管道支吊架.doc

第二章弹簧支吊架第一节弹簧支吊架的工作原理当管道的支吊点有垂直方向的热位移时，如果采用刚性支吊架，对向上热位移的支吊点，热态荷重就会大幅度下降，甚至悬空不吃力；而对向下热位移的支吊点，不但承受上位移支吊架的转移荷重，而且要承受较大的限位作用产生的管道热胀推力或力矩。

这时支吊架本身和管道应力（包括自重一次应力和热胀二次应力）产生相应的有害影响。

因此，有垂直方向热位移的支吊点，除了专门设置的限位刚吊外，一般应选用弹属于支上架，弹簧支吊架便是其中一种。

在弹簧支吊架中，支吊架的荷重垂直直接与弹簧力相平衡，而弹簧力等地弹簧刚度与压缩值的乘积。

当支吊点产生垂直方向的热位移时，弹簧压缩值也发生改变，支中架为荷重也就发生变化，如能选择合适的弹簧，支中架荷重变化就会限制在某一允许范围之内，不会发生刚性支吊架那样荷重大幅度变化或完全不吃力的情况。

弹簧支吊架的设计，目前多数采用热态吊零方案，即管道在热态时，弹簧支吊架为荷重等于分配给该支吊架点的工作荷重。

因此，管道在冷态时（安装状态），弹簧支吊架的荷重（安装荷重）比工作荷重或大（上位移时）或小（下位移时）些。

弹簧的荷重和压缩值是有一定限度的。

当单个弹簧不能满足热位移要求时，可以串联弹簧；当单个弹簧不能满足荷重要求时，可以并联弹簧。

弹簧支吊架工作中，有一定的荷重变化；热位移较大的支吊点，需串联多个弹簧，而串联数量是有限的。

因此，对严格控制荷重变化和热位移很大的场合，弹簧支吊困将不能满足需要。

但它具有结构简单的优点，所以应用还是非常广泛。

第二节弹簧特性和工作范围弹簧使用特性参数主要有允许压缩值、允许荷重和刚变。

弹簧压死时的压缩值（全压缩值或称极限压缩值）用Fb表示，对应的荷重（即极限荷重）和Po 表示。

为了避免弹簧支吊架成为刚性支吊架（弹簧压死）。

或是空不吃力，并保证压缩值与荷重之间为线性关系，弹簧工作时，不允许压缩值过大或过小。

最大允许压缩值用Fmax表示，对应的最大允许荷重用Pmax表示。

Fmax一般取（0.7~0.8）Fb，现行支吊架标准中，Fmax≈0.7Fb。

弹簧最小允许压缩值用Fmin表示，对应的最小值允许荷重用Pmin表示。

Fmin一般取（0.2~0.3）Fb，现行支吊架标准中，Fmin ≈0.3Fb。

单位压缩值所需的力称为弹簧刚度，用P′表示。

P′=P/F=Pmax/Fmax=Pmin/Fmin（公斤/毫米）（2—1）式中P为压缩力（应在Pmax 和Pmin范围之内）；F为压缩值。

刚度的倒数称弹簧系数，用K表示（毫米/公斤）。

弹簧在工作过程中，管道由冷态到热态时的荷重变化另与支吊架工作荷重之比，称为荷重变化率，用C表示。

C=|ΔP|/Pgz=|Pgz-Paz|/Pgz=Pˊ·Δy/Pgz (2—2)式中：Pgz为支吊架工作荷重（公斤）；Paz为支吊架安装荷重（公斤）；Pˊ为弹簧刚度（公斤/毫米）；Δy为支吊点垂直位移（毫米）。

