CAESAR II 中的弹簧选型
AutoPSA与CAESARⅡ在弹簧选型中的比较
Ｇ㈤ 一
５ 结 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
通过 上 述 分析 可 以看 出 ， 该新 型 油 罐 液位 自动
为 了提 高 系 统 的精 度 ， 分 系 数 Ｋ 积 可选 大 一 些 ， Ｋ ＝ ０ ， 取 ＝ １ ０ 通过 ＭＡＴＬ ＝ ＡＢ仿 真 得 到 系统 的开
环 阶跃 响应 曲线见 图 ５引。 Ｅ
Ａｕｏ Ｓ 与 Ｃ Ｓ Ｉ 弹 簧 选 型 中的 比较 ｔＰ Ａ ＡＥ ＡＲ Ｉ 在
张 书 俊 ，李 国斌
（ 沙 优 易 软 件 开 发有 限 公 司 ，湖 南 长沙 长 ４０ １） １ ０ ３
摘 要 ：结合 实际的 工程例 题 ， 比较 了优 易 管道 应 力分 析 软 件 Ａｕ ｏ Ｓ 与 美 国 管道 应 力 分 析软 件 ｔＰ Ａ Ｃ Ｓ Ｉ 弹簧 选型 方 面的异 同。考虑 到 热 态 吊零 、 态 吊零 以及 各 种 弹 簧 选取 方 式 ， 讨 了 ＡＥ ＡＲ Ｉ 在 冷 探 Ａｕ ｏ Ｓ 弹 簧设 计 的基 本 功 能 。针 对 管 道 的 多工 况运 行 状 态 ， ｔＰ Ａ 提 供 了 多载 荷 工 况 弹簧 ｔＰ Ａ Ａｕｏ Ｓ
ｍｕ ｔｐ ｅ ｌ ａ ａ ｅ ｄ ｓｇ ｓ ａ ｏ ｔ ｄ ｉ ｕ ｏ Ａ． ｌｉ ｌ ｏ ｄ ｃ ｓ ｅ ｉ ｎ ｉ ｄ ｐ ｅ Ａ ｔ ＰＳ Ａｕ ｏ Ｓ ｉ ｃ ｕ ａ ｅ ａ ｄ ｕ ｉ ｅ ｓ ｌ ｔ ｕ ｕ ｔ ｂ ｅ ｎ ｔ Ｐ Ａ ｓａ ｃ ｒ ｔ ｎ ｎ ｖ ｒ ａ ，ｈ ｓｓ ｉａ ｌ
图 ５ Ｐ Ｄ校 正后 的 系 统 开 环 响 应 曲线 Ｉ
［］ 冯巧玲 ， 为福 ， 道尹， ． ３ 范 邱 等 自动 控 制 原 理 ［ ． 京 ： 京 航 Ｍ］ 北 北
空 航 天 大 学 出 版 社 ， ０ ３ ２０ ．
【CAESAR II培训】4-管道支吊架的模拟
配置界面(2/3)
• 忽略弹簧刚度
• 用户与简单手工计算结果进行复核 (忽略弹簧刚度只添加热载) • 需要手动指定 • 不推荐使用
配置界面(3/3)
• 在弹簧位移工况中考虑 弹簧刚度的影响
配置界面(3/3)
• 在弹簧位移工况中考虑弹簧刚度
1.3 减振架：用来控制或减小除重力和热膨胀作用以外 的任何力(如物料冲击、机械振动、风力及地震等外部 荷载)的作用所产生的管道振动的支架。——SNB
减振架有弹簧及油压和机械三种类型。
Input Basics
5
典型约束的解释
Input Basics
6
典型约束的解释
Input Basics
7
常用特殊支架的模拟
管道支吊架的模拟
引言
管道支架的分类 1. 管道支架的分类及定义
按支架的作用分为三大类； 承重架 限制性支架 减振架
Input Basics
2
引言
1.1 承重架：用来承受管道的重力及其它垂直向下荷载的支 吊架(含可调支架)。
• a. 滑动架： 在支承点的下方支撑的托架，除垂直方向支撑力及 水平方向摩擦力以外，没有其他任何阻力。—— +Y，Y
两种常用特殊支架的模拟： • 关联节点的应用 • 弹簧支吊架的应用
Input Basics
8
关联节点
Input Basics
9
关联节点
• 这两个模型结构相同。 • 右侧模型在55点用ANCHOR
与56点建立CNODE. 这里没 有55点到56点这个单元. • 这种方式将显示此点的“内 部”载荷。
用于弹簧选型的操作工况数量 • 指定设计弹簧时需要考虑工况的个数。这个值是1到9之间的数字并且与需要
弹簧选型设计教材
弹簧支吊架设计
AECSOFT 北京艾思弗计算机软件技术有限责任公司
2010
弹簧支吊架设计
弹簧设计基础理论 CAESAR II中的支吊架设计 输入数据示例 输出数据 实际案例分析 备注
AECsoft
2020/7/16
弹簧支吊架设计 为什么选用弹簧支吊架？
AECsoft
热载
100
%
热载 冷载 热载
100
%
制造商推荐值为25% （MSS SP-58） 其它：常规管道为25%，高危管道为10%
注：恒力弹簧支吊架许用荷载变化率为6%
AECsoft
2020/7/16
弹簧支吊架设计
AECsoft
2020/7/16
弹簧支吊架设计 CAESAR II中弹簧的自动设计
运行载荷分配工况（支架热载） 运行操作态工况（弹簧支架行程） 弹簧表选弹簧
理论冷态荷载——在热载的基础上加上或减去所选弹簧等级与行程距离 的乘机。
实际冷态荷载——应用管系的空管重量、弹簧的初始荷载及弹簧等级计 算得出的荷载。一般情况下只被用于冷态校核弹簧。
AECsoft
2020/7/16
弹簧支吊架设计
荷载变化率——弹簧荷载达到热载时的荷载变化率
荷载载变化
弹簧等级 弹簧行程
中间位置。
刚性支架的位移标准-当竖直位移小于
给定值时用刚性支架替换弹簧。
最大允许行程限制-当竖直位移大于给定值，
选用恒力弹簧替换可变弹簧。
2020/7/16
弹簧支吊架设计 弹簧输出报告
AECsoft
2020/7/16
弹簧支吊架设计
计算选弹位移考虑弹簧刚度的影响
考虑弹簧刚度对选弹位移的影响
CAESARII管道应力分析软件部分应用案例
北京艾思弗计算机软件技术有限公司CAESARII管道应力分析软件部分应用案例1、FPSO、海洋工程管道系统沪东中华LNG装卸船管道系统。
计算条件：温度-163°C、压力1Mpa、材料A335 P12，管径219~610mm，执行英国BS 7159。
本案例分析难点在于低温状态下管道的柔性以及不同载荷条件下（满载、空载、海浪）的管道应力问题，CAESAR II完全支持对低温深冷管道的柔性分析，并能定义相关载荷工况以满足设计要求。
2、石油化工复杂工艺管道系统五环科技化工系统管线。
计算条件：温度400°C、压力2.68Mpa，管径89mm~2268mm，材料低碳钢，执行B31.3石油化工管道标准。
系统存在立卧式容器、塔器、换热器以及多种支吊架类型，模型复杂，规模较大。
CAEARII支持创建此类复杂模型，组合管道与设备，从而精确的界定管道边界条件，大大减小误差。
此外，在建模及分析过程中，软件允许用户自由修改模型。
3、大型发电厂主蒸汽系统西北电力院1000MW主汽-再热压力管道项目。
计算条件：324°C（低温）、576°C（高温）、压力25.4Mpa、材料A335 P91、管径范围219mm~711mm，执行美国ASME B31.1动力管道标准。
