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2-2

２

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