高能管道支撑防护集成装置的制作方法

1.本发明涉及核电厂管道防护领域，尤其涉及一种高能管道支撑防护集成装置。


背景技术：

2.核电厂中，高能管道是指在正常运行工况下最高运行压力超过2mpa(表压)或者最高运行温度超过100℃的任何系统或系统的组成部分。当高能管道发生破裂时，由于管道内外巨大的压力差，管道内的流体介质会从破口处高速喷放至外界环境中。流体介质从破口处喷出，遇到周围的构筑物、系统和部件(sscs)后会发生滞止或相对于初始方向的运动偏离，同时在相互作用面(冲击平面)上产生喷射力效应，使sscs受到损害。为了防止sscs受到损害，需要进行喷射防护，如设置防喷射装置等。根据破口类型和管道边界条件，主要存在三种类型的假定喷射流，分别是管道端部没有受到约束的环向破裂、管道端部受到约束的环向破裂以及纵向破裂。
3.核电厂目前一种现有技术为：在破口位置和防护对象间设置防喷射装置，防止高能管道断裂后流体喷射冲击到防护对象。该防喷射装置由挡板部分、支撑部分和埋板(包括预埋板和锚固板)及螺栓组成，防止高能管道断裂后流体喷射冲击到防护对象。根据“轻水堆核电厂假想管道破损事故防护设计准则”(nb/t 20516-2018)，高能管道的破口位置假设在高应力或高疲劳位置，对于核安全一级管道，疲劳累计使用系数达到0.1则需要假设破口(管道完整性评定的疲劳累计使用系数的限值为1)，因此，核电厂高能管道破裂防护设计中假想的破口位置非常多。一方面，该防喷射装置一般只能防护单个破口位置，单个喷射流类型，对于防护对象周边存在多个破口或喷射流类型时，该防喷射装置则无法生效，如再设置1个或多个防喷射装置又会受到核电厂的厂房空间有限的条件限制；另一方面，核电厂中高能管道的压力达15mpa，管径达800mm，这导致喷射流冲击力高达几百吨，甚至上千吨。而高能管道破裂防护设计，需要管道系统布置完成后才开展，一般在设计阶段后期，因此，百吨量级的喷射流冲击载荷下，防喷射装置的埋板和螺栓的支撑反力也在百吨量级，设计非常困难。
4.核电厂目前另一种现有技术为：在破口位置设置防喷射装置，防止高能管道断裂后流体喷射冲击到防护对象。该防喷射装置由围板部分、支撑部分和埋板(包括预埋板和锚固板)及螺栓组成，防止高能管道断裂后流体喷射冲击到防护对象。该防喷射装置可以防护端部受约束管道的环向破口喷射流和纵向破口喷射流情况，但不能防护端部不受约束管道的环向破口喷射流情况；核电厂物项多，而防喷射装置体积一般比较大，占用空间多，高能管道焊缝一般都有在役检查要求，需要把该防喷射装置的围板拆除后才能执行焊缝在役检查，给核电厂的检修和维护带来困难；在百吨量级的喷射流冲击载荷下，防喷射装置的埋板和螺栓的支撑反力也在百吨量级，设计非常困难。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于，提供一种高能管道支撑防护集成装置。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种高能管道支撑防护集成装置，包括框架主体、防护板、固定支柱和能量吸收元件；所述框架主体为长边纵长设置的长方体骨架，所述框架主体的宽边和高边组成的两个面用于供高能管道穿设于所述框架主体，所述框架主体与所述高能管道平行的四个面根据所述高能管道的布置情况设置所述防护板，所述固定支柱沿所述框架主体的长边、宽边或高边延伸设置，所述能量吸收元件连接所述固定支柱和土建埋板；
7.所述高能管道破裂产生喷射或甩击到所述高能管道支撑防护集成装置时，喷射或甩击产生的载荷通过所述防护板、所述框架主体、所述固定支柱、所述能量吸收元件依次传递到所述土建埋板。
8.优选地，所述能量吸收元件需承受的载荷采用式(1)和式(2)进行核定，
[0009][0010][0011]
其中：
[0012]
e1：喷射或甩动冲击力产生的能量，j；
[0013]
l1：能量吸收元件的变形长度，mm；
[0014]
f1(t)：喷射或甩动冲击力的时间函数，通过计算或试验获得，kn；
[0015]
e2：能量吸收元件的变形能，j；
[0016]
f2(l)：能量吸收元件力的变形函数，通过试验获得，kn；
[0017]