CAESARII可以对不同管径、不同温度压力、不同材料的管道进行应力、推力、位移计算，并对所有弹簧进行自动选型，提供弹簧型个数、号报告。
4、空冷管道系统哈空调大型空冷管道系统，管径3000mm~10300mm，执行B31.1动力管道标准。
由于大直径薄壁管道弯头、三通吸收热胀变形能力较弱，该管道内设计了拉杆式、铰式、万向式在内的多种补偿器。
CAESAR II支持对大直径薄壁管道进行整体应力分析，允许用户模拟各种不同形式的膨胀节（轴向、铰向、万向、压力平衡式等），允许使用简单/复杂模型，用户只需要给定补偿器刚度，相关约束形式。
用户也可以使用软件内置的膨胀节数据库，仅给定相关外形尺寸数据，软件自动生成膨胀节模型。
CAESARII管道应力分析软件部分应用案例
北京艾思弗计算机软件技术有限公司CAESARII管道应力分析软件部分应用案例1、FPSO、海洋工程管道系统沪东中华LNG装卸船管道系统。
计算条件：温度-163°C、压力1Mpa、材料A335 P12，管径219~610mm，执行英国BS 7159。
本案例分析难点在于低温状态下管道的柔性以及不同载荷条件下（满载、空载、海浪）的管道应力问题，CAESAR II完全支持对低温深冷管道的柔性分析，并能定义相关载荷工况以满足设计要求。
2、石油化工复杂工艺管道系统五环科技化工系统管线。
计算条件：温度400°C、压力2.68Mpa，管径89mm~2268mm，材料低碳钢，执行B31.3石油化工管道标准。
系统存在立卧式容器、塔器、换热器以及多种支吊架类型，模型复杂，规模较大。
CAEARII支持创建此类复杂模型，组合管道与设备，从而精确的界定管道边界条件，大大减小误差。
此外，在建模及分析过程中，软件允许用户自由修改模型。
3、大型发电厂主蒸汽系统西北电力院1000MW主汽-再热压力管道项目。
计算条件：324°C（低温）、576°C（高温）、压力25.4Mpa、材料A335 P91、管径范围219mm~711mm，执行美国ASME B31.1动力管道标准。
CAESARII可以对不同管径、不同温度压力、不同材料的管道进行应力、推力、位移计算，并对所有弹簧进行自动选型，提供弹簧型个数、号报告。
4、空冷管道系统哈空调大型空冷管道系统，管径3000mm~10300mm，执行B31.1动力管道标准。
由于大直径薄壁管道弯头、三通吸收热胀变形能力较弱，该管道内设计了拉杆式、铰式、万向式在内的多种补偿器。
CAESAR II支持对大直径薄壁管道进行整体应力分析，允许用户模拟各种不同形式的膨胀节（轴向、铰向、万向、压力平衡式等），允许使用简单/复杂模型，用户只需要给定补偿器刚度，相关约束形式。
用户也可以使用软件内置的膨胀节数据库，仅给定相关外形尺寸数据，软件自动生成膨胀节模型。
可变弹簧的计算原理及其在CAESAR Ⅱ中的运用
簧刚度。可以看出，在垂直热位移和热态荷载一定的
情况下，较大的荷载变化率将导致较大的弹簧刚度。
实际应用的弹簧刚度一定要小于计算的理论值。
作者简介：田智 女 １９８５ 年生 工程师 主要从事管道应力分析工作
·３６·
上海化工
第 ４２ 卷
（５）计算弹簧的冷态荷载，选择弹簧。 冷态荷载＝热态荷载 ＋（垂直位移×弹簧刚度）
的变化，其变化系数（定义为荷载变化率）可按式（１）
进行计算。
安装荷载 － 操作荷载
荷载变化率＝
×１００％ ＝
操作荷载
垂直热位移×弹簧刚度 ×１００％ 操作荷载
（１）
弹簧的选择主要是基于荷载变化率。工业标准
中通常限制荷载变化率不超过 ２５％，这意味着无论
弹簧的变形量大小如何，弹簧可以承载最大 １２５％
第 ４２ 卷 第 ８ 期 ２０１７ 年 ８ 月
上海化工 Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ
DOI:10.16759/ki.issn.1004-017x.2017.08.010
工作研究
·３５·
可变弹簧的计算原理及其在 ＣＡＥＳＡＲ ＩＩ 中的运用
田智
福陆（中国）工程建设有限公司 （上海 ２０１１０３）
（３） 其中，位移向上取正值，位移向下取负值。当冷态荷 载不在弹簧的工作范围内时，应尝试另一种含有热 态荷载值的弹簧型号，如果两种型号的弹簧都不能 满足要求，则可以尝试行程更长且刚度更低的弹簧。 若仍然不能选到合适的弹簧，就应当考虑使用恒力 弹簧。
（６）确定弹簧的型号。根据项目采购的情况，国 内和国外厂家的产品有很大差异，选型上也存在较 大不同。国内厂家弹簧的生产均执行 ＮＢ／Ｔ ４７０３９— ２０１３《可变弹簧支吊架》，设计时可依据标准进行选 择，对项目的影响小。采购国外厂家的弹簧时，由于 没有统一的标准，且弹簧支吊架属于特殊件，每个厂 家的弹簧设计制造会有所不同，型号的标注方式也 不同，所以基于厂家的样本选择适用的弹簧十分重 要，需查询供货商的弹簧选择图表，根据位移范围和 荷载范围进行合理选择。
弹簧选型设计 ppt课件
0.442 38691. 38981.
0. 6539. 86.315
LOAD VARIATION = 1%
54.671 20550.
25554.
0. 915. 137.329
LOAD VARIATION = 20%
91.539 47439. ****** CONSTANT EFFORT SUPPORT *****
弹簧支吊架设计
先加弹簧再加冷紧
2030 1 ZH1 14 13.005 24313. 30691.
0. 4904. 32.588
CHINAБайду номын сангаасOWER 2060 2 ZH1 15
CHINAPOWER 2077 2 ZH4 13
CHINAPOWER 2085 1
LOAD VARIATION = 21%
弹簧支吊架设计 弹簧支吊架设计基本步骤
1. 计算弹簧荷载 2. 确定垂直方向位移 3. 从厂家弹簧表中选弹簧 4. 确定弹簧支吊架的理论安装荷载 5. 校核弹簧的行程和荷载变化率
弹簧支吊架设计
弹簧支吊架设计条件
热载——操作状态下的弹簧荷载。由管道的自重、保温、介质重量、阀 门/法兰等刚性件的重量计算得来。
CHINAPOWER 3077 2 ZH4 13
0.442 38691. 69.671 19177.
LOAD VARIATION = 21%
38981.
0. 6539. 86.315
LOAD VARIATION = 1%
25554.
