【文章內(nèi)容簡介】 冷態(tài)時承受的載荷取冷態(tài)時由管系分配給它的載荷。與熱態(tài)吊零相反，此時在熱態(tài)情況下管系各支撐點承受的自重載荷已不在均勻，而總載荷(包括位移載荷)則是自然分配。為防止可變彈簧支吊架引起管系在熱態(tài)或冷態(tài)時有較大的載荷轉(zhuǎn)移，工程上?？刂扑妮d荷變化率不超過25％。根據(jù)這一限制條件，就可以確定彈簧支吊架的剛度 k。在確定彈簧支吊架的剛度時應(yīng)遵守這樣一個原則：在彈簧支吊架能滿足管系熱態(tài)和冷態(tài)的承載要求而且載荷變化率不超過規(guī)定值的情況下，應(yīng)盡可能選用剛度最小(指最小規(guī)格和最小允許位移值)的彈簧。按這樣的原則選取的彈簧支吊架，其安裝尺寸最小，價格最便宜，而且實際的載荷變化率最小。1) 串聯(lián)可變彈簧支吊架的選用當管系中某點的垂直位移量較大時，從標準彈簧支吊架表中可能已選不到合適的彈簧支吊架，即要么找不到最大工作位移能滿足載荷要求的標準系列，要么因剛度較大而使載荷變化率超出標準要求，此時可考慮采用串聯(lián)可變彈簧支吊架。彈簧串聯(lián)時，應(yīng)選最大載荷相同的彈簧，即彈簧的牌號相同，以保證每個彈簧的工作載荷和安裝載荷都落在允許范圍內(nèi)，而此時每個彈簧變形量則按其剛度的大小成反比分配。2) 并聯(lián)可變彈簧支吊架的選用當管道支撐點的載荷超出標準可變彈簧支吊架的最大允許載荷時，或者受支撐條件(如豎管支撐)、生根條件等限制不宜采用單個可變彈簧支吊架進行支撐時，可選用兩個或兩個以上的可變彈簧支吊架并聯(lián)支撐?？勺儚椈芍У跫懿⒙?lián)使用時，各彈簧應(yīng)為同一型號，以避免各彈簧支承力不同而導致管子的傾斜或偏轉(zhuǎn)。并聯(lián)時的各彈簧變形量相同，均等于管道在支撐點的位移量。并聯(lián)后的彈簧支吊架總剛度等于各分彈簧支吊架的剛度之和，即n個彈簧支吊架并聯(lián)時其總剛度為k = k1＋ k2＋……＋kn，而各分彈簧承受的載荷平均分配，并等于總載荷的1/n。3) 可變彈簧支吊架的安裝要求可變彈簧支吊架在安裝前務(wù)必要壓縮到要求的安裝定位刻度 (與安裝載荷對應(yīng)的刻度值)，并用定位銷進行定位。設(shè)置定位銷的另一個作用是使可變彈簧支吊架起暫時成為一個剛性支架，可以防止諸如水壓試驗等非工作工況下因管道載荷臨時增加而引起的不利影響，對于大直徑氣體管道更應(yīng)考慮這個問題。管系在工作狀態(tài)下，有時也會出現(xiàn)非預期的載荷突然增加現(xiàn)象，如減壓轉(zhuǎn)油線的淹塔現(xiàn)象。淹塔現(xiàn)象會造成管內(nèi)液體的突然驟增，從而使其彈簧支吊架承受的載荷也驟然增大，彈簧支吊架的變形量也將隨之增大，使管系出現(xiàn)較大的載荷轉(zhuǎn)移，從而可能造成相鄰支架或設(shè)備接口處的超載破壞。對于可能出現(xiàn)上述現(xiàn)象的管系，工程上常在彈簧支吊架的附近設(shè)置保險桿，以控制彈簧的最大變形量，即當彈簧支吊架的變形量超過某一規(guī)定值時，保險桿將受力而成為剛性支撐?？勺儚椈芍У跫艿亩ㄎ讳N應(yīng)在管系水壓試驗之后、裝置開車升溫之前拆除。8. 恒力彈簧支吊架當管系在支撐點的豎向位移較大而選用可變彈簧會引起較大的載荷轉(zhuǎn)移時，應(yīng)考慮選用恒力彈簧支吊架。