管道支吊架
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滑动支架—将管道支撑在滑动地板上,用以承受管道自重载荷并约束管系在 支点处的垂直位移;
滚动支架— 将管道支撑在滚动部件上,用以承受管道自重载荷并约束管系 在支点处的垂直位移。
2限制性支吊架:限制和约束管系因热胀 冷缩引起的位移 作用是按设计要 求限制管道在某一方向或某些方向的位移。 细分为: 固定支架--在固定点处不允许线位移和角位移;在支点处完全约束住; 限位支架---用以约束或部分限制管系在支点处某一几)个方向的位移;(允 许管系的某一点有角位移,但不允许有横向位移); 导向支架---管系可以沿轴向移动,不能沿某一或所有径向位移(留有间隙 的导向支架允许管道沿径向位移特定的数值)。水平导向支架限制横向位 移,使管道只有轴向位移,同时还承载;垂直导向支架限制横向位移,使 管道只有轴向位移,但它不承载
• 用计算机进行支架设计
从结构力学观点看;管系是三次超静定结构 超 静定结构只有考虑了结构的弹性变形才能求得 准确的解。这样手工计算就困难,需要计算机 来计算。
用计算机按超静定结构解析得的支架荷载结果 比用刚体分割法计算得到的结果精确。刚体分 割法只能得到上下方向的反力,无法得到水平 方向的反力及力矩
•管道支吊架设计基础数据确定
管道支吊架的设计;在日本无相应国家统一标准;在 美国有制造厂标准化协会MSS订有材料和设计(MSS SP58-1967) 管道支架和应用(MSS SP-69-1966) 及管道支架委托合同的指导(MSS SP-77-1971)等
SP-58和SP-69对主要设计数据的确定要求要点如下:
7支吊架位置;不妨碍管系与设备的连接和检修 不得设 在需要经常拆卸 清洗和维修的部位上;
8)对弹簧支吊架应设在位移量小的地方,对人工补 偿器两侧的导向支架应按有关规定。
•支承荷载的计算
管系是三元超静定结构;因而对于包括端部在内有 四个以上支承点的管系,单从静力学平衡条件去求 支承荷载是不可能的
简单的方法是刚体分割计算法,或称力矩平衡法, 此法把管系视为一个刚体,逐次把管系分割为静定 梁计算,计算必须符合下列条件:
焊于管上的配件有:吊耳、管托、支耳、裙座等。 都适用于高温和重荷载,除管托外都没有标准件。吊耳 对水平、垂直或倾斜管子都适用,一般吊架都用到它; 支耳比吊耳多设一加强版,能承受荷载比吊耳大;管托 只适用于水平管,耳轴比上述三种更耐高温和大荷载; 裙座不仅可承受更大的轴向荷载,而且能承受弯矩。
吊架一般由三部分组成,上部与建筑物或构筑物相连 接,下部用吊耳与管道相联接,中间是联接上下部分的 拉杆。吊架常用圆钢或扁钢制作,有时中间还插有弹簧 元件。
• 吊架的荷重变化率
吊架的特性;最重要的一点是:管系在垂直方向位移前
后,支点受力发生变化,其变化的百源自率即为荷重变化率WH-WC 100% 1
WH
圆柱形螺旋弹簧吊架的弹簧变化符合虎克定律,即
W H-W Ck 2 k 100%
所以1式可写成:
WH
WH WC---分别为运转时和安装时承受的荷重,kg;
4)恒力支架的行程偏差;要求在6%以下,偏差的定 义为:偏差=下移量的最大读数下移量的最小读数)/ (下移量的最大读数+下移量的最小读数)×100%
5)弹簧支吊架用圆柱螺旋形弹簧,其自由高度与
•管道支吊架位置的确定
管道支吊架不包括振动管道支架位置;除在管道的允 许跨度内设置外,尚应考虑下列事项:
1)靠近管系的两端,当管系与设备相接时,尽量靠 近设备管嘴,以减少其受力和弯矩;
3)油压式。