0. 915. 137.329
CHINAPOWER
LOAD VARIATION = 25%
簧位置。
弹簧支吊架设计 自动设计弹簧选项
CAESAR应用介绍
CAESAR II是COADE公司(已被INTERGRAPH 公司并购)的一款优秀管道应力分析软件。
编辑本段1．管道应力分析的原则管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。
编辑本段2．管道应力分析的主要内容管道应力分析分为静力分析和动力分析。
静力分析包括：1）压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏；2）管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算——防止疲劳破坏；3）管道对设备作用力的计算——防止作用力太大，保证设备正常运行；4）管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据；5）管道上法兰的受力计算——防止法兰汇漏。
动力分析包括：l）管道自振频率分析——防止管道系统共振；2）管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力；3）往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析——防止气柱共振；4）往复压缩机（泵）压力脉动分析——控制压力脉动值。
编辑本段3．管道上可能承受的荷载（1）重力荷载：包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等；（2）压力荷载：压力载荷包括内压力和外压力；（3）位移荷载：位移载荷包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等；（4）风荷载；（5）地震荷载；（6）瞬变流冲击荷载：如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击：（7）两相流脉动荷载；（8）压力脉动荷载：如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动；（9）机械振动荷载：如回转设备的振动。
编辑本段4．管道应力分析的目的1）为了使管道和管件内的应力不超过许用应力值；2）为了使与管系相连的设备的管日荷载在制造商或国际规范（如 NEMA SM-23、API-610、API-6 17等）规定的许用范围内；3）为了使与管系相连的设备管口的局部应力在 ASME Vlll的允许范围内；4）为了计算管系中支架和约束的设计荷载；5）为了进行操作工况碰撞检查而确定管于的位移；6）为了优化管系设计。
【CAESAR II培训】1-caesarii 基本操作
管道信息输入界 面
模型显示区
Input Basics
14
二.模型的建立:管道信息输入界面
节点定义
管长定义
管径、壁 厚、腐蚀 余量、保
温厚度
温度
压力
管件定义 约束
附加荷载
材料性能
介质性能
信息显示区
Input Basics
15
二.模型的建立:节点与“数据继承”
• 输入的数据自动继承到下 一个节点（如果适用）。
一．建模前的准备 二．模型的建立 三．错误检查 四．工况编辑 五．计算结果分析
Input Basics
3
一.建模前的准备
（一）搜集资料
1. 管道工艺数据（温度、压力、介质、保温等） 2. 管道走向（平面图、轴测图） 3. 设备图（静设备、动设备） 4. 设备布置图（设备定位、结构框架、平台） 5. 管道运行条件（是否有开备、吹扫、除焦等） 6. 工程所在处的设计基础条件（环境温度、风、地震、雪
<Ctrl>Home
Input Basics
26
二.模型的建立:数据删除
•
删除当前的节点单元及数据. • 删除键
清除当前（高亮）单元。使用此键来清除特定领域的错误的 数据，而不是整个输入框。
Input Ba误检查程序。
若发现致命错误项，如管道系统不闭合、腐蚀余量 大于壁厚等，程序将提示致命错误说明，并终止生 成分析数据文件，须返回Input模块修改。
Input Basics
32
四.工况编辑：工况编辑器
重新生成推 荐工况
引用其它 模型的工
况
设置循环次 数
Input Basics
33
四.工况编辑：建立并使用工况
CAESAR弹簧支吊架选型
弹簧支吊架的选型
简介
在重量载荷的情况下的竖向支撑很容易被定位和选型。 在支架与管道之间的热胀位移使得弹簧支架的选型变 得更复杂。 必须在刚性件、可变弹簧支吊架和恒力支吊架之间选 择。
4
只有重量荷载
DW
在没有热涨位移的重量荷载下， 在支架位置的一个Y向约束会 产生的荷载（DW）被用来确定 杆的尺寸。
热态载荷是在工作条件下弹簧支吊架的目标载荷
冷态载荷是为了得到发生移动后的热态载荷而给弹簧 支吊架预设的以个荷载
CL = HL + k Δ
19
荷载变化率
荷载变化率是相对于热态荷载的荷载变化。 | HL – CL | LV = -------------- = HL | k Δ | -------HL
工作状态的位置
……一个完美的支架
9
怎样才能做到呢
DW DW
DW DW
10
但是这也许不太实际
2*DW
结构现在承受的是两倍的荷载 维修也很麻烦
11恒力弹簧Biblioteka 吊架可以达到这种理想状态12
恒力弹簧支吊架存在的问题
恒力弹簧支吊架很贵 当荷载不精确时，支吊架位置会发生移动 需要很大的荷载来克服内摩擦力使弹簧开始移动
通常荷载变化率的范围是10%-25%。
20
5
只有重量荷载
DW
杆的尺寸是通过在支架位置 处计算的重量来确定的。
6
添加热胀影响
管道热荷载的增加，使得一 次应力（二次应力）和固定 支架的载荷增加。
7
当不可接受时的发生以下情况
支架脱空 支架使得管道下沉 管道应力超标 支架载荷超标
8
可以用一个力来替代这个约束
AutoPSA与CAESAR II在弹簧选型中的比较
AutoPSA与CAESAR II在弹簧选型中的比较张书俊李国斌陈百炼(长沙优易软件开发有限公司湖南长沙410013)摘要：结合实际的工程例题，比较了AutoPSA与CAESAR II在弹簧选型方面的异同。
考虑到热态吊零、冷态吊零以及各种弹簧选取方式，探讨了AutoPSA弹簧设计的基本功能。
针对管道的多工况运行状态，AutoPSA提供了多载荷工况弹簧支吊架设计方法。
AutoPSA全面支持不规则弹簧表，可以处理支吊架脱空现象。
在弹簧支吊架选型中，AutoPSA选型准确、适用范围广、使用简单方便，能够满足电力、石化、化工、建筑等行业的工程应用。
算例表明AutoPSA与CAESAR II分析结果非常吻合，并在某些功能上超越了后者。
关键词：弹簧选型；热态吊零；冷态吊零；多载荷工况设计；不规则弹簧表；支吊架脱空中图分类号：TU4 文献标识号：BPipe hanger spring design comparison betweenAutoPSA and CAESAR IIZHANG Shu-jun LI Guo-bin CHEN Bai-lian(UESoft Corp., Changsha 410013 China)Abstract: t he hanger spring design of AutoPSA and CAESAR II is compared with some actual engineering examples.T he pap er provided result about basic analysis such as hot load design, cold load design and several spring selected methods. Considering multip le op erat ing cases of pip e system, mult iple load case design is adopted in AutoPSA. Aut oPSA is accurate and universal, thus suitable for engineering applicat ion in power, oil and gas, chemical indust ry, et c. T he results of evaluat ed examp les demonstrat e t hat AutoPSA is comparable with CAESAR II, and exceed the latt er in some domain.Keywords: Spring design; Hot load design; Cold load design; Mult ip le load case design;Irregular spring table; Z ero weight load1 引言支吊架是管道系统的重要组成部分，支吊架的设计是管道设计中的重要环节。