所謂的豎向位移較大只是一個相對概念，關(guān)鍵要看若選用可變彈簧支吊架時是否會引起較大的載荷轉(zhuǎn)移，而且較大的載荷轉(zhuǎn)移能否為管系自身強度和邊界條件所接受。如果管系的柔性不好，剛度較大，那么既使在較小的位移值情況下，也會引起支撐點熱態(tài)和冷態(tài)的載荷差值較大，此時為減少載荷變化率也宜采用恒力彈簧支吊架。嚴格說來，恒力彈簧在其工作過程中對管道支撐點的力并不是恒定不變的，這是因為彈簧支架各運動部件之間存在摩擦力，而且各部件的尺寸、彈簧的剛度等都可能存在制造偏差，這些因素都會導致恒力彈簧在其工作行程范圍內(nèi)對支撐點的力有少量的變化。一般情況下，標準恒力彈簧支吊架在其全程位移過程中的最大和最小載荷偏差應(yīng)控制在某個數(shù)值范圍內(nèi)，而工程上常用恒定度這一概念來評判恒力彈簧的載荷變化。所謂恒定度是指恒力彈簧在其全行程范圍內(nèi)的最大、最小載荷值之差與最大、最小載荷值之和的百分比，用式子表示即為：D =[ (Fmax －Fmin)/ (Fmax + Fmin)] X 100%式中D――恒力彈簧的恒定度。一般情況下，D應(yīng)不大于6%Fmax――恒力彈簧在全行程范圍內(nèi)出現(xiàn)的最大載荷值，N；Fmin――恒力彈簧在全行程范圍內(nèi)出現(xiàn)的最小載荷值，N。1) 恒力彈簧支吊架的工作原理當恒力彈簧支吊架承受一個管道載荷磯時，F(xiàn)1將產(chǎn)生一個相對于O點的轉(zhuǎn)動力矩M1。M1將拉動三連桿AOB向下轉(zhuǎn)動，同時三連桿會帶動B點向右移動，從而使彈簧受到壓縮，產(chǎn)生一個彈簧力F2。F2相對于主軸O點也將產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)動力矩M2。通過適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)和力的平衡設(shè)計，可以使兩個力矩M1和M2始終保持平衡，并通過適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計，在保持力矩平衡的情況下，只不斷變換位置但大小不變，即實現(xiàn)對管道的恒力支撐。2) 恒力彈簧支吊架的選用換句話說，吊架的承載能力與其結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)。因此，支撐點的管道載荷是選擇恒力彈簧吊架的參數(shù)之一。根據(jù)熱態(tài)吊零原則，一般取管道荷載為冷態(tài)情況下管系的分配載荷。另外，受吊架中各運行部件的結(jié)構(gòu)限制，吊點的位移是有限制的，甚至它不能按運行部件的最大運行位置來確定吊點的位移范圍，因為運行部件到達極限位置時，會造成較大的承載偏差值。因此，對于一個結(jié)構(gòu)參數(shù)一定的恒力彈簧吊架，它允許的最大位移值也是確定的。或者說，管道上時最大位移量也是確定恒力彈簧吊架的參數(shù)之一。有關(guān)的標準已將常用的恒力彈簧吊架進行了系列化，并對它進行了編號，每個編號的吊架其允許的最大承載和最大位移己列表給出，設(shè)計人員只要根據(jù)管道支撐點的載荷和位移查表即可確定所需要的恒力彈簧吊架規(guī)格型號。9. 在管道中多設(shè)彈簧支吊架更安全嗎？ 