限制 刚性式抑振器---防振最简单的方法是设置几个固定 支架 但完全固定x、y、z三个方向后;由热胀引起的应力、 反力会过大,所以,须用限位支架和导向支架来放松一个 或两个方向,使管系对热膨胀有一定的补偿能力。 减弱和抵消振动的限制性刚性抑振器如下图:
弹簧式防振器---圆柱式螺旋弹簧防振器的机理 是在管系的弹簧常数上加上防振器的弹簧常数; 以提高整个管系的固有振动频率,使它大于干 扰引起的强迫振动频率1 5倍以上,防止共振
k---弹簧常数,kg/mm;δ---弹簧的变形量,mm;
---荷重变化率,%。
管系在支点处的重量;因吊架受力变化将重新分 配给各支点 恒力吊架 k=0,荷重变化率理论上等于零; 刚性吊架k=∞,荷重变化率为无穷大; 荷重变化率越大越接近刚性吊架,高级吊架荷 重变化率小。 荷重变化率多少为好 与管系的规格 材质、温 度、压力及设备管嘴允许受力等有关,一般取 15~20%。
弹簧支吊架也有栓锁装置,用松紧螺栓调 整荷重。荷重变化率不超过20%,最佳范 围正负15%。计算位移量不超过行程范围 的40%,固最大允许荷重变化率超过20% 或位移行程超过形成范围40%时,应选用 恒力支吊架。
弹簧支吊架的几种常用安装形式如下图:
• 刚性支吊架
如图示;左侧为刚性吊架,右侧为刚性支架 由于有管托或吊杆所以管子和支 承梁或吊梁之间有一定距离。刚性吊架的吊杆过短会影响管子水平方向的 位移。 刚性支架适应于管道在轴线方向或横向位移。刚性支架最便宜,在可以使用
1管系的计算重量之和与支承荷重之和相等;
2)由管系的重量产生的力矩与支承荷重所产生 的力矩之和为零。
• 支承点移动量的计算 用人工计算支承点移动量时;通常把管段当做刚体而 不考虑其弹性 比例法是一种简单的计算法,此法不适 用于有管径变化或有支管引出的复杂管系。这种方法 只要掌握两个已知点,中间点位移可根据距离的比例 求得。
图a允许管道轴向位移;但不能横向位移或旋转,b使管道 不能横向移动,c为管道穿越楼板或屋面时的导向支架
•防振器和抑振 装置的管道和设备发生振动的原因大致如下: 1流体的不规则流动或流体通过弯管部分由于动 能的变化;或由于周期性的外力作用; 2)泵 压缩机、透平等回转或往复运动的机械不 平衡而引起机械的振动; 3)室外管道和设备受周期性的风压; 4)安全阀和减压阀的急速开放引起的冲击和振动; 5)阀关闭时产生的水剂作用; 6)压缩气体和两相流体的湍振; 7)地震; 8)船舶的船体动摇
恒力吊架及重锤式吊架
• 恒力吊架:
恒力吊架定负荷吊架是在指定的行程范围内;管 系上下(垂直)位移,其荷重量不变的吊架, 荷重变化率为零 适用于垂直方向位移最大的管 系。
重锤式(平衡锤式)吊架--最简单,一般用于 荷载力300kg以下场合。为减小平衡重,有滑 轮组或杠杆装置。支承荷载大时,重锤加重, 或多加滑轮,滑动部分增多,摩擦阻力容易影 响荷重变化率,所以多用于低荷载场合。
用计算机进行支架荷载计算和位移量计算的详细 方法,见日本 配管技术1974年第1 2期,小林 节夫著配管支撑的设计技术一文。
场合,尽量使用。
•限制性支架可分为:
固定支架--把管子完全固定在支架上;限制它的线位移和角位移的支架叫固定 支架
下列情况使用固定支架: 1需防止因热胀或机械位移使设备或机械上的管嘴 支管引出点和铸铁阀处有过 大位移时要用固定支架; 2)用固定支架控制热胀量。如在装置边界处的管道上设置固定支架,把管道 分为两个管系,其热胀量分别由装置内外管道吸收。
油压式防振器--在油缸内的活塞上有节流孔;利用动作 时油高速流过节流孔的阻力来防振 阻力F与活塞速度V 的n次方成正比。
•支架附属配件
各种支承装置和管道连接时需要用各种配件;大致可 分为焊在管上和不焊在管上的两种