关于几个特殊的约束(ROD、SPR、SNB)
SPR ——Botom Out Spring ，即“自定义方向”的弹簧。
在CAESARII的弹簧支吊架选项hanger中，会有一项Allowable Load Variation 设置——即载荷变化率，这个值是系统的默认值，为25%。
其公式为[|热载荷—冷载荷|/热载荷] X100% 。
这个数值用来确定弹簧的型号，当软件选择一个弹簧后，根据这点计算出的热载、冷载算出载荷变化率，如果超过25%，软件换型号，如果在所选的弹簧表中没有任何一个型号的弹簧（包括并联之后）能够使得载荷变化率小于25%，则使用恒力弹簧（冷、热载荷相同的一种特殊弹簧，随着位移的变化，其刚度发生变化），并在输出结果报告中通知用户。
那么这是原理，我们再回到公式，分子是热冷载荷差值的绝对值，这个差值可以用热冷位移差与弹簧刚度的乘积来表示，即kx。
所以实际上载荷变化率考察的是位移差、刚度、热载。
如果需要定义一个指定方向的弹簧，候我们就可以用SPR，在激活这个形式的约束后，用户需要输入3个变量：“x”、“Stiff”、“F”。
分别指的是弹簧的工作位移、弹簧刚度、初始预载荷。
SPR的优点是可以定义在三个轴向，而hanger则只能定义在竖直方向上。
使用SPR 的缺点是程序不会设计出这个弹簧的型号，因为你在定义SPR的时候，必须输入位移差、刚度、冷载。
也就是说你必须知道这个弹簧的具体情况。
SPR是在三个轴向上定义的、给定各项参数（间隙值、弹簧刚度、安装冷载）的弹簧。
其形式有XSPR/YSPR/ZSPR/+XSPR/-XSPR/+YSPR/-YSPR……..SNB——Snubber减振器主要用在控制OCC工况下的偶然载荷（激振载荷、地震载荷）中。
这个约束形式在动态分析中有专门的选项，如果使用，选择即可。
在静态分析中，由于CAESARII不支持动态载荷变化，减振器会对所有载荷起作用。
如果要在静态分析下使用减振器，应使之“平移”到操作状态位置，再添加偶然载荷，减振器才能正确工作，为达到这个目的，需要完成以下操作步骤：大前提：有偶然载荷（如地震载荷），但在第5步之前不要添加这个载荷1.先将需要添加SNB约束的节点号记住。
CAESARII在火力发电厂设计中弹簧选型的研究和应用
CAESARII在火力发电厂设计中弹簧选型的研究和应用摘要：结合工程实例，分析了CAESARII 弹簧选型的特点。
根据国内设计习惯，提出了应用CAESARII在火力发电厂管道设计中进行弹簧支吊架选型的设计方法。
关键词：弹簧选型；CAESARII；热位移；冷位移；安装荷载随着电力设计行业的飞速发展，国内设计行业逐步与国际接轨，CAESARII软件在火力发电厂管道设计中得到了越来越广泛的应用。
但由于设计习惯的不同，CAESARII软件在弹簧选型方面，与国内设计方法有所不同。
1 CAESARII软件弹簧选型存在的问题CAESARII软件确定弹簧型号时使用了OPE工况位移。
国内设计习惯使用从冷态到工作态的位移，即CEASARII软件的EXP热位移。
差异的关健为冷位移。
因此会产生如下问题：a. 如果我们按习惯手选弹簧去较核CAESARII软件，就会发现CAESARII软件弹簧选型存在“错误”。
b. 对于冷位移与准热位移相反的情况（如图1），弹簧荷载变化率有可能超出设定值。
c. 对于冷位移与准热位移相反的情况，弹簧冷态荷载有可能超出弹簧表，即冷态时弹簧压死。
针对上述问题，部分设计人员采取了如下方法：使用CAESARII 软件计算的工作荷载和热位移（EXP工况）进行手选弹簧。
将所选弹簧与CAESARII计算的荷载和位移一起作为最终结果出图。
如某600MW工程的主蒸汽管道的17号吊架，POPE=-23277N，PSUS=-20361N，DOPE=-21.6mm，DSUS=-5.67mm，DEXPm=15.93mm。
CEASARII选择弹簧为213型，手选弹簧为113型。
如采用手选弹簧，则：冷态荷载＝热态荷载－热位移×弹簧刚度＝23277-15.93×37.33×9.8＝17449N。
实际冷态荷载与程序计算的冷态荷载相差14.3%，而CAESARII其它支吊架的冷态荷载分配及冷态设备接口推力都是基于17吊架冷态荷载为20361N计算的。
CAESARII软件在弹簧支架设计中的应用
CAESARII软件在弹簧支架设计中的应用弹簧支吊架主要解决管道有垂直位移时的支撑和减小敏感设备管口的受力问题，弹簧支吊架的合理设置和正确选择，对管系的安全平稳运行起着决定性的作用。
文章应用CAESAR II 管道应力分析软件，以液化天然气超低温管道为例，讲解快速设计脱空管道弹簧支架方法，并对管道进行应力分析校核，管道应力及支架受力满足要求，弹簧选择合理。
标签：CAESAR II；管道；弹簧支架；应力分析引言管道设计中，当管道热胀或冷缩将使该支承点处有较大垂直位移时，使该点支架脱空或支架推力过大，刚性支架失去作用，该工况将造成管道一次应力增大或邻近支架（或设备）超载，或将使管道产生较大的二次应力，对管道和支吊架产生破坏，这时管道支承点处需要采用弹簧支吊架[1-2，5]；在与敏感机械设备相连接的管道处，为减少对设备管口处的受力影响，亦采用弹簧支吊架[1-4]。
CAESARII管道应力分析软件是由美国COADE公司研发的压力管道应力分析专业软件，内置国际上通用的管道设计规范，可进行管系在承受自重、压力载荷、热载荷、地震载荷和其它静态和动态载荷作用下的管道应力分析。
同时，软件内置了Sinopec（China）、ANVIL、LISEGA等弹簧库，允许在多个热工况下，选择冷态或热态吊零，使用标准或扩充的载荷范围，对弹簧进行自动选型设计，并从弹簧库中选择合适的弹簧支吊架。
文章以LNG超低温管道为例，应用CAESAR II软件，以Sinopec（China）弹簧标准，给出管道用弹簧支架的快速选型设计方法。
1 弹簧支吊架选用原则弹簧支架分为可变弹簧支架和恒力弹簧支架。
可变弹簧支架适用于支承点有垂直位移，用刚性支承会脱空或造成过大热胀推力的场合，可变弹簧会造成一定的荷载转移，为防止过大的荷载转移，要求可变弹簧荷载变化率小于或等于25%[6]。
可变弹簧支吊架设计时主要考虑弹簧的工作载荷、运行时的位移量和位移方向、管道的空间位置、弹簧的形式、工作范围位移、弹簧支吊架编号和安装载荷，在弹簧能够承受工作载荷、安装载荷，载荷变化率在满足要求的前提下，力求选用较小规格的弹簧。
2010年11月CAESARII高级培训讲义- 工况编辑器 - 何耀良
AECsoft
2010-11-6
疑问1-为什么膨胀工况不能以T表示？
z 膨胀工况EXP=OPE-SUS z OPE=W+P+T，SUS=W+P z 两者之差亦为T Why？
•两种工况设置可能导致截然不同的计算结果 •非线性约束支配了载荷的分配 •系统中其他载荷的叠加也会造成影响
工况组合方法
z CAESARII中提供了多种工况组合方法，其中最常见 的有两类：
z Algebraic（代数合成）: z 用于两个工况之间的减运算（求解EXP）. z 分别求解相关工况的位移后再进行减运算得到位移差. z 通过最后得到的位移量来求解推力、弯矩、应力.