联立式(1)和式(2)，使e1＝e2，可以得出所述能量吸收元件的变形长度l1，再将l1代入所述能量吸收元件力的变形函数得出对应的所述能量吸收元件需承受的载荷。
[0018]
优选地，所述框架主体为方形钢梁或工字型钢梁。
[0019]
优选地，相邻所述宽边之间设有与所述高边平行的水平分隔支柱。
[0020]
优选地，所述水平分隔支柱与所述宽边之间通过焊接固定。
[0021]
优选地，所述水平分隔支柱为方形钢梁或工字型钢梁。
[0022]
优选地，所述水平分隔支柱与所述高边之间设有与所述宽边平行的垂直分隔支柱。
[0023]
优选地，所述垂直分隔支柱在所述水平分隔支柱与所述高边之间通过焊接固定。
[0024]
优选地，所述垂直分隔支柱为方形钢梁或工字型钢梁。
[0025]
优选地，所述框架主体、水平分隔支柱、垂直分隔支柱和防护板与所述高能管道之间设置足够的间隙。
[0026]
优选地，所述防护板通过螺栓锁紧在所述框架主体上。
[0027]
优选地，所述能量吸收元件为蜂窝钢管。
[0028]
优选地，所述能量吸收元件和所述土建埋板之间通过钢结构框架连接。
[0029]
实施本发明具有以下有益效果：本发明高能管道支撑防护集成装置设置在防护对象上，可对防护对象周围高能管道所有破口和所有喷射流类型及附加效应进行防护，实现全方位防护，特别适用于对喷射流冲击敏感物项，如电缆、仪表管、阀门的驱动机构；通过能量吸收元件的塑性变形，有效的减小了防喷射装置对埋板的支撑反力；同时具备支撑和破
裂防护功能，大幅节省布置空间；通过设置可塑性变形的防护板，实现防甩击效果；提供简化的能量平衡方法，提高了计算效率，有利于工程应用。
附图说明
[0030]
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0031]
图1是本发明高能管道支撑防护集成装置的结构示意图；
[0032]
图2是本发明固定支柱、能量吸收元件和土建埋板的结构示意图。
具体实施方式
[0033]
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
[0034]
还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0035]
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
[0036]
图1至图2示出了本发明一些实施例中的高能管道支撑防护集成装置，该高能管道支撑防护集成装置可用于对高能管道提供支撑和全方位防护的功能，其可包括框架主体1、防护板13、固定支柱14和能量吸收元件15。框架主体1为长边纵长设置的长方体骨架，框架主体1的宽边和高边组成的两个面用于供高能管道穿设于框架主体1，框架主体1与高能管道平行的四个面根据高能管道的布置情况设置防护板13，固定支柱14沿框架主体1的长边、宽边或高边延伸设置，能量吸收元件15连接固定支柱14和土建埋板2。
[0037]
高能管道破裂产生喷射或甩击到高能管道支撑防护集成装置时，喷射或甩击产生的载荷通过防护板13、框架主体1、固定支柱14、能量吸收元件15依次传递到土建埋板2。
[0038]
在一些实施例中，相邻宽边之间设有与高边平行的水平分隔支柱11，水平分隔支柱11与高边之间设有与宽边平行的垂直分隔支柱12。水平分隔支柱11将框架主体1在水平方向上分为两个空间，用于容纳不同的两条高能管道。垂直分隔支柱12将框架主体1在垂直方向上分为两个空间，用于容纳不同的两条高能管道。框架主体1于高能管道穿入端和穿出
端处的水平分隔支柱11和垂直分隔支柱12对应设置，使得每条高能管道在该框架主体1中相互平行。可以理解地，水平分隔支柱11与垂直分隔支柱12的具体位置与数量可根据需穿设的高能管道大小与数量而定。优选地，框架主体1、垂直分隔支柱12和水平分隔支柱11为方形钢梁或工字型钢梁通过焊接而成。优选地，根据所需穿设的高能管道的大小和数量，框架主体1、水平分隔支柱11、垂直分隔支柱12和防护板13与高能管道之间设置足够的间隙，不影响高能管道的正常运行。
[0039]