不焊在管上的配件:管卡 鞍形托座、吊钩、U形管卡 等。适用于较小的管子,不能承受大的荷载,除管卡外, 其它各形式只适用于水平管,而不能用于垂直管段。
3防振支架:限制由外力;如振动 地震、风压、水击等引起管系位移或减 振防振用 细分为: 减振支架—用以控制管道振动,同时对管道热胀、冷缩有约束作用; 阻尼减振器—用以约束管道振动,同时允许管道自由热胀或冷缩
防振器--用于需要防振、减振的地方,有导向防振器、弹簧式防振器、油 压式防振器等;缓冲器---缓和以地震、水击、安全阀排出等外力引起的 振动,有刚性式、弹簧或油压式。)
• 管道支吊架分类
1承重支吊架:支吊管道的重量;由管下部支承管重的叫支架,由管上方吊 的叫吊架
可细分为:
刚性支吊架—用以承受管道自重载荷并约束管系在吊点处的垂直位移;
可调刚性支吊架或可变弹簧支吊架—用以承受管道自重载荷,但其承载力 随支吊点处管道垂直位移的变化而变化;
恒力弹簧支吊架—用以承受管道自重载荷,且其承载力不随支吊点处管道垂 直位移的变化而变化,即载荷保持基本恒定;
恒力吊架的几种安装形式如下图:
• 弹簧支吊架
弹簧支吊架的荷重随着管子的位移变化而变化;所以也叫可变弹簧吊架 根据 鲁默斯规定:支点垂直位移超过2 54mm者要用弹簧支吊架,小于此值不 可用。 现有弹簧支吊架几乎都是使用圆柱螺旋弹簧,结构如下图:
现在广泛使用的弹簧支吊架标准荷重行程 中间值是35~14000kg;行程是0~ 120mm范围内
恒力弹簧吊架--应用多;外形图如下
• 内部结构图如下
• 工作原理图如下
由于制造 平衡吊架的自重和回转部分的摩擦 阻力等影响;实际在恒力吊架上并不是作用恒 力,其荷重变化率为5% 当设计荷载和实际支承荷载有偏差时,要进 行调整。一般恒力支吊架有调整装置,调整范 围为设计荷载的正负10~15%。
1)对全部支吊架材料的许用应力,取材料的最小抗 拉强度的1/5;
2)凡直接与管道接触的支吊架或部件的设计温度, 取管道内介质温度;如有隔热层、不与管道直接接触者, 按馆内介质温度的1/3或大气温度,两者中取大值;
3支吊架用螺栓的许用应力比第一项规定的值在减少 25%,并取螺纹根部的截面为计算基准;弹簧圈直径比 为4:1
1 固定支架 ;2、导向支架
塔上固定支架;可避免塔顶气相管热胀推力和管自重作用在塔顶管嘴 上,同时上部管系一般不再补偿,即可保证设备安全运行
限位支架--是至少限制一个方向变位的装置
导 向 支 架 图
限制横向位移;如图,用杠杆限制轴向位移,允许横向 位移或角位移
导向支架:用于限制管道横向位移和角位移;允许有轴向 位移 吸收轴向位移的波纹管膨胀节和填函补偿器等, 均应在两侧设导向支架。
消除振动的根本措施是查明和消除振源;但是 难于做到,通常用支架约束管系,或提高管系的 固有频率,避免管系与设备发生共振 但如此也限 制了管系的热胀,增加了管系的热应力和支架反 力。所以使用防振支架时,需对管系做应力解析, 确保应力和反力在允许范围内。
管道用防振器的型式,分为:
1限制和刚性式;
2)弹簧式;
管道支吊架
• 管道支吊架作用 1支撑管道; 2)承受管道的垂直荷载; 3)承受来自各方面的力和力矩 管道支吊架是管道和与之连接的设备的安全的 保证;管道运行时所产生的各种力和力矩,通 过支吊架的支承和隔断, 如与转动设备连接的管道,其设备管嘴 受力有严格限制,可通过支吊架使设备嘴子上 的外力控制在允许数值范围之内
2)管系中有阀门 小型管道设备等集中荷载时应设 在集中荷载的附近;
3)弯管附近,大直径三通式分支管处附近;
4)管系有垂直管段时宜在垂直管段上部或下部设承 重支架,垂直管段很长,中间应设导向支架;