不一定更安全，因為彈簧支吊架的剛度遠低于剛性支吊架，所以過多設(shè)置彈簧支吊架會使管系各點位移方向失去控制，管系穩(wěn)定性較差，易產(chǎn)生偏斜和振動。10. 為什么要在高聳設(shè)備布置的豎直管道上設(shè)置導向架？如何設(shè)置？答：為了約束由風裁、地震、溫度變化等引起的橫向位移。沿直立設(shè)備布置的立管應(yīng)設(shè)置導向支架。立管導向支架間的允許間距應(yīng)符合下表規(guī)定：11. 為什么在沿反應(yīng)器布置的高溫豎直管道上，通常要設(shè)置彈簧支吊架？答：沿反應(yīng)器布置的高溫管道與反應(yīng)器之間，或高溫管道與構(gòu)架之間有較大的位移差，所以通常要設(shè)彈簧支吊架來承受管道荷重。12. 管道在支架上滑動的軸向最大允許位移量不宜超過定型滑動管托長度的40%，以免管道在熱脹時將管托滑落于支架梁的下面，而在冷縮時不能恢復原位造成管道或支架損壞。如在補償值允許的范圍內(nèi)，管道的位移量超過管托長度的40%時，可將管托長度適當加大。13. 支吊架的位置確定從前面的介紹中可以看出，不同的支吊架型式對生根條件有不同的要求，而從保障管系的自身強度、穩(wěn)定性、防振以及對邊界條件的要求來說，總存在著在管系的某個地方支撐、并以特定的支架型式支撐為最理想。上述的兩個條件有時是矛盾的，即最理想的支撐位置并不一定具備支架生根條件，可用的生根條件并不一定滿足最理想的支架型式需要。要處理好這樣的問題是比較難的，或者說要將它上升到理論上去論述是比較難的，有時工程經(jīng)驗比理論更適用。實際的空間管系也是多樣化的。1) 基本原則(1) 對于不同的管系，在確定其支吊架位置時都應(yīng)遵守下列基本原則：管道支吊架的位置、數(shù)量、型式等應(yīng)能滿足管系靜應(yīng)力分析的要求。這個要求包括管系自身的強度、穩(wěn)定性、最大位移以及對相連設(shè)備、生根設(shè)施的力學要求；(2) 管道支吊架的位置、數(shù)量、型式應(yīng)能滿足管系動應(yīng)力分析的要求。這個要求包括管系對管道的機械振動、水擊、放空反沖擊、地震、風載等載荷作用下的力學要求；(3) 管道支吊架應(yīng)具備相應(yīng)的生根條件。當該條與上述兩條發(fā)生沖突肘，應(yīng)考慮改變管系的走向，最終使上兩條要求得到滿足；(4) 支吊架應(yīng)盡可能利用已有的建構(gòu)筑梁柱、平臺、設(shè)備本體、加熱爐鋼結(jié)構(gòu)、地面等作為生根點。對于有可能集中支撐的管道，應(yīng)盡可能選擇適宜的地方和方式集中支撐；(5) 支吊架位置應(yīng)不妨礙操作人員的通行、設(shè)備的檢修和管道的拆卸等；(6) 支吊架的位置尚應(yīng)考慮經(jīng)濟性原則。例如，對于管道比較集中的管廊，其跨距應(yīng)視多數(shù)管道的允許跨距而定，而不宜以少數(shù)較小直徑管道的允許跨距確定；(7) 支吊架的位置應(yīng)盡可能整齊有序，使支撐效果美觀大方。2) 承重支吊架位置的確定承重支吊架的位置除滿足上述的基本原則之外，尚應(yīng)符合下列要求：(1) 支吊架位置應(yīng)能滿足管道最大允許跨度的要求?？