z Scalar（标量合成）: z 用于两个工况之间的加运算（求解OCC）. z 分别求解相关工况的应力后再进行叠加 z 不再单独计算各工况的位移
z 最后，将上述重新求解的偶然载荷与SUS工况进行 叠加，以评定其偶然应力OCC。
AECsoft
2010-11-6
偶然载荷工况的定义
z 假设我们用一个均布载荷来表示静态地震加速度载 荷U1，则其工况的设置应当符合下列形式：
z L1 = W+P1+T1
(OPE) 基础操作工况
z L2 = W+P1
(SUS) 冷态工况
AECsoft
2010-11-6
组合工况
Used to add or subtract results from previously defined primitive load cases. 通过基础工况的加减获取特定的载荷要求。如在非线 性系统中重新计算风和地震载荷。 Necessary for proper EXP and OCC code stress definition. 考虑二次应力及偶然应力的工况组合。 Not used for restraint or equipment load definition, nor for displacement reporting. 有些特定的中间设计工况既不是计算推力也不是计算 位移，如弹簧设计工况
CAESAR II 中的弹簧选型
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选型过程– 2: 找到正确的弹簧
什么样的弹簧在1/3 英寸位移下能够承 受600lbf的力？ 找到工作荷载 找到相应的弹簧位 置 找到安装位置 读取安装荷载
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选型过程 – 3: 校核载荷变化率
载荷变化率是相对工作荷载的载荷变化百分比 通常限制在 25% 这里:
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管道输入界面 – 设计数据(2/3)
可用空间
指定在管道上部或者下部可用于安装弹簧的空间。如果定义的 是负值，软件将假设要安装的是支座。 CAESAR II 选择长度满足安装空间的弹簧。 此空间不包含弹簧附件.
在此找到特别设置:
用于弹簧选型的操作 工况数量 多工况设计选项 计算实际冷载
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输入界面 – 特别设置 Hanger Design Control Data (1/2)
用于弹簧选型的操作工况数量 指定设计弹簧时需要考虑工况的个数。这个值是1到9 之间的数字并且与需要考虑的热工况个数相对应。如 果定义了大于1的数，多工况选项将强制启用。
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输入界面 – 特别设置 Hanger Design Control Data (1/2)
例如:
Operating Case 1 (LC1) Operating Case 2 (LC2)
Design for LC1 Design for LC2
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CaesarII问题汇总
CaesarII问题汇总CAESARⅡ问答集1. 如何考虑承重支架的沉降问题？应该如何建模？答: 看手册Application，Restraint 的支架settlement部分。
一般我们是Node10 +Y， Cnode1010，1010点给Displacement Y向沉降即可。
2. 关于WRC107和WRC297的区别，教材上说WRC297计算管嘴的刚度，WRC107计算管嘴的应力条件，两个有什么相似，又有什么不同呢？答: WRC107 仅计算本体的应力。
本体可以是筒体和椭圆封头。
开口可以是方形，圆形，通孔和死心等。
WRC297既可计算本体，也可计算开口应力，但本体必须是圆筒。
WRC297还可以计算管口柔性。
好像WRC297有些问题，现在基本都在使用WRC107。
3. 关于热态位移和冷态位移？我的理解：对于热态吊零，热态位移就是管道某点从冷态到热态（从安装态到工作态）的位移。
不知道是否正确？那么冷态位移呢？我就是不理解了，如果也对热态吊零，冷态就是安装态，冷态位移是管道相对什么状态的位移啊？请指教！答: 热态位移是个相对位移，就是你所说的那样，冷态位移是个绝对位移，所谓绝对位移就是相对坐标来讲的。
冷态某节点因重力作用向下(-Y方向)位移了2mm，在操作温度下该节点相对于冷态位置向上(+Y方向)位移了3mm，那么显示与报告中的displacement值应为：OPE Dy＝ 1mmEXP Dy＝ 3mmSUS Dy＝-2mm而实际上该节点相对于零位移位置只是向上位移了1mm举一个简单的例子，两段固支的管子中点在安装温度下的挠度就是安装状态的位移，这个数值可以在SUS工况下的displacement报告中得出。
OPE和SUS的位移是绝对位移，EXP的位移是相当SUS到OPE 的位移。
4. Hanger Table 里面输出的 Vertical Movement项是安装态到热态的垂直位移吗？我是电力用户，热态吊零时，我们希望输出的弹簧从冷态到热态的位移。
hangers design
有关CAESARII软件弹簧设计和选项的问题，许多用户和我们多次谈及及探讨针对客户的问题我们将相关资料和回答汇编如下问题弹簧报告中，弹簧的热位移是如何来的？热荷载是如何来的？CAESARII设计弹簧，是通过下面两个工况来进行的Li 是荷载分配计算CAESARII首先采用刚性支架替代弹簧，进行荷载分配计算，看落在该刚性支架上的荷载是多少，该荷载为热荷载hot loadL2是弹簧位移计算CAESARII用一个力大小为上面的热荷载但没有刚度放在弹簧的位置上，运行一个操作工况分析计算出在此情况下该点的垂直位移y我们由此理论的弹簧位移，和理论的弹簧安装荷载CL = HL + ky我们会按该值来预压弹簧然后结合上述内容，软件在弹簧表中自动选出弹簧如果在计算完成后，出现下面的界面，但弹簧的输出是限制的用户可以输出弹簧的热位移和热荷载为什么有的时候和约束报告中的力和位移报告中的位移不一致？上面弹簧设计出的弹簧，我们将要应用在SUS，OPE等系列工况中，我们用H来代表选定的弹簧.CAESARII将该冷荷载CL和弹簧刚度当作约束刚度当作H添加到其他的所有工况冷态和热态计算出所有的工况这样你会发现弹簧报告的热荷载，弹簧位移，同热态工况的约束力和位移有时有偏差，不一致但对你的工作没有影响，实际你的弹簧的最大和最小荷载能够包含住你的冷热荷载即可SUS的热位移指的是相对那个状态的位移？指的是相对设计态，冷态的位移此时，弹簧销子拔掉，冷荷载和弹簧刚度发生作用，将管道向上拉起一点OPE的热位移指的是相对那个状态的位移？指的是相对设计态的由于问题引起管道热涨的位移EXP的热位移指的是相对那个状态的位移？指的是从SUS变化到OPE过程的位移变化量关于弹簧报告中的位移和那个位移吻合的问题如果用户设计弹簧的时候，不包含弹簧刚度计算弹簧热位移，Thermal Free工况下那么弹簧的热荷载和位移，基本和OPE工况对于的约束力和热位移一致如果用户设计弹簧的时候，包含弹簧刚度计算弹簧热位移，Thermal Free工况下那么弹簧的热荷载基本和OPE工况对于的约束力一致弹簧的热位移和EXP工况位移相一致弹簧刚度对弹簧设计过程中，位移计算的影响到底有多大，取决于管道的刚度和弹簧的刚度如果管道很柔，那么影响就比较大反之较小我们建议用户在电力管道设计中，尽量采用包含弹簧刚度来设计弹簧工况定义位置在弹簧设计工况选择包括弹簧刚度计算弹簧位移和不包含有什么区别？考虑弹簧刚度对位移的影响，弹簧冷荷载会推动管道，但该刚度会限制管道的热涨变形，所以计算出的弹簧位移要相对小一些CAESARII弹簧设计到底有什么问题和缺陷？使用包含弹簧刚度计算带来的麻烦，是我们在弹簧报表中得到的是现场安装荷载Field Installed Load,而不是Theory Installed load(理论安装荷载)，那么在现场需要调整弹簧，让它的安装荷载保证在我们计算得到的现场安装荷载Field Installed Load位置问题For CII:which position is the OPE displacement and SUS displacement leavingfrom?For the OPE displacement, if the spring stiffness is ignored, then theOPE restraint load and displacement is as same as the hanger report.If include spring stiffness for the hanger travel design, for the simplepipe network, then the hanger hot load is still as same as the OPErestraint load, but the displacement is as same as the EXP displacement.For the complicated pipe network, then the hanger vertical displacementcan't be located to match any load case. would you explain why?Richard:———————————————————————————————————————回答Normally, hanger design is done without including the spring stiffnessin the operating case for hanger travel. So in most cases:通常，弹簧设计在计算位移行程时，不包含弹簧刚度CAESARII选择弹簧过程如下1. CAESAR II puts in a rigid support at the hanger location and does aweight analysis, finding out how much weight wants to fall to thesupport. This load is used as the Hot Load.1CAESARII首先采用刚性支架替代弹簧，进行荷载分配计算，看落在该刚性支架上的荷载是多少，该荷载为热荷载hot load2. CAESAR II applies a force equal to that Hot Load (but not stiffness)at the hanger location and then runs an operating analysis. This tellsCAESAR II how much that location wants to move vertically under theoperating loads. So this becomes the "theoretical" hanger movement, andthe "theoretical" cold load is calculated as CL = HL + ky.2CAESARII用一个力大小为上面的热荷载但没有刚度放在弹簧的位置上，运行一个操作工况分析计算出在此情况下该点的垂直位移y我们由此理论的弹簧位移，和理论的弹簧冷态荷载CL = HL + ky3. CAESAR II adds the CL as a force and the spring stiffness as arestraint stiffness to all load cases of the model and then runs all ofthe normal load cases.3CAESARII将该冷荷载CL和弹簧刚度当作约束刚度当作H添加到其他的所有工况冷态和热态计算出所有的工况So what happens in the SUS case, for example? Well the CL is going tobe different than the HL, so the as-installed weight case (SUS) will notbe balanced. Let's say, for example, that the CL > HL, so it will tendto lift the pipe causing extension of the spring and thus reducing theload that the spring reads once it reaches equilibrium. (IF you want toknow what this value is, you can look at the restraint report for theSUS case, or ask CAESAR II to report the "actual" -- or post-pulling thetravel stops -- Cold Load). So the reported SUS load -- and thereported SUS displacement -- reflects the impact of having a CL that isgreater or less than the force necessary to exactly balance the pipeweight at that location.