5)尽可能利用建筑物、构筑物的梁、柱设支架的生 根结构,且不使梁柱弯曲变形;
6)检查附近的管道,看看是否可以合用一个管架;
滚动支架— 将管道支撑在滚动部件上,用以承受管道自重载荷并约束管系 在支点处的垂直位移。
2限制性支吊架:限制和约束管系因热胀 冷缩引起的位移 作用是按设计要 求限制管道在某一方向或某些方向的位移。 细分为: 固定支架--在固定点处不允许线位移和角位移;在支点处完全约束住; 限位支架---用以约束或部分限制管系在支点处某一几)个方向的位移;(允 许管系的某一点有角位移,但不允许有横向位移); 导向支架---管系可以沿轴向移动,不能沿某一或所有径向位移(留有间隙 的导向支架允许管道沿径向位移特定的数值)。水平导向支架限制横向位 移,使管道只有轴向位移,同时还承载;垂直导向支架限制横向位移,使 管道只有轴向位移,但它不承载
• 用计算机进行支架设计
从结构力学观点看;管系是三次超静定结构 超 静定结构只有考虑了结构的弹性变形才能求得 准确的解。这样手工计算就困难,需要计算机 来计算。
用计算机按超静定结构解析得的支架荷载结果 比用刚体分割法计算得到的结果精确。刚体分 割法只能得到上下方向的反力,无法得到水平 方向的反力及力矩
•管道支吊架设计基础数据确定
管道支吊架的设计;在日本无相应国家统一标准;在 美国有制造厂标准化协会MSS订有材料和设计(MSS SP58-1967) 管道支架和应用(MSS SP-69-1966) 及管道支架委托合同的指导(MSS SP-77-1971)等
SP-58和SP-69对主要设计数据的确定要求要点如下:
7支吊架位置;不妨碍管系与设备的连接和检修 不得设 在需要经常拆卸 清洗和维修的部位上;
8)对弹簧支吊架应设在位移量小的地方,对人工补 偿器两侧的导向支架应按有关规定。
•支承荷载的计算
管系是三元超静定结构;因而对于包括端部在内有 四个以上支承点的管系,单从静力学平衡条件去求 支承荷载是不可能的
简单的方法是刚体分割计算法,或称力矩平衡法, 此法把管系视为一个刚体,逐次把管系分割为静定 梁计算,计算必须符合下列条件:
焊于管上的配件有:吊耳、管托、支耳、裙座等。 都适用于高温和重荷载,除管托外都没有标准件。吊耳 对水平、垂直或倾斜管子都适用,一般吊架都用到它; 支耳比吊耳多设一加强版,能承受荷载比吊耳大;管托 只适用于水平管,耳轴比上述三种更耐高温和大荷载; 裙座不仅可承受更大的轴向荷载,而且能承受弯矩。
吊架一般由三部分组成,上部与建筑物或构筑物相连 接,下部用吊耳与管道相联接,中间是联接上下部分的 拉杆。吊架常用圆钢或扁钢制作,有时中间还插有弹簧 元件。
• 吊架的荷重变化率
吊架的特性;最重要的一点是:管系在垂直方向位移前
后,支点受力发生变化,其变化的百源自率即为荷重变化率WH-WC 100% 1
WH
圆柱形螺旋弹簧吊架的弹簧变化符合虎克定律,即
W H-W Ck 2 k 100%
所以1式可写成:
WH
WH WC---分别为运转时和安装时承受的荷重,kg;
4)恒力支架的行程偏差;要求在6%以下,偏差的定 义为:偏差=下移量的最大读数下移量的最小读数)/ (下移量的最大读数+下移量的最小读数)×100%
5)弹簧支吊架用圆柱螺旋形弹簧,其自由高度与
•管道支吊架位置的确定
管道支吊架不包括振动管道支架位置;除在管道的允 许跨度内设置外,尚应考虑下列事项:
1)靠近管系的两端,当管系与设备相接时,尽量靠 近设备管嘴,以减少其受力和弯矩;
3)油压式。
限制 刚性式抑振器---防振最简单的方法是设置几个固定 支架 但完全固定x、y、z三个方向后;由热胀引起的应力、 反力会过大,所以,须用限位支架和导向支架来放松一个 或两个方向,使管系对热膨胀有一定的补偿能力。 减弱和抵消振动的限制性刚性抑振器如下图:
