外压，也受到与之连接的管道受热而膨胀导致的弯矩、扭矩、和轴向力的作用，三通同时还受到内部介质的高速冲刷的作用，因此三通受力十分复杂；对直埋敷设热力管道的破坏的三通进行研究后表明: 在已发现的遭到破坏的管道三通中, 破坏都发生在三通的肩部（三通主管与支管连接的相贯线附近区域）与腹部（与支管相对的主管区域），采用有限元分析软件对三通进行模拟分析，最大应力也是主要发生在三通的肩部与腹部区域的；目前，在工程实践中，对三通加强常用的方法有整体加强、加强筋加强、加强板加强和肋板加强等，整体加强是将三通主管壁厚和支管壁厚均加厚，这方式种虽然能满足三通的应力要求，但存在三通重量大、成本高的缺陷；加强筋加强是将至少1.5倍主管壁厚的单根钢筋焊接在三通主管与支管的焊缝处以及主管腹部位置，此办法一般适用于只承受内压的小管径架空管道上的三通，对于管道热胀冷缩产生较大轴力和支管弯矩较大的直埋敷设热力管道的三通不能采用；加强板加强是按照压力容器开孔加强的方法，采用“等面积法”或者“压力面积法”在三通主管开孔周围的主管上贴焊一圈环形钢板，材质与三通的材质相同，由于此加强方法是加强压力容器的方法，因此适用于只承受内压的管道，而对于管道热胀冷缩产生较大轴向力和支管弯矩较大的直埋敷设热力管道的三通不适用；肋板加强是沿着三通主管开孔周围的焊缝焊接数个肋板，肋板垂直于三通支管和主管，此方法焊接工作量较大，而且操作不当反而使三通产生额外的应力，存在安全隐患。

发明内容

本发明提供了一种直埋敷设热力管道的加强型三通结构，解决了如何高质量加强直埋敷设热力管道三通的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明的总体构思：本发明的总体构思：参照压力容器开孔加强的“压力面积法”，对连接在一起的直埋敷设热力主管道壁厚、支管道壁厚及三通的壁厚，进行科学重组，以找到尽可能减少三通腹部和肩部应力的方案；将三通支管加厚，然后在三通的腹部和肩部以两环相连的方式，对其进行加强，并采用均布的肋板将加强后的三通的腹部和肩部两环与三通支管连接成一个整体，以达到直埋敷设热力管道三通的综合加强。

一种直埋敷设热力管道的加强型三通结构，包括直埋敷设热力主管道、直埋敷设热力支管道和三通，在三通上设置有三通主管口和三通支管口，三通主管口与直埋敷设热力主管道连接在一起，三通支管口与直埋敷设热力支管道连接在一起，三通主管口的壁厚等于直埋敷设热力主管道的壁厚加2毫米，三通支管口的壁厚是直埋敷设热力支管道的壁厚的1.5倍；在三通的主管口与支管口的连接肩部处，设置有肩部环形加强扣板，在三通的腹部设置有腹部弧形加强托板，腹部弧形加强托板的两端分别与肩部环形加强扣板焊接在一起，腹部弧形加强托板与肩部环形加强扣板组成对直埋敷设热力主管道的抱箍结构，在肩部环形加强扣板与三通支管口之间，等间隔弧度地设置有加强肋板，加强肋板同时垂直于三通支管口和肩部环形加强扣板，加强肋板由三条边组成，其中两条边为直边，一条边为弧边；一条直边与三通支管口焊接，一条弧边与肩部环形加强扣板焊接，另一条直边连接三通支管口和肩部环形加强扣板边缘。

肩部环形加强扣板是焊接在直埋敷设热力主管道的肩部上的，并且肩部环形加强扣板的材质与直埋敷设热力主管道的材质相同；腹部弧形加强托板是焊接在直埋敷设热力主管道的腹部上的，并且腹部弧形加强托板的材质与直埋敷设热力主管道的材质相同；加强肋板的水平直角边与肩部环形加强扣板焊接在一起，加强肋板的垂直直角边与三通支管口焊接在一起，加强肋板的材质与直埋敷设热力主管道的材质相同。

肩部环形加强扣板的宽度为200-300毫米，肩部环形加强扣板的厚度与三通支管口的壁厚相同；腹部弧形加强托板的宽度为200-300毫米，腹部弧形加强托板的厚度与三通支管口的壁厚相同；加强肋板的弧边长度为200-300毫米，与腹部弧形加强托板的宽度相等，与三通支管口连接的加强肋板的一条直边的高度为50毫米，另一条直边连接三通支管口和肩部环形加强扣板边缘，加强肋板的厚度与三通支管口的壁厚相同。