在SUS工况发生了什么？CL不同于HL，所以在SUS安装态管系不平衡例如，CL>HL，该弹簧趋向向上拉管道，来伸展弹簧直至平衡(如果你希望知道该值，你可以看约束报告，SUS工况，或让CAESARII报告实际安装工况－－捌弹簧销后－冷荷载SUS工况约束力和弹簧的报告反应了弹簧冷荷载大小对管系位置的影响Let's say that the HL = 5000 N, Y = 25 mm up, k = 20 N/mm, so the"theoretical" CL = 5500 N. If the pipe is quite flexible, the excessiveCL might lift the pipe 15 mm, simultaneously reducing the "actual" CL to5500 - 15 * 20 = 5200 N. When the pipe heats up, it moves up 25 mm.There are two ways of looking at what happens next:如果我们假设HL = 5000 N, Y = 25 mm up, k = 20 N/mm,理论冷荷载为CL = 5500 N如果管道很柔，过大的冷荷载会将管道提高15 mm，同时将冷荷载降低5500 - 15 * 20 = 5200 N如果管道受热，向上位移25mm有两个方法看问题a) The spring load changes to 5200 - 25 * 20 = 4700 N. This is lessthan the load necessary to support the pipe, so the pipe sags 15 mmunder load, back to a position 25 mm above the neutral position.Simultaneously the spring compresses and the load increases back to 4700+15*20=5000 N.1弹簧荷载变化为5200 - 25 * 20 = 4700 N这个荷载太小，不能够支撑管道，所有管道下降15mm回落的管道到中介点上25mm位置同时弹簧受压荷载增加到4700+15*20=5000 N.b) As the pipe begins to move up, the spring decompresses, reducing theload. As the spring load decreases -- and the load becomes balanced tothe weight, it begins to lose its ability to pull up on the pipe, so thelift under the weight load goes back to zero (from the previous 15 mm),and the operating results match the operating for spring travel case(spring has HL, displacements match).2因为管道向上移动，弹簧释放，降低荷载因为弹簧荷载降低－－直至和重量平衡，弹簧不再向上拉管道In other words换句话说:Load Case Displacement Due Displacement TotalSpringto Unbalanced Due to Thermal DisplacementLoadSpring LoadOpe 0 mm +25 mm +25 mm5000 NSus +15 mm 0 mm +15 mm5200 NExp -15 mm +25 mm +10 mm-200 NLoad Case Spring Load Displacement DueUnbalanced SpringLoadDisplacement Due to Thermal Total Displacement Ope 5000 N0 mm +25 mm +25 mm Sus 5200 N+15 mm 0 mm +15 mm Exp -200 N -15 mm +25 mm +10 mmCAESAR II's Hanger Report would show:CAESARII 报告如下Theoretical Cold Load 理论冷荷载=5500 NActual Cold Load 实际冷荷载=5200 NHot Load 热荷载=5000 NVertical Displacement 垂直位移=+25 mm(Note that in many cases, if the pipe is quite rigid, there will be verylittle vertical displacement due to the unbalanced Cold Load, soTheoretical Cold Load and the load reported in the SUS restraint reportshould be very close.)如果管道很刚性很大，不平衡冷荷载引起的垂直位移很小所以理论安装荷载和SUS 的约束报告值很接近This is how 95% of the world does their hanger design. The Jiangsiuguys do something a little bit different:上述弹簧设计方法是95％的设计采用的通用方法江苏电力国内电力的做法与上面有些不同1. CAESAR II puts in a rigid support at the hanger location and does aweight analysis, finding out how much weight wants to fall to thesupport. This load is used as the Hot Load. (Same as before.)1CAESARII 用刚性荷载替代弹簧进行荷载分配计算，算出热荷载2. CAESAR II applies a force equal to that Hot Load (but not stiffness)at the hanger location and then runs an operating analysis. This givesCAESAR II a first pass estimate of how much that location wants to movevertically under the operating loads.2CAESARII 用该热荷载不含弹簧刚度替代弹簧计算热工况求得弹簧位移3. CAESAR II selects a spring based upon that HL and movement, andcalculates a CL = HL + ky. CAESAR II then inserts that Cold Load andthe stiffness of the spring into the model and does the Hanger OperatingTravel case again. In this case, two things happen. First theunbalanced load pulls the pipe up, reducing the load, and secondly thestiffness in the model reduces the thermal displacements a bit. So theactual hanger travel is lower than in the other method.CAESARII用上面的热荷载和位移计算冷荷载在后面的所有工况中，CAESARII用给CL 和弹簧刚度当作荷载H加到其他工况中进行分析计算这种情况下，两件事情发生，一是不平衡荷载会向上拉管道，降低弹簧荷载，其次弹簧刚度阻碍管道热位移所以时间弹簧位移实际弹簧位移比其他方法算出的小4.Now CAESAR II uses the HL and the newly determined displacement toselect a new spring, which it inserts in the model, does the analysis,and repeats step 3 until a converged solution is reached. Then CAESARII calculates the theoretical CL (not the actual CL, which the hangerreport is reporting) and inserts it a force and the spring stiffness asa restraint stiffness to all load cases of the model and then runs allof the normal load cases.按江苏院建议方法，我们改进软件，在计算弹簧位移过程中考虑弹簧刚度的影响现在CAESARII用HL和新确定出的位移初选弹簧，加入在模型中迭代循环重复第3步CAESARII计算理论冷荷载CL不是实际安装荷载），然后用该荷载和弹簧刚度进行下面各个工况的计算So basically CAESAR II iterates until it figures out the displacementbetween the "actual" cold case and the operating case.CAESARII反复计算实际冷工况和热工况支架的位移So assuming that the same situation as above was done in this way,CAESAR II would report a CL of 5200, a HL of 5000, and a Y = 10 mm up,and a k = 20 N/mm. Jiangsiu would order a spring pre-set to a Cold Loadof 5200 N and then install it. So how do they get a way with using a CLof 5200 N rather than 5500 as in the other example? When they installthe spring, it will initially lift up, reducing the spring load. Sothey have to adjust the load in the field (that is why we print out thatwarning note in the hanger report), lifting up the pipe and furthercompressing the spring until it is reading 5200 N again!! What is theeffect of this? It is identical to as if they had pre-set the spring to5500 N and just let it drift, after installation, to 5200 N!!假设应用新的弹簧设计方法CAESARII报告CL为5200HL为5000, and a Y = 10 mm，k=20N/mm江苏院将定购预压冷荷载为5200的弹簧并安装那么和我们上面讲的使用5500N的弹簧有什么区别安装好弹簧后，向上提拉管道，降低荷载所以他们不得不现场调整弹簧这是我们弹簧报告中的警告原因），讲弹簧压缩调整到刻度为5200 N这有什么效果？和我们预压弹簧到5500 N，然他漂移到安装荷载5200 NSo both cases are the same -- except that in the first, the overload isadded to the spring in the factory pre-set, and in the second it isadded via field adjustment.