弹簧式防振器---圆柱式螺旋弹簧防振器的机理 是在管系的弹簧常数上加上防振器的弹簧常数; 以提高整个管系的固有振动频率,使它大于干 扰引起的强迫振动频率1 5倍以上,防止共振
k---弹簧常数,kg/mm;δ---弹簧的变形量,mm;
---荷重变化率,%。
管系在支点处的重量;因吊架受力变化将重新分 配给各支点 恒力吊架 k=0,荷重变化率理论上等于零; 刚性吊架k=∞,荷重变化率为无穷大; 荷重变化率越大越接近刚性吊架,高级吊架荷 重变化率小。 荷重变化率多少为好 与管系的规格 材质、温 度、压力及设备管嘴允许受力等有关,一般取 15~20%。
弹簧支吊架也有栓锁装置,用松紧螺栓调 整荷重。荷重变化率不超过20%,最佳范 围正负15%。计算位移量不超过行程范围 的40%,固最大允许荷重变化率超过20% 或位移行程超过形成范围40%时,应选用 恒力支吊架。
弹簧支吊架的几种常用安装形式如下图:
• 刚性支吊架
如图示;左侧为刚性吊架,右侧为刚性支架 由于有管托或吊杆所以管子和支 承梁或吊梁之间有一定距离。刚性吊架的吊杆过短会影响管子水平方向的 位移。 刚性支架适应于管道在轴线方向或横向位移。刚性支架最便宜,在可以使用
1管系的计算重量之和与支承荷重之和相等;
2)由管系的重量产生的力矩与支承荷重所产生 的力矩之和为零。
• 支承点移动量的计算 用人工计算支承点移动量时;通常把管段当做刚体而 不考虑其弹性 比例法是一种简单的计算法,此法不适 用于有管径变化或有支管引出的复杂管系。这种方法 只要掌握两个已知点,中间点位移可根据距离的比例 求得。
图a允许管道轴向位移;但不能横向位移或旋转,b使管道 不能横向移动,c为管道穿越楼板或屋面时的导向支架
•防振器和抑振 装置的管道和设备发生振动的原因大致如下: 1流体的不规则流动或流体通过弯管部分由于动 能的变化;或由于周期性的外力作用; 2)泵 压缩机、透平等回转或往复运动的机械不 平衡而引起机械的振动; 3)室外管道和设备受周期性的风压; 4)安全阀和减压阀的急速开放引起的冲击和振动; 5)阀关闭时产生的水剂作用; 6)压缩气体和两相流体的湍振; 7)地震; 8)船舶的船体动摇
恒力吊架及重锤式吊架
• 恒力吊架:
恒力吊架定负荷吊架是在指定的行程范围内;管 系上下(垂直)位移,其荷重量不变的吊架, 荷重变化率为零 适用于垂直方向位移最大的管 系。
重锤式(平衡锤式)吊架--最简单,一般用于 荷载力300kg以下场合。为减小平衡重,有滑 轮组或杠杆装置。支承荷载大时,重锤加重, 或多加滑轮,滑动部分增多,摩擦阻力容易影 响荷重变化率,所以多用于低荷载场合。
用计算机进行支架荷载计算和位移量计算的详细 方法,见日本 配管技术1974年第1 2期,小林 节夫著配管支撑的设计技术一文。
场合,尽量使用。
•限制性支架可分为:
固定支架--把管子完全固定在支架上;限制它的线位移和角位移的支架叫固定 支架
下列情况使用固定支架: 1需防止因热胀或机械位移使设备或机械上的管嘴 支管引出点和铸铁阀处有过 大位移时要用固定支架; 2)用固定支架控制热胀量。如在装置边界处的管道上设置固定支架,把管道 分为两个管系,其热胀量分别由装置内外管道吸收。
油压式防振器--在油缸内的活塞上有节流孔;利用动作 时油高速流过节流孔的阻力来防振 阻力F与活塞速度V 的n次方成正比。
•支架附属配件
各种支承装置和管道连接时需要用各种配件;大致可 分为焊在管上和不焊在管上的两种
不焊在管上的配件:管卡 鞍形托座、吊钩、U形管卡 等。适用于较小的管子,不能承受大的荷载,除管卡外, 其它各形式只适用于水平管,而不能用于垂直管段。