防护板13在一些实施例中可采用不锈钢材料制成，根据防护对象周边高能管道布置情况，通过螺栓等方式固定在框架主体1与高能管道平行的一面、二面、三面或四面，螺栓锚固方式便于防护板可拆卸，从而可满足防护对象在役检查等要求，如焊缝的在役检查。防护板13用于防护喷射流冲击效应，可以防护各种类型喷射流对防护对象的影响，同时具有甩击防护作用，当断裂的管道甩击到防护板时，防护板的塑性变形可以吸收一部分甩击能量，再将该甩击载荷通过自身传递至框架主体1。优选地，防护板采用304l或316l不锈钢制成。
[0040]
固定支柱14在一些实施例中可为金属型材结构，一端可通过焊接连接框架主体1，另一端的侧壁可通过焊接连接能量吸收元件15。固定支柱14用于将高能管道破裂产生的喷射或甩击载荷从框架主体1通过自身传递至能量吸收元件15。可以理解地，固定支柱14的延伸方向以及设置数量可根据土建埋板2的具体位置而定。
[0041]
能量吸收元件15在一些实施例中可为蜂窝钢管，一端可通过焊接连接固定支柱14的侧壁，另一端固定连接土建埋板2。能量吸收元件15用于将高能管道破裂产生的喷射或甩击载荷从固定支柱14通过自身传递至土建埋板2。优选地，根据土建埋板2实际的布置位置，能量吸收元件15和土建埋板2之间可通过钢结构框架连接，使得喷射或甩击产生的载荷通过防护板13、框架主体1、固定支柱14、能量吸收元件15、所连接的钢结构框架依次传递到土建埋板2。可以理解地，在其它一些实施例中，能量吸收元件15也可以一端通过焊接连接框架主体1，另一端固定连接土建埋板2或通过钢结构框架连接土建埋板2。
[0042]
在一些实施例中，为了避免复杂的弹塑性动力学分析，能量吸收元件15需承受的载荷可采用式(1)和式(2)进行核定，
[0043][0044][0045]
其中：
[0046]
e1：喷射或甩动冲击力产生的能量，j；
[0047]
l1：能量吸收元件15的变形长度，mm；
[0048]
f1(t)：喷射或甩动冲击力的时间函数，通过计算或试验获得，kn；
[0049]
e2：能量吸收元件的变形能，j；
[0050]
f2(l)：能量吸收元件力的变形函数，通过试验获得，kn；
[0051]
联立式(1)和式(2)，使e1＝e2，可以得出所述能量吸收元件的变形长度l1，再将l1代入所述能量吸收元件力的变形函数得出对应的所述能量吸收元件需承受的载荷。
[0052]
为使本发明的目的、技术方案和技术效果更加清楚，下面将以能量吸收元件15采
用管径为233mm、壁厚为20mm、孔径为29mm、孔层数为6、竖直孔间距为37.5mm、水平孔间距为30
°
的蜂窝钢管为例，对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0053]
对一段需要防护的高能管道进行喷射或甩动冲击力的时间函数的试验，得到f1(t)，再把f1(t)代入式(1)得到e1的试验结果，试验结果列于表1。
[0054]
表1喷射或甩动冲击力产生的能量
[0055][0056][0057]
对所选取的蜂窝钢管进行测量载荷-变形关系的试验，得到f2(l)，试验结果列于表2。再把f2(l)代入式(2)得到e2的试验结果，试验结果列于表3。
[0058]
表2蜂窝钢管的载荷-变形关系
[0059][0060]
表3蜂窝钢管的变形能
[0061][0062][0063]
联立式(1)和式(2)，可得e1＝e2＝252506.85j，则该蜂窝钢管的变形长度为175.98mm，承受载荷为1534.25kn。因此，该蜂窝钢管可用作本发明的能量吸收元件15。
[0064]
实施本发明具有以下有益效果：本发明高能管道支撑防护集成装置设置在防护对象上，可对防护对象周围高能管道所有破口和所有喷射流类型及附加效应进行防护，实现全方位防护，特别适用于对喷射流冲击敏感物项，如电缆、仪表管、阀门的驱动机构；通过能量吸收元件的塑性变形，有效的减小了防喷射装置对埋板的支撑反力；同时具备支撑和破裂防护功能，大幅节省布置空间；通过设置可塑性变形的防护板，实现防甩击效果；提供简化的能量平衡方法，提高了计算效率，有利于工程应用。
[0065]
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