两种情况是一样的，一个通过预压实现，另外通过现场调整实现而已So the results will look the same in the CAESAR II reports:我们看CAESARII报告Load Case Displacement Due Displacement TotalSpringto Unbalanced Due to Thermal DisplacementLoadSpring LoadOpe 0 mm +25 mm +25 mm5000 NSus +15 mm 0 mm +15 mm5200 NExp -15 mm +25 mm +10 mm -200 NLoad Case Spring Load Displacement DueUnbalanced SpringLoadDisplacement Due to Thermal Total Displacement Ope 5000 N0 mm +25 mm +25 mm Sus 5200 N+15 mm 0 mm +15 mm Exp -200 N -15 mm +25 mm +10 mmExcept now, since we selected the spring using the iterative method,CAESAR II's Hanger Report would show:因为我们选择了选弹簧通过迭代方法实现，CAESARII 报告如下Field Verified Cold Load 现场校验冷荷载=5200 NHot Load 热荷载=5000 NVertical Displacement 位移=+10 mmSo what are the disadvantages to the Jiangsiu method? They have toinspect and probably re-adjust every spring in the field to make surethat it is reading its Cold Load after installation.江苏院的缺点是不得不在现场检查和调整弹簧，确保弹簧刻度在CL 点What are the advantages? In many cases they can buy a spring with asmaller travel range. For example, in the first case, we needed aspring that can handle loads of both 5000 N and 5500 N. In the secondcase, we could buy a spring that only needed to handle loads between5000 N and 5200 N -- so they can save some money.优点是多少情况下，可以选择位移相对比较小的弹簧Regards,Tom Van Laan, PEPresident(e-mail) tvanlaan@COADE, Inc.12777 Jones Rd., Suite 480Houston, Texas 77070(ph) 281-890-4566(fax) 281-890-3301(web) 问题would you explain on the bellow questions to us?1.for the thermol free (HGR) case, is the hanger removed, then caculatethe displacement, or has the preload (use the restraint weight(HGR) loadover there), then get the displacement?Yes the preload is applied to the hanger location in the "free thermal"load case for hanger design.2.For the hanger vendor, the hanger is compressed to a load(Presetload), and delivered to the site for installation, is the preset load assame as the theoretical load or not?Yes, we assume this is the same.3.If the stiffness is included, then the field installed load is getinstead of the theoretical load. what's the difference of the load,especiall the text note as :.....VERIFY THAT THE ACTUAL READING DURINGTHE PIPING COLD CONDITION CORRESPONDS TO THE "FIELD INSTALLED LOAD" LISTED IN THIS TABLE.The difference between the theoretical and actual installed loads isdetailed in Chapter 6 of the Technical Reference. Typically thedifference is very small, but may be large if the piping is relativelyflexible and/or the "Theoretical Installed Load" is significantlyunbalanced from the hot load. Yes the actual reading during the pipingcold condition corresponds to the "field installed load".If no on site verification, that means that the hangers design failstoo.>Hi Richard AY>I was questioned on the vertical movement of hangers. the local>software's vertical movement of the hangers is the movement from the Sus>to OPE. CAESARII's movement is from the installation position to the>Ope, it sounds that the Ope is comes from SUS.>>Do you agree with us? and how do you explain on the vertical movement of>Hanger?>The vertical movement shown in the hanger report is the movement at the>hanger node from the "free thermal case" used in designing the hanger.>This could (and probably will) differ from the displacements shown in>your real load cases. This is because the real load cases include both>the hanger stiffness and the preload.HI Richard AyIf so, how do you order your hanger from the manufacturer. how many data you need to offer to the vendor? do you think this vertical movement is ok?Typically you only need the data from the "hanger report". The load and and travel in the individual "real" load cases should fall within the working range of the hanger (unless the user fouled things up by say adding a T2 vector that wasn't considered in the hanger design).If you wanted to be complete, also provide the restraint summary for all load cases at the hanger location.Hi Richard AyRight now, one China Power CII user is facing a question like this:if he don't include the spring stiffness for the analysis, a few hangersis designed as 2 instead of 1 hangers.If they include the spring stiffness, then the hangers is designed asthey expected, but for the vertical movement has some difference to theprevious hangers.Would you explain why? and how to get an accurate and correct springhanger design for the power industries?If he don't include the spring stiffness for the analysis, a few hangersis designed as 2 instead of 1 hangers.I presume you are talking about the load case "operatng for hangertravel"? Yes I would expect different results based on whether or notyou included the stiffness (as designed) or ignored the stiffness (thedefault behavior). As to whether the design yields 1 or 2 springs issimply a function of the load and the spring table. Unless the systemis particularly sensitive to the hangers, I would expect the 2 hangersituation to yield smaller hanges, about equivalent to the single largerhanger.Again, I would expect differences in the movements between the "includestiffness" and "ignore stiffness" conditions.On CII's application over China Power industries. as Tom and Bill had been to China for this issure, and COADE added include hanger stiffness too. as we are having more and more sales over China power industries.Still I had been asked a lot of the reliability of CAESARII. so my questions are:If the user start to running CII as the other process industries engineer did to analysis main steam/reheat and others major pipeline system, do you think it's dangerous to get the wrong hanger/too much constant hangers and others compared the China Power in house software.1) "do you think it's dangerous to get the wrong hanger/too much constant hangers and others compared the China Power in house software" No. CAESAR II has been verified over and over and over again. I can't vouch for what China Power's in house software does, so yes there is a possibility that the two programs may yield different results.If they are having cold spring with vertical pipeline + Hangers, do they need to run in 2 steps as COADE's guideline, if they run in one step, how is the result?2) "If they are having cold spring with vertical pipeline + Hangers, do they need to run in 2 steps as COADE's