缇嘁笠姾竺嫠觯?2) 當有集中載荷時，支架應(yīng)布置在靠近集中載荷的地方，以減少偏心載荷和彎曲應(yīng)力；(3) 在敏感設(shè)備(泵、壓縮機)的附近，宜設(shè)置承重支架，以防止設(shè)備嘴子承受過大的管道荷載；(4) 支吊架應(yīng)設(shè)在彎管和大直徑三通式分支管附近；(5) 當塔器的水平管嘴直接安裝DN注150的閱門時，應(yīng)在閥門附近設(shè)承重支架；(6) 沿立式容器、立式設(shè)備等敷設(shè)的豎直管道，應(yīng)在盡可能靠近嘴子處的豎管上設(shè)承重支架；(7) 一般較長的豎直管道，應(yīng)在靠近上面的端部設(shè)承重支架； (8) 當某些管道元件需要拆卸移走或相連設(shè)備需要拆卸移走時，應(yīng)考慮相連管子的穩(wěn)定性必要時應(yīng)設(shè)承重支架。3) 固定支架位置的確定固定支架的位置除滿足上述的基本原則之外，尚應(yīng)符合下列要求：(1) 對于復雜管系，可用固定支架將它劃分成幾個形狀較先簡單的管段，如L形管段、U形管段、Z形管段等，以便分段遇行分析計算和柔性設(shè)計；(2) 確定管道固定支架位置時，應(yīng)使其有利于兩固定點之間管段的自然補償；(3) 選用π形補償器時，宜將其設(shè)置在兩固定支架的中部不能位于兩固定支架的中部時，π型補償器距固定支架的距離不宜小于兩支架間距的1/3；(4) 固定支架宜靠近需要限制分支管位移的地方；(5) 固定支架應(yīng)設(shè)置在需要承受管道振動、沖擊載荷或需要限制管道多方向位移的地方；(6) 迸出裝置的工藝管道和非常溫的公用工程管道，宜在裝置分界處設(shè)固定支架；(7) 落地生根的調(diào)節(jié)閱組、蒸汽分配管、其它閥組和分配管等，應(yīng)一端設(shè)固定支架，但此時固定支架的位置不應(yīng)阻礙管系的熱補償。4) 導向支架位置的確定(1) 豎直管道較長時，為了防止因風載荷等引起的管道大幅度振動或擺動，應(yīng)在中間若干位置設(shè)置導向支架，以增加其穩(wěn)定性。(2) 管廊上管道直線距離較長而且中間無固定點和止推支架時，應(yīng)在中間若干點設(shè)置導向支架，以防止管道產(chǎn)生橫向不穩(wěn)定：(3) 管道在拐彎處有較大位移并影響到鄰近管道或其它設(shè)施時，應(yīng)在適當位置設(shè)置導向支架；(4) 允許管道軸向位移而不允許橫向位移的位置應(yīng)設(shè)置導向支架；(5) 水平設(shè)置的π型補償器兩側(cè)應(yīng)設(shè)置導向支架，導向支架距補償器的中心位置應(yīng)為32DN~42DN；(6) 水平設(shè)置的自由型波紋管膨脹節(jié)兩端應(yīng)設(shè)置若干導向支架，第一組導向支架距膨脹節(jié)中心位置應(yīng)不大于4DN，第二組導向支架距第一組應(yīng)不大于14DN；(7) 導向支架的位置應(yīng)不影響管道的自然補償。一般情況下，管道的彎頭、分支處不應(yīng)設(shè)導向支架。5) 限位支架位置的確定限位支架的位置除滿足上述的基本原則之外，尚應(yīng)符合下列要求：(1) 限位支架在某些場合可代替固定支架，如補償器的兩端，裝置邊界線的管道固定點等；(2) 在熱態(tài)情況下，當管系的熱脹方向朝向敏感設(shè)備嘴子時，可在適當?shù)奈恢迷O(shè)置逆熱膨脹方向的止推支架；(3) 剛度較大的管道對設(shè)備、設(shè)備基礎(chǔ)等產(chǎn)生較大推力時，可在適當?shù)奈恢迷O(shè)止推支架。1) 防振支架位置的確定防振支架的位置除滿足上述的基本原則之外，尚應(yīng)符合下列要求：(1) 有機械振動的管道，應(yīng)設(shè)防振管卡。