按“汽水管道设计技术规定”，C≤0.35（0.25）（2—3）有些国外机组，主要管道的C值取0.2~0.25。

C了为越小，支吊架工作过程中荷重变化量就越小，弹簧支吊架就越接近恒力支吊架，有利改善管道应力和冷态设备推力，但弹簧允许范围就越窄，弹簧选用经济性也越差。

弹簧工作过程中，需要满足支吊架的工作荷重、安装荷重、荷重变化率的要求，和支吊点热位移的需要，因而弹簧的实际允许工作范围就受到相当的限制。

下面详细分析一下满足上述要求时的弹簧工作范围。

第三节弹簧规格和技术要求弹性支吊架为弹簧已实现了标准化、系列化。

1975年7月版支吊架手册中的弹簧标准系列见表2—2。

此系列弹簧足，在原苏联I类和II类弹簧基础上，为满足不断增大的荷重和热位移需要扩充而来的。

因而系列繁杂，也不尽合理。

此系列弹簧在1984年前投产的机组在广泛采用。

另一类弹簧系列，是1981年7月版为“汽水管道设计技术规定”中的弹簧系列。

此弹簧系列在个别设计单位或一些小工程仍被采用。

１现行弹簧标准，是1983年版“汽水管道支吊架设计手册”中的系列，见表2—3。

此弹簧系列按最大压缩值分为两类。

荷重范围宽，不但有较宽的大荷重范围，而且也有较宽的小荷重范围。

荷重系列按等比原则确定，除了小荷重的1至5号弹簧采用约1.538系列比外，统一采用1.333系列比，荷重系列合理。

支吊架弹簧标准（1975年版）表2-2２支吊架弹簧在满足下列技术要求：弹簧表面不应有裂纹、折送、分层、过烧等缺陷。

弹簧材料应满足60SizMnA钢技术条件。

弹簧两端应有不少于3/4圈的拼紧圈。

两端应磨平，磨平部分不少于园周的3/4。

弹簧的节距应均匀，节距偏差不应大于0.1（t-d），其中七为节距，Do 钢丝直径；且在最大压缩值范围内，弹簧的工作圈不得相碰。

弹簧为两个端面应与轴线垂直，弹簧倾斜量不应超过自由高度为2%。

弹簧在最大允许荷重范围内，其荷重与标准荷重的偏差，不应超过±10%。

弹簧应有出厂合格证件。

用于主蒸汽、再热蒸汽、主给水管上的弹簧，安装前应进行刚度测定。

必要明作全压缩试验：弹簧压缩到极限状态保持5分钟。

卸去载荷后，永久变形量不得超过原自由高度的2%；如超过规定，应进行第二次全压缩试验，两次试验的总永久变形量不得超过原自由高度的3%。

第四节弹簧选择和安装整定（一）弹簧选择为基本原则第二节详细叙述了弹簧的适用范围，其结论是弹簧选择的理论基础。

选择弹簧时，在任何情况下压缩保证在Fmax至Fmin之间；应满足工作荷重和热位移需要；荷重变化率不应大于规定值。

当热位移量较大，单个弹簧不能满足热位移要求时，需串联弹簧。

弹簧允许串联数量，对Fmax=140~150毫米的弹簧为二个；对Fmax=70~75毫米的弹簧为四个（实际上此种串联方式很少采用）。

弹簧串联使用时，每个弹簧的荷重是一样的，故串联弹簧的最大允许荷重应一样（即弹簧号应一样，类别可不同）。

由单个弹簧的允许热位移值和允许串联数量可知，弹簧吊架的热位移适用范围为：上位移时约60毫米，下位移时约80毫米，超过此范围时应选用恒力吊架。

对弹簧支架，为了支架的稳定性很少采用串联弹簧结构。

为了保证弹簧正常工作，选择弹簧时，应根据热位移值的计算精度而当一定的裕量。

近似计算时，一般加20%且不小于5毫米裕量作为选择弹簧的热位移值。

单个弹簧不能满足荷重要求时，或结构上需要采用双吊结构时，需并联弹簧。

并联弹簧的安装荷重是一样的，热位移时弹簧的压缩值变化也相同，即工作荷重也一样，可以并联弹簧应选择完全相同的弹簧，即选用同类、同号弹簧。

（二）弹簧为选择和安装整定计算方法计算需要的原始数据是：支吊架的工作荷重、热位移大小和方向。

计算的内容包括：弹簧类别和弹簧号选择、串联或并联数量、弹簧的安装压缩值、工作过程的转移荷重和荷重变化率。

下面介绍的方法，是以第二节所述理信纸为基础的计算方法。

乎先按给定的工作荷重，查表2—1，确定弹簧的Pmax值以确定弹簧号。

为了选择方便，将表2—3弹簧系列的工作荷重和允许热位移范围表格化，列于表2—4中。

表2—5则是表2—2弹簧系列的工作荷重和允许热位移范围。

３弹簧（83年版）工作荷重和允许热位移范围表2—4４弹簧（75年版）工作荷重和允许热位移值范围５弹簧号确定后，用（2—20）式或（2—21）式计算每类弹簧的允许热位移值：[Δy]=0.35Fmax·Pgz/Pmax（2—20）对上位移支吊架，当工作荷重为0.74Pmax<Pgz≤0.88Jpmax时，[Δy]= Fmax·（1- Pgz/Pmax）（2—21）然后，根据[Δy]和支吊架的热位多值确定弹簧类别；当一个弹簧不能满足热位移需要时，可用（2—22）式计算串联弹簧数量：n=ΔY/[Δy]（计算结果进位取整数）（2—22）或6=[Δy]≥ΔY式中ΔY为热位移值；[Δy]为一个弹簧的允许热位移值。

“支吊架设计手册”（83年版）中弹簧选择方法，与上面介绍的方法原理完全相同。

只是把计算过程全部表格化而已。

弹簧安装压缩值和安装荷重计算热位移向上时，安装压缩值为：Faz·s=Fgz+ΔY=Pgz/P′+ΔY （2—23）式中：Faz·s为上位移吊架的弹簧安装压缩值（毫米）；Fgz为弹簧工作压缩值（毫米）；ΔY为分配在每个弹簧的支吊架热位称值（毫米）；Pgz为工作荷重（公斤）；P′为弹簧刚度（公斤/毫米）。

上位移安装荷重以（2—24）式计算：Paz·s= p′·Faz·s=Pgz+ p′·ΔY （2—24）热位移向下时，安装压缩值和安装荷重以（2—25）式和（2—26）式计算：Faz·x=Fgz-ΔY=Pgz/ p′-ΔY （2—25）Paz·x= p′·Faz·x=Paz- p′·ΔY （2—26）热位移向上的弹簧支吊的附加荷重，以（2—27）式计算：ΔPs= p′·ΔY=Paz·s-Pgz （2—27）热位移向下的弹簧支吊架的转移荷重以（2—28）式计算：ΔPx= p′·ΔY=Pgz-Paz·x （2—28）（2—23）式至（2—28）式中的ΔY和Pgz说明如下：同类弹簧串联时，ΔY=ΔY6/n (2—29)式中ΔY6为支吊的热位移值（毫米）；n为串联数量。

不同类弹簧串联时，ΔYII=2ΔYI (2—30)ΔY+2ΔYI=ΔY6式中ΔYII为II类弹簧的热位移值；６。