guideline, if they run in one step, how is the result?" Not any more, since we have separated cold spring (CS) and hanger preloads (H) from the concentrated force vector (F1). You still need to be careful with your load case setup, since you don't want cold spring to affect the hanger design.How did Simens/Alstom and other big Power engineering corps. over the world'a applications of CAESARII?I did trust CAESARII, would you offer us some application sample input data for a reference?3) "How did Simens/Alstom and other big Power engineering corps. over the world'a applications of CAESARII?" I can't answer this one. Customers never come back to us and tell us how they are using the software.per our client requirement, would you help them make the decision on theattached job, if this is your job, are going to include the springstiffness or not?As you know, the option to "include spring stiffness" in the hangerdesign (which includes the stiffness in the free thermal case and causesthe hanger design to iterate), was added for Jiang Su, in Version 4.40.The idea behind this option is that by including the spring stiffness inthe hanger design algorithm (which necessitates the iterations), youfine tune the design and end up with less variability in the finalhanger loads.This particular job illustrates this theory. Just review the attached output files, which prove the point. For this job, yes I would include the spring stiffness in the hanger design.。
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以前的选择 – 5: 模型中可能的选择
程序可能选择刚性约束、弹簧支吊架或者恒 力弹簧支吊架。 所有管道系统都涵盖这三种支吊架：
刚性约束 代表一个刚性的垂直约束 弹簧 表征一个柔性的垂直约束（K=弹簧选型刚度） 和一个预加荷载的组合（计算出的安装荷载） 恒力支吊架 代表一个向上的支撑力，并会在约束 报告中列出
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输入界面 – 特别设置 Hanger Design Control Data (1/2)
多工况设计选项(总共13个选项)
基于独立的工况设计 (#1 - #9) 基于最大的工作荷载设计 基于最大的行程设计 基于平均的载荷在位移行程设计 基于最大的载荷和行程设计
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管道输入界面 – 设计数据(2/3)
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管道输入界面 – 设计数据(2/3)
弹簧表
CAESAR II提供33个制造商弹簧表 所有都包含3个种类 (如：短程，中程，长程) 有些存在4个
Hanger Manufacturers in CAESAR II
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输入界面 – 通用 Hanger Design Control Data (2/2)
弹簧表
选择33个弹簧表中的一个
选项框 (more later)
延展范围 – 超越推荐范围以外 冷载 – 冷态载荷选弹簧，可用于调试设备 热载居中 – 尝试选择更好的弹簧
用户可以在4个不同的地方指定不同部分的弹簧选 型数据
CAESAR II 配置界面
控制当前模型数据的初始值
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数据文件夹 – Configuration 设置 (1/3)
弹簧默认初始刚度
1E12 和刚性约束一样 我们当前支持33个弹簧表 建议用不同的颜色来显示关联弹簧 (可以表 明不同的边界条件)
Anvil Piping Technology SINOPEC Sarathi Binder Yamashita
Bergen Power Capitol BHEL Myricks Gradior Sanwa Tekki
Power Piping Piping Services Flexider China Power NHK Techno Industrie
输入界面 – 特别设置 Hanger Design Control Data (1/2)
这里,设置如下的弹簧控 制参数:
弹簧工况数量= 2 多工况设计选项= Operating Case 1 在模型输入界面, 重设右侧 的弹簧为: 多工况设计选项= Operating Case 2
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就是如此简单
CAESAR II怎么做到这一点呢?
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CAESAR II 弹簧输入数据
用户可以在4个不同的地方指定不同部分的弹簧选 型数据
CAESAR II 配置界面
控制当前模型数据的初始值 对当前的模型设置通用设置及初始设置值
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输入界面 – 特别设置 Hanger Design Control Data (1/2)
例如:
Operating Case 1 (LC1) Operating Case 2 (LC2)
Design for LC1 Design for LC2
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输入界面 – 通用 Hanger Design Control Data (2/2)
刚性支架位移标准
如果弹簧位置的垂直位移小于这个值，CAESAR II将 选择一个刚吊 (如 Y 向约束) 如果热态的变形大于这个值，CAESAR II将选择恒力弹 簧
最大许用行程限制
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数据文件夹– Configuration 设置 (3/3)
在弹簧位移工况考虑弹簧刚度
将 “Theoretical Cold Load” 更名为 “Field Installed Load” 注意下面的提示
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CAESAR II 弹簧输入数据
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CAESAR II 弹簧输入数据
用户可以在4个不同的地方指定不同部分的弹簧选 型数据
CAESAR II 配置界面
控制当前模型数据的初始值 对当前的模型设置通用设置及初始设置值
输入界面 – Hanger Design Control Data
管道输入界面 – 弹簧数据 (选项框)
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管道输入界面 – 设计数据(2/3)
可用空间
指定在管道上部或者下部可用于安装弹簧的空间。如果定义的 是负值，软件将假设要安装的是支座。 CAESAR II 选择长度满足安装空间的弹簧。 此空间不包含弹簧附件.
默认弹簧表
弹簧&关联节点弹簧的显示 (不同颜色)
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数据文件夹– Configuration设置 (2/3)
忽略弹簧刚度
用户与简单手工计算结果进行复核 (忽略弹簧刚度只添 加热载) 需要手动指定 不推荐使用
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Intergraph® CAESAR II ® 卓越缘于积累，创新带来突破
李世林
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc. Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc.
可变支架
CAESAR II 中弹簧选型的算法
在此找到特别设置:
用于弹簧选型的操作 工况数量 多工况设计选项 计算实际冷载
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输入界面 – 特别设置 Hanger Design Control Data (1/2)
用于弹簧选型的操作工况数量 指定设计弹簧时需要考虑工况的个数。这个值是1到9 之间的数字并且与需要考虑的热工况个数相对应。如 果定义了大于1的数，多工况选项将强制启用。
输入界面 – Hanger Design Control Data
输入界面 – Hanger Data (Checkbox)
设置选型用参数及指定已有弹簧数据
添加弹簧在每个工况中的作用
工况设置界面– Load Case Options
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CAESAR II 弹簧输入数据
设置选型参数，指定已有弹簧
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管道输入界面 – 弹簧数据
定位弹簧
选择弹簧
指定弹簧
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管道输入界面 – 节点数据(1/3)
Node / CNode
Node: 定义弹簧位置. CNode: 可以认为Cnode为弹簧的另一端 (此处可能生 根在有附件位移的地方，弹簧在选型时会考虑这个附 加位移).
管道系统刚度非常小. 选择的弹簧刚度非常高. 弹簧行程大。通常对弹簧远离设备管嘴的小直径管道系统更加 重要。
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输入界面 – 通用 Hanger Design Control Data (2/2)
新模型的模型设置和现有弹簧未指定的设置。新 的不会替换现有的数据。
户可以在4个不同的地方指定不同部分的弹簧选型 数据
CAESAR II 配置界面
控制当前模型数据的初始值 对当前的模型设置通用设置及初始设置值
输入界面 – Hanger Design Control Data
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输入界面 – 特别设置 Hanger Design Control Data (1/2)
NPS Industries Basic Engineers Carpenter & Paterson Pipe Supports USA PSSI GmbH
Lisega Inoflex Pipe Supports Ltd. Quality Pipe Supports Seonghwa
Fronek E. Myatt Witzenmann PiHASA Mitsubishi
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输入界面 – 特别设置 Hanger Design Control Data (1/2)
计算实际冷载
指定后，CAESAR II将在弹簧选型后将弹簧作为一个已 知支吊架进行一个额外的计算。这个分析将决定弹簧被 首次激活时的实际安装荷载。 以下情况下，此计算被认为是重要的:
在不含重量情况下计算垂直位移
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