弹簧支吊架的工作原理.doc

PAGE PAGE １ 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 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。 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。 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 弹簧号 允许压缩值Fmax (毫米) 允许荷重 Fmax (公斤) 丝径 d (毫米) 外径 DW (毫米) 圈数 n 节距 t (毫米) 自由高度 HO (毫米) 刚度 P’ (公斤/毫米) 弹簧系数 K (毫米/公斤) 展开长 l (毫米) 重量 G (公斤) 工作图 总图 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 140I类 97 1