防振管卡的數(shù)量及位置應(yīng)滿足管系動應(yīng)力分析的要求；(2) 有地震設(shè)防要求的管道應(yīng)在適當位置設(shè)置防振支架；(3) 可能發(fā)生水擊、兩相流等而且能引起管道的振動時，應(yīng)在適當位置設(shè)置防振管卡；(4) 防振支架的生根部分應(yīng)有足夠的剛度；(5) 防振支架應(yīng)盡量沿地面設(shè)置；(6) 防振支架宜設(shè)獨立基礎(chǔ)，并避免生根在廠房的梁柱上。14. 摩擦系數(shù)1) 在管道柔性設(shè)計中，應(yīng)考慮支架摩擦力的影響，摩擦系數(shù)應(yīng)按下表選取。 2) 重要關(guān)系進行應(yīng)力分析時應(yīng)考慮摩擦力對整個管系的受力分配。3) 對于轉(zhuǎn)動設(shè)備應(yīng)盡可能采用吊架，以減少摩擦力對設(shè)備嘴子受力的干擾。4) 當采用吊桿或彈簧吊架承受管道荷載時，可不考慮摩擦力的影響。15. 例題彈簧支吊架編號（彈簧號）的選定當用計算機程序?qū)艿肋M行應(yīng)力分析時，某些程序有自動選擇彈簧支吊架的功能，人工計算時，可根據(jù)彈簧所能承受的最大荷載和管道最大的垂直位移量選擇彈簧。管道的最大垂直位移量，可按本章第四節(jié)介紹的方法計算，彈簧所承受的最大荷載由下述原則確定。管道熱位移向上時：安裝荷載 = 工作荷載+位移量彈簧剛度管道熱位移向下時：安裝荷載 = 工作荷載一位移繭彈簧剛度CD4213589系列彈簧荷載選用見表15－2－42。使用此表時，把管道的基本荷載視為彈簧的工作荷載，再根據(jù)位移方向及大小，在表中查出安裝荷載。查出安裝荷載后，再根據(jù)下式計算荷載變化率，使其小于或等于25％：荷載變化率 ＝ [（|PG－PA|）/PG] X 100％≤25％式中 PG――工作荷載；PA――安裝荷載。例1：某根管道的工作荷載為7628 N，運行時位移向上，位移量為10 mm，根據(jù)管道安裝要求，需采用A型吊架，試選擇吊架型號：解：(l)查表15242，暫定該吊架位移范圍為VS30(2)在表15242的中線和上粗線之間查得工作荷載(基本荷載)為7628 N的彈簧編號為13。(3)以7623 N對應(yīng)的VS30刻度值向下l0 mm查得安裝荷載為9123 N。(4)驗算彈簧荷載變化率：[(|7628－9123|)/7628] X 100％＝％ 25％(5)選用吊架型號為VS30A13。當所選用的彈簧其荷載變化率〉25%時，應(yīng)減小彈簧剛度，另選位移范圍大一級的彈簧。例2：某管道工作荷載為17350 N，運行時位移向上，位移量為12 mm。根據(jù)管道安裝要求需采用G型吊架，試選擇吊架型號：解：(l)查表15242，暫定該吊架位移范圍為VS30；(2)G型吊架每個吊架實際僅承受管道荷載的一半，即17350/2＝8675 N。(3)在表15242的中線和上粗線之間查得工作荷載為8675 N的彈簧編號為13。(4)以8675 N對應(yīng)的VS30刻度值向下l2 mm 查得安裝荷載為10469 N。(5)驗算彈簧荷載變化率：[(|8675－10469|)/8675] X 100％＝％ 25％(6)選用吊架型號為VS30G13第五章應(yīng)力分析1. 進行應(yīng)力分析的目的是1) 使管道應(yīng)力在規(guī)范的許用范圍內(nèi)