技术特征：
1.一种高能管道支撑防护集成装置，其特征在于，包括框架主体(1)、防护板(13)、固定支柱(14)和能量吸收元件(15)；所述框架主体(1)为长边纵长设置的长方体骨架，所述框架主体(1)的宽边和高边组成的两个面用于供高能管道穿设于所述框架主体(1)，所述框架主体(1)与所述高能管道平行的四个面根据所述高能管道的布置情况设置所述防护板(13)，所述固定支柱(14)沿所述框架主体(1)的长边、宽边或高边延伸设置，所述能量吸收元件(15)连接所述固定支柱(14)和土建埋板(2)；所述高能管道破裂产生喷射或甩击到所述高能管道支撑防护集成装置时，喷射或甩击产生的载荷通过所述防护板(13)、所述框架主体(1)、所述固定支柱(14)、所述能量吸收元件(15)依次传递到所述土建埋板(2)。2.根据权利要求1所述的高能管道支撑防护集成装置，其特征在于，所述能量吸收元件(15)需承受的载荷采用式(1)和式(2)进行核定，(15)需承受的载荷采用式(1)和式(2)进行核定，其中：e1：喷射或甩动冲击力产生的能量，j；l1：能量吸收元件(15)的变形长度，mm；f1(t)：喷射或甩动冲击力的时间函数，通过计算或试验获得，kn；e2：能量吸收元件(15)的变形能，j；f2(l)：能量吸收元件(15)力的变形函数，通过试验获得，kn；联立式(1)和式(2)，使e1＝e2，可以得出所述能量吸收元件(15)的变形长度l1，再将l1代入所述能量吸收元件(15)力的变形函数得出对应的所述能量吸收元件(15)需承受的载荷。3.根据权利要求1所述的高能管道支撑防护集成装置，其特征在于，所述框架主体(1)为方形钢梁或工字型钢梁。4.根据权利要求1所述的高能管道支撑防护集成装置，其特征在于，相邻所述宽边之间设有与所述高边平行的水平分隔支柱(11)。5.根据权利要求4所述的高能管道支撑防护集成装置，其特征在于，所述水平分隔支柱(11)与所述宽边之间通过焊接固定。6.根据权利要求4所述的高能管道支撑防护集成装置，其特征在于，所述水平分隔支柱(11)为方形钢梁或工字型钢梁。7.根据权利要求4所述的高能管道支撑防护集成装置，其特征在于，所述水平分隔支柱(11)与所述高边之间设有与所述宽边平行的垂直分隔支柱(12)。8.根据权利要求7所述的高能管道支撑防护集成装置，其特征在于，所述垂直分隔支柱(12)在所述水平分隔支柱(11)与所述高边之间通过焊接固定。9.根据权利要求7所述的高能管道支撑防护集成装置，其特征在于，所述垂直分隔支柱(12)为方形钢梁或工字型钢梁。10.根据权利要求9所述的高能管道支撑防护集成装置，其特征在于，所述框架主体
(1)、水平分隔支柱(11)、垂直分隔支柱(12)和防护板(13)与所述高能管道之间设置足够的间隙。11.根据权利要求1所述的高能管道支撑防护集成装置，其特征在于，所述防护板(13)通过螺栓锁紧在所述框架主体(1)上。12.根据权利要求1所述的高能管道支撑防护集成装置，其特征在于，所述能量吸收元件(15)为蜂窝钢管。13.根据权利要求1所述的高能管道支撑防护集成装置，其特征在于，所述能量吸收元件(15)和所述土建埋板(2)之间通过钢结构框架连接。

技术总结
本发明涉及一种高能管道支撑防护集成装置，高能管道支撑防护集成装置包括框架主体、防护板、固定支柱和能量吸收元件；框架主体为长边纵长设置的长方体骨架，框架主体的宽边和高边组成的两个面用于供高能管道穿设于框架主体，框架主体与高能管道平行的四个面根据高能管道的布置情况设置防护板，固定支柱沿框架主体的长边、宽边或高边延伸设置，能量吸收元件连接固定支柱和土建埋板；高能管道破裂产生喷射或甩击到高能管道支撑防护集成装置时，喷射或甩击产生的载荷通过防护板、框架主体、固定支柱、能量吸收元件依次传递到土建埋板。本发明可有效减小了对土建埋板的支撑反力，同时可实现对防护对象的全方位防护。可实现对防护对象的全方位防护。可实现对防护对象的全方位防护。


技术研发人员：彭建 石媛媛 覃曼青 梁建刚 李春锦 李兴华 吴高峰
受保护的技术使用者：深圳中广核工程设计有限公司
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/7/12