在三通的外侧壁上包敷有聚氨脂硬质泡沫保温层，在聚氨脂硬质泡沫保温层上设置有高密度聚乙烯硬质塑料外护管。

本发明的有益效果为：参照压力容器开孔加强的 “压力面积法”的原则，在三通的肩部和腹部贴焊环形钢板，并将该结构与肋板加强和整体加强结合在一起，构成加强型三通结构，满足直埋敷设热力管道三通的受力条件。采用有限元分析软件对上述加强型三通结构进行模拟计算，能满足最恶劣条件下直埋敷设热力管道的强度、应力以及疲劳分析的要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中的A-A向剖视图；

图3是本发明与直埋敷设热力主管道1以及直埋敷设热力支管道4连接在一起的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种直埋敷设热力管道的加强型三通结构，包括直埋敷设热力主管道1、直埋敷设热力支管道4和三通，在三通上设置有三通主管口2和三通支管口3，三通主管口2与直埋敷设热力主管道1连接在一起，三通支管口3与直埋敷设热力支管道4连接在一起，三通主管口2的壁厚等于直埋敷设热力主管道1的壁厚加2毫米，三通支管口3的壁厚是直埋敷设热力支管道4的壁厚的1.5倍；在三通的主管口与支管口的连接肩部处，设置有肩部环形加强扣板5，在三通的腹部设置有腹部弧形加强托板6，腹部弧形加强托板6的两端分别与肩部环形加强扣板5焊接在一起，腹部弧形加强托板6与肩部环形加强扣板5组成对直埋敷设热力主管道1的抱箍结构，在肩部环形加强扣板5与三通支管口3之间，等间隔弧度地设置有加强肋板7。

肩部环形加强扣板5是焊接在直埋敷设热力主管道1的肩部上的，并且肩部环形加强扣板5的材质与直埋敷设热力主管道1的材质相同；腹部弧形加强托板6是焊接在直埋敷设热力主管道1的腹部上的，并且腹部弧形加强托板6的材质与直埋敷设热力主管道1的材质相同；加强肋板7的水平直角边与肩部环形加强扣板5焊接在一起，加强肋板7的垂直直角边与三通支管口3焊接在一起，加强肋板7的材质与直埋敷设热力主管道1的材质相同。

肩部环形加强扣板5的宽度为200-300毫米，肩部环形加强扣板5的厚度与三通支管口3的壁厚相同；腹部弧形加强托板6的宽度为200-300毫米，腹部弧形加强托板6的厚度与三通支管口3的壁厚相同；加强肋板7的弧边长度为200-300毫米，与腹部弧形加强托板6的宽度相等，与三通支管口3连接的加强肋板7的一条直边的高度为50毫米，另一条直边连接三通支管口3和肩部环形加强扣板5边缘，加强肋板7的厚度与三通支管口3的壁厚相同。。

在三通的外侧壁上包敷有聚氨脂硬质泡沫保温层8，在聚氨脂硬质泡沫保温层8上设置有高密度聚乙烯硬质塑料外护管9。

将三通主管口2壁厚选取为比与三通主管连接的直埋敷设热力主管道1的壁厚增加2毫米；三通支管口3壁厚选取为直埋敷设热力支管道4壁厚的1.5倍，在三通主管开孔周围焊接一圈肩部环形加强扣板5，材质与三通的材质相同，肩部环形加强扣板5的壁厚与三通支管口3的管道壁厚相同，宽度根据三通支管口3公称直径大小来确定，范围取值为200-300毫米；在三通的腹部设置一圈腹部弧形加强托板6，腹部弧形加强托板6材质与三通的材质相同，腹部弧形加强托板6壁厚与三通支管口3的管道壁厚相同；在三通开孔周围等间隔弧度地设置数个连接三通支管口外壁与肩部环形加强扣板5的加强肋板7，数量根据三通支管口公称直径大小来确定，加强肋板7垂直于三通支管口3和肩部环形加强扣板5，沿开孔周围均匀布置，加强肋板7的弧边长度为200-300毫米，与腹部弧形加强托板6的宽度相等，与三通支管口3连接的加强肋板7的一条直边的高度为50毫米，另一条直边连接三通支管口3和肩部环形加强扣板5边缘，三通主管、支管、环形加强板、腹部加强板和肋板之间的焊接都需要焊透，所有连接部件均与三通焊接为一体；在上述加强型三通结构外侧壁上包敷有聚氨脂硬质泡沫保温层8，在聚氨脂硬质泡沫保温层8上包敷有高密度聚乙烯硬质塑料外护管9，形成“三位一体”的结构，保证满足直埋敷设热力管道三通的要求。