3防振支架:限制由外力;如振动 地震、风压、水击等引起管系位移或减 振防振用 细分为: 减振支架—用以控制管道振动,同时对管道热胀、冷缩有约束作用; 阻尼减振器—用以约束管道振动,同时允许管道自由热胀或冷缩
防振器--用于需要防振、减振的地方,有导向防振器、弹簧式防振器、油 压式防振器等;缓冲器---缓和以地震、水击、安全阀排出等外力引起的 振动,有刚性式、弹簧或油压式。)
• 管道支吊架分类
1承重支吊架:支吊管道的重量;由管下部支承管重的叫支架,由管上方吊 的叫吊架
可细分为:
刚性支吊架—用以承受管道自重载荷并约束管系在吊点处的垂直位移;
可调刚性支吊架或可变弹簧支吊架—用以承受管道自重载荷,但其承载力 随支吊点处管道垂直位移的变化而变化;
恒力弹簧支吊架—用以承受管道自重载荷,且其承载力不随支吊点处管道垂 直位移的变化而变化,即载荷保持基本恒定;
恒力吊架的几种安装形式如下图:
• 弹簧支吊架
弹簧支吊架的荷重随着管子的位移变化而变化;所以也叫可变弹簧吊架 根据 鲁默斯规定:支点垂直位移超过2 54mm者要用弹簧支吊架,小于此值不 可用。 现有弹簧支吊架几乎都是使用圆柱螺旋弹簧,结构如下图:
现在广泛使用的弹簧支吊架标准荷重行程 中间值是35~14000kg;行程是0~ 120mm范围内
恒力弹簧吊架--应用多;外形图如下
• 内部结构图如下
• 工作原理图如下
由于制造 平衡吊架的自重和回转部分的摩擦 阻力等影响;实际在恒力吊架上并不是作用恒 力,其荷重变化率为5% 当设计荷载和实际支承荷载有偏差时,要进 行调整。一般恒力支吊架有调整装置,调整范 围为设计荷载的正负10~15%。
1)对全部支吊架材料的许用应力,取材料的最小抗 拉强度的1/5;
2)凡直接与管道接触的支吊架或部件的设计温度, 取管道内介质温度;如有隔热层、不与管道直接接触者, 按馆内介质温度的1/3或大气温度,两者中取大值;
3支吊架用螺栓的许用应力比第一项规定的值在减少 25%,并取螺纹根部的截面为计算基准;弹簧圈直径比 为4:1
1 固定支架 ;2、导向支架
塔上固定支架;可避免塔顶气相管热胀推力和管自重作用在塔顶管嘴 上,同时上部管系一般不再补偿,即可保证设备安全运行
限位支架--是至少限制一个方向变位的装置
导 向 支 架 图
限制横向位移;如图,用杠杆限制轴向位移,允许横向 位移或角位移
导向支架:用于限制管道横向位移和角位移;允许有轴向 位移 吸收轴向位移的波纹管膨胀节和填函补偿器等, 均应在两侧设导向支架。
消除振动的根本措施是查明和消除振源;但是 难于做到,通常用支架约束管系,或提高管系的 固有频率,避免管系与设备发生共振 但如此也限 制了管系的热胀,增加了管系的热应力和支架反 力。所以使用防振支架时,需对管系做应力解析, 确保应力和反力在允许范围内。
管道用防振器的型式,分为:
1限制和刚性式;
2)弹簧式;
管道支吊架
• 管道支吊架作用 1支撑管道; 2)承受管道的垂直荷载; 3)承受来自各方面的力和力矩 管道支吊架是管道和与之连接的设备的安全的 保证;管道运行时所产生的各种力和力矩,通 过支吊架的支承和隔断, 如与转动设备连接的管道,其设备管嘴 受力有严格限制,可通过支吊架使设备嘴子上 的外力控制在允许数值范围之内
2)管系中有阀门 小型管道设备等集中荷载时应设 在集中荷载的附近;
3)弯管附近,大直径三通式分支管处附近;
4)管系有垂直管段时宜在垂直管段上部或下部设承 重支架,垂直管段很长,中间应设导向支架;
5)尽可能利用建筑物、构筑物的梁、柱设支架的生 根结构,且不使梁柱弯曲变形;
6)检查附近的管道,看看